A napenergia hasznosítása az építészetben

A hasznosítás lehetőségei

A fosszilis energiaforrások már nem fognak hosszan rendelkezésünkre állni, a föld energiakészlete véges.

Országunk fekvése miatt a jelentős mennyiségű napenergia nyáron áll rendelkezésre, pedig télen lenne rá szükségünk, hiszen a napenergiát a fűtés kiegészítésére fordíthatnánk. Van azonban olyan szoláris rendszer, mely az átmeneti időszakban teljes mértékben ki váltja a fosszilis energiaforrást, melegvíz előállítása pedig minden évszakban lehetséges.

A szolári rendszereknek fajtától, márkától függetlenűl mindig három tényezőt kell teljesíteniük:

• A napsugárzás energiájának begyűjtése.
• Ezen energia lehető legnagyobb részét tárolnia kell.
• Majd, az energia leadása.

A passzív energia hasznosító

Ha ezeket a fent felsorolt feladatokat az épület egyes eleme látja el, akkor ez a rendszer lehet direkt, illetve indirekt passzív szerkezet.

Ha a direkt megoldásról beszélünk, akkor minden feladatot a szerkezeti elemek látnak el. A sugárzást az üvegezésen keresztül a belső felület nyeli el, a határolószerkezetek azt eltárolják, majd ha szükséges leadják azt. Azt, hogy ezzel mennyi energiát állaíthatunk elő. Függ a tájolástól, a szerkezet méretétől és hatásfokától.

Ha indirekt passzív megoldásról beszélünk, akkor, amíg a leadás a helyiségen belül történik, addig az elnyelés a helyiségen kívül, míg a tárolás egy köztes helyen valósúl meg.

Ennek következő megoldásai lehetnek:

• Levegőhordozóval működő passzív rendszer.
• Energiagyűjtő falazat.
• Napterek, üvegházak.

 Az aktív energiahasznosító rendszer

Ezesetben napkollektorok, illetve fotovoltaikus rendszerek gyűjtik a napenergiát. Ezek a szerkezetek az épületre vannak szerelve.

A napkollektorok egy megfelelően kialakított felületen nyelik el, majd a folyadéknak adják át.

A fotovoltaikus rendszerek elektromos energiává alakítják a nap energiáját. Ez a rendszer olyan cellákkal rendelkezik, melyek a nap energa hatására közvetlenül elektromosságot állítanak elő.

A napterek

Egy teret akkor nevezhetünk naptérnek, ha az alábbi tényezők fenntállnak:

• Az épület legalább egy fűtött helyiséggel érintkezik.
• Nincs mesterséges fűtés.
• Van transzparens külső határolás.
• Az épületből megközelíthető.

Ezeket a feltételeket a legkülönbfélébb módon is teljesíthetjük. Naptérnek számít többek között az is, ha három transzparens falból, és tetőből álló üvegházat a homlokzathoz kapcsolunk. Lehet egy, az épületben integrált tér, vagy egy üveggel fedett udvar is.

A naptérben lejátszódó folyamatok

A naptér gyakorlatilag egy fűtetlen terület a ház és a külső épület között, ha a napsugárzást, és egyéb hatást nem vesszük számításba, akkor is pufferhatás keletkezik. A naptérben kialakuló hőmérséklet a külső és a ház hőmérséklete közé fog esni.  Amennyiben a ház és a naptér határolófelületének hőátadási tényezőinek szorzata megyegyezik a naptér és a külső tér szorzatával, akkor a naptér hőmérséklete a ház és a külső tér hőmérsékletének átlagát adja. Ha a határolások hőátadási tényezői, és felületeinek szorazati eltérnek, akkor a naptér hőmérséklete ahhoz az értékhez fog tendálni, amely irányban a szorzat nagyobb.

Minden esetben igaz, hogy a ház naptérrel határos felületén csökken a hőveszteség.

A naptér transzparens határolásán átjutó sugárzás egy része az üvegen keresztül a házba jut, hatását ott fejti ki, viszont ennek identitása még annál is kisebb, mintha az üvegezett szerkezetek a szabadba néznének, ugyanis a naptér üvegezése a környezetből érkező napsugárzás 20%-át elnyeli, visszaveri .  Másik része pedig a naptér padlójára és a ház, illetve a naptér közötti tömörfalazatra irányul, melynek jelentős része elnyelődik, azaz a padlózat és a falazat felmelegszik, ezek a hőátadás révén a naptér levegőjét is felmelegítik. Ez jó irányban befolyásolja a pufferhatást, az is előfordulhat, hogy a naptér hőmérséklete nagyobb lesz, mint a házé, így nyereségáram jön létre, amely esetén ha összenyitjük a házat és a napteret, mintegy fűtéskiegészítést kapunk.

Az így felmelegedett padló felső felületéről vezetékes hőáram indul meg a mélyebb rétegek irányába, majd, éjszaka a lehűlő padlózat ezt a hőenergiát kisugározza. Ez a nagy hőtárolóképesség lehetővé teszi az időben állandó hőmérséklet létrehozását.

A ház és a naptér közötti szilárdfalazat hasonlóan működik mint a padlózat, a napközben elnyelt hőt átadja a háznak. A naptérben lévő bútorok is hasonlóképpen hatnak, ám kis tömegük miatt hőtárolási képességük nem olyan jelentős.

Noha a naptér hőmérséklete nem mindig nagyobb, mint a házé, a külső hőmérséklettől mindenképpen nagyobb. A szellőztetéshez szükséges levegőt ha előbb a naptéren vezetjük át, s úgy jut a házba, akkor az előmelegszik, így a fűtési energiaigény csökkenthető.

A napterek kialakítási szempontjai

A naptérbe bejutó napsugárzás mennyisége függ az üvegfelület nagyságától és áteresztőképességétől. Ebből a szempontból ideális lenne egy vékony fémvázas szerkezet, ez viszont hőhidak, és transzmissziós szempontokból hátrányos.

A vastagabb faszerkezetü dupla üveges kivitel, mégha az áteresztőképessége rosszabb, a pufferhatása jobb, illetve kevesebb problémát jelentenek a hőhidak is.

A mögöttes térbe bejutó nyereség függ a naptérbe bejutott energia mennyiségétől,  naptér és az épület határolásán elhelyezkedő nyílászáró mérete, szerkezete. Értelemszerűen nagyobb lesz a nyereség, ha az üveges nagyfelületü és áteresztésű, viszont az épületből a naptérbe irányulóan a transzmissziós veszteségek is nőnek.

Ha a padlózat hőszigetelt, akkor csak a szigetelés feletti réteg tárolja a hőt, ám a talaj irányú hőveszteség jelentősen csökken. Ugyanakkor a nyári hónapokban a talaj is hőtárolási funkciót tölt be. Általában ezt az ellentétet egy köztes megoldással, mélyre elhelyezett szigetelőréteggel oldják meg.

A padló sugárzáselnyelési képessége fontos szempont. A sötétebb burkolat egyértelműen jobbak, viszont a természetes világítás szempontjából a világosabb színek előnyösebbek. A berendezési mód is fontos szerepet játszik, hiszen ha zsúfoltan van berendezve a naptér, akkor a bútorok leszenk az elnyelőfelületek, a padlózat pedig csak a levegő hőátadása által melegszik fel.

Ha a naptér tetőzete üvegezett, az a téli időszakban előnyös, hiszen a sugárzásos nyereség nagyobb. Nyáron viszont a túlhevülés veszélye áll fennt. Ha tehát nem áttetsző tetőt alkalmazunk, akkor a transzmissziós veszteség kisebb, viszont ennek az az ára, hogy a naptér mélysége korlátozódik. A túlzottan kinyúló előtető korlátozza a mögöttes helység direkt nyereségét, és a természetes fényhatást is. Ezeket a hátrányokat a naptér belmagasságának növelésével tudjuk valamelyest kompenzálni. Arra azonban oda kell figyelnünk, hogy a naptérben a sűrűségkülönbség miatt meredek a hőmérsékleteloszlás. A meleg levegő hőérzetre gyakorolt pozitív hatását azonban csak akkor élvezhetjük, ha a meleg levegőt a megfelelő helyre juttatjuk. Ez megoldható természetes légmozgással, illetve ventillátor alkalmazásával.

A levegőmozgásával létrejövő hőáramok a szellőztetés intenzitásától, illetve a zárt nyílászárók résein kialakult filtráció fokától függenek.

A levegőáramlás irányát is intenzítását tervezéssel bizonyos mértékben módosíthatjuk. A nyílászárók légáteresztési ellenállása, és egymáshoz viszonyított helyzetüknek megváltoztatásával, vagy pedig szellőztető rendszerek elhelyezésével.

Ha a levegő az épületből a naptér irányába áramlik, de ez fordítva is lehetséges, páralecsapódás jöhet létre.

A naptérnek további előnye, hogy a naptérből a házba áramló levegő por és areoszol mentessé válik, illetve a naptér csökkenti a hangterhelés mértékét is.

Tájolás szempontjából a déli fekvés ideális, de ez persze nem mindig lehetséges. A tájolást még is úgy kell megoldanunk, hogy a pufferhatás a lehető legjobban érvényesüljön.

Noha a naptér hőmérséklete gyakran nem tűnik ideálisnak, a napi hőingadozások miatt mindig adódik pár óra, amikor számunkra ideális hőmérsékletű. Jó kialakításnál évente legalább 4500 órán át éri el a 20 fokos belső hőmérsékletet. Az, hogy milyen hőingadozás játszódik le a naptérben a hőtárolóképesség függvénye. Minnél nagyobb a hőtárolás, annál kisebb mértékben ingadozik a belső hőmérséklet. Ez azért jó, hiszen éjszaka nem hűl annyira le a naptér, így a ház hővesztesége a naptér irányában kevesebb. Viszont, mégha kicsi is a hőingadozás, de a naptér hőmérséklet sem magas, a csúcshőmérséklet sem lesz nagy. A nagyobb csúcshőmérséklettel nagyobb minimumhőmérséklet is jár, tehát hőérzeti szempontból jelentős eltérések lehetnek.

A naptér hőtárolóképessége sokat csökkenhet, ha sok bútort helyezünk el benne, ha a padlózatra szőnyeget terítünk.

Az eddigi jellemzők egy téli átlag alapján lettek megállapítva, a nyári ideális hőérzet tényezői a következőek:

• Az épület intenzív szellőztetése.
• A naptér intenzív szellőztetése.
• A naptér árnyékolása.

A napterek hatását  energetikai szempontból nehéz meghatározni, hiszen az időjárástól, a berendezéstől, a környezeti tényezőtől, és a használati módtól is függenek. Ideális esetben a téli idényben 30% energia megtakarítás is elérhető.