Ogrzewanie słoneczne

Ogrzewanie słoneczne zapewne większości ludzi kojarzyć się będzie z kolektorem słonecznym zamontowanym na dachu, podłączonym do pompy obiegowej i zasobnika ciepła. Tymczasem sprawa jest czasem znacznie prostsza…

Na początku tego artykułu warto podzielić systemy grzewcze wykorzystujące energię słoneczną na aktywne i pasywne. Te pierwsze wymagają do działania dodatkowych urządzeń elektryczych, takich jak pompy czy wentylatory.

Pasywne ogrzewanie słoneczne

Dom pasywny według niemieckiego standardu Passivhaus korzysta z ogrzewania słonecznego pasywnego. Ciepło wpada do budynku przez olbrzymie okna, świetliki w dachu, jego ilość jest regulowana przy użyciu żaluzji. Do niedawna nie było to możliwe, bo na rynku nie były dostępne okna o współczynnikach wymiany ciepła zbliżonych do ścian. Z tego względu przez okna zimą uciekało więcej ciepła, niż mogło się dostać do środka.

Południowa elewacja domu pasywnego (Passivhaus) zbudowanego w Darmstadt w Niemczech [2]. Zdjęcie na licencji GNU FDL.

Rozszerzeniem tego pomysłu są powietrzne kolektory słoneczne. Można je montować na ścianach w miejscach, gdzie przeszklenia nie zostały przewidziane, ale także na dachu budynku. Ogrzewają one powietrze we wnętrzu budynku, co pozwala zminimalizować straty ciepła i zachować ich wysoką sprawność.

Inną koncepcją pasywnego słonecznego ogrzewania budynku jest zapewnienie dużej masy cieplnej, „zbierającej” energię słoneczną i następnie przekazującej ją (na drodze przewodzenia i konwekcji) do wnętrza. Ponieważ słońce świeci tylko w dzień, a najniższa temperatura panuje w nocy, konieczne jest przechowywanie energii przez krótki okres, by dom nie wychładzał się w nocy.

Połączeniem obydwu tych koncepcji są tak zwane ściany Trombe’a, czyli masywne ściany osłonięte od zewnątrz jeszcze szkłem. Ściana opływana jest przez powietrze ogrzane energią słoneczną, zresztą sama też się nagrzewa bezpośrednio od promieniowania słonecznego. Ale w nocy, gdy słońce zajdzie, ściana dalej oddaje ciepło — bezpośrednio do wnętrza pomieszczenia, ale też ogrzewając wciąż powietrze po zewnętrznej stronie.

Aktywne ogrzewanie słoneczne

Ogrzewanie słoneczne aktywne to przede wszystkim wspomniane kolektory słoneczne. Kolektor słoneczny umieszczony na dachu, tarasie, elewacji a nawet na ziemi podgrzewa wodę do temperatury kilkudziesięciu stopni Celsjusza. Następnie woda ta jest przekazywana do zasobnika ciepła, z którego odbierana jest ciepła woda użytkowa lub czynnik grzewczy do grzejników / ogrzewania podłogowego. Do zbiornika tego najczęściej możliwe jest dostarczanie ciepła z innego źródła, na przykład z kotła gazowego czy wręcz elektryczna grzałka. Schemat wykorzystania kolektora słonecznego widoczny jest na poniższej ilustracji.

Prosty schemat kolektora słonecznego wykorzystywanego do przygotowania ciepłej wody użytkowej [3]. Zainstalowanie pompy obiegowej decyduje o tym, że mamy do czynienia z aktywnym ogrzewaniem słonecznym. Zdjęcie na licencji GNU FDL.

Cieczowe kolektory słoneczne wykorzystywane są zazwyczaj tylko do podgrzewania wody, a nie do ogrzewania. Aby mogły ogrzewać dom, musiałyby mieć znacznie większą powierzchnię. Sensowne byłoby co najwyżej połączenie kolektorów słonecznych do ogrzewania podłogowego, co dałoby możliwość wykorzystania ciepłego czynnika o niskiej temperaturze. Ze względu na obecność dwóch czynników grzewczych (płyn niezamarzający w kolektorze, woda w instalacji ogrzewczej) i konieczność zastosowania wymiennika, efektywność takiego ogrzewania jest niższa, niż ogrzewania kolektorem powietrznym o tej samej powierzchni.

Kolektor powietrzny również można wykonać w wersji aktywnej, w której przepływ powietrza będzie wymuszany przez elektryczny wentylator. Podłączenie go do sterownika daje możliwość najbardziej efektywnego wykorzystania ciepła, bo wentylator byłby uruchamiany od razu w momencie, w którym pojawi się odpowiednia różnica temperatur. Można to zrealizować bez sterownika i bez dodatkowego źródła prądu, podłączając wentylator do małej baterii słonecznej.

Źródło [1] ocenia, że bez większych ingerencji w wygodę użytkowania i wygląd budynku możliwe jest obniżenie wydatków energetycznych na ogrzewanie o 30%, tylko poprzez docieplenie budynku, odpowiednie umieszczenie okien i zapewnienie niewielkiej masy cieplnej do magazynowania ciepła.

Źródła:
[1] Artykuł „Passive solar building design” w serwisie Wikipedia,
[2] Artykuł „Passive house” w serwisie Wikipedia,
[3] Artykuł „Energetyka słoneczna” w serwisie Wikipedia.

Artykuły powiązane tematycznie:

1. Ogrzewanie solarne – jak ogrzać dom kolektorem? Szukając metod na obniżenie kosztów utrzymania domu, inwestorzy często pod...
2. Solarne pompy ciepła Od kiedy dział o ogrzewaniu wyodrębniłem do osobnego bloga, staram...
3. Kolektor słoneczny Kolektor słoneczny to jeden ze sposobów na wdrożenie ogrzewania słonecznego....
4. Ogrzewanie geotermalne Ostatnio sporo ludzi interesuje się tematem ogrzewania geotermalnego. Jak sama...
5. Co to jest elewacja transparentna autorem artykułu jest Piotr Waydel Elewacja transparentna ma za zadanie...