Pasívne využívanie slnečnej energie

Podstatou solárneho konceptu domu je pasívne využívanie slnečnej energie – teda vyhrievanie obytných miestností priamym slnečným žiarením. Nízkoenergetický dom pri zohľadnení poznatkov o tepelnom správaní materiálov, nimi ohraničených priestorov a miestnej klímy využívajú vo zvýšenej miere zisky zo slnečnej energie. Ich spotreba energie na vykurovanie je o 10 až 20 % nižšia ako pri štandardných budovách.

Ďalšou výhodou je malé, prípadne nulové zvýšenie nákladov na ich výstavbu, ktoré je podmienené dostatočnými znalosťami princípov ich navrhovania už v projekčnej fáze. Základným princípom pri vytváraní vhodných podmienok na využívanie slnečnej energie je hmotové aj prevádzkové otvorenie stavebného objektu k juhu. Väčšia plocha domu by mala byť na dlhšej južnej fasáde. V tejto časti by sa mali nachádzať aj obytné miestnosti. Pri orientácii nízkoenergetického objektu sa musia zohľadniť miestne podmienky, ako sú svahovitosť terénu a jeho orientácia. Nesmieme zabudnúť na dostatočný odstup budovy od okolitých tieniacich prekážok, aby sa nízke zimné slnko dostalo na južnú fasádu. Typickými znakmi solárneho domu sú veľké zasklenia na dlhšej južnej fasáde a malé okenné otvory na severnej strane, poskytujúce iba nutné osvetlenie vnútorných priestorov. Okná orientované na západ a východ prinášajú v zime málo energie a v lete spôsobujú prehrievanie miestností.

Vytváranie teplotných zón

Množstvo skúseností z realizovaných budov dokazuje, že zónovanie pôdorysu nie je pre nízkoenergetický dom nevyhnutnou podmienkou, pretože zlepšovaním tepelnoizolačných kvalít budovy postupne stratilo význam. Zónovanie pôdorysu je typickou črtou solárneho domu, ktorého základná koncepcia sa vyvinula v rámci nízkoenergetických domov prvej a druhej generácie (v 70. a 80. rokoch 20. storočia). Napriek tomu sa pri výstavbe nízkoenergetických budov solárny koncept zónovania priestorov naďalej využíva najmä pre orientáciu obytných miestností na slnečnú stranu, čo má nielen energetické dôvody, ale pôsobí aj pozitívne na psychiku človeka. Všeobecne sa miestnosti v solárnom dome orientujú v závislosti od ich náročnosti na teplo:

• severná (nárazníková) zóna – v nej sú umiestnenie vedľajšie priestory s menšou frekvenciou využívania, ako napríklad kúpelňa, záchod, odkladacie a technické priestory, garáže, chodby a schodiská, ktorým stačia aj malé okná,
  
• jadrová (obytná) zóna – v nej sú najčastejšie používané miestnosti, ktoré bývajú na slnečnej strane domu a ich veľkoplošné zasklenia umožňujú dostatočné prehrievanie domu v chladnom období roka,
  
• južná (akumulačná) zóna – tvorí ju zimná záhrada, ktorá je pričlenená k obytnej (strednej) zóne.

Miestnosti v solárnom dome sa orientujú v závislosti od ich náročnosti na teplo. Často používané miestnosti sa zvyčajne nachádzajú na slnečnej strane domu a veľkoplošné zasklenia umožňujú dodatočné prehrievanie domu v zime. Zimná záhrada na južnej strane vytvára tepelný zásobník. Na severnej strane domu sa nachádzajú vedľajšie priestory s menšou frekvenciou využívania a malými oknami, pretože okná orientované na sever znamenajú pre dom veľké tepelné straty. Tieto priestory zároveň vytvárajú nárazníkovú zónu proti chladu zo severnej strany. Takýmto spôsobom sa vytvára prirodzený teplotný spád od centrálne umiestnených obytných miestností smerom k okrajovo ležiacim vedľajším miestnostiam s vyrovnávacou tepelnou funkciou, pričom rozličné teplotné úrovne vylúčia aj jednotvárnu priestorovú klímu v dome. Severná zóna je riešená tak, aby sa vďaka rôznym tepelnoizolačnými opatreniam a minimálnym podielom okenných otvorov minimalizovali tepelné úniky. Od jadrovej zóny ju oddeľuje masívna tepelnoakumulačná stena. Stropy v severnej zóne bývajú z masívnej konštrukcie, v jadrovej zóne z ľahkej drevenej konštrukcie (aby sa v lete zabránilo extrémnemu prehriatiu priestorov strednej zóny).

Jadrová zóna je otvorená smerom na juh, odkiaľ prijíma tepelné zisky zo slnečného žiarenia, ktoré sa do nej dostávajú z južnej zóny, konštrukčne predsadenej pred objekt. Konštrukčné riešenie nosných prvkov, stropov a otvorov umožňuje prirodzenú cirkuláciu vzduchu v dome, pričom v zimnom období teplý vzduch prechádza do severnej časti domu. V lete studený vzduch so severnej časti ochladzuje prehriaty vzduch. V letnom období zimná záhrada tvorí oddelený systém, aby sa zabránilo nežiaducemu prechodu teplého vzduchu do domu (odvádza sa otvorom v hornej časti skleníka). Z energetického hľadiska je, samozrejme, najvýhodnejšie, ak je severný priestor nevykurovaný, ale môže doň netesnosťami prenikať vzduch z teplého obytného priestoru a vzdušná vlhkosť môže kondenzovať na vnútornom povrchu obvodového plášťa. Preto by teplotný rozdiel medzi spomínanými priestormi nemal prekračovať 5 až 8 °C a prípadne by sa malo zabezpečiť nevyhnutné temperovanie vyrovnávacích miestností.

Akumulácia tepla

Akumulácia tepla, teda zhromažďovanie tepelnej energie, vzniká pri dopadaní slnečných lúčov na ožiarenú plochu z masívneho materiálu. Zachytením a uchovaním tepla možno dosiahnuť pomerne veľké tepelné úspory, pretože energiu, ktorá sa zachytí a uchová, netreba budove opäť dodávať. Akumulácia tepla sa dá dosiahnuť pomocou týchto opatrení:

• kompaktnou stavebnou formou,
  
• zlepšením geometrie budovy,
  
• zvýšením teploty v okolí budovy (napríklad zasadením budovy do terénu, ochrannou vegetačnou zábranou a podobne).

Teplo z akumulačných hmôt sa využíva predovšetkým v čase jeho deficitu, teda najmä v noci, v zime a prechodnom období. Vyvážený pomer tepelnoakumulačných schopností budovy a veľmi dobrých tepelnoizolačných parametrov obvodového plášťa zároveň výrazne prispieva k vytvoreniu optimálnej vnútornej klímy. Akumulačná schopnosť budovy môže najmä v spojení s pasívnym využitím slnečnej energie znížiť nároky na vykurovanie a chladenie. Aby konštrukcie steny, podlahy a stropu mohli slúžiť ako akumulačné hmoty, mali by byť vyhotovené z materiálov s vysokou hustotou a špecifickou tepelnou kapacitou, ako sú napríklad betón, tehla, kameň a podobne.

Pasívne solárne prvky

Pasívne solárne prvky sú konštrukcie využívajúce teplo slnka, v ktorých sa energetický transport medzi kolektorom, zásobníkom a samotným spotrebiteľom tepla odohráva bez použitia ďalšej mechanickej energie. S ich použitím treba počítať už pri samotnom návrhu budovy, pretože ich účinnosť je daná orientáciou budovy, takže sú závislé od koncepcie domu, pôdorysu (zónovanie), tepelnej izolácie a konštrukcie (akumulačná hmota). Okrem získania tepla poskytujú ďalšie pobytové priestory (zimná záhrada) a lepšiu akustickú ochranu.

Najdôležitejším prvkom na ohrievanie domu solárnou energiou sú okná. Optimálna veľkosť okien závisí od akumulačných schopností celého systému. Celková plocha okien by nemala presiahnuť 25 % plochy vonkajších stien a zároveň by nemala prekročiť štvrtinu príslušnej podlahovej plochy. Väčšie okná majú zmysel iba v kombinácii so zásobníkmi, v ktorých sa uskladňuje prebytočné teplo. Pri energetickej bilancii obytných priestorov zohráva dôležitú úlohu aj percentuálne vyčíslenie plochy okna z plochy obvodovej steny. Minimá spotreby energie na vykurovanie sa dosahujú pri 30 až 45 % plochy okna z plochy obvodovej steny v prípade južnej orientácie okien (môže však byť aj vyše 60 %), pri orientácii na východ a na západ ide o 25 až 40 %, pri severne orientácii o 15 až 25 %. Osobitnú pozornosť z tepelnotechnického hľadiska si vyžadujú okná osadené do strešnej roviny (vikiere a strešné okná).

Prínos zimnej záhrady k tepelným ziskom závisí od spôsobu jej prevádzky. V prípade snahy vytvoriť celoročne príjemnú klímu sa musí skleník v zime vykurovať, respektíve značnú časť tepla v lete treba odvetrať preč, čím sa jeho energetická bilancia stáva viac-menej neutrálnou. Dobrý nevykurovaný slnečný kolektor vo forme zimnej záhrady nie je obývateľný po celý rok, ale iba 40 % denných hodín v roku. Zimná záhrada sa umiestňuje väčšinou na východnej alebo západnej strane fasády, aby južná fasáda ostala voľná pre okná a aby zároveň bolo zachované zásobovanie miestností na severe, východe a západe teplým vzduchom zo zimnej záhrady. Zvláštnymi zariadeniami na pasívne získavanie tepla sú Trombeho stena a transparentné izolácie.

Ako zabrániť prehrievaniu domu v letnom období Ochrana zasklených plôch pred slnečným žiarením – vonkajšie žalúzie, okenice, rolety, dostatočný presah strechy najmä nad južnou fasádou, účinná tepelná izolácia strešných rovín a prirodzené tienidlá budovy, ako sú listnaté stromy alebo treláže s popínavým zeleným porastom. Odvádzanie tepla naakumulovaného v konštrukciách – priečne prirodzené vetranie miestností najmä v noci. Obmedzenie produkcie odpadového tepla prevádzkovaním čo najmenšieho množstva spotrebičov.

Ochrana proti prehrievaniu budovy

Prvoradým cieľom letnej tepelnej ochrany je zabránenie vnútornému prehriatiu priestorov. Táto ochrana je v lete pre prevádzku a vyrovnanú vnútornú klímu budovy rovnako dôležitá ako jej vykurovanie v zimných mesiacoch. Je vhodné taktiež obmedziť používanie elektrických ventilačných zariadení a uplatniť z ekologického i ekonomického hľadiska menej náročné, ale dostatočne účinné opatrenia, ako napríklad mechanické tienenie (formou konštrukčnej, technickej alebo vegetačnej ochrany), dostatočné vetranie, uprednostniť masívnu hmotu budovy a vodné plochy. Dôležitým činiteľom je v tomto prípade aj samotný užívateľ so svojimi návykmi a správaním.