Sistemas solares passivos são usados principalmente para capturar e acumular calor da energia solar. São chamados de passivos porque outros dispositivos eletromecânicos (bombas de recirculação), ventiladores, etc.) não são utilizados para coletar calor. Isso acontece devido a princípios físicos básicos como condução de calor, radiação e convecção.
Classificação
lucro direto
É o sistema mais simples e consiste na captação da energia solar através de superfícies de vidro dimensionadas para cada orientação e em função das necessidades térmicas do edifício ou local a climatizar.
Parede de acumulação não ventilada
É uma parede construída em pedra, tijolo, concreto ou mesmo pintada de preto ou de cor bem escura por fora. Para melhorar a captação, utiliza-se uma propriedade do vidro que é gerar um efeito estufa, em que a luz visível passa pelo vidro e ao atingir a parede o aquece, emitindo neste processo uma quantidade de radiação infravermelha que fica contida pelo vidro. Por esta razão, a temperatura da câmara de ar entre a parede e o vidro aumenta.
Parede de acumulação ventilada
Também conhecida como parede de Trombe. Semelhante ao anterior, mas incorpora furos na parte superior e inferior para facilitar a transferência de calor entre a parede e o ambiente através da convecção que aumenta a contribuição da radiação.
Estufa anexa
Consistem em recintos fechados de vidro construídos na face sul (para o hemisfério norte e norte para o hemisfério sul) do edifício. Dependendo do clima e da utilização a que se destina, poderá existir uma parede de separação com a parte habitada do edifício ou outro tipo de arrumação. Serve para estabilizar a temperatura tanto na estufa como em casa. Em alguns casos a estufa é utilizada para pré-aquecer o ar que entra no interior do edifício.
Controle solar passivo
Introdução
Em geral
Sistemas solares passivos são usados principalmente para capturar e acumular calor da energia solar. São chamados de passivos porque outros dispositivos eletromecânicos (bombas de recirculação), ventiladores, etc.) não são utilizados para coletar calor. Isso acontece devido a princípios físicos básicos como condução de calor, radiação e convecção.
Classificação
lucro direto
É o sistema mais simples e consiste na captação da energia solar através de superfícies de vidro dimensionadas para cada orientação e em função das necessidades térmicas do edifício ou local a climatizar.
Parede de acumulação não ventilada
É uma parede construída em pedra, tijolo, concreto ou mesmo pintada de preto ou de cor bem escura por fora. Para melhorar a captação, utiliza-se uma propriedade do vidro que é gerar um efeito estufa, em que a luz visível passa pelo vidro e ao atingir a parede o aquece, emitindo neste processo uma quantidade de radiação infravermelha que fica contida pelo vidro. Por esta razão, a temperatura da câmara de ar entre a parede e o vidro aumenta.
Parede de acumulação ventilada
Também conhecida como parede de Trombe. Semelhante ao anterior, mas incorpora furos na parte superior e inferior para facilitar a transferência de calor entre a parede e o ambiente através da convecção que aumenta a contribuição da radiação.
Estufa anexa
A temperatura no interior pode variar muito entre o dia e a noite, razão pela qual não é muito útil como habitação se não for utilizado um controlo adequado, que pode consistir em simples estores para o período nocturno ou na utilização de aquecimento auxiliar.
As estufas podem assumir uma ampla variedade de formas geométricas, com todas as quatro paredes de vidro (incluindo o telhado) ou paredes laterais opacas. Para aproveitar a energia térmica acumulada na estufa ou galeria, podem ser instalados ventiladores para soprar o ar para dentro da casa.
As vantagens da utilização de estufas e galerias envidraçadas são que o clima das casas é significativamente melhorado com a colocação de uma área de compensação entre o espaço habitado e o exterior. Pode ocupar toda ou apenas parte da fachada sul do edifício, tanto em altura como em largura, reduzindo assim a quantidade de obras e as perdas de ventilação.
Entre os inconvenientes destacam-se os problemas de sobreaquecimento que podem ocorrer no verão, as grandes oscilações sofridas pela sua temperatura interior e o custo da sua construção, que costuma ser superior aos ganhos energéticos que proporciona, se não forem compensados com outros benefícios, como estadias em determinados períodos do ano.
Teto de acumulação de calor
Em certas latitudes é possível utilizar a superfície do telhado para captar e acumular a energia solar. Também conhecidas como lagoas solares, requerem dispositivos móveis complexos para evitar que o calor escape durante a noite.
Coleta solar e acumulação de calor
É um sistema mais complexo e permite combinar o ganho direto pelas janelas com coletores solares de ar ou água quente para acumulá-lo sob o piso. Depois, de forma semelhante à parede do acumulador ventilada, o calor é levado para o ambiente interno. Dimensionado adequadamente permite que o calor seja acumulado por sete ou mais dias.
Em quase todos os casos podem ser utilizados como sistemas de refrigeração passivos, invertendo o sentido de operação.
Métodos de dimensionamento
A nível internacional, vários métodos são reconhecidos para o pré-dimensionamento e dimensionamento de vários sistemas solares passivos. Entre os principais estão os modelos de Quociente de Carga de Coletor") [1] desenvolvido por Douglas Balcomb"),[1] o Método Mazria") desenvolvido por Edward Mazria e em quase todos os casos apoiado pelo equações solares fundamentais de Duffie & Beckman").[2].
Os métodos desenvolvidos por Balcomb e Mazria são modelos simplificados dos complexos fenómenos físicos e térmicos que ocorrem num sistema solar passivo em interação com os ambientes interiores e exteriores. São procedimentos que facilitam o pré-dimensionamento relativamente rápido de um sistema passivo, mas a verificação será sempre necessária através de um sistema de simulação numérica em estado transitório.") Neste caso, existem inúmeros programas disponíveis para uso gratuito ou pago. Entre os sistemas gratuitos, o mais simples é o SIMEDIF")[2] desenvolvido por Dras Graciela Lesino") e Silvana Flores Larsen") do Instituto Nacional de Energia Não Convencional INENCO") da Universidade Nacional de Salta e entre os mais sofisticados o Energy Plus")[3] Arquivado em 5 de fevereiro de 2011 na Wayback Machine. do Departamento de Energia dos Estados Unidos [4]. Dentre os pagamentos, aquele com maior modelo de utilização e comparação internacional em termos de confiabilidade, desempenho e ductilidade é o "The Transient Energy System Simulation Tool" TRNSyS [5] desenvolvido em linguagem Fortran. Entre os comerciais, o mais utilizado é o Design Builder") [6] desenvolvido por Andy Tindale") no Reino Unido, acompanhando o primeiro protocolo de certificação de construção sustentável Breeam").
Referências
[1] ↑ Balcomb J.D. (1980) Passive Solar Design Handbook (Volumen 1 y 2. National Technical Information Service).
[2] ↑ John A. Duffie y William A. Beckman. (2006) Solar Engineering of Thermal Processes. Edit. John Wiley & Sons Inc. ISBN 978-0-471-69867-8. Última edición revisada de la original publicada en 1978.
Consistem em recintos fechados de vidro construídos na face sul (para o hemisfério norte e norte para o hemisfério sul) do edifício. Dependendo do clima e da utilização a que se destina, poderá existir uma parede de separação com a parte habitada do edifício ou outro tipo de arrumação. Serve para estabilizar a temperatura tanto na estufa como em casa. Em alguns casos a estufa é utilizada para pré-aquecer o ar que entra no interior do edifício.
A temperatura no interior pode variar muito entre o dia e a noite, razão pela qual não é muito útil como habitação se não for utilizado um controlo adequado, que pode consistir em simples estores para o período nocturno ou na utilização de aquecimento auxiliar.
As estufas podem assumir uma ampla variedade de formas geométricas, com todas as quatro paredes de vidro (incluindo o telhado) ou paredes laterais opacas. Para aproveitar a energia térmica acumulada na estufa ou galeria, podem ser instalados ventiladores para soprar o ar para dentro da casa.
As vantagens da utilização de estufas e galerias envidraçadas são que o clima das casas é significativamente melhorado com a colocação de uma área de compensação entre o espaço habitado e o exterior. Pode ocupar toda ou apenas parte da fachada sul do edifício, tanto em altura como em largura, reduzindo assim a quantidade de obras e as perdas de ventilação.
Entre os inconvenientes destacam-se os problemas de sobreaquecimento que podem ocorrer no verão, as grandes oscilações sofridas pela sua temperatura interior e o custo da sua construção, que costuma ser superior aos ganhos energéticos que proporciona, se não forem compensados com outros benefícios, como estadias em determinados períodos do ano.
Teto de acumulação de calor
Em certas latitudes é possível utilizar a superfície do telhado para captar e acumular a energia solar. Também conhecidas como lagoas solares, requerem dispositivos móveis complexos para evitar que o calor escape durante a noite.
Coleta solar e acumulação de calor
É um sistema mais complexo e permite combinar o ganho direto pelas janelas com coletores solares de ar ou água quente para acumulá-lo sob o piso. Depois, de forma semelhante à parede do acumulador ventilada, o calor é levado para o ambiente interno. Dimensionado adequadamente permite que o calor seja acumulado por sete ou mais dias.
Em quase todos os casos podem ser utilizados como sistemas de refrigeração passivos, invertendo o sentido de operação.
Métodos de dimensionamento
A nível internacional, vários métodos são reconhecidos para o pré-dimensionamento e dimensionamento de vários sistemas solares passivos. Entre os principais estão os modelos de Quociente de Carga de Coletor") [1] desenvolvido por Douglas Balcomb"),[1] o Método Mazria") desenvolvido por Edward Mazria e em quase todos os casos apoiado pelo equações solares fundamentais de Duffie & Beckman").[2].
Os métodos desenvolvidos por Balcomb e Mazria são modelos simplificados dos complexos fenómenos físicos e térmicos que ocorrem num sistema solar passivo em interação com os ambientes interiores e exteriores. São procedimentos que facilitam o pré-dimensionamento relativamente rápido de um sistema passivo, mas a verificação será sempre necessária através de um sistema de simulação numérica em estado transitório.") Neste caso, existem inúmeros programas disponíveis para uso gratuito ou pago. Entre os sistemas gratuitos, o mais simples é o SIMEDIF")[2] desenvolvido por Dras Graciela Lesino") e Silvana Flores Larsen") do Instituto Nacional de Energia Não Convencional INENCO") da Universidade Nacional de Salta e entre os mais sofisticados o Energy Plus")[3] Arquivado em 5 de fevereiro de 2011 na Wayback Machine. do Departamento de Energia dos Estados Unidos [4]. Dentre os pagamentos, aquele com maior modelo de utilização e comparação internacional em termos de confiabilidade, desempenho e ductilidade é o "The Transient Energy System Simulation Tool" TRNSyS [5] desenvolvido em linguagem Fortran. Entre os comerciais, o mais utilizado é o Design Builder") [6] desenvolvido por Andy Tindale") no Reino Unido, acompanhando o primeiro protocolo de certificação de construção sustentável Breeam").
Referências
[1] ↑ Balcomb J.D. (1980) Passive Solar Design Handbook (Volumen 1 y 2. National Technical Information Service).
[2] ↑ John A. Duffie y William A. Beckman. (2006) Solar Engineering of Thermal Processes. Edit. John Wiley & Sons Inc. ISBN 978-0-471-69867-8. Última edición revisada de la original publicada en 1978.