Sistemi solari passivi. Massa termica (accumulo di calore). Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La radiazione solare che cade su pareti, finestre, tetti e altre superfici viene assorbita dall'edificio e immagazzinata come massa termica. Questo calore viene poi irradiato nell'edificio.

La massa termica in un sistema di riscaldamento solare svolge la stessa funzione delle batterie in un sistema solare fotovoltaico: immagazzinare l'energia solare per un uso successivo.

La massa termica può essere integrata in un sistema solare passivo in vari modi, dai pavimenti piastrellati ai contenitori pieni d'acqua. I materiali che assorbono e trattengono il calore includono: solai in cemento, muri in pietra e altri materiali da costruzione pesanti. Sono l'elemento principale nelle case che utilizzano l'energia solare passiva. Anche se la maggior parte delle finestre dell'edificio è rivolta a sud, ma non esiste una riserva di massa termica, una casa del genere non sarà efficiente dal punto di vista energetico. Devi sapere che una superficie scura riflette meno e assorbe più calore. Se il pavimento è ricoperto di piastrelle scure, assorbirà il calore durante il giorno e si irradierà di notte. L'entità del flusso di calore dipende dalla differenza di temperatura tra la fonte di calore e l'oggetto a cui è diretta.

Come descritto sopra, il calore si muove in tre modi: conduzione (trasferimento di calore da parte di materiali solidi), convezione (trasferimento di calore dovuto al movimento di liquidi o gas) e irraggiamento. Anche la superficie della casa perde calore attraverso queste tre vie. Una buona progettazione di un edificio solare passivo aiuta a ridurre al minimo la perdita di calore ea massimizzare la sua efficiente distribuzione. La quantità di massa termica richiesta (materiali di accumulo del calore) dipende fortemente dal clima. Gli edifici pesanti con una grande massa termica sono più confortevoli in climi caldi, secchi o freddi, ma in climi caldi e umidi tali edifici sono inefficienti. Nei climi freddi, la massa termica funge da riserva termica in caso di freddo, migliorando così il comfort e riducendo la necessità di riscaldamento ausiliario, tranne nelle giornate nuvolose o molto fredde.

Garantire un'adeguata massa termica è solitamente il compito più difficile per un progettista solare passivo. La necessità di massa termica è determinata dall'area totale delle finestre esposte a sud e dalla posizione dell'edificio. Per garantire una progettazione efficace, devono essere seguiti i seguenti principi:

• Individua la massa termica nei punti in cui colpisce la luce solare. Una massa termica situata in luoghi dove i raggi del sole cadono direttamente è più efficiente di una massa posta in un luogo difficilmente raggiungibile dal sole. Gli edifici progettati per l'assorbimento solare indiretto necessitano di una massa termica 34 volte superiore rispetto a quelli che utilizzano la luce solare diretta.
• Distribuire la massa termica. Le case che utilizzano il design solare passivo sono più efficienti quando la massa termica è relativamente sottile e distribuita su una vasta area. La superficie della massa termica dovrebbe essere almeno 3 volte e preferibilmente anche 6 volte maggiore della superficie totale delle finestre esposte a sud. I solai con uno spessore di 8 - 10 cm sono più efficaci di un pavimento con uno spessore di 40 - 50 cm.
• Non coprire la massa termica. Tappeti e passerelle impediscono il trasferimento di energia da e verso le celle solari passive. I muri in pietra possono essere rifiniti a secco, ma non dovrebbero essere coperti con grandi arazzi o pannelli di legno. La finitura a secco deve essere applicata direttamente sulla parete e non su rivestimenti aggrappati alla parete che creano un'intercapedine isolante indesiderata tra la finitura e la massa termica.
• Isolare le superfici interne della massa termica. Esistono diversi metodi per isolare solai e muri esterni in pietra. Tali misure sono necessarie per risparmiare energia. Sfortunatamente, a volte possono sorgere problemi, come la comparsa di termiti nell'isolamento in schiuma per i pannelli del pavimento.
• La massa termica deve essere polivalente. Per giustificare i costi finanziari, la massa termica dovrebbe servire non solo come accumulatore di calore, ma anche per altri scopi. Ad esempio, i muri in pietra in grado di immagazzinare il calore, pur essendo uno degli elementi della progettazione solare passiva, hanno un costo irragionevolmente elevato se servono solo come massa termica. Un pavimento piastrellato trattiene il calore, funge da elemento strutturale ed è un bellissimo elemento di design. I muri interni in pietra sono un elemento strutturale, separano gli ambienti e mantengono caldi.

Quando si progetta un sistema solare passivo, il processo di scelta dei materiali da costruzione deve prestare attenzione alla loro capacità di trattenere il calore. Questo valore è chiamato capacità termica volumetrica (J/m3-oC) o, in altre parole, è la quantità di calore che il materiale è in grado di assorbire e immagazzinare.

Capacità termica volumetrica per alcuni materiali da costruzione di uso comune:

In passato, i progettisti solari passivi utilizzavano l'acqua immagazzinata in grandi contenitori come mezzo di trasferimento del calore. Mentre l'acqua è economica, i contenitori e lo spazio che occupano sono piuttosto costosi. Alcuni progettisti sono passati a contenitori pieni di pietre, utilizzandoli come serbatoi di massa termica. Va tenuto presente che per mantenere la stessa quantità di calore, le pietre saranno necessarie tre volte di più dell'acqua. Tuttavia, l'ambiente umido che si forma nei luoghi in cui sono installati i contenitori dell'acqua provoca un forte odore sgradevole ed è un ambiente favorevole alla riproduzione di funghi e batteri. Questi problemi hanno minato la reputazione di questa opzione di costruzione solare passiva.

L'immagazzinamento del calore con acqua e pietre richiede complessi sistemi di controllo, pompe e ventilatori. Un tale processo di conservazione del calore non viene quasi mai utilizzato oggi. La ragione principale di ciò è che il funzionamento di tali sistemi dipende dall'elettricità, questi sistemi richiedono manutenzione, sono soggetti a guasti periodici e, di conseguenza, richiedono riparazioni.

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