L'energia solar passiva es fonamenta en l'aprofitament de l'energia solar de forma directa sense la necessitat d'utilitzar mecanismes de suport externs. Per aquests mecanismes ens referim a la utilització de motors elèctrics per orientar panells solars o sistemes similars.
L'objectiu d'aquest tipus d'energia renovable és obtenir un confort tèrmic personal sense aportacions energètiques externs. En ocasions els sistemes passius es combinen amb altres sistemes actius com la instal·lació de panells fotovoltaics.
Per utilitzar l'energia solar passiva es requereix realitzar una sèrie d'intercanvis d'energia, de transferir energia d'un sistema a un altre. Per exemple, transferir l'energia de la radiació solar a un dipòsit d'aigua per escalfar-la i obtenir aigua calenta sanitària.
Aquesta transferència d'energia tèrmica es realitza bàsicament mitjançant tres processos termodinàmics: radiació, conducció i convecció. Vegem què significa cada un d'aquests conceptes:
Transferència de calor per conducció
La transferència de calor per conducció es basa en el transport de calor d'un cos a un altre a través d'un tercer element. Aquest tercer element conductor pot ser l'aire o l'aigua. En el camp de l'energia solar passiva el transport d'energia a través de l'aire és molt important.
En termes d'energia solar passiva, la transferència de calor per conducció tèrmica pot ser beneficiosa o perjudicial. És a dir, a l'hivern necessitem obtenir calor però a l'estiu un excés de calor pot generar temperatures massa altes en l'habitatge.
La infiltració d'aire no controlada pot contribuir fins al 40% de la pèrdua de calor durant l'hivern. No obstant això, la col·locació estratègica de finestres o ventilacions pot millorar la convecció, la ventilació creuada i el refredament a l'estiu.
Els sistemes de ventilació amb recuperació d'energia filtrada poden ser útils per eliminar la humitat, la pols, el pol·len i els microorganismes no desitjats en l'aire de ventilació sense filtrar.
La convecció natural que provoca la pujada de l'aire calent i la baixada de l'aire més fred pot provocar una estratificació desigual de la calor. Aquesta estratificació pot causar:
-
Variacions incòmodes en la temperatura en l'espai.
-
Pot servir com a mètode per ventilar l'aire calent.
-
Es pot dissenyar un circuit de flux d'aire per convecció natural per a la distribució passiva de la calor solar.
Transferència de calor per convecció
La transmissió tèrmica per convecció es basa en l'intercanvi de calor entre dos cossos a temperatures diferents que estan en contacte. Aquest procés es regeix pel primer principi de la termodinàmica.
Un exemple d'aquest procés termodinàmic és quan toquem un radiador amb la mà, en aquest moment, el radiador (més calent) ens transfereix energia tèrmica a la nostra mà (més freda) per convecció.
En edificis construïts seguint els paràmetres de l'arquitectura passiva és molt important utilitzar elements constructius amb una gran capacitat d'aïllament tèrmic. Convé evitar els ponts tèrmics en els revestiments de portes i finestres exteriors.
La transferència de calor per radiació
La transferència de calor per radiació es produeix a través d'ones electromagnètiques sense que hi hagi cap element pel mig. D'aquesta manera l'energia solar pot viatjar des del Sol fins a la Terra a través d'un espai buit.
La radiació solar s'absorbeix principalment a través del sostre i les finestres. La radiació tèrmica es mou des d'una superfície més càlida a una més freda.
L'energia de la radiació es pot moure cap a una finestra durant el dia i sortir per la mateixa finestra durant la nit.
La radiació solar també és important en dies freds i clars. Si es vol reduir la calor que entra a través de les finestres es pot reduir mitjançant el vidre aïllat, l'ombrejat i l'orientació de les finestres.
El sol pot proporcionar calor i il·luminació, però és vulnerable al sobreescalfament a l'estiu si no està a l'ombra. D'altra banda, el sol del migdia sota admet fàcilment la llum i la calor durant l'hivern. En contrast, pot ser fàcilment ombrejat amb sortints apropiats o persianes anguloses durant l'estiu i arbres d'ombra d'estiu que llancen les seves fulles a la tardor.
Un altre principi de disseny solar passiu és que l'energia tèrmica pot emmagatzemar-se en certs materials de construcció. Quan el guany de calor facilita l'estabilització de les variacions de temperatura diürnes es pot alliberar.