L'energia solar passiva es basa en l'aprofitament directe de la radiació solar, sense la necessitat d'utilitzar mecanismes de suport externs, com ara motors elèctrics per orientar panells solars o altres sistemes similars. L'objectiu principal d'aquest tipus d'energia renovable és aconseguir un confort tèrmic natural als espais sense recórrer a fonts externes d'energia. De vegades, els sistemes solars passius es combinen amb tecnologies actives, com ara la instal·lació de panells fotovoltaics, per maximitzar l'eficiència energètica.
Per aprofitar l'energia solar passiva, és essencial fer una sèrie d'intercanvis energètics, en què l'energia solar es transfereix d'un sistema a un altre. Un exemple daixò és la transferència de calor de la radiació solar a un dipòsit daigua, que sutilitza per escalfar laigua i obtenir aigua calenta sanitària.
Aquesta transferència d'energia tèrmica es produeix a través de tres processos termodinàmics fonamentals: radiació , conducció i convecció . A continuació, es detallen 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 mitjançant un medi conductor, que pot ser aire o aigua. A l'àmbit de l'energia solar passiva, la conducció a través de l'aire és particularment rellevant.
En termes denergia solar passiva, la conducció tèrmica pot ser tant beneficiosa com perjudicial. A l'hivern, per exemple, cal aprofitar la calor, mentre que a l'estiu un excés de calor pot generar temperatures incòmodes dins dels espais. A més, la infiltració no controlada d'aire fred pot contribuir fins a un 40% de la pèrdua de calor a l'hivern.
La ubicació correcta de finestres i sistemes de ventilació pot millorar la convecció natural, promovent la ventilació creuada i el refredament durant els mesos més càlids.
Els sistemes de ventilació amb recuperació d'energia són essencials, ja que permeten eliminar la humitat, la pols, el pol·len i els microorganismes no desitjats de l'aire sense necessitat de recórrer a sistemes de filtració energèticament intensius.
La convecció natural, que provoca la pujada de l'aire calent i la baixada de l'aire fred, pot donar lloc a una estratificació desigual de la calor, cosa que podria generar variacions incòmodes de temperatura als espais. Tot i això, aquesta estratificació també es pot aprofitar com un mètode per ventilar l'aire calent, o fins i tot com un circuit de flux d'aire per distribuir la calor solar de manera passiva.
Transferència de calor per convecció
La transferència de calor per convecció es basa en lintercanvi tèrmic entre dos cossos a diferents temperatures que estan en contacte. Aquest procés és regit pel primer principi de la termodinàmica.
Un exemple comú daquest procés és quan toquem un radiador calent amb la mà. En aquest moment, la calor es transfereix des del radiador (més calent) a la nostra mà (més freda) per convecció.
Als edificis construïts sota els principis de l'arquitectura passiva, és crucial utilitzar materials amb una alta capacitat d'aïllament tèrmic. Cal evitar la presència de ponts tèrmics a les unions de portes i finestres exteriors, per assegurar l'eficiència energètica del sistema.
Transferència de calor per radiació
La transferència de calor per radiació passa a través d'ones electromagnètiques, sense necessitat d'un medi conductor. Aquest és el mecanisme mitjançant el qual lenergia solar arriba a la Terra des del Sol, viatjant a través del buit de lespai.
La radiació solar és absorbida principalment a través de les finestres i els sostres. L'energia tèrmica es transfereix des de les superfícies calentes cap a les fredes, cosa que permet que l'habitatge s'escalfi de manera natural durant el dia. Tot i això, durant la nit, aquesta mateixa radiació pot escapar a través de les mateixes superfícies.
En dies freds i clars, la radiació solar és fonamental per a la calefacció. Per controlar la calor que entra a través de les finestres, és possible reduir-lo mitjançant l'ús de vidres aïllants, ombreig adequat i una correcta orientació de les finestres.
La radiació solar no només proporciona calor, sinó també il·luminació. Per evitar el sobreescalfament a l'estiu, es pot aplicar ombreig mitjançant ràfecs, persianes o arbres d'ombra que perden les fulles a la tardor, cosa que permet aprofitar millor la llum solar durant l'hivern.
Un principi essencial del disseny solar passiu és l'emmagatzematge de l'energia tèrmica en certs materials de construcció, cosa que ajuda a estabilitzar les variacions de temperatura diürnes. Aquests materials alliberen l'energia acumulada durant les nits o en moments de més demanda tèrmica.