A energia solar passiva é baseada no uso da energia solar diretamente sem a necessidade de usar mecanismos de suporte externos. Por esses mecanismos nos referimos ao uso de motores elétricos para guiar painéis solares ou sistemas semelhantes.
O objetivo deste tipo de energia renovável é obter conforto térmico pessoal sem aportes externos de energia. Os sistemas passivos às vezes são combinados com outros sistemas ativos, como a instalação de painéis fotovoltaicos.
Usar a energia solar passiva requer uma série de trocas de energia, transferindo energia de um sistema para outro. Por exemplo, transferir a energia da radiação solar para uma caixa d'água para aquecê-la e obter água quente sanitária.
Essa transferência de energia térmica é realizada basicamente por três processos termodinâmicos: radiação, condução e convecção. Vamos ver o que cada um desses conceitos significa:
Transferência de calor por condução
A transferência de calor por condução é baseada no transporte de calor de um corpo para outro através de um terceiro elemento. Este terceiro elemento condutor pode ser ar ou água. No campo da energia solar passiva, o transporte de energia pelo ar é muito importante.
Em termos de energia solar passiva, a transferência de calor por condução térmica pode ser benéfica ou prejudicial. Ou seja, no inverno precisamos obter calor, mas no verão um excesso de calor pode gerar temperaturas muito altas na casa.
A infiltração de ar não controlada pode contribuir com até 40% da perda de calor durante o inverno. No entanto, a localização estratégica de janelas ou aberturas pode melhorar a convecção, a ventilação cruzada e o resfriamento no verão.
Os sistemas de ventilação com recuperação de energia filtrada podem ser úteis na remoção de umidade, poeira, pólen e microorganismos indesejados do ar de ventilação não filtrado.
A convecção natural que causa o aumento do ar quente e a queda do ar mais frio pode causar estratificação desigual do calor. Essa estratificação pode causar:
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Variações desconfortáveis de temperatura no espaço.
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Pode servir como método de ventilação do ar quente.
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Um circuito de fluxo de ar de convecção natural pode ser projetado para distribuição passiva de calor solar.
Transferência de calor por convecção
A transmissão térmica por convecção é baseada na troca de calor entre dois corpos em diferentes temperaturas que estão em contato. Este processo é governado pelo primeiro princípio da termodinâmica.
Um exemplo desse processo termodinâmico é quando tocamos um radiador com a mão, neste momento o radiador (mais quente) transfere energia térmica para a nossa mão (mais fria) por convecção.
Em edifícios construídos segundo os parâmetros da arquitetura passiva, é muito importante a utilização de elementos construtivos com elevada capacidade de isolamento térmico. As pontes térmicas devem ser evitadas em revestimentos externos de portas e janelas.
Transferência de calor por radiação
A transferência de calor por radiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas sem nenhum elemento envolvido. Desta forma, a energia solar pode viajar do Sol para a Terra através do espaço vazio.
A radiação solar é absorvida principalmente pelo telhado e pelas janelas. A radiação térmica se move de uma superfície mais quente para uma mais fria.
A energia da radiação pode entrar em uma janela durante o dia e sair pela mesma janela à noite.
A radiação solar também é importante em dias frios e claros. Se você quiser reduzir o calor que entra pelas janelas, ele pode ser reduzido por vidros isolados, sombreamento e orientação das janelas.
O sol pode fornecer calor e iluminação, mas é vulnerável ao superaquecimento no verão se não estiver na sombra. Por outro lado, o sol do meio-dia admite facilmente luz e calor durante o inverno. Em contraste, pode ser facilmente sombreado com saliências adequadas ou cortinas angulares durante o verão e as árvores de sombra no verão que perdem as folhas no outono.
Outro princípio de projeto solar passivo é que a energia térmica pode ser armazenada em certos materiais de construção. Quando o ganho de calor facilita a estabilização das variações diurnas de temperatura, ele pode ser liberado.