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Princípios da transferência de energia solar passiva

Princípios da transferência de energia solar passiva

A energia solar passiva é baseada no uso da energia solar sem a necessidade de usar mecanismos externos de suporte. Por esses mecanismos nos referimos ao uso de motores elétricos para orientar painéis solares ou sistemas similares.

O objetivo é obter conforto térmico pessoal. O conforto térmico pessoal é uma função de fatores pessoais de saúde (médicos, psicológicos, sociológicos e situacionais), temperatura do ar ambiente, temperatura radiante média, movimento do ar (sensação térmica, turbulência) e umidade relativa (que afeta o resfriamento evaporativo humano).

Para usar energia solar passiva é necessário realizar uma série de trocas de energia, para transferir energia de um sistema para outro. Por exemplo, transfira a energia da radiação solar para um tanque de água para aquecê-lo e obter água quente sanitária.

Essa transferência de energia térmica é basicamente feita por três processos termodinâmicos. Nos edifícios, a troca termodinâmica ocorre através de convecção térmica, condução térmica e radiação térmica através do teto, paredes, pisos e janelas.

Transferência de calor por condução

A transferência de calor de 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 e geralmente está intimamente relacionada à transferência de calor por convecção.

A infiltração descontrolada de ar devido ao mau condicionamento de ar / impermeabilização / impermeabilização pode contribuir com até 40% de perda de calor durante o inverno. No entanto, a colocação estratégica de janelas ou aberturas operacionais pode melhorar a convecção, ventilação cruzada e resfriamento no verão, quando o ar externo tem uma temperatura e umidade relativa confortáveis.

Sistemas de ventilação com recuperação de energia filtrada podem ser úteis para remover umidade, poeira, pólen e microorganismos indesejados no ar de ventilação não filtrado.

A convecção natural causada pelo aumento do ar quente e a descida do ar mais frio pode causar uma estratificação desigual do calor. Isso pode causar variações desconfortáveis ​​de temperatura no espaço condicionado superior e inferior, servir como um método para ventilar ar quente ou ser projetado como um circuito natural de convecção de ar para a distribuição passiva de equalização de temperatura e calor solar.

O resfriamento natural pela transpiração e evaporação humana pode ser facilitado pelo movimento do ar convectivo natural ou forçado pelos ventiladores, mas os ventiladores de teto podem perturbar camadas estratificadas de ar isolante na parte superior da sala e acelerar a transferência de calor de uma cobertura quente ou pelas janelas próximas. Além disso, alta umidade relativa. Inibe o resfriamento pela evaporação de seres humanos.

Transferência de calor por convecção

A transmissão térmica por convecção é baseada na troca de calor entre dois corpos que estão em contato e que cada um deles tem uma temperatura diferente. Este processo termodinâmico que observamos 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 seguindo os parâmetros da arquitetura passiva, é muito importante usar elementos construtivos com uma grande capacidade de isolamento térmico. É aconselhável evitar pontes térmicas no revestimento da porta e nas vendas externas.

A transferência de calor por radiação

A transferência de calor por radiação ocorre através de ondas eletromagnéticas sem que haja qualquer elemento envolvido. Deste modo, a energia solar pode viajar do Sol para a Terra através de um espaço vazio.

A principal fonte de transferência de calor é a energia radiante, e a principal fonte é o Sol. A radiação solar ocorre predominantemente através do teto e das janelas (mas também através das paredes). A radiação térmica se move de uma superfície mais quente para uma mais fria. Os telhados recebem a maior parte da radiação solar fornecida a uma casa. Um telhado frio, ou um telhado verde, além de uma barreira radiante, pode ajudar a evitar que o seu sótão fique mais quente do que a temperatura máxima do ar externo no verão.

As janelas são um local pronto e previsível para a radiação térmica. A energia da radiação pode se mover em direção a uma janela durante o dia e sair pela mesma janela à noite. Radiação usa fótons para transmitir ondas eletromagnéticas através de um vácuo ou meio translúcido.

O uso da radiação solar também é importante em dias frios e claros. Se você quiser reduzir o calor que entra pelas janelas, você pode reduzir isto por meio de vidros isolados, sombreando e orientação das janelas. As janelas são particularmente difíceis de isolar em comparação com o teto e as paredes. A transferência de calor por convecção através e ao redor das coberturas das janelas também degrada suas propriedades de isolamento. Quando as janelas de sombreamento, o sombreamento externo é mais eficaz na redução do ganho de calor do que as coberturas internas das janelas.

O sol ocidental e oriental pode fornecer calor e iluminação, mas é vulnerável ao superaquecimento no verão, se não estiver à sombra. Em contraste, o sol do meio-dia admite luz e calor durante o inverno, mas pode ser facilmente sombreado com saliências adequadas ou persianas em ângulo durante o verão e o verão, árvores de sombra que perdem suas folhas no outono. A quantidade de calor irradiado recebida está relacionada à latitude do local, a altitude, a cobertura de nuvens e o ângulo de incidência sazonal / hora.

Outro princípio do projeto solar passivo é que a energia térmica pode ser armazenada em certos materiais de construção e liberada novamente quando o ganho de calor facilita a estabilização das variações diurnas de temperatura (dia / noite). A complexa interação dos princípios termodinâmicos pode ser contraditória para os projetistas iniciantes. A modelagem precisa de computadores pode ajudar a evitar experimentos de construção dispendiosos.

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Última revisão: 6 de fevereiro de 2019