A energia solar passiva baseia-se no aproveitamento direto da radiação solar, sem a necessidade de utilização de mecanismos externos de apoio, como motores elétricos para orientar painéis solares ou outros sistemas similares. O principal objetivo deste tipo de energia renovável é alcançar o conforto térmico natural nos espaços sem recorrer a fontes de energia externas. Os sistemas solares passivos às vezes são combinados com tecnologias ativas, como a instalação de painéis fotovoltaicos, para maximizar a eficiência energética.
Para aproveitar a energia solar passiva, é essencial realizar uma série de trocas de energia, nas quais a energia solar é transferida de um sistema para outro. Um exemplo disso é a transferência de calor da radiação solar para um reservatório de água, que é usado para aquecer a água e obter água quente para uso sanitário.
Essa transferência de energia térmica ocorre por meio de três processos termodinâmicos fundamentais: radiação , condução e convecção . Esses conceitos são detalhados abaixo:
Transferência de calor por condução
A transferência de calor por condução se baseia no transporte de calor de um corpo para outro através de um meio condutor, que pode ser o ar ou a água. No campo da energia solar passiva, a condução pelo ar é particularmente relevante.
Em termos de energia solar passiva, a condução térmica pode ser benéfica e prejudicial. No inverno, por exemplo, precisamos aproveitar o calor, enquanto no verão o calor excessivo pode gerar temperaturas desconfortáveis dentro dos espaços. Além disso, a infiltração descontrolada de ar frio pode contribuir com até 40% da perda de calor no inverno.
O posicionamento correto de janelas e sistemas de ventilação pode melhorar a convecção natural, promovendo ventilação cruzada e resfriamento durante os meses mais quentes.
Os sistemas de ventilação com recuperação de energia são essenciais, pois podem remover umidade, poeira, pólen e microrganismos indesejados do ar sem a necessidade de sistemas de filtragem que consomem muita energia.
A convecção natural, que faz com que o ar quente suba e o ar frio desça, pode levar à estratificação desigual do calor, o que pode causar variações desconfortáveis de temperatura nos espaços. No entanto, essa estratificação também pode ser explorada como um método de ventilação de ar quente, ou mesmo como um circuito de fluxo de ar para distribuir calor solar passivamente.
Transferência de calor por convecção
A transferência de calor por convecção é baseada na troca térmica entre dois corpos em temperaturas diferentes que estão em contato. Este processo é governado pelo primeiro princípio da termodinâmica.
Um exemplo comum desse processo é quando tocamos em um radiador quente com a mão. Nesse momento, o calor é transferido do radiador (mais quente) para a nossa mão (mais fria) por convecção.
Em edifícios construídos sob os princípios da arquitetura passiva, é fundamental utilizar materiais com alta capacidade de isolamento térmico. A presença de pontes térmicas nas juntas de portas e janelas exteriores deve ser evitada para garantir a eficiência energética do sistema.
Transferência de calor por radiação
A transferência de calor por radiação ocorre por meio de ondas eletromagnéticas, sem a necessidade de um meio condutor. Este é o mecanismo pelo qual a energia solar chega à Terra vinda do Sol, viajando através do vácuo do espaço.
A radiação solar é absorvida principalmente através de janelas e telhados. A energia térmica é transferida de superfícies quentes para frias, permitindo que a casa aqueça naturalmente durante o dia. Entretanto, à noite, essa mesma radiação pode escapar pelas mesmas superfícies.
Em dias frios e claros, a radiação solar é essencial para o aquecimento. Para controlar a entrada de calor pelas janelas, é possível reduzi-la utilizando vidros isolantes, sombreamento adequado e orientação correta das janelas.
A radiação solar não fornece apenas calor, mas também iluminação. Para evitar o superaquecimento no verão, a sombra pode ser fornecida por beirados, persianas ou árvores de sombra que perdem suas folhas no outono, permitindo melhor uso da luz solar durante o inverno.
Um princípio essencial do projeto solar passivo é o armazenamento de energia térmica em certos materiais de construção, o que ajuda a estabilizar as variações diurnas de temperatura. Esses materiais liberam a energia acumulada durante a noite ou em horários de maior demanda térmica.