Passief zonne-energie ontwerp

Wetenschappelijk passief zonne-energie-ontwerp met kwantitatieve kosten-baten productoptimalisatie is niet eenvoudig voor een beginner. De mate van complexiteit heeft geleid tot een voortdurende slechte architectuur en veel intuïtie-gebaseerde, onwetenschappelijke bouwkundige experimenten die hun ontwerpers teleurstellen en een aanzienlijk deel van hun bouwbudget verspillen aan ongepaste ideeën.

Dit artikel is geschreven door Ista nederland. Ista verzorgt het energiebeheer en neemt dit aspect uit handen van onder andere VVE beheerders. Ista is gespecialiseerd en in een aantal landen marktleider op dit gebied. Bezoek de website van Ista voor meer informatie.

De economische drijfveer voor wetenschappelijk ontwerp en engineering is aanzienlijk. Als het uitgebreid was toegepast op nieuwbouw vanaf 1980 (gebaseerd op de lessen uit de jaren zeventig van de vorige eeuw), zou Amerika vandaag de dag meer dan 250.000.000.000 dollar per jaar kunnen besparen op dure energie en de daarmee samenhangende vervuiling.

Sinds 1979 is Passive Solar Building Design een cruciaal element van het bereiken van nul-energie door experimenten van onderwijsinstellingen en overheden over de hele wereld, waaronder het Amerikaanse Ministerie van Energie, en de energieonderzoekers die zij al decennia lang ondersteunen. Het kosteneffectieve bewijs van het concept is al tientallen jaren geleden geleverd, maar de culturele verandering in de architectuur, de bouwsector en de besluitvorming van de eigenaar van een gebouw is zeer traag en moeilijk verlopen.

De nieuwe termen “Architectural Science” en “Architectural Technology” worden toegevoegd aan sommige architectuurscholen, met als toekomstig doel het aanleren van de bovengenoemde wetenschappelijke en energietechnische principes.

Dit artikel is geschreven door Ista nederland. Ista verzorgt het energiebeheer en neemt dit aspect uit handen van onder andere VVE beheerders. Ista is gespecialiseerd en in een aantal landen marktleider op dit gebied. Bezoek de website van Ista voor meer informatie.

Het zonnetraject in passief ontwerp

Hoogte van de zon over een jaar; breedtegraad op basis van New York, New York.
Hoofdartikelen: Zonpad en positie van de Zon
Het vermogen om deze doelen tegelijkertijd te bereiken is fundamenteel afhankelijk van de seizoensgebonden variaties in het pad van de zon gedurende de dag.

Dit gebeurt als gevolg van de helling van de draaias van de aarde ten opzichte van haar baan. Het pad van de zon is uniek voor een bepaalde breedtegraad.

Op het noordelijk halfrond liggen niet-tropische breedtegraden verder dan 23,5 graden van de evenaar:

De zon zal zijn hoogste punt in zuidelijke richting (in de richting van de evenaar) bereiken.
Aangezien de winterzonnewende nadert, zal de hoek waarbij de zon geleidelijk aan verder naar het Zuiden en de uren van het daglicht zich verder naar het Zuiden beweegt en ondergaat korter worden.

Dit artikel is geschreven door Ista nederland. Ista verzorgt het energiebeheer en neemt dit aspect uit handen van onder andere VVE beheerders. Ista is gespecialiseerd en in een aantal landen marktleider op dit gebied. Bezoek de website van Ista voor meer informatie.

Het tegenovergestelde wordt genoteerd in de zomer waar de zon zal toenemen en verder naar het Noorden zal plaatsen en de uren van het daglicht zullen verlengen.
Het omgekeerde wordt waargenomen op het zuidelijk halfrond, maar de zon komt in het oosten op en gaat onder naar het westen, ongeacht in welke halfrond je je bent.

In equatoriale gebieden op minder dan 23,5 graden zal de positie van de zon op het middaguur van de zon gedurende het jaar van noord naar zuid en weer terug schommelen.

In gebieden dichter dan 23,5 graden van de noord- of zuidpool zal de zon in de zomer een volledige cirkel aan de hemel tekenen zonder onder te gaan, terwijl de zon zes maanden later, tijdens het hoogtepunt van de winter, nooit boven de horizon zal verschijnen.

Het verschil van 47 graden in de hoogte van de zon op het middaguur van de zon tussen winter en zomer vormt de basis van het passieve ontwerp van de zon. Deze informatie wordt gecombineerd met lokale klimatologische gegevens (graaddag) die nodig zijn voor verwarming en koeling om te bepalen op welk moment van het jaar de zonnewinst gunstig is voor het thermisch comfort en wanneer deze moet worden geblokkeerd met zonwering. Door strategische plaatsing van zaken als beglazing en zonwering kan het percentage van de zonnewinst dat een gebouw binnenkomt het hele jaar door worden geregeld.

Een probleem bij het ontwerp van een passief zonnepad is dat, hoewel de zon zes weken voor en zes weken na de zonnewende in dezelfde relatieve positie staat door de “thermische vertraging” van de thermische massa van de aarde, de eisen aan de temperatuur en de zonnewinst voor en na de zomer- of winterzonnewende heel anders zijn. Beweegbare rolluiken, zonwering, schaduwschermen of raamdekbedden zijn geschikt voor de dagelijkse en urenlange zonnewinst en isolatievereisten.

Een zorgvuldige indeling van de ruimtes maakt het passieve zonne-ontwerp compleet. Een gemeenschappelijke aanbeveling voor residentiële woningen is het plaatsen van woonruimten met uitzicht op het middaguur van de zon en slaapvertrekken aan de andere kant. Een heliodon is een traditioneel beweegbaar lichtinstrument dat door architecten en ontwerpers wordt gebruikt om de effecten van het zonnetraject te helpen modelleren. In de moderne tijd kunnen 3D computer graphics deze gegevens visueel simuleren en prestatievoorspellingen berekenen.

Passieve principes voor de overdracht van zonnewarmte
Persoonlijk thermisch comfort is een functie van persoonlijke gezondheidsfactoren (medische, psychologische, sociologische en situationele), omgevingsluchttemperatuur, gemiddelde stralingswarmte, luchtbeweging (windkoeling, turbulentie) en relatieve vochtigheid (die van invloed is op de menselijke verdampingskoeling). Warmteoverdracht in gebouwen vindt plaats via convectie, geleiding en warmtestraling door dak, muren, vloer en ramen.

Convectieve warmteoverdracht
De convectieve warmteoverdracht kan nuttig of schadelijk zijn. Ongecontroleerde luchtinfiltratie door slechte weersinvloeden/weerstrooiing of tochtdichtheid kan tot 40% van het warmteverlies in de winter veroorzaken; strategische plaatsing van de ramen of ventilatieopeningen kan echter de convectie, de dwarsventilatie en de zomercollecties verbeteren.