Wetenschappelijke basis voor passieve zonne-energiegebouwen

      Reacties uitgeschakeld voor Wetenschappelijke basis voor passieve zonne-energiegebouwen

Als wetenschap
De wetenschappelijke basis voor het ontwerp van passieve zonne-energiegebouwen is ontwikkeld vanuit een combinatie van klimatologie, thermodynamica (in het bijzonder warmteoverdracht: geleiding (warmte), convectie en elektromagnetische straling), vloeistofmechanica/natuurlijke convectie (passieve beweging van lucht en water zonder gebruik van elektriciteit, ventilatoren of pompen), en menselijk thermisch comfort op basis van warmte-index, psychrometrie en enthalpiecontrole voor gebouwen die bewoond moeten worden door mensen of dieren, serres, zonnekamers, solaria en kassen voor de opvoeding van planten.

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.

Specifieke aandacht wordt verdeeld in: de locatie, locatie en zonneoriëntatie van het gebouw, lokaal zonnepad, het heersende niveau van zonnestraling (breedtegraad/zonneschijn/wolken/neerslag), ontwerp- en bouwkwaliteit/materialen, placement/formaat/formaat/type van ramen en muren, en het gebruik van thermische massa voor de opslag van zonne-energie met warmtecapaciteit.

Hoewel deze overwegingen kunnen worden gericht op elk gebouw, vereist het bereiken van een ideale geoptimaliseerde kosten-/prestatieoplossing een zorgvuldige, holistische, systeemintegratie-engineering van deze wetenschappelijke principes. Moderne verfijningen door middel van computermodellering (zoals het uitgebreide Amerikaanse Ministerie van Energie “Energy Plus”, een energiesimulatiesoftware voor gebouwen) en de toepassing van tientallen jaren ervaring (sinds de energiecrisis van de jaren zeventig) kunnen leiden tot aanzienlijke energiebesparingen en een vermindering van de milieuschade, zonder dat dit ten koste gaat van de functionaliteit of de esthetiek. In feite kunnen passief zonne-energie-ontwerpkenmerken zoals een kas/zonnekamer/solarium de leefbaarheid, het daglicht, het uitzicht en de waarde van een huis aanzienlijk verbeteren, tegen lage kosten per eenheid ruimte.

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.

Sinds de energiecrisis van de jaren zeventig van de vorige eeuw is er veel geleerd over het ontwerp van passieve zonne-energiegebouwen. Veel onwetenschappelijke, op intuïtie gebaseerde, dure constructie-experimenten hebben geprobeerd en er niet in geslaagd om nul-energie te bereiken – de totale eliminatie van de verwarmings- en koeling energierekeningen.

Passieve zonnebouw is misschien niet moeilijk of duur (met behulp van bestaande materialen en technologie), maar het wetenschappelijke passieve zonnebouwontwerp is een niet-triviale technische inspanning die een aanzienlijke studie van eerdere contra-intuïtieve lessen vereist, en tijd om de simulatie-input en -output in te voeren, te evalueren, en iteratief te verfijnen.

Een van de meest nuttige evaluatie-instrumenten na de bouw is het gebruik van thermografie met behulp van digitale warmtebeeldcamera’s voor een formele kwantitatieve wetenschappelijke energieaudit. Thermische beeldvorming kan worden gebruikt om gebieden met slechte thermische prestaties te documenteren, zoals de negatieve thermische impact van gehoekt glas of een dakraam op een koude winternacht of warme zomerdag.

De wetenschappelijke lessen die de afgelopen drie decennia zijn geleerd, zijn vastgelegd in geavanceerde, uitgebreide computersimulatiesystemen voor energiesimulatie in gebouwen (zoals de Amerikaanse DOE Energy Plus).

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.

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

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.

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.
Het tegenovergestelde wordt opgemerkt in

https://www.istades.nl/oplossingen/klantenservice/