Magazynowanie energii cieplnej w systemach biernych

tmpbb4f-1Dla złagodzenia wahań temperatury w pomieszczeniach mieszkalnych i zmagazynowania nadmiaru ciepła na noc i kilka kolejnych dni stosuje się w systemach biernych różnego typu magazyny. Gromadzenie ciepła na zasadzie zwiększania temperatury lub ciepła utajonego ma miejsce przy wykorzystaniu tradycyjnych i udoskonalonych elementów struktury budynku, ściany Trombe’a i jej modyfikacji, a także zasobników niezależnych od struktury budynku. Ma ono charakter krótkoterminowy.
W systemie bezpośrednim gromadzenie energii cieplnej ma miejsce dzięki zastosowaniu odpowiednich materiałów do konstrukcji przegród podziemnych i pionowych w budynku.

Materiały te powinny charakteryzować się dużym ciepłem właściwym i dużą gęstością objętościową, a w związku z tym i dużą masą. Pożądane jest, by przegrody miały również dużą zdolność wchłaniania promieniowania słonecznego. Układ izolacji cieplnych i materiałów wykończeniowych (zewnętrznych okładzin, wykładzin) nie powinien być przeszkodą dla promieni słonecznych i cieplnych. Zdolność pochłaniania energii słonecznej jest charakteryzowana przez współczynnik pochłaniania α, który osiąga najwyższe wartości dla materiałów ciężkich, porowatych, ciemnych.

Zestawienie materiałów używanych do budowy domów i ich współczynników pochłaniania energii promieniowania słonecznego

Materiał, rodzaj powierzchni Współczynnik pochłaniania — α
Beton zagładzony 0,54 — 0,65
Blacha:
— aluminiowa 0,52 — 0,63
— stalowa ocynkowana 0,94
Drewno jasne lakierowane 0,60
Eternit — płyty chropowate 0,42 — 0,65
Farba olejna:
— brązowa 0,65
— czarna matowa 0,97
— czerwona matowa 0,52
— ochra ciemna 0,63
Granit szary 0,80
Glazura jasna 0,18 — 0,26
Marmur 0,30 — 0,65
Papa:
— asfaltowa 0,76 — 0,74
— smołowa 0,86 — 0,88
Tynk:
— jasny 0,40 — 0,42
— ciemny 0,73
Woda 0,94 — 0,97
Wnętrze pomieszczeń:
— jasne 0,90
— ciemne 0,95
Mur z cegły:
— czerwonej 0,56 — 0,75
— silikatowej 0,35

Jak wynika z tablicy, elementy struktury budynku należy projektować z ciężkich materiałów budowlanych, dla zwiększenia inercji termicznej, która amortyzuje zmiany nasłonecznienia i temperatury zewnętrznej.
Tak więc efektywność wykorzystania biernych systemów słonecznych ogrzewania pomieszczeń o lekkiej obudowie jest niewielka.

W celu poprawienia absorpcji ciepła przez elementy struktury budynku kieruje się ogrzane powietrze do drążonych stropów i ścian. Jeśli ruch powietrza odbywa się na zasadzie ruchów konwekcyjnych, wówczas mamy do czynienia z systemem biernym. Najczęściej ruch ten musi być wspomagany dmuchawami czy wentylatorami i wówczas są to już systemy semiaktywne. Większość konstrukcji stropowych stosowanych w budownictwie ma drążone pustaki albo płyty (w Polsce — płyty żerańskie, DZ, Akerman, Fert itd.), więc łatwo jest je wykorzystać do cyrkulacji powietrza wewnątrz stropu. Podobnie można wykorzystać ściany, w których należy wykształcić kanały powietrzne. Ściany o podobnej konstrukcji budowano już w starożytnym Rzymie (hypokaustyczne). W Aichwald (Niemcy) w 1984 r. wybudowano dom z cieplarnią i kolektorem powietrznym na dachu. Jako magazyn ciepła służą tam ściany szczytowe grubości 52 cm, rozwiązane jako ściany hypokaustyczne o łącznej powierzchni 120 m2. Oszczędność paliwa zużytego na ogrzewanie budynku wynosiła 26%.

tmpbb4f-2Schemat cyrkulacji powietrza w cieplarni, kolektorze i ścianie hypokaustycznej domu jednorodzinnego w Aichwald.

Dodaj komentarz