licenta energie foltovoltaica

Lucrarea de licenþãa studentului Kovács ÁronUniversitatea Tehnicã Cluj - Napoca

Facultatea de Arhitecturã ºi Urbanism

sesiunea din februarie 2006

Fo

losi

rea

ener

giei

so

lare

în

arh

itec

turã

Fo

losi

rea

ener

giei

so

lare

în

arh

itec

turã

„Printre atâtea lucruri bune, pe care Soarele ni le-a

<oferit> ºi le tot oferã, el ne-a dãruit Pãmântul ºi ne-a dat

viaþa . Dupã ce, într-o supremã explozie de bucurie,

Soarele a construit sistemul nostru planetar, a continuat,

de data aceasta prin îndelete, sã construiascã folosind

unealta energiei sale spaþiul celui mai drag dintre copii sãi:

Pãmântul. ªi, ca sã aibã cine sã se bucure de minunata

construcþie a naturii, a ales cu grijã fãrâme deosebite de

materie, le-a încãrcat cu un pic de energie ºi le-a cizelat cu

migalã pânã au ajuns om. La rândul lui, omul, descendent

al unui asemenea constructor, transformând în gândire

energia pe care o primise ºi interpretând modelele naturii,

a început sã-ºi construiascã lumea. ªi îndeletnicirea

moºtenitã de a construi trainic, în acord cu natura, cu

grija frumosului, ºi de inventa construcþii care sã-l

fericeascã, a botezat-o arhitecturã.

(Dacã aceastã justificare metaforicã, pe care mi-am

permis-o, a arhitecturii conþine un grãunte de adevãr,

legãtura ei cu soarele îmi pare de naturã geneticã ºi

dependenþa ei de soare, pe cât de evidentã, pe atât de *1indiscutabilã)”

Arh. Sandu Miclescu

MOTO

1*1 Citat preluat din articolul "Soarele acest arhitect", publicat în

revista "Arhitectura", nr. 4/78, pag. 15

Introducere - 4 -Definirea conceptului

Definirea noþiunilor

Caracteristicile radiaþiei solare - 9 -Caracteristicile cantitative ale radiaþiei solare

Caracteristicile calitative ale radiaþiei solare

Caracteristicile geometrice ale radiaþiei solare

Scurt istoric al folosirii energiei solare - 13 -2500 ani de folosire a energiei solare

Arhitectura solarã în Grecia anticã

Arhitectura solarã în imperiul Roman

Evul mediu ºi Renaºterea

Cucerirea serelor

Cutii fierbinþi

De la demonstraþie la aplicare industrialã

Energia solarã în arhitecturã

Casele solare ale Institutului de Tehnologie din Massachusetts

Casa lui Telkes Mária în Denver

Energiei electricã din energie solarã

Dileme energetice în partea a doua a secolului 20.

Folosirea energiei solare - 24 -Tehnologii pentru folosirea energiei solare

Funcþiuni ale sistemelor de încãlzire solarã

Valoarea economiei rezultate

Metode active pentru folosirea energiei solare - 27 -Despre orientarea colectoarelor

Sisteme hibride

Aerul, ca mediu de transmitere

Condiþia oricãrei folosiri a energiei solare

Cerinþele de bazã a proiectãrii arhitecturale solare

Tipurile sistemelor de încãlzire solarã prin aer

Modalitãþi pasive a folosirii energiei solare - 31 -Forma clãdirii

Orientarea încãperilor

Planimetria clãdirii

Structurile anexã a modului de folosire a energiei solare în mod pasiv

Suprafeþe vitrate

Pereþi colectori

Pereþi de tip Trombe

Izolaþie termicã transparentã

Spaþii solare

Posibilitãþile de folosire a spaþiilor solare

Folosirea serelor pe timpul verii

Aerisirea spaþiilor solare

Concluzii

Elemente de structurã a serelor

CUPRINS

2

Concepte în arhitectura solarã - 40 -

Actualizarea conceptului - 41 -Concepte noi în producþia energeticã

Abordãri critice - 43 -

Atitudinea personalã - 44 -

Exemple de case solare - 45 -Exemple din România

Exemple internaþionale

Posibilitãþi în România, pentru folosirea energiei solare - 49 -

Arhitectura tradiþionalã ºi energia solarã - 51 -

Meteorologie - caracteristici locale - 52 -Activitatea unei staþii meteorologice

Datele locului studiat

Analiza datelor

Prezentarea tabelelor cu mediile lunare pentru ultimele 5 ani

Concluzii - 59 -

Studiul de însorire, legat de proiectul de diplomã - 60 -Datele generale ale studiului

Caracteristicile amplasamentului

Principiul de proiectare

Analiza situaþiei însoririi pe data de 21 iunie

Analiza situaþiei însoririi pe data de 21 decembrie

Concluzii

Anexe - prezentând ºirurile de imagini de studiu

Bibliografie - 67 -Cãrþi

Publicaþii

Reviste

Pagini - intenet

Alte referinþe

CUPRINS

3

Lucrarea a fost imprimatã pe hârtie reciclatã!

Energia constituie condiþia existenþei biologice ºi unul dintre elementele

fundamentale ale oricãrui act de producþie socialã. Evenimentul care a determinat

mutaþii puternice în evoluþia societãþii contemporane, prin multiplele sale dimensiuni -

tehnicã, economicã, politicã, socialã, ecologicã - este criza energeticã mondialã. În acest

context, reducerea cantitãþii de combustibili clasici ce se consumã în timpul realizãrii ºi

exploatãrii construcþiilor devine obiectiv major. Cãile principale de acþionare

constituie urmãtoarele:

- reducerea consumului

- eliminarea risipei

- conservarea ºi diversificarea energiei

- diminuarea pierderilor, ºi

- recurgerea la alte surse energetice.

Arhitectul trebuie sã-ºi asume în continuare, dubla obligaþie de a contribui, pe de o

parte, la progresul tehnicii ºi de a utiliza, pe de altã parte, în folosul omului, ultimele

cuceriri ale acesteia. Astfel, cercetarea ºtiinþificã, definitiv convinsã, cã într-un viitor

relativ apropiat stocurile de combustibili clasici se vor epuiza, s-a orientat cãtre

utilizarea unor noi surse de energie, punându-ºi în primul rând problema folosirii în *2

acest sens a energiilor curate, ºi în primul rând a energiei radiaþiei solare.

Folosirea energiei solare în arhitecturã este posibilã în mod activ sau pasiv.

Folosirea activã prin colectoare ridicã cheltuieli suplimentare, dar folosirea prin însãºi

arhitectura clãdirii este o posibilitate realã, ieftinã, simplã. Cunoºtinþele, care stau la

baza unei arhitecturi solare pasive sunt deja accesibile pentru oricine. Este vorba de

câteva principii simple, de metode arhitecturale încercate.

Aceste principii ºi metode a arhitecturii solare sunt tema lucrãrii de faþã.

INTRODUCERE

4*2 gând de arh. S Miclescu - idem, pag. 14

Criza de energie este o realitate obiectivã, obiective fiind de asemenea cauzele, care

au generat-o ºi anume: pe de o parte, creºterea standardului general de viaþã a omului,

ºi pe de altã parte, epuizarea surselor clasice de energie. Ritmul de creºtere, cantitativã

ºi calitativã, a nevoilor materiale ºi de confort, considerentele ecologice, însãºi

dezvoltarea procesului de cunoaºtere, au impus deci o reconsiderare din partea

oamenilor de ºtiinþã a modului de producere a energiei, mijloacele de pânã acum

dovedindu-se a fi depãºite. „Nu credem, cã arhitectul poate sã se dezintereseze de acest

efort general, fãrã sã abdice de la principiile de bazã ale meseriei sale” - scria arhitectul

Sandu Miclescu, în anul 1981.

Astãzi simþim ºi observãm tot mai mult, cã pe Pãmântul nostru viaþa se bazeazã pe

un sistem ecologic foarte complicat ºi sensibil, cãruia îi suntem ºi noi parte. Trebuie sã

luãm la cunoºtinþã, cã omul degeaba este cea mai deºteaptã fiinþã de pe planetã,

existenþa lui depinde ºi de viaþa altor specii. Dintre cei care se ocupã de ocrotirea

naturii, încã puþini au recunoscut faptul, cã majoritatea problemelor de mediu sunt de

fapt bombe cu explozie întârziatã, despre care practic nu ºtim nimic încã. Deºi o parte

a problemelor semnalizate mai demult încep sã aparã în practicã, dar încã lipseºte

cunoaºterea în adâncime a relaþiilor, finanþarea pentru rezolvarea problemelor este

puþinã sau lipseºte.

Populaþia pãmântului este în creºtere continuã, într-un ritm deosebit de alert.

Pentru ca asta sã fie posibil, este nevoie de asigurarea producþiei energetice, într-o

dezvoltare continuã. Cele mai mari afectãri a mediului natural sunt rezultatul

activitãþii de producþie energeticã a omului. În cele mai multe cazuri asta înseamnã

schimbãri nerecuperabile.

Specialiºtii afirmã: resursele de cãrbune a pãmântului nostru sunt de ajuns pentru

un timp de câteva sute de ani, cele de ulei aproximativ pentru 30-40 de ani, cele de gaze *3naturale poate pentru 60 de ani. Nu de parcã aceste resurse naturale s-ar termina de

pe o zi pe alta, dar exploatarea lor va fi tot mai scumpã, ºi la un moment dat va ajunge

de neplãtit. În plus producþia ºi consumul energetic constituie cele mai importante

surse de poluarea a naturii. Schimbãrile climatice datorite acidizãrii ºi emisiei de bioxid

de carbon deci o sã punã capãt folosirii de cãrbune, ulei ºi gaze naturale înainte de

terminarea resurselor acestea.

În ceea ce priveºte energia nuclearã, din cauza catastrofelor potenþiale de neexlus, ºi

a nerezolvãrii amplasãrii gunoiului radioactiv produs, mulþi se tem de ea îndreptãþit.

Rãmâne deci sã cãutãm o altã sursã energeticã, „curatã”, ecologicã, neterminabilã,

ºi suficientã, pentru a servi Omul. ªi acestor exigenþe pare a se potrivi cel mai bine

energia solarã. Folosirea ei începe sã cuprindã tot mai mult viaþa de zi de zi, gãsindu-ºi

utilizare atât în unelte casnice, cât ºi în modalitãþi la scarã micã, dar cel mai important

- chiar ºi la scarã industrialã.

În afarã de utilizarea tehnologicã (ca ºi panouri solare, sau captatoare de energie

termicã), folosirea energiei solare este de cãutat în cadrul obiectelor arhitecturale.

Fiindcã o mare parte a energiei este folositã pentru încãlzirea clãdirilor, nu este

nesemnificativ sã ne ocupãm de aspectul reducerii acesteia. Dar însãºi folosirea directã

5

INTRODUCEREdefinirea conceptului

*3 Vissza vagy Hova, pag. 75, vezi bibliografia.

a razelor solare de cãtre clãdiri trebuie sã fie în viitor una

dintre problemele cele mai importante de atins, fiind o

mare posibilitate în soluþionarea crizei energetice, care

urmeazã a pune lumea într-o situaþie deosebit de grea.

Folosirea energiei solare în arhitecturã are câteva

avantaje clare:

- este disponibilã oriunde

- folosind pe loc, nu trebuie transportatã

- este gratuitã

- este neterminabilã

- este curatã (nu polueazã)

- deci este ecologicã

ºi este cea mai viabilã sursã de energie pentru viitor.

Pentru a avea o imagine mai clarã a imensei cantitãþi

de energie pe care ne-o oferã gratuit Soarele, sã o

comparãm pe aceasta cu ceea ce ne pot da alte surse de

energie. Echivalente în tone/combustibil convenþional,

iatã deci câteva cifre care ne pot da o imagine cantitativã *4a imenselor rezerve de energie a soarelui:

- energia mareelor reprezintã 2 miliarde tone/an

- energia produsã de om se ridicã la cca. 7 miliarde

tone pe an (* datã din 1973)

- energia geotermicã, ce ajunge la suprafaþa

pãmântului, reprezintã 24 miliarde tone/an

- energia solarã reprezintã cca. 65 000 miliarde

tone/an, deci de 2 500 ori mai mult, decât ne oferã

energia geotemicã, ºi mult mai mult, decât energia

produsã de om (adicã necesarul de energie).

Energia soarelui practic inepuizabilã, este ºi

nepoluantã.

6

INTRODUCEREdefinirea conceptului

*4 - date publicate de arh. Miclescu, idem, pag. 15

Energii reînnoibile sunt numite acele resurse energetice, a cãror folosire nu

afecteazã echilibrul energetic natural al Pãmântului, nu rezultã o încãrcare

nerecuperabilã a naturii. Caracteristica comunã a resurselor energetice reînnoibile,

este cã sunt aduse la viaþã ºi sunt alimentate de radiaþia neterminabilã a Soarelui.

Aceste energii se mai numesc ºi energii verzi.

Sub noþiunea colectivã a resurselor energetice verzi, înþelegem urmãtoarele:

- energia solarã

- energia eolianã (cea a vânturilor)

- energia biomasei (energia fiinþelor vii)

- energia geotermicã (cãldura naturalã a masei Pãmântului)

- energia oceanelor (a valurilor, a flux-refluxului, a curenþilor, a

grandientului termic)

- energia hidrologicã (a apelor curgãtoare)

Bazate pe influenþa radiaþiei Solare se întâmplã diverse fenomene naturale, de

exemplu se formeazã vânt, ploaie, vegetaþie. Producþia energeticã, care se bazeazã pe

aceste fenomene, o numim folosirea indirectã a radiaþiei Soarelui.

Energia eolianã: Datoritã radiaþiei solare suprafaþa pãmântului ºi atmosfera se

încãlzesc, volumele de diferite temperaturi intrã în miºcare, se formeazã vânt. Energia

motricã a vântului se poate transforma în energie electricã cu ajutorul aºa numitor

elice de vânt.

Energia biomasei: Plantele formeazã cu ajutorul razelor solare din cãrbune ºi apã

material organic, aºa numitã biomasã. Aceastã biomasã, ca rezultat al creºterii

plantelor depoziteazã o mare cantitate de energie, ºi se poate arde în mod direct în

cazane performante. O altã soluþie este, când materialul organic este descompus cu

ajutorul bacteriilor într-un rezervor închis, cu excluderea aerului, iar gazul metan

poluat rezultat se arde. În timpul arderii biomasei ajunge în atmosferã numai

cantitatea de bioxid de carbon , care a fost legatã pe timpul vieþii plantei, astfel nu

rezultã poluarea în plus a mediului natural.

Hidroenergia: Energia solarã captatã de suprafeþele apelor rezultã evaporarea

acestora, astfel porneºte circulaþia apei, rezultând ploi. Energia motoricã ºi staticã a

fluviilor se poate transforma cu ajutorul hidrocentralelor în energie electricã.

Energia solului: Solul ºi apele subterane au un conþinut termic deosebit de ridicat,

care se poate ridica la o temperaturã potrivitã folosirii, cu ajutorul unei pompe

termice, investind o cantitate de energie mult mai redusã. Cãldura astfel privatã se

poate folosi pentru încãlzire sau producere de apã caldã pentru scopuri menajere.

Energia solarã: Energia razelor solare este sursa de energie cea mai curatã, una

infinitã ºi care ne stã la dispoziþie oriunde.

Privind posibilitãþile de bazã putem sã folosim energia solarã pe trei cãi: direct, cu

ajutorul colectorilor ºi panourilor solare; prin intermediul unui sistem fizic, cu

hidrocentrale sau mori de vânt; sau prin transmiterea unui sistem biologic, prin

intermediul resurselor energetice fosile sau a transformatorelor bio-energetice.

Folosirea directã a energiei Soarelui poate sã fie pasivã sau activã.

Folosire pasivã este numitã modalitatea de preluare a radiaþiei solare prin

intermediul formãrii structurale a clãdirilor. Prin clãdirile orientate potrivit, care la

7

INTRODUCEREdefinirea noþiunilor

nevoie apsorb ºi depoziteazã radiaþia solarã, dar sunt bine ferite de razale solare pe

timp de varã, se poate reduce necesarul de energie mecanicã într-o mãsurã deosebitã.

Denumim folosire activã, când fructificãm radiaþia solarã cu ajutorul unor

echipamente create în special pentru acest scop. Acestea pot fi panouri solare sau

colectoare solare. Panourile solare sunt fãcute din materiale semiconductoare, în care

radiaþia solarã rezultã reacþii fotovoltice ºi astfel se creeazã curent continuu.

Colectoarele solare absorb radiaþia Soarelui, ºi o transformã în cãldurã. Energia

termicã astfel rezultatã se poate folosi pentru prepararea apei calde menajere,

încãlzirea clãdãrilor, sau a apei piscinelor.

Sunt numite sisteme de încãlzire solarã toate sistemele, care folosesc energia

radiaþiei solare pentru acoperirea pierderilor de cãldurã a clãdirilor prin transmisie

ºi/sau ventilare, prin mãrirea câºtigului de radiaþie a clãdirii, sau prin folosirea lor în

sisteme de mecanica clãdirilor.

8

INTRODUCEREdefinirea noþiunilor

Caracteristicile cantitative ale radiaþiei solare

Cea mai importantã sursã de energie a Pãmântului este Soarele. Datoritã radiaþiei

Solare suprafaþa pãmântului ºi atmosfera se încãlzesc, astfel Pãmântul, care se învârte

în spaþiul de -270°C, atinge o temperaturã medie de +17°C, fãcând astfel posibilã *5

formarea ºi susþinerea vieþii de ordine mai înaltã.

Soarele este în totalitate o sferã gazoasã, în marea majoritate o masã de hidrogen

în stare plazmaticã. Diametrul ei este de 1 390 000 km, de 109x mai mare, decât cea a *6pãmântului nostru . În interiorul ei se întâmplã fuziune nuclearã, adicã producþie

termicã termonuclearã, prin care atomuri de hidrogen se unesc în heliu.

Discul Soarelui, vizibil de pe Pãmânt este corpul sferic al ei, a cãrei suprafaþã

exterioarã o constituie fotosfera. Temperatura fotosferei este de aproximativ 6000 K. În

urma acestei temperaturi ridicate Soarele emite radiaþie de undã scurtã (luminoasã) 23

spre spaþiul cosmic deosebit de rece. Capacitatea de radiaþie a Soarelui este de 4×10 12kW, din care suprafaþa Pãmântului atinge o cantitate de 173×10 kW. Aceastã cantitate

energeticã care soseºte în forma radiaþiilor solare, este de 17 000x mai mare decât

necesarul de energie a civilizaþiei noastre (consumul total fiind de aproximativ 12000 *7miliarde de kW ).

O parte din energia solarã soseºte în formã de mãnunchi paralele, ca ºi radiaþie

directã. Radiaþia reflectatã de cãtre particulele din atmosferã nu mai are o direcþie atât

de caracteristicã, aceasta o numim radiaþie difuzã (pe timp înnorat sau în cazuri de

ceaþã atinge solul numai acest tip de radiaþie).

Numai o parte a razelor solare, care ating suprafaþa exterioarã a atmosferei

Pãmântului, atinge suprafaþa solului, aceastã cantitate depinde de:

- unghiul în care radiaþia atinge suprafaþa (putem sã calculãm numai cu

componenta perpendicularã), adicã depinde de datã, timp, de expunerea ºi unghiul

suprafeþei

- cât de lung este drumul parcurs prin atmosferã de cãtre razele solare, în cazul

drumului mai lung, intensitatea radiaþiei, care atinge solul este mai micã

- cât este atitudinea deasupra mãrii a locului studiat, fiindcã asta influenþeazã

lungimea drumului parcurs prin atmosferã

- cât este cantitatea de abur, ceaþã, nori, gaze cu atomuri multiple, ºi poluare

(particule solide plutitoare - aerosol) în atmosferã.

Intensitatea razelor solare deci, care ating suprafaþa solul, depind foarte mult de

grosimea stratului de aer, pe care le parcurg. Razele solare intrã în reacþie cu atmosfera

în patru feluri. Pe straturile superioare, în mare majoritate pe nori se întâmplã

reflectarea razelor solare în spaþiu. O parte a radiaþiei se absoarbe, ºi astfel se foloseºte

pentru încãlzirea aerului. Este foarte important efectul aburului ºi a prafului prezent,

pe care se poate întâmpla refracþia sau reflexia razelor solare. Aproximativ 50% din

cantitatea energiei solare, care atinge solul, soseºte în aceastã formã de luminã

reflectatã, numitã ºi radiaþie difuzã. Apoi cantitatea rãmasã a razelor solare atinge

suprafaþa pãmântului în formã de radiaþie directã. Situaþia este ºi mai mult complicatã

9

*5 Csillagok - Természetkalauz, pag. 208, vezi Bibliografia

*6 idem, pag. 186

*7 date din Encarta Word Atlas

CARACTERISTICILE RADIAÞIEI SOLARE

de faptul, cã suprafaþa poate reflecta o parte a radiaþiei (pe timp de iarnã aceastã

cantitate poate sã fie mai mare din cauza stratului de zãpadã, care pot reflecta un

procent de 70-80% din raze, care cifrã în cazul unui câmp cu iarbã este de numai 15-

20%) , care apoi poate atinge din nou solul, datoritã efectului de serã cunoscut. Toate

aceste componente sunt importante în cazul în care dorim sã maximalizãm eficienþa

unui aparat de folosire a razelor solare, amplasate pe suprafaþa solului.

Radiaþia solarã care atinge solul, poate sã fie deci de trei feluri: difuz, direct ºi

reflectat. Radiaþia difuzã ºi cea directã împreunã o numim radiaþie globalã. Poate sã fie

important din punct de vedere a folosirii ºi procentul componentei difuze din aceasta.

Aceasta desigur depinde foarte mult de vreme, de conþinutul de abur ºi praf a aerului,

de atitudinea deasupra mãrii, etc. Procentul radiaþie difuze poate varia de la 20%

observabilã pe vreme curatã, pânã la 100%, pe timp înnorat, sau cu ceaþã. Este de

asemenea clar, cã va fi diferitã cantitatea de radiaþie ajunsã pe o suprafaþã unitarã

orizontalã, în funcþie de momentul zilei, ºi anotimp. Asta se întâmplã nu numai din

cauzã, cã razele solare trebuie sã parcurgã un drum mai lung prin atmosferã, dar ºi

pentru cã odatã ajunse pe suprafaþã, sunt distribuite pe o arie mai mare.

În cazul vremi senine, cu cer fãrã nori radiaþia solarã este slãbitã numai de

atmosfera terestrã. Atmosfera, fiind compusã în majoritate de nitrogen (~78 % volum)

ºi oxigen (~21 % volum), cauzeazã o slãbire aproximativ uniformã în cadrul diferitelor

lungimi de undã. Elementele, poluarea aflatã în atmosferã în cantitate mai micã, *8cauzeazã absorbþii în diferite benzi de unde.

Atmosfera cauzeazã deci slãbirea apreciabilã a radiaþiei solare, care atinge suprafaþa

solului. Mai importantã este efectul de slãbire a norilor ºi a ceþii, care depinde de

schimbarea vremii.

Norii se formeazã prin condensarea umezelii aflate în aer. Dacã rãcirea aerului sub

temperatura de rouã se face în prezenþa unor sâmburi condensatoare (de ex. particule

de praf, cristale de sare sau ioni), atunci se formeazã picãturi de apã , iar la o

temperaturã mai micã granule de gheaþã. Astfel se formeazã nori, iar în apropierea

solului ceaþã. Norii reflectã, respectiv absoarbã marea parte a radiaþiei solare. Pe un

anumit loc geografic frecvenþa norilor, numãrul zilelor cu soare sau cele înnorate, ºi

radiaþia solarã mãsurabilã la suprafaþa solului sunt date de ºire de date, bazate pe

mãsurãri timp de mulþi ani (vezi capitolul privind situaþia meteorologicã localã).

Caracteristicile calitativã ale radiaþiei solare

La intrarea în atmosferã, radiaþia solarã poate fi împãrþitã în urmãtoarele domenii

de lungimi de undã:

- 290-400 nm: radiaþia ultravioletã, în proporþie de 9%

- 400-750 nm: domeniul luminii vizibile, în proporþie de 46%*9- peste 750 nm: radiaþia invizibilã infraroºie (termicã), în proporþie de 42%

10

*8 Aburul absoarbe în primul rând între 600-1800 nm, iar bioxidul de

carbon în domeniul de lungime de peste 1800 nm. Ozonul (O3) aflat

în stratul superior al atmosferei absoarbe în întregime radiaþia cu

lungimea de undã mai scurtã de 300 nm (cea cu efecte negative

asupra vieþii).

*9 date preluate de pe internet - vezi Bibliografia


Aceste date sunt importante, fiindcã este bine de ºtiut,

cã radiaþia în banda infraroºie este cea, care poate fi

folositã pentru obþinerea energiei termice.

Funcþionarea efectului de serã se bazeazã pe

transformarea luminii de aceastã lungime de undã în

cãldurã, dupã ce a trecut prin sticlã, pentru cã, dupã

transformare nu mai poate pãrãsi încãperea (sau

atmosfera) în formã de cãldurã.

Din punct de vedere biologic, radiaþia ultravioletã este

dãunãtoare în mod direct, ea este componenta de

purificare a luminii. Precum ºi o mare parte a vopselelor

ºi materialelor sunt sensibile la lumina ultravioletã, ºi îºi

schimbã compoziþia în timp, dacã se aflã în contact cu ea.

Lumina vizibilã existã practic pe o scarã fãrã

împãrþiri, omul a creat categoriile coloristice, împãrþind

aceastã scarã dupã simþul vizual în câteva pãrþi de bazã.

Lumina, datoritã compoziþiei sale este sursa de

energie pentru plante, ºi pentru unele vieþuitoare (cele cu

sânge rece). Dar este beneficã ºi omului, chiar ºi în mod

direct. Pielea, ochiul - intrând în contact cu lumina - preia

energie caloricã, respectiv este ajutatã pentru menþinerea

echilibrului organismului, crearea unor vitamine, etc.

Lumina solarã este condiþia primarã a oricãrei Vieþi

pe Pãmânt.

*10Caracteristicile geometrice ale radiaþiei solare

Gospodãria energeticã a Pãmântului în medie este

într-un echilibru continuu. Dar pe un anumit punct al

Pãmântului valoarea radiaþiei solare diferã în timp. Pe

lãþimea geograficã a României radiaþia solarã fluctueazã

foarte mult pe parcursul anului. Cauza acestei oscilaþii

este pe de o parte relaþia geometricã a Soarelui ºi a

Pãmântului, dar ºi în cantitatea de înnorare, depinzând

de vreme.

Dupã legile lui Kepler, Pãmântul se roteºte în jurul

Soarelui pe un traseu eliptic, în a cãrui focar stã însãºi

Soarele. Axa de rotaþie proprie a Pãmântului include un

unghi de 23,5° cu axa rotaþiei în jurul Soarelui. Aceastã

înclinaþie cauzeazã faptul, cã lungimile zilelor, adicã

durata teoreticã a luminii soarelui variazã. Dar nu numai

durata luminii soarelui, ci ºi unghiul de cãdere a razelor

solare este variabilã, ºi astfel diferã ºi cantitatea de energie

ajunsã pe o suprafaþã unitarã a solului. Sub un unghi mic

11*10 Pe baza cãrþii Sistemul nostru solar - vezi Bibliografia

(Imaginile au fost luate de

pe Internet - pentru detalii

a se vedea Bibliografia)

caracteristicile RADIAÞIEI SOLARE

de cãdere (în cazul înãlþimii reduse a soarelui deasupra orizontului), drumul razei

solare este mai lung prin atmosferã, ºi astfel este mai mare pierderea de energie.

Din cauza orbitei eliptice a Pãmântului ºi distanþa dintre Pãmânt ºi Soare este

variabilã, valoarea fiind de 147 Mkm (milioane de kilometrii) în periheliu (în apropierea

Soarelui), pe 3 ianuarie, ºi de 152 Mkm în afeliu (în îndepãrtare maximã de Soare), la *11

începutul lunii iulie . Odatã cu schimbarea distanþei se schimbã ºi valoarea radiaþiei

Solare, dar diferenþa este foarte micã. Din cauza aceasta obiºnuim sã caracterizãm

radiaþia solarã, care ajunge pe stratul exterior al atmosferei, cu aºa numita constantã

solarã. Valoarea constantei solare este de 1,352 kW/m2.

Din cauza înclinaþiei de 23,5° dintre axa de rotaþie proprie a Pãmântului ºi axa de

rotaþie în jurul Soarelui, orbita aparentã a soarelui pe bolta cereascã este diferitã în

fiecare zi a anului. Iarna soarele parcurge un drum mai mic, vara un drum mai înalt.

Poziþia momentanã a soarelui pe bolta cereascã o putem caracteriza cu ajutorul

înãlþimii ºi a azimutului. Înãlþimea soarelui este unghiul de cãdere pe o suprafaþã

orizontalã. În România înãlþimea maximã de prânz este cea mai mare pe 21 iulie, când

înãlþimea este 67°, cea mai micã fiind pe 21 decembrie, când soarele se aflã la o înãlþime

maximã de 24°.

Azimutul este denumirea direcþiei soarelui reflectat pe planul orizontului, faþã de o

direcþie stabilitã. Astronomii definesc 0 azimut direcþia nordului. În domeniul folosirii

radiaþiei solare este mai cu rost definirea azimutului faþã de direcþia sudului, ºi astfel

poziþia esticã a soarelui fiind raportatã cu semn negativ, iar cea vesticã cu semn pozitiv.

În cunoºtinþa orbitei Pãmântului, înãlþimea ºi azimutul soarelui (dupã cum apare

pe bolta cereascã) se poate calcula, ºi astfel poziþia sa se poate defini. În mod uzual

valorile de înãlþime ºi azimut a soarelui se pot reprezenta ºi pe o diagramã. Acestea,

numite diagrame de soare aratã demonstrativ drumul parcurs de soare, ºi sunt

potrivite ºi pentru definirea umbrelor. Diagramele de soare se referã la un loc geografic

stabilit. La folosirea diagramelor trebuie avut grijã, ca împãrþirea de timp sã arate

timpul real astronomic, diferenþa din cauza schimbãrilor pe timpul verii trebuiesc luate

în seamã.

Cantitatea de radiaþie solarã, care se poate folosi, depinde desigur de unghiul ºi de

orientarea aparatului de folosire. În România cea mai multã luminã solarã

(aproximativ 1450 kWh/m2 anual) soseºte pe o suprafaþã orientatã sud, cu o înclinaþie

de 40-42°.

Schimbãri majore în aceastã cantitate sunt cauzate numai de înclinaþie verticalã,

sau în apropierea orientãrii cãtre est sau vest. Unghiul de înclinaþie ºi orientarea

optimã sunt afectate nu numai de cãtre razele ajunse pe suprafaþa captatoare, dar ºi de

condiþiile de funcþionare a instalaþiilor de utilizare a energiei solare. Se poate ridica ºi

întrebarea, dacã meritã sau nu învârtirea suprafeþei de captare cãtre direcþia soarelui.

Din cauza, cã o mare parte a radiaþiei solare este radiaþie reflectatã fãrã direcþie

definitã, de obicei surplusul de energie obþinutã nu stã în raport cu cheltuielile

sistemului complicat de rotire a aparatului.

12*11 Csillagok - Természetkalauz, pag. 186.


*122500 de ani de folosire a energiei solare

Istoria folosirii energiei solare este ca un poem eroi: eroi vin, câºtigã, apoi cad, alþi

eroi vin în locul lor. Poate asta este cel mai tragic capitol din istoria ºtiinþelor: aici au

fost cele mai multe eºecuri ºi pierderi. De-a lungul istoriei civilizaþiei au fost deja câteva

crize energetice, când aproape de fiecare datã energia solarã a însemnat soluþia. Apoi

tot timpul s-au gãsit alte surse de energii mai ieftine, energia solarã a devenit

„neeconomicã” ºi interesul s-a întors de la ea. Criza urmãtoare a trezit alþi eroi, care au

reînceput lupta bazatã pe rezultatele înaintaºilor lor, continuând dezvoltarea soluþiilor.

Pentru cã evoluþia folosirii energiei solare de-a lungul istoriei sale descrie o curbã în

creºtere continuã.

Arhitectura solarã în Grecia anticã

Formarea arhitecturii de conºtiinþã energeticã în Grecia a fost obligatã de lipsa

combustibilului pentru încãlzire, în secolul 5. î.e.n. Înainte au folosit foarte mult lemn

pentru construcþia vaporilor, pentru încãlzire ºi topirea metalelor (mai ales în formã

de cãrbune de lemn). Pãdurile de pe continentul grecesc, dar ºi de pe majoritatea

insulelor au fost practic defriºate pânã la mijlocul secolului 5 î.e.n. Importul lemnului

de pe teritorii mai îndepãrtate a fost foarte scumpã, de aceea - altã sursã energeticã

neavând - din obligaþie au dezvoltat o arhitecturã bazatã pe folosirea energiei solare.

O locuinþã tipicã greceascã pe aceastã vreme a fost orientatã cãtre sud, pe aceastã

laturã cu structura acoperiºului ieºind, care a fost susþinutã de stâlpi (portic).

Acoperiºul a împiedicat, ca razele solare de varã sã încãlzeascã încãperile interioare, dar

soarele cu înãlþime mai micã pe timp de iarnã bãtea în interiorul clãdirii, ºi încãlzea

încãperile din spatele porticului. Pa latura nordicã nu au existat goluri, sau în numãr

foarte redus, ºi peretele a avut o grosime suficientã, astfel asigurând izolaþie termicã

împotriva vânturilor nordice a anotimpului rece. În aceastã perioadã a devenit dicton

zicala care este atribuit lui Socrate, cã „O locuinþã bunã vara este rãcoroasã, iarna este

caldã”. Grecii nu cunoºteau încã sticla, astfel nu puteau sã închidã deschiderile cu strat

transparent, din aceastã cauzã câºtigul energetic datorit orientãrii sudice descrise,

trebuia sã fie foarte modest.

În oraºele greceºti s-au construit primele complexe de locuinþe comunitare

exemplare (astãzi le-am numi cartiere), care au fost proiectate sub semnul arhitecturii

de conºtiinþã energeticã. Olynthos a fost un oraº de pe partea nordicã a continentului

grecesc, unde pe timpul iernii temperatura a scãzut des sub temperatura de îngheþ.

Oraºul a construit un cartier pentru 2500 de locuitori pe un platou. Strãzile au fost

orientate nord-sud ºi est-vest, toate casele s-au putut folosi de radiaþia solarã în egalã

mãsurã, ºi unitãþile de locuire construite strâns una lângã cealaltã (în tip înºiruit) au

fost toate orientate cãtre sud, în mare mãsurã cu aranjarea planimetricã descrisã mai

înainte.

Priéné a fost un oraº mic, care a fost construit pe coasta Asiei-mici, sud de

Pergamon. În cadrul oraºului au construit un cartier asemãnãtor celui din Olynthos.

Condiþiile naturale au fost aici ºi mai potrivite, pentru cã zona de locuinþe era limitat

cãtre nord de un perete stâncos înalt, care proteja iarna împotriva vânturilor rece.

13

SCURT ISTORICal folosirii energiei solare

*12 Capitolul se bazeazã pe cartea "The Golden Thread", vezi Bibliografia

14


Insula Delos a fost un punct important strategic ºi din punct de vedere comercial,

dar ºi militar. Defriºarea precedentã a pãdurilor, ºi caracterul zonei ºi aici a fãcut

necesarã folosirea arhitecturalã a energiei solare. Dar aici terenul era foarte stâncos, ºi

din aceastã cauzã nu se putea aplica principiile folosite în cadrul celor douã oraºe

amintite.

Arhitecturã solarã în Imperiul Roman

Romanii - asemenea grecilor - au folosit foarte mult lemn pentru scopuri de

încãlzire, dar din cauza unei tehnici mai evoluate arhitecturale (în foarte multe dintre

casele bogaþilor era centralã termicã sau încãlzire prin pardosealã) ei defriºau pãdurile

într-un ritm ºi mai accentuat, decât grecii. Când pãdurile practic au dispãrut de pe

peninsula Appeninã, trebuia sã importã lemn din Germania, Caucaz, ºi alte locuri

îndepãrtate. Soluþia pentru problema apãrutã ºi a aici a fost însemnatã de folosirea

energiei solare în arhitecturã, care a început o dezvoltare importantã din secolul 1. e.n.

Romanii nu numai au preluat arhitectura solarã greacã, dar au ºi dezvoltat-o mai

departe. Fiindcã dimensiunea imperiului a fost foarte mare, pentru diversele teritorii

climatice au format diferite rezolvãri arhitecturale. De exemplu casele construite în

Africa de Nord au fost parþial orientate cãtre nord, pe teritoriile cu climã mai rece din

Europa au format clãdirile dupã exemplul grecesc. Principiile de bazã referitoare la

diversele regiuni au fost adunate de cãtre Vitruviu în cartea sa vestitã.

A fost un pas foarte important faþã de greci, cã romanii cunoºteau sticla, ºi au

folosit mica pentru izolarea ferestrelor. Astfel au putut sã se foloseascã ºi de efectul de

serã, pentru reþinerea cãldurii în clãdiri.

Bãile publice au fost în Roma cele mai populare locuri de întâlnire comunitare, din

care s-au construit destul de multe din secolul 1. e.n. în capitalã, dar ºi în alte pãrþi a

imperiului. Acestea au fost centre ale vieþii sociale, a bãii ºi a sportului, în care se gãseau

mai multe mii de persoane în anumite cazuri. Pereþii vitraþi de mari dimensiuni au fost

folosite des în cadrul clãdirilor de baie pentru mãrirea reþinerii de cãldurã a clãdirii.

Dreptul la energia solarã a fost garantatã ºi de cãtre legile statului pentru fiecare

cetãþean (liber) roman. Astfel, de exemplu, au prescris restricþii pentru distanþele dintre

clãdiri ºi înãlþimea lor, etc., având în vedere, ca sã nu umbreascã casa învecinatã. Aceste

legi au fost stabilite în mod definit ºi destul de detaliat de cãtre codul civil a lui

Justician. Acesta a fost primul caz în istorie pentru reglementarea dreptului la energia

solarã prin lege.

Evul mediu ºi renaºtere

Rezultatele arhitecturii solare greceascã ºi romanã au fost uitate aproape în

totalitate în perioada evului mediu ºi a renaºterii. Folosirea energiei solare s-a epuizat

în mare parte în fantazmagorii. O astfel de idee fantasticã era folosirea oglinzilor ºi

lentilelor focare pentru scopuri militare. Ingineri militari visau de oglinzi ºi lentile, cu

care pot aprinde flota inamicã, sau nimici oraºul inamic, etc. Aceste închipuiri porneau

din legenda despre Archimede, cine - aºa zice legenda - în 212 î.e.n. a aprins vapoarele

romane, care atacau oraºul Syracusa, cu ajutorul oglinzilor focare.

Oglinzile focare au fost folosite deja în perioada anticã, în primul rând pentru

scopuri cultice. Cu asemenea oglinzi au aprins de exemplu focul altarelor de sacrificare.

15


Evident aºteptãrile strategice amintite erau ireale, dar de asemenea s-au ocupat de

proiecte asemãnãtoare ºi oameni de ºtiinþe, ca ºi Roger Bacon ºi Leonardo da Vinci.

Bacon a propus în anii 1200, ca oastele creºtine, care mergeau spre pãmântul Sfânt, sã

aprindã cu ajutorul oglinzilor focare flotele atacatoare saracene (arabe). Ideea a fost

respinsã de cãtre bisericã, pentru au vãzut în ea reorientarea nepermisã a razelor solare

îndatorate voinþei lui Dumnezeu, ºi au considerat o rupere a sfinþimii (?), pe Bacon l-au

aruncat în puºcãrie.

Din anii 1600 au construit oglinzi de dimensiuni tot mai mari, de forme sferice,

apoi parabolice; nu sunt rare nici oglinzile de diametrul a 2-3 m. Acestea au servit în

primul rând scopuri demonstrative. A cauzat problemã faptul, cã formarea exactã a

suprafeþei oglinzilor dintr-o singurã bucatã a fost greoaie, oglinzile au fost foarte grele.

Iar dacã oglinzile au fost fãcute din plãci subþiri, erau foarte uºor rãnibile. A fost un pas

important la sfârºitul anilor 1700 inovaþia lui Peter Hoesen, un meºter din Drezda, care

a format o oglindã sfericã imensã din segmente. Unghiul oglinzii se putea schimba, ºi

fiind montatã pe roþi, a devenit o unealtã demonstrativã mobilã. Hoesen a þinut multe

demonstraþii cu succes cu oglinda sa, care era potrivitã ºi pentru aprinderea focului.

Cucerirea serelor

Din secolul al 16-lea în Europa de Vest repede s-a rãspândit cultura grãdinilor de tip

serã. Înainte biserica a condamnat folosirea serelor, pentru cã cultivarea în sere, care

era independentã de anotimpuri, a fost consideratã o implicare în ordinea

dumnezeiascã a naturii.

Rãspândirea culturii serelor a fost mult motivatã de marile descoperiri geografice.

Datoritã acestora au adus în Europa foarte multe plante sudice, care puteau fi

înmulþite ºi cultivate numai în condiþii de serã. Serele au apãrut prima datã în Flandria

ºi Olanda în secolul al 16-lea, apoi urmând sã se rãspândeascã repede ºi în Franþa ºi

Anglia, la început mai ales pentru motive de grãdinãrit.

Tot în acest timp au început sã foloseascã plantaþiile planare de pomi ºi vie, care au

fost fixate la un zid de cãrãmidã (depozit de cãldurã), ºi au prezentat o creºtere mai

acceleratã, decât plantele amplasate în mod tradiþional. În Franþa, în secolul 17. au

format suprafeþe de sprijin oblice, pe care au culcat crengile de vie sau a copacilor, astfel

asigurând un unghi cât mai potrivit de cãdere, ºi folosindu-se de capacitatea de

depozitare termicã a suprafeþei de suport. Unii grãdinari au folosit ºi suprafeþe de

suport cu unghiul variabil, pentru a asigura o condiþie de iluminare cât mai potrivitã

tot timpul.

La sfârºitul secolului 18. au gãsit soluþii noi pentru depozitarea energiei termice a

serelor. Cãldura captatã în timpul zilei a fost depozitatã în ziduri de cãrãmidã pentru

orele reci de noapte, într-o altã soluþie aerul cald a fost depozitat în cãmarã separatã,

iar noaptea a fost condus înapoi în serã. În Anglia la sfârºitul secolului al 19-lea a venit

la modã serele anexate locuinþelor, care erau orientate cãtre sud, aºa numitele

„conservatory”, care serveau pentru þinerea plantelor decorative. În anumite cazuri

serele au fost legate de locuinþã prin deschideri. Astfel în zilele cu soare din primãvarã ºi

toamnã au putut contribui însemnabil la încãlzirea clãdirii. Mai târziu au anexat ºi

locuinþelor colective cu etaj de la oraº încãperi de mici dimensiuni, cu pereþii de sticlã,

care a îndeplinit funcþiunea de grãdinã de iarnã.

În cazul construirii în oraº nu se putea rezolva tot timpul orientarea sudicã, cea mai

potrivitã din punct de vedere a energiei solare. Din aceastã cauzã o parte din sere nu a

funcþionat îndestula. Dupã primul rãzboi mondial aceste grãdini de iarnã urbanã au

16


ieºit aproape total din modã, ºi întregul cult de sere a

intrat în declin.

Cutii fierbinþi

Capacitatea de reþinere a cãldurii a golurilor cu sticlã

- adicã efectul de serã - era cunoscut din antichitate. Dar

studierea sa la nivel ºtiinþific a început numai în cea de a

doua parte a secolului al 18-lea. În 1767 Horace de

Saussure, om de ºtiinþã a naturii francez-elveþian, a fãcut

experimente prima datã pentru analizarea capacitãþii de

producere a energiei termice a acoperirilor de sticlã.

Pentru experimentele sale a construit o cutie de

dimensiuni mari, bine izolatã, pe care se puteau fixa mai

multe straturi de acoperire cu sticlã. Aparatul sãu l-a

numit „cutie fierbinte”. Dacã aparatul se aºeza la soare,

în încãperea cea mai interioarã se ridica temperatura la

88 °C. Cu schimbãri continue minore se putea atinge

deja 109 °C.

Sir John Herschel, vestitul astronom a construit o

cutie fierbinte asemãnãtoare, pe care l-a folosit în timpul

expediþiilor sale astronomice în Africa de Sud pentru

scopuri de gãtit. Nu cu mult mai târziu Samuel Langley

a demonstrat, cã cu ajutorul unei cutii fierbinþi

acoperite cu mai multe straturi de sticlã, se pot atinge

peste 100 °C ºi în zone cu temperaturã exterioarã sub

temperatura de îngheþ, pe vreme seninã, cu soare.

Importanþa experimentelor de cutii fierbinþi stãtea

în faptul, cã au stat la baza tehnicã a colectoarelor solare

plane pentru producerea apei calde.

De la demonstraþie la aplicare industrialã

La începutul secolului al 19-lea a început dezvoltarea

industrialã la scarã mare în Europa de Vest, pe care a

reþinut istoria sub denumirea de revoluþie industrialã.

Luptãtorul principal al dezvoltãrii era Anglia, Franþa a

rãmas în urmã din cauza resurselor restrânse de

cãrbune.

Augustin Mouchot, tânãr profesor matematician a

pãrãsit catedra lui din Tours, ca sã sfinþeascã 20 de ani

pentru dezvoltarea uneltelor de energie solarã. Motivaþia

activitãþii sale era ajutare dezvoltãrii prin folosirea

energiei solare la scarã industrialã în Franþa, care (pe

acele vremuri încã) era sãrac în resurse energetice. Dupã

studii prealabile serioase a construit trei aparate de

caracter total nou: o instalaþie solarã de gãtit, una de

distilare ºi o pompã, care funcþionau cu energie solarã.

(imagini preluate din carte)

17


Toate cele trei funcþionau cu ajutorul unui colector cu linie focarã (de formã de vale).

Acestea au fost încã aparate de dimensiuni mici, dar scopul lui Mouchot a fost

construcþia unui cazan, care ar fi fost potrivit pentru punerea în funcþiune a maºinilor

de abur uzuale în acea vreme. În 1874, în Tours a prezentat cazanul de soare din plãci

de cupru, dotat cu sistem de ceas pentru urmarea soarelui, care se afla în linia focarã a

unei oglinzi conice, cazanul fiind învelit în sticlã pentru a asigura efectul de serã.

Oglinda reflectantã de diametrul de 2,5 m a fost fãcutã din segmente, urmând

exemplul instalaþiei lui Peter Hoesen cu 100 de ani mai devreme. Cazanul de soare a lui

Mouchot s-a bucurat de un succes deosebit de mare, a produs abur de presiune înaltã, ºi

a pus în funcþiune o maºinã cu aburi de 0,5 cai putere.

Mouchot a recunoscut, cã din cauza cantitãþii mici de radiaþie solarã directã ºi

schimbãrii sale rapsodice, pentru a pune în funcþiune aparaturi de dimensiuni mai

mari ar fi nevoie de destul de multe cazane solare, care au nevoie de o suprafaþã

consistentã. În aceastã perioadã s-a stabilit Franþa pe teritoriile din Africa de Nord,

unde condiþiile de însorire erau mult mai favorabile, ºi Mouchot ºi-a continuat

experimentele legate de energia solarã timp de câþiva ani în Algeria. La început a

construit câteva aparate simple, pentru uz casnic în folosinþa legiunii strãine franceze,

printre altele un aparat de gãtit ºi una pentru distilarea apei.

Tot în Algeria a construit cel mai mare cazan pânã atunci, care avea un reflector

conic de diametrul de 5 m. Cazanul a fost prezentat ºi la Expoziþia Mondialã de la

Paris, în anul 1878, unde a stârnit mare interes. Instalaþia punea în funcþiune o maºinã

cu aburi, care pompa mai mult de 2000 de litri de apã într-o orã. Tot cu acest aparat

distilau alcool, gãteau mâncare, cu ajutorul unui aparat de rãcit anexat puteau chiar sã

fabrice cuburi de gheaþã.

Dupã succesul de la Paris Mouchot s-a întors în Algeria, unde a fost preocupat în

primul rând de problema depozitãrii energiei. Mai întâi se ocupa de diferite materiale

depozitatoare, apoi a descoperit metoda de depozitare, care este considerat ºi astãzi cea

mai modernã: desfacerea apei cu ajutorul curentului. Prin arderea hidrogenului astfel

generat se poate asigura aprovizionarea cu energie pe timpul orelor de noapte sau în

zilele cu nori. În acea vreme încã nu erau cunoscute panourile solare, din aceastã cauzã

Mouchot a fãcut experimente pentru generarea curentului electric cu ajutorul

termoelementelor. Performanþa acestora ere foarte micã, nu a reuºit sã facã realitate

aceastã idee genialã, asta fiind posibil numai aproape dupã 100 de ani. Între timp în

Franþa s-a modernizat mineritul, cãrbunele a devenit mai ieftin, energia solarã a trecut

încet în fundal. Din aceastã cauzã Mouchot în 1880 s-a întors la activitatea sa

matematicã. Aparatele lui au fost folosite multã vreme în Algeria.

Chiar dacã Mouchot nu a reuºit sã introducã Franþa în „epoca energiei solare”,

activitatea sa totuºi a deschis o nouã erã. A trecut acea limitã misterioasã, care existã

între cercetarea ºtiinþificã ºi aplicarea practicã. Cu aparatele dezvoltate de el a

demonstrat în multe feluri, cã energia solarã poate sã fie o sursã de energie importantã

a omenirii. Cu activitatea sa a creat bazele tehnicii solare moderne.

Între timp, ºi în America s-au fãcut paºi importanþi în folosirea energiei solare.

John Ericsson, inginer-inventator de provenienþã suedezã a recunoscut faptul, cã dupã

ce resursele fosile se vor termina, energia solarã poate sã însemne cea mai importantã

sursã de energie. Din aceastã cauzã în 1870 a construit prima sa maºinã cu aburi

funcþionând cu energie solarã, care asemãna cu aparatul lui Mouchot în multe

privinþe. Diferenþa cea mai importantã consta în faptul, cã Ericsson a folosit reflector

de formã de vale, care avea în linia focarã o conductã de cupru de diametru redus, care

18


servea rolul de cazan, ºi nu a folosit înveliº de sticlã la exteriorul þevii. Dupã mai multe

perfecþionãri a aparatului dorea sã treacã la fabricarea în serie ºi la vânzãri, dar

moartea s-a din 1889 l-a oprit în continuarea activitãþii sale.

În jurul milenarului, s-a mãrit interesul vis a vis de energia solarã ºi în Lumea

Nouã: urmaºii lui Ericsson au aplicat mai multe schimbãri pe construcþiile sale, ºi au

popularizat sistemele de energie solare în primul rând pe teritorii (de exemplu în

Arizona), unde însorirea este deosebit de mare, ºi din cauza secetei este importantã

irigarea. Au fãcut sisteme de irigare cu ajutorul energiei solare în mai multe variante

tehnice, a cãror prezentãri au fost urmate de mare interes. Totuºi aceste sisteme nu s-au

rãspândit în cerc larg, din douã motive. Odatã preþul lor de construcþie era mai ridicat,

decât a sistemelor tradiþionale (celor cu funcþionare bazatã pe cazane cu cãrbune)

fabricate în serie mare. Un alt motiv a fost, cã reflectorul era o instalaþie cu suprafaþã

mare, foarte sensibilã; care se murdãrea uºor, într-un vânt puternic se rãsturna ºi se

spãrgea; accidentele asemãnãtore au contribuit la scãderea popularitãþii instalaþiilor.

Frank Shuman, inginer autodidact de origine germanã a trãit în Philadelphia. El a

demonstrat pentru prima datã, cã energia solarã ar putea fi potrivitã ºi pentru folosire

la scarã industrialã (în centrale termice). La început a folosit instalaþii asemãnãtoare

cutiilor fierbinþi pentru captarea radiaþiei solare, cãldura rezultatã a folosit-o pentru

fierberea unui lichid (eter) cu temperatura de fierbere joasã, ºi cu aburul rezultat a pus

în funcþiune o maºinã cu aburi specialã, de presiune scãzutã. Primele demonstrãri ale

sale erau cu succes, cu instalaþia sa a pus în funcþiune pompe de performanþe mare.

Shuman era un manager înnãscut, s-a priceput la reclamã, ºi ºtia cum poate face rost

de bani pentru continuarea dezvoltãrilor. A fondat o firmã, ºi a vândut acþiuni în

vederea continuãrii finanþãrii întreprinderii. În cele ce urmau, a unit principiul cutiei

fierbinte cu colectorul concentrat, ºi astfel a reuºit sã obþinã o temperaturã atât de

ridicatã, care era potrivitã ºi pentru fierberea apei. A folosit colectoare mari, de formã

de vale în sistem de focar în linie, cu acestea a construit în Philadelphia o instalaþie de

32 de cai putere pentru þinerea în funcþiune a unor pompe.

Dupã acesta Shuman a fãcut rost de parteneri de afaceri englezi, cu ajutorul

sponsorizãrii cãrora, în anul 1913 a construit în Egipt o centralã solarã (în raport cu

realizãrile de atunci) de mari dimensiuni. Încãlzirea cazanului a fost fãcutã de 5 bucãþi

de colectoare parabolice de 70 de m. lungime ºi 3,5 m lãþime de forme de vale, care erau

la distanþe de 7 m. Centrala solarã punea în funcþiune o maºinã cu aburi de presiune

redusã, care acþiona pompe. Depozitarea cãldurii a fost rezolvatã cu un rezervor de

mari dimensiuni, bine izolat, astfel pompele puteau sã funcþioneze timp de 24 de ore pe 3

zi. Performanþa atinsã era de 55 cp, instala pompa 25 m pe minut. Necesarul de

suprafaþã a instalaþiei era deosebit de mare în raport cu cazanele tradiþionale, aproape 2

20 m pentru un cai putere ºi preþul de construcþie era de douã ori mai mare decât a

cazanelor tradiþionale. Dar datoritã economiei de combustibil însemnabil, cheltuielile

suplimentare s-au compensat în 2-3 ani, dupã cum se aprecia la început, iar preþurile

susþinerii erau mult mai reduse, decât în cazul cazanelor obiºnuite. Dupã acest succes

de mare amploare în folosirea energiei solare, la începutul anului 1914, Anglia a oferit

un pãmânt de mari dimensiuni în Egipt grupului de lucru a lui Shuman, pentru

construirea unui sistem de irigaþie experimentalã. Tot atunci Germania a plãnuit sume

mari pentru construirea unei centrale solare pe teritoriul coloniei din Vestul Africii.

Shuman, în proiectele lui de mare amploare, a visat deja despre un câmp de 2colectoare solare în Sahara, pe o arie de 55 mi de km , cu care s-ar fi putut realiza 270

19


de milioane de cai putere anual (atâta era cantitatea de combustibil folosit în anul

1909). Dar declanºarea rãzboiului mondial a pus capãt acestor proiecte, Shuman a

murit în timpul rãzboiului. În anii rãzboiului industria uleiului a trecut peste o

dezvoltare rapidã, preþurile combustibilelor au scãzut, ºi atenþia generalã s-a întors

iarãºi de la folosirea energiei solare.

Energia solarã în arhitecturã

Arhitectura de conºtiinþã energeticã uitatã a epocii antice a fost reamintit de câteva

ori pe parcursul secolelor 19. ºi 20., dar aceste cazuri au fost numai ocazionale, mai ales

cu scopuri demonstrative sau experimentale.

În Anglia vestitã despre cartierele sale întunecoase, nesãnãtoase, în anii 1860 în

apropierea oraºului Liverpool, s-a construit Port Sunlight, un cartier exemplar

proiectat cu conºtiinþã energeticã solarã. Cartiere asemãnãtoare au fost proiectate în

anii 1910 ºi în Franþa ºi Germania. A devenit vestit cartierul „Siemensstadt” (construit

în 1929) din apropierea Berlinului, cartierul Zeilenbau, proiectat pentru o comunitate

mai micã, ºi Neubühl în Elveþia, în apropierea oraºului Zürich.

În America la începutul secolului s-au construit primele zgârie-nori. Efectele

umbririi acestor clãdiri înalte au stârnit probleme arhitecturale, etice ºi juridice. De

aceastã problemã prima datã s-a ocupat arhitectul din Boston, William Atkinson. A

reuºit sã obþinã, ca prefectura oraºului Boston în 1904 a reglementat prin ordin

înãlþimea clãdirilor. Atkinson a continuat o activitate teoreticã ºi experimentalã

privind orientarea clãdirilor, folosirea radiaþiei solare, ºi efectele de umbrire. A fãcut

îndrumãtoare de proiectare, aparaturi demonstrative, ºi a construit sere experimentale.

În 1912 a publicat cartea sa, „Orientarea clãdirilor din punct de vedere a folosirii

energiei solare”. Dar aceasta nu a avut un ecou deosebit, activitatea lui Atkinson a

trecut în uitare, rezultatele lui au fost folosite numai peste zeci de ani.

Rezultatele europene au avut efecte stimulatoare ºi asupra Lumii Noi. În anii 1930

un nou val al folosirii energiei solare a pornit în Statele Unite. Un ºir nou de aparate au

fost construite. Cei mai cunoscuþi constructori erau George Keck ºi Arthur Brown. În

apropierea oraºului Chicago a fost construit ºi un cartier Solar Park, la a cãrei clãdiri

proiectanþii s-au strãduit la folosirea maximã a energiei solare. „Clãdirile solare” în

general au avut succes, din aceastã cauzã unii întreprinzãtori s-au specializat pe acest

domeniu. S-au construit ºi variante, care erau fãcute în întregime din elemente

prefabricate, ºi puteau fi montate pe loc, într-un timp foarte scurt.

Casele solare au fost construcþii bune din punct de vedere funcþional, dar aparenþa

esteticã nu tot timpul era cu succes. O astfel de casã se construia cu pereþii negrii,

pentru a mãrii eficienþa energeticã solarã.

La sfârºitul anilor 40 programul de case solare a intrat într-un declin lent. Preþul

fosilelor a scãzut mult, astfel posibilitatea de economie prin folosirea energiei solare era

mult mai micã, decât înainte ºi în timpul rãzboiului. Pe de altã parte preþul de

construire a caselor solare era cu cel puþin 10% mai mare, decât a celor tradiþionale.

Acest aspect a întors atenþia constructorilor în direcþia clãdirilor tradiþionale. Pânã la

sfârºitul anilor 40 interesul pentru casele solare practic a încetat.

20


Casele solare ale Institutului de Tehnologie din Massachusetts

Cel mai mare program de energie solarã de pânã astãzi a început în 1938 ºi cu

câþiva ani de pauzã a þinut pânã în 1962. Principalul motiv care a dat naºtere la

program a fost dat de faptul, cã în Statele Unite încãlzirea locuinþelor consumã o

cantitate uriaºã de energie, mai multã, decât consumul de energie a industriei. Dacã

aceastã cantitate s-ar putea asigura mãcar parþial din energia solarã, asta ar avea o

însemnare economicã foarte mare. Finanþarea programului a fost asiguratã de cãtre un

om de afaceri din Boston, cu o donaþie de 650 de mii de dolari.

În timpul programului au construit 4 case de tipuri diferite, încãlzirea ºi

alimentarea cu apã caldã a acestora doreau sã rezolve cu ajutorul energiei solare.

Fiecare case experimentalã a funcþionat mai mulþi ani, între timp au fãcut mãsurãri

continue, fãcând rost de experienþã deosebit de bogatã. Documentaþia despre

experimente, relatãrile sunt considerate pânã astãzi printre programele energetice

solare clasice. Conducãtorul programului era Hoyt Hottel, profesor al secþiei de

inginerie chimicã al Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.).2

1. casã solarã a fost construitã cu orientare sudicã, cu 40 m de suprafaþã colectoare

pe acoperiº. Apa încãlzitã de cãtre colectoare a fost condusã cu ajutorul unei pompe în 3

rezervorul de 70 m , amplasatã în subsolul clãdirii. Aerul încãlzit de cãtre rezervor era

condus cu ventilatoare în încãperile de locuire. Pompa ºi ventilatorul funcþionau de pe

reþeaua de curent exterioarã. Dirijarea sistemului era rezolvatã astfel, încât dacã

temperatura apei din colectoare scãdea sub temperatura rezervorului, sistemul se golea

automat. Astfel au evit pericolul de îngheþare a colectoarelor, ºi nu se producea nici

pierdere de cãldurã din cauza temperaturii reduse exterioare.

În interiorul casei solare temperatura nu a cãzut sub 22 °C nici în zilele reci de

iarnã. Mulþi parametrii (unghiul colectoarelor, numãrul straturilor de sticlã în

acoperire, schimbarea performanþei, etc.) au fost analizate, ºi notate cu atenþie. Din

punct de vedere economic rezultatul nu a fost prea favorabil. Suprafaþa mare colectoare

ºi rezervorul de depozitare de mari dimensiuni presupunea un surplus de investiþie prea

mare pentru o locuinþã.

Casa 2. solarã a fost construitã în 1947, pe baza unor principii total diferite faþã de

prima. Cãldura pentru încãlzire a fost asiguratã de cãtre „pereþii de încãlzire” acoperite

cu strat dublu de sticlã, amplasate pe suprafaþa verticalã a pereþilor orientaþi cãtre sud.

Acestea erau cutii metalice plate, vopsite cu absorber de culoare neagrã. Aerul cald de

pe peretele de încãlzire era condus cãtre interiorul casei afluxul natural convectiv.

Împotriva supraîncãlzirii pereþii de încãlzire se puteau acoperi cu perdele de pânzã albã,

când temperatura din casã scãdea sub 22 °C, perdelele pur ºi simplu au fost trase.

Având în vedere rezultatul, colectivul de cercetare ulterior nu a declarat aceastã casã,

fiind una cu succes. Pereþii de încãlzire acopereau 38-48% a necesarului de energie de

încãlzire, dar pierderile erau mult prea mari, ºi folosirea perdelelor a fãcut greoaie

funcþionarea sistemului, ºi din aceastã cauzã aceastã soluþie a fost aruncatã.

Casa solarã 3. a fost construitã pe baza principiilor de bazã modificate, în 1949. La

proiectarea sa au luat în vedere aspectele economice într-o mãsurã mai mare, decât în

cazurile precedente. Odatã nu au luat drept scop, ca necesarul de energie pentru

încãlzire sã fie asigurat în întregime de energia solarã, din aceastã cauzã au inclus o

suprafaþã colectoare mai micã. Pe de altã parte au câºtigat energie solarã ºi cu ajutorul

unor suprafeþe mari vitrate orientate cãtre sud. Apa încãlzitã de cãtre colectoare ºi în

21


acest caz a fost condus într-un rezervor de jos, de unde aerul - asemenea primei case

solare - a fost ventilat în încãperile de locuire. Dar rezervorul a fost mult mai mic, decât

în cazul primei case.

O noutate faþã de experimentele anterioare era, cã aceastã clãdire a fost folositã ca

locuinþã, un tânãr profesor al facultãþii s-a mutat în ea împreunã cu familia sa.

Funcþionarea casei a fost cu succes, 44% din energia pentru încãlzire a fost asiguratã de

cãtre colectoare, 29% datoritã ferestrelor orientate cãtre sud, capacitatea de depozitare

a mobilei ºi a amenajãrilor interioare rezulta încã 16%, numai restul de 11% energie

termicã trebuia asiguratã cu încãlzire electricã. Aceasta a fost casa cu cele mai bune

rezultate dintre toate experimentele de pânã atunci, a funcþionat cu succes pânã în

anul 1953, când s-a ars datoritã unui foc rezultat de un scurtcircuit electric.

4. casã solarã a fost construit în 1958, dupã principii practic asemãnãtoare cu prima.

Dar la proiectare au luat în seamã într-o mãsurã accentuatã aspectele economice, ºi

casa a fost gânditã ca un prototip al unui model de serie. Dar construcþia nu a adus

rezultatele aºteptate, colectoarele au asigurat numai 50% din energia de încãlzire. Casa

a funcþionat ºi aºa pânã în 1962, când programul solar al M.I.T. a luat sfârºit.

Cel mai important rezultat al programului era, cã a demonstrat: încãlzirea solarã a

locuinþelor se poate realiza ºi pe o climã rece, asemãnãtoare Massachusetts-ului.

Casa lui Telkes Mária în Dover

Telkes Mária, fizician de origine maghiarã înainte lua parte în experimente de

industria metalelor. Din 1945 a lucrat în domeniul folosirii energiei solare la M.I.T.,

între timp cu grupul de lucru al caselor solare, dar independent de ei.

A considerat greoaie soluþiile de pânã atunci a depozitãrii cãldurii cu rezervoare de

apã de volume mari, sau cu ajutorul pietriºului. A ºtiut, cã la topirea materialelor

cristaline se depoziteazã o mare cantitate de cãldurã, care la întãrire se degajã (cãldura

de schimbare a fazelor). Telkes Mária a cãutat multã vreme dupã un material ieftin

cristalin, cu punctul de topire mic, ºi cãldura de topire mare. În cele din urmã a

considerat, cã pentru scop cel mai potrivit este sarea glauber (natriu-sulfat-

decahidratul), care are temperatura de topire 32 °C.

Pentru construirea casei experimentale a gãsit ºi un sponsor, astfel în 1948 în Dover

(în apropierea oraºului Boston) casa a fost construitã. Încãlzirea casei - dupã cum se

gândea Telkes Mária - ar fi fost asigurate în întregime de radiaþia solarã. Din aceastã

cauzã nivelul de sus a faþadei sudice a fost acoperitã cu colectoare în poziþie verticalã, de

aici aerul cald a fost condus în casetele de depozitare cu sare aflata în spatele lor. Sarea

glauber din cauza cãldurii absorbite s-a topit, apoi seara, când casa s-a rãcit, s-a întãrit,

degajând cãldura latentã, ºi încãlzind casa. În casa din Dover în iarna anului 1948 s-a

mutat familia Némethy (rudele lui Telkes Mária). La început iarna a fost deosebit de

rece, încãlzirea cu energie solarã nu a fost suficientã; iar încãlzire ajutãtoare nu a fost

proiectatã în clãdire. Familia Némethy a trãit zile neplãcute, reci. Dupã aceea timp de

douã ierni (mai blânde) funcþionarea s-a arãtat satisfãcãtoare, apoi în sistem au

intervenit deranjamente de funcþionare. Conform analizei ulterioare problema putea

sã fie probabil, cã la topirea sãrii glauber s-a despãrþit sarea topitã ºi faza apoasã. La

reîngheþare acestea nu s-au mai amestecat, aºadar eliberarea cãldurii latente nu mai era

uniformã. Apoi pentru a înlãtura problemele de funcþionare, proprietarul a amplasat

calorifere electrice în casã, ºi în 1953, din cauza curgerii rezervoarelor de sare glauber,

întregul sistem solar a fost demolat, ºi au trecut în întregime la încãlzire tradiþionalã.

22


Folosirea cãldurii latente pentru scopuri de depozitare era o idee destul de rentabilã

dar pe acele vremuri - încã - nu au reuºit sã rezolve bine din punt de vedere tehnologic.

(Mai nou soluþia este tot mai des folositã pentru depozitarea cãldurii în sisteme cu

colectoare.) Pe de altã parte, pe lângã condiþiile climatice ale teritoriilor nordice a SUA,

în anii 40 era o idee irealã realizarea unui sistem de încãlzire, care sã se bazeze integral

pe radiaþia solarã. (Alte aspecte ale activitãþii lui Telkes Mária se pot cunoaºte din

articolul din Fizikai Szemle, 3/2001.)

În Ungaria prima casã bio-solarã a fost construitã în apropierea oraºului Bucsa

(lângã Karcag), care conþine numai elemente pasive (serã integratã în volumul clãdirii

pe latura sudicã, diverse elemente pentru depozitarea cãldurii ºi pereþi, ferestre cu

izolare termicã excelentã). Cu ajutorul soluþiilor pasive folosite 40-60% din cheltuielile

de încãlzire tradiþionalã se pot economisi. Încãlzirea ajutãtoare se realizeazã prin sistem

de încãlzire de aer, bazat pe gaz.

Printre rezultatele de vârf momentane se poate înºira ºi casa autonomã (cu

autosuficienþã energeticã) din Freiburg. Aceasta conþine pe lângã elementele pasive

(izolaþie termicã transparentã, ferestre cu umpluturã de gaz, izolaþie termicã specialã la 2

peretele cãtre nord ºi fundaþii) ºi elemente active: colector de 14 m , panouri solare pe o 2suprafaþã de 30 m , care pune în funcþiune un sistem de separare a apei. O parte a

energiei electrice este depozitatã în 48 de bucãþi de baterii, dar cealaltã parte este

folositã pentru separarea apei. Hidrogenul astfel câºtigat este folosit pentru scopuri de

gãtit.

În arhitectura solarã tot mai mult se rãspândeºte concepþia de „casã totalã”. Asta

înseamnã, cã pe lângã elemente arhitecturale pasive se aplicã ºi mijloace active de

ingineria clãdirilor, pentru folosirea cât mai eficientã a energiei solare, în vederea

minimalizãrii folosirii energiilor obiºnuite, sau chiar a înlãturãrii lor totale. (Mai

înainte am vãzut, cum casele solare ale M.I.T., ºi casa lui Telkes Mária erau încercãri în

acest scop.) Pentru aceste clãdiri este tipicã folosirea multiplã a unor elemente ºi

instalaþii. De exemplu: cãldura captatã de colectoarele plane este folositã nu numai

pentru producerea apei menajere calde, dar ºi pentru ajutarea sistemului de încãlzire,

funcþionând la temperaturi joase; colectoarele solare pot îndeplini totodatã ºi

funcþiunea de pergolã, acoperire sau sistem de umbrire.

Energie electricã din energia solarã

Descoperirea efectului-Becquerel (în 1839) se leagã de numele lui Edmund Becquerel

(tatãl lui Henry B. - laureat cu premiu Nobel). Principiul acestuia este, cã potenþialul

unui electrod metalic, care este în contact cu un electrolit, se schimbã datoritã efectului

iluminãrii. Deci fenomenul - teoretic - se poate folosi pentru transformarea energiei

solare în energie electricã. (Încercãrile de la sfârºitul anilor 1870 a lui Mouchot în

aceastã privinþã cu termoelemente, am amintit mai înainte.) Inventatorul american,

Charle Fritts a construit la sfârºitul anilor 1880 primul panou solar cu selen. Dar

eficienþa acestuia era sub 1%. Dupã descoperirea fizicii quantumului ºi a efectului

fotoelectronic, la începutul anilor 1930 au început câþiva sã se ocupe din nou de

realizarea panourilor solare, dar eficienþa slabã a panourilor cu selen (reinventatã) nu a

motivat continuarea cercetãrilor.

23


În 1954 în Laboratorul Bell trei cercetãtori, Gordon Pearson, Darryl Chapin ºi

Calvin Fuller au început experimente cu panouri solare bazate pe siliciu. În primele

experimente au atins deja eficienþe de 4%, iar cu perfecþionãri continue în curând au

fãcut u panou solar de eficienþã de 15%. Rezultatele lor au stârnit mare praf, panourile

solare au fost considerate de mulþi “sursa de energie curatã a viitorului”. Repede a

devenit clar, cã din cauza preþului scump, panourile solare (celule fotoelectrice,

transformatoare PV)nu se pot bucura de folosire la scarã largã, dar pentru câteva

scopuri speciale ele sunt indispensabile. Astfel de scopuri sunt producerea de energie

electricã în locuri izolate, ºi - în primul rând - cercetarea spaþiului. În cadrul

programului spaþial al SUA au înfiinþat o industrie de panouri solare destul de

importantã, pentru cã funcþionarea aparatelor spaþiale fãrã panouri solare ar fi de

neînchipuit.

Panourile solare au mai gãsit aplicaþie popularã în câteva aparate electronice cu

consum mic; de exemplu calculatoare de buzunar, radiouri de buzunar, lanterne, etc.

Mai nou se folosesc cu succes în casele solare autonome.

Producþia de energie electricã din radiaþie solarã deocamdatã este mult mai scumpã,

decât cea tradiþionalã. Pe baza unei analize economice americane (în 1995) preþul

curentului produs cu panouri solare era de 20 cenþi pentru un kWh, iar acest preþ

unitar la centrale termice este de 3-4 cent/kWh.

Cel mai rãspânditã unealtã a folosirii energiei solare este colectorul solar plan, care

este folosit în cerc larg pentru alimentarea cu apã caldã a locuinþelor ºi clãdirilor

publice, dar ºi pentru ajutorarea încãlzirii. Statele membre al EU conduc în construirea

colectoarelor, dintre ei fiind prima Germania (cine a devenit prima la nivel mondial ºi

în construcþia elicelor de vânt). Rãspândirea folosirii energiei solare este scop

guvernamental nu numai în Germania, dar ºi în Olanda, Danemarca, Elveþia ºi

Austria; investiþiile de acest tip în þãrile amintite primesc sponsorizare de stat.

Dileme energetice în partea a doua a secolului 20.

Dupã rãzboiul al doilea mondial industria petrolului a început o dezvoltare

explozivã pe plan global; dar în unele þãri cu resurse restrânse (de exemplu Israel ºi

Japonia) ºi industria energiei solare a propãºit.

Statele Unite ºi aliaþii sãi s-au pus într-o poziþie de aºteptare în stabilirea

perspectivelor industriei energetice. În 1952, la iniþiativa preºedintelui Truman, au

format o comisie pentru analizarea acestei probleme complexe. Comisia a stabilit, cã

lipsa resurselor fosile o sã creeze probleme serioase lui SUA ºi a aliaþilor sãi, pe la

mijlocul anilor 70. (Previziunea s-a arãtat a fi destul de exactã.) Din aceastã cauzã ei

stabilesc, cã „... trebuiesc fãcute eforturi pentru folosirea energiei solare, care ne stã la

dispoziþie în cantitate inepuizabilã. În schimb guvernul nu a urmat în practicã direcþia

stabilitã de cãtre comisie. Pe timpul preºedinþiei lui Eisenhower, conducerea lui SUA, în

1954 ºi-a luat obligaþia lângã energia atomicã, ºi în aceastã decizie a fost urmat rapid ºi

de cãtre aliaþii sãi.

Posibilitatea folosirii paºnice a energiei atomice a generat o stare euforicã în lumea

vesticã. Toate epoca care urma dupã acesta a început sã fie amintitã sub numele de

„epoca atomicã”, care o sã aibã ca principala cucerire aprovizionarea omenirii cu

energie ieftinã, disponibilã în cantitãþi imense, ºi asta o sã facã posibilã o prosperare

nemaivãzutã a civilizaþiei umane. Au pornit investiþii enorme pentru dezvoltarea

industriei atomice, în acest timp sumele destinate dezvoltãrii folosirii energiei solare nu

24

Folosirea energiei solare este tot mai rãspânditã în ultima vreme. În timpul

proceselor de fuziune a Soarelui se formeazã o cantitate de energie imensã, din care 16atinge Pãmântul în medie 10 kJ de energie pe minut. Asta înseamnã pe lângã o medie

18de 12 ore radiaþie, 7.2 * 10 kJ pe zi. Ordinul de mãrime a acestei cifre reflectã faptul, cã

dacã am putea sã folosim 1% a energiei solare, am putea acoperi toate cantitatea de *12

energie necesitatã de cãtre omenire la începutul secolului XI.

Nu întâmplãtor deci fructificarea energiei solare poate sã fie de o importanþã-cheie

pentru economia energeticã a viitorului.

Tehnologii pentru folosirea energiei solare

Cunoaºtem mai multe modalitãþi de folosire a energiei solare. Aceste aparaturi ºi

metode, datoritã modularitãþii, simplitãþii, independenþei lor sunt deja potrivite,

pentru ca sã creãm cu ajutorul lor clãdiri ºi case, care sunt autonome ºi autarhice din

punct de vedere energetic. Realizãrile de acest tip se pot gãsi deja ºi în realitate, de

exemplu în statele din Europa de Vest, în primul rând în Olanda, Danemarca,

Germania. Pentru ca aceste metode sã se rãspândeascã pe o arie mai mare, este

necesarã o schimbare a culturii arhitecturale, care sã se foloseascã de posibilitãþile noi,

care stau la îndemânã.

Printre instalaþiile de folosire a energiei solare cele mai rãspândite sunt panourile

solare ºi captatoarele termice. În afarã de acestea mai existã sisteme, în care se foloseºte

aerul pentru mediul de conducere a energiei termice, adicã lumina solarã este folositã

pentru încãlzirea aerului. Cu folosirea acestora putem sã încãlzim în primul rând spaþii

interioare, în mod direct sau indirect, dar putem sã folosim ºi pentru încãlzirea aerului

ventilat, sau a apelor menajere. Unele sisteme se pot inversa, atunci vara se poate

pricinui rãcire, sau cu ajutorul efectului de horn putem sã extragem aer cald din

încãperi. Aceste elemente se potrivesc bine cu elementele arhitecturale uzuale, la

structurã, ºi astfel fac posibilã de exemplu folosirea dublã a acoperiºului sau a faþadei,

prin intermediul colectoarelor solare.

Sistemele de încãlzire cu ventilatoare, puse în funcþiune de lumina solarã, au diverse

avantaje ºi dezavantaje. Ca ºi avantaj putem sã numim faptul, cã se pot bine dirija, ºi

sunt uºor integrabile în sistemele obiºnuite de încãlzire, ventilare sau condiþionare. Nu

existã probleme de îngheþ, sau corosive, curgerile nu sunt atât de serioase, cât la un

sistem bazat pe apã, ºi nu este nevoie de anticongelant. Dar existã anumite restrângeri:

trebuie sã rezolvãm problema zgomotului, ºi la circulare trebuie evitatã vitezele mari.

Consumaþia ventilatoarelor trebuie minimalizatã, de asemenea scãderea de presiune

din canalele de aer. Trebuie rezolvatã ºi problema prafului ºi a cantitãþii de abur, în

cazul sistemelor deschise.

Funcþiunile sistemelor de încãlzire solarã

Sistemele de încãlzire solarã au câteva funcþiuni primare, pe care trebuie sã le

îndeplineascã, pentru a face posibilã transformarea energiei radiaþiilor solare în

încãlzirea spaþiilor clãdirilor.

FOLOSIREA ENERGIEI SOLARE

*12 Date luate de pe internet - vezi sursele în Bibliografie

25

- captarea radiaþiei solare, cu ajutorul unor sisteme de tip activ sau pasiv

- depozitarea energiei, prin diverse modalitãþi

- predarea energiei, prin intermediul radiaþiei, conducerii sau a convecþiei

Depozitarea energiei captate este necesarã din cauzã asincronicitãþii dintre oferta

energiei razelor solare ºi necesitatea de încãlzire (ziua/noaptea, senin/noros). În

general este vorba de o depozitare de ciclu de o zi, dar prin rezolvãri speciale, în cazuri

excepþionale se poate realiza ºi depozitare sezonalã.

Pentru folosirea energiei provenite din Soare existã douã modalitãþi de bazã:

producerea energeticã activã ºi cea pasivã.

În cazul folosirii pasive sunt esenþiale orientarea clãdirii ºi materialele folosite. În

acest caz folosim pentru a produce energie termicã, efectul de serã, care este de nedorit

la o scarã globalã, dar foarte eficient în cazul unei clãdiri. În principiu toate clãdirile

care pot folosi radiaþia Soarelui prin intermediul formãrii lor arhitecturale ºi cu

ajutorul mediului natural dat, sunt folositoare pasive ale energiei solare. Folosirea

pasivã a energiei solarã funcþioneazã mai mult în perioadele de tranziþie, adicã când

existã deja/încã pierderi de cãldurã din cauza temperaturii exterioare, dar radiaþia

solarã este deja/încã suficient de importantã.

Producþia activã are douã metode.

Prima metodã este, când transformãm energia solarã în cãldurã. În clãdirile tipice

de folosire a energiei solare pereþi mari de sticlã sunt orientate cãtre sud, care sunt

acoperite pe timpul nopþii cu panouri termoizolatoare. Prin vitraj lumina cade pe

pardosealã sau pereþi de capacitate mare de inerþie termicã, a cãror suprafaþã exterioarã

este de asemenea bine izolat termic, ºi astfel sunt capabile sã depoziteze cãldura captatã

timp de multã vreme. Captarea energiei termice se face cu precãdere cu ajutorul

captatoarelor solare. Aceasta este instalaþia, care absoarbe energia radiaþiei solare, o *13transformã în energie termicã, apoi o predã unui mediu de depozitare.

Cu cealaltã metodã, cu ajutorul aºa numitor unelte fotovoltaice (PV), adicã panouri

solare, putem transforma energia radiaþiei solare în curent electric.

Valoarea economiei rezultate

În general o clãdire medie foloseºte 45 000 MJ energie pentru încãlzire anual, ceea

ce înseamnã 70% din necesarul sãu întreg de energie. Sistemele solare de încãlzire sunt

potrivite pentru acoperirea necesarului întreg de încãlzire numai în cazul aplicãrii unor

soluþii speciale, din aceastã cauzã le folosim împreunã cu sistemele de încãlzire

complementare, sau combinate cu acestea. În funcþie de tipul de soluþie adoptat ºi

modul de folosire, se pot acoperi 30-70% din necesarul anual de energie cu ajutorul

sistemelor obiºnuite de încãlzire solarã.


*13 O variantã specialã dar foarte interesantã a încãlzirii solare este,

când rezolvãm încãlzirea clãdirii în toate perioada de încãlzire cu

ajutorul cãldurii depozitate vara. Pentru aceasta avem nevoie de

colectoare cu suprafeþe foarte mari, ºi depozite de cãldurã

termoizolate uriaºe. Regula de calcul aproximativ a proiectãrii ia ca

bazã de calcul necesarul de cãldurã pe ziua cea mai rece a iernii, ºi

pentru fiecare 5 KW de necesar este nevoie de aproximativ 60 mp.

suprafaþã colector ºi 100 000 l de mediu de depozitare.

26

Baza de calcul pentru ajutorarea încãlzirii ºi a apei calde menajere este de 5 mp.

suprafaþã colectoare ºi 500 l depozit de cãldurã pentru 1 KW de necesar de cãldurã.

Sistemele active ºi o parte a sistemelor hibride încep sã funcþioneze numai la o

anumitã intensitate a radiaþiei, când sistemul poate sã furnizeze energie de încãlzire.

Sistemul pasiv funcþioneazã lângã orice intensitate micã a radiaþiei, chiar dacã nu

încãlzeºte, dar micºoreazã pierderile.


27

În sistemele active rolul de colectare a energiei este asiguratã de colectoare. Acestea

sunt de obicei elemente independente, care se pot monta pe clãdire, dar existã ºi

variante de combinare constructivã cu unele elemente a clãdirii, care sunt în aceleaºi

moment acoperiºuri ºi colectoare. În colectoare circulã mediu de transmitere. Dacã

mediul de transmitere este lichid, depozitarea se întâmplã în rezervoare. Rezervoarele

sunt tipic cilindrice, în poziþie verticalã, astfel efectul stratificãrii dupã temperaturã a

lichidului poate fi folosit cel mai bine: stratul cel mai cald din partea superioarã a

rezervorului se poate lua pentru folosire, iar temperatura din fundul rezervorului este

potrivit mai micã din punct de vedere a transmisiei termice.

Despre orientarea colectoarelor

Orientarea optimã a colectoarelor este cãtre sud, dar de la aceastã direcþie se poate

trece în micã mãsurã cãtre est/vest, în funcþie de posibilitãþile locului de aplicare.

Abaterea de la direcþia sudului poate cauza reducerea radiaþiei captate, care pânã la

±30° nu este foarte semnificativã.

La orientare cãtre est/vest reducerea poate sã atingã 30%. Dacã trebuie ales între

orientarea cãtre est ºi vest, din cauza aerului mai cald de dupã masã ºi ceþurile mai

puþin probabile în aceastã perioadã a zilei, este mai potrivitã alegerea direcþiei vestice.

Abaterea de la panta optimalã rezultã reducerea capacitãþii colectorului. Reducþia

în cazul funcþionãrii pe timpul întregului an, la aºezare orizontalã este de ~20%, ºa

poziþie verticalã ~35%. În cazul abaterii de la orientarea optimalã, suprafaþa trebuie

dimensionatã mai mare pe baza acestor date.

Diferenþa principalã dintre sistemele active ºi pasive este, cã majoritatea sistemelor

pasive (sisteme directe, pereþi colectoare, sere, sisteme solare deschise, ºi mai multe

sisteme hibride) reduce pierderea de cãldurã a clãdirii (ºi astfel necesarul de cãldurã

solicitat de sistemul adiþional de încãlzire) chiar ºi lângã energie puþinã captatã (adicã

în cazul unei însoriri parþiale de intensitate redusã). Sistemele active(ºi sistemele hibride

cu circuit închis) furnizeazã energie termicã, numai dacã temperatura mediului de

transmisie atinge o temperaturã anume (adicã temperatura interioarã a mediului

încãlzit).

Sisteme hibride

Mai putem vorbi despre combinarea sistemelor active ºi cele pasive, acestea fiind

denumite sisteme hibride. Sistemele hibride sunt acele sisteme solare, care folosesc

structura clãdirii pentru colectarea, depozitarea energiei solare, dar folosesc ºi elemente

mecanizate: ventilatoare, ghene. În general se foloseºte aerul pentru transmiterea

energiei. Proiectarea sistemelor hibride necesitã cunoºtinþe profesionale.

Aerul, ca mediu de transmitere

Pentru transmiterea energiei de încãlzire aerul poate fi folosit în douã feluri: sau

conducem direct în încãpere - atunci serveºte scopuri de ventilare-încãlzire, sau

METODE ACTIVEpentru folosirea energiei solare

28

introducem în rosturile de aer a elementelor arhitecturale

- atunci funcþioneazã ca încãlzire de perete sau pardosealã

integratã.

În prima variantã putem sã folosim aer de orice

temperaturã obþinutã din colector. , Dacã temperatura

aerului introdus depãºeºte cea a încãperii, putem sã

folosim pentru încãlzire, dacã este mai micã, pentru

aerisire - în acest caz aerul cel puþin este preîncãlzit, deci

energia necesarã pentru încãlzirea la temperatura

camerei se reduce.

În varianta a doua temperatura aerului trebuie sã fie

cel puþin mai mare, decât temperatura camerei, deoarece

numai astfel ne putem aºtepta la efect de încãlzire prin

elementul structural. Aer mai rece nu putem folosi în

scop de încãlzire. Din aceastã cauzã sistemele de acest tip

funcþioneazã mai puþinã ore în sezonul rece, decât

celelalte tipuri. În schimb marele avantaj al lor este, cã

încãlzind elementele structurale „din interiorul lor” ele

folosesc foarte bine capacitatea de depozitare a acestora.

Condiþia oricãrei folosiri a energiei solare

Orice soluþie alegem, condiþia primarã a funcþionãrii

este, ca acea suprafaþã, unde dorim sã colectãm energie

solarã, în timpul potrivit (în cazul încãlzirii pe timp de

iarnã) sã beneficieze de radiaþie destulã, adicã aceastã

suprafaþã sã nu fie în umbra unor corpuri de clãdiri,

variaþii a terenului, clãdiri vecine sau vegetaþie.

Cerinþele de bazã a proiectãrii arhitecturale solare

- soluþiile de mãrire a câºtigului energetic sã nu

conducã la mãrirea pierderilor

- soluþiile, care vizeazã micºorarea pierderilor sã nu

conducã la micºorarea câºtigului de energie radiatã

captatã

- soluþiile de mãrire a câºtigului energetic sã nu

conducã vara la supraîncãlzirea neplãcutã a clãdirii

- dupã ce cerinþele precedente sunt contradictorii,

trebuie gãsit compromisul echilibrat

- soluþiile de mãrire a energiei captate sau prin sisteme

constructive mecanizate sã se potriveascã armonic cu

clãdirea din punct de vedere arhitectural ºi structural.

Tipurile sistemelor de încãlzire solarã prin aer


29

*14Studiind sistemele de astãzi existente, putem deosebi 6 tipuri. Acestea se

diferenþiazã mai ales prin faptul, cã folosesc sau nu mediu de depozitare, ºi prin ce

metodã conduc cãldura de la depozitare la clãdire. Sistemul de transmitere este deseori

descrisã prin „deschis”/”închis” în funcþie de faptul, cã aerul trecut prin colectorul

solar intrã sau nu direct în încãperea încãlzitã.

tipul 1 - aerul pentru ventilare încãlzit solar

Aerul de afarã circulã prin colectorul solar direct în spaþiul de încãlzit/ventilat. Cu

aceastã metodã putem atinge rezultate bune, fiindcã în colector intrã aer rece. Vara

ieºirea colectorului poate fi direcþionat cãtre afarã. Se foloseºte mai ales la ventilarea în

afara folosirii a vilelor, ºi ventilarea spaþiilor mari de fabrici.

tipul 2 - colector deschis cu un circuit

Dupã inventatorul sãu a fost botezat sistem Bara Constantini, În acest sistem aerul

încãperii este circulat prin colector, unde se încãlzeºte. Dupã aceea aerul cald se înalþã ºi

se întoarce în încãpere prin tavan. Dupã apusul de soare, tavanul radiazã cãldura

depozitatã. Vara ºi aici colectorul poate fi deschis cãtre afarã, astfel scoate aerul cald din

încãpere, în locul cãruia putem conduce aer mai rãcoros dintr-un rezervor subteran,

sau prin ferestrele deschise cãtre nord. Aceastã metodã este folositã cu precãdere la

locuinþe.

tipul 3 - circularea aerului încãlzit de cãtre colectoare prin canalele aflate în

înveliºul clãdirii

Cu aceastã metodã se poate micºora în mod drastic pierderea de cãldurã prin

înveliº. Deoarece aerul din înveliº ajuns în colector este relativ rece, sistemul poate fi

funcþionat cu un randament foarte bun. Vara aerul, care pãrãseºte colectorul poate fi

introdus într-un schimbãtor de cãldurã, care pregãteºte apã caldã menajerã.

tipul 4 - circuit închis pentru colector-depozitare, cu radiaþie cãtre spaþiul interior

Aceasta este una dintre modelele clasice de încãlzire solarã, unde conducem aerul

cald din colector în canalele aflate în pardoseala sau peretele casei, apoi suprafaþa

radiazã cãldura în spaþiul de încãlzit cu o întârziere de 4-6 ore. Un avantaj al acestui

sistem este, cã creeazã suprafeþe mari de radiaþie. Folosirea lui s-a rãspândit la clãdirile,

unde stã la dispoziþie suprafaþã potrivitã.

tipul 5 - circuit colector-depozit închis, circuit depozit-încãpere deschis

Acest tip s-a rãspândit în Statele Unite, mai puþin în Europa, din cauza teoriei

legate de igiena aerului circulat prin mediul de depozitare. În schimb - nu sau semnalat

încã îmbolnãviri din aceastã cauzã. Avantajul acestui sistem este simplicitatea ºi o bunã

manevrare a funcþionãrii lui. Emisia cãldurii din depozit se poate controla cu

ventilatoare ºi închideri. În general mediul de depozitare este un pat stâncos, care

permite pe o suprafaþã mare schimbul de energie termicã. Mãrimea idealã de piatrã


*14 Categorizare preluatã de pe internet

30

este între 2 ºi 5 cm diametru, densitatea sa fiind 50% din densitatea stâncii pure.

Direcþia de circulare a aerului de la încãpere cãtre depozit în general este inversã celuia

de la colector la depozit. În masa de stâncã putem aºeza ºi un rezervor cu apã, în care se

preparã apã caldã pentru uz menajer.

tipul 6 - folosirea aerului încãlzit prin colector pentru prepararea apei calde, cu

ajutorul schimbãtorului termic

În cadrul acestui sistem aerul cald este condus într-un rezervor de încãlzire a apei,

acest schimbãtor se aflã în interiorul clãdirii, nu este nevoie deci de anticongelant. Apa

încãlzitã poate fi folositã în mod direct, sau poate fi circulatã pentru încãlzirea

încãperilor interioare. Avantajul acestui sistem este, cã colectorul poate sã fie de

construcþie simplã , circularea aerului poate fi rezolvatã prin metode tradiþionale

arhitecturale, iar conducerea cãldurii prin clãdire se întâmplã pe bazã de apã.

În cazul proiectãrii unui sistem solar bazat pe aer este cel mai important de

apreciat, cum se poate folosi cel mai util energia termicã rezultatã, având în vedere

modul de folosire energeticã a clãdirii. De exemplu într-o ºcoalã sau birou ar putea fi

mai economic din punct de vedere energetic încãlzirea aerului de ventilare, decât cea a

încãperilor interioare. Ar putea sã fie importat de asemenea sã ne gândim: ce alte

folosiri a sistemului sunt posibile, de exemplu încãlzirea apei pe timp de varã.

Analog cu sistemele de aer existã ºi sisteme de captare a energiei solare, în care


schema de

funcþionare a unui

sistem activ solar

utilizarea

panourilor solare

- posibilitatea

folosirii radiaþiei

indirecte

31

Energia solarã, fãrã orice fel de structuri ºi materiale speciale, doar printr-o

proiectare ºi executare specialã, poate sã acopere zeci la sutã din necesarul de încãlzire.

Clãdirile proiectate conºtient din acest punct de vedere, sunt numite sisteme pasive

directe solare. Câþiva dintre caracteristicile unei clãdiri de genul o sã prezentãm în

urmãtoarele.

Forma clãdirii

2Pânã la o suprafaþã de bazã de 150 m este bine, ca forma clãdiri sã fie compactã,

apropiatã de cerc sau pãtrat. La clãdiri mai mari poate sã fie eficient ºi un plan mai

alungit, dacã faþada mai lungã poate sã fie orientatã cãtre sud.

Orientarea încãperilor

Camerele de locuit sã fie orientate cãtre sud, încãperile cu nevoi de iluminare ºi

încãlzire mai redusã sã fie orientate cãtre nord. Cum se cunoaºte de fapt din teoria

generalã a arhitecturii, dormitoarele cel mai optim sã fie orientate cãtre est, iar *15

bucãtãria ºi cãmara, cel mai bine cãtre nord.

Încãperile cãtre nord (sau înspre direcþia dominantã a vânturilor) formeazã o arie

de protecþie a clãdirii. Acest tip de plan este numit plan cu zone de tampon.

Planimetria clãdirii

În ceea ce priveºte planul clãdirii, este avantajos, ca încãperile, care necesitã un

confort termic ºi o iluminare mai bunã, sã fie lipite de faþada expusã radiaþiei solare,

spaþiile cu temperaturi interioare mai reduse ºi iluminare mai nesemnificativã -deci

suprafeþe vitrate mai mici- sã fie lângã faþadele expuse cãtre nord, sau cãtre direcþia

vânturilor dominante. Astfel aceste spaþii din urmã creeazã un tampon între spaþiile cu

pretenþii ºi zona naturalã cu caracteristici nepotrivite.

Aceastã zonã tampon are rolurile de izolare, depozit termic ºi baraj împotriva

curenþilor de aer direcþi. Înºirarea spaþiilor în general este simplã -provenind din

funcþia fiecãrei încãperi: de exemplu la o locuinþã camera de zi, locul de luat masa,

camerele copiilor ºi de lucru creeazã partea cu cele mai mari exigenþe a clãdirii, urmate

de dormitoare, bucãtãrie ºi baie, iar zona tampon poate fi creatã de hol, WC, cãmarã,

garderobã, garaj, depozit de lemne, etc. Au rol de tampon de asemenea ºi pivniþa ºi

podul.

În mod natural, este o legãturã strânsã între mãrimile absolute ale clãdirii,

aranjarea planimetricã, volumetrie ºi orientare. În cazul planurilor mai mari suprafaþa

necesarã de faþadã expusã cãtre sud poate fi creatã prin forme de plan cu urechi,

triunghiular, semicircular. Aceasta determinã o volumetrie mai împãrþitã, un raport de

suprafaþã/volum mai nepotrivit, dar dezavantajele acesteia pot fi învinse de avantajele

vitrajelor orientate potrivit.

MODALITÃÞI PASIVEa folosirii energiei solare

*15 Ernst Neufert, vezi Bibliografia

32


Structurile anexã a modului de folosire a energiei solare în mod pasiv

Pierderea de cãldurã a suprafeþelor mari vitrate pe timp de noapte se poate micºora

prin folosirea unor sisteme de umbrire ºi izolare. Cu acestea pot fi reduse ºi încãlzirea

pe timpul verii, ºi îmbunãtãþitã condiþiile de siguranþã a clãdirii. Dirijarea sistemului de

umbrire poate sã fie automatizat sau manual. În primul caz dirijarea automatizatã

poate sã se întâmple pe semnalul unui termostat, termometru sau element termic.

Dacã dirijarea sistemelor mobile este prea complicatã, nu este de aºteptat, ca pe termen

lung sã fie folosite în mod corespunzãtor ºi consecvent.

Este important ºi efectul straturilor de aer. De exemplu în cazul unei textile putem

conta pe capacitatea de izolare a materiei, pe izolarea termicã a stratului de aer, dar ºi

pe stratul de aer dintre încreþiturile perdelei. Efectul de izolare a perdelei depinde de

tipul materialului textil, poate fi accentuatã de poziþionarea dirijatã a marginilor

perdelei (adicã prin închiderea stratului de aer dintre geam ºi perdea). Este importantã

ºi poziþia perdelei faþã de elementul de încãlzire: perdeaua sã nu dirijeze cãldura emisã

de calorifer cãtre suprafaþa geamului.

Condiþia de bazã a folosirii energiei solare este existenþa unui volum necesar pentru

depozitarea energiei termice. Putem porni din regula de calcul, ca în spatele fiecãrei 1 2

m de suprafaþã vitratã trebuie sã existe cel puþin 2000 kg. de volum activ pentru

depozitarea energiei termice. Fãrã aceasta energia radiaþiei captate de clãdire cauzeazã

supraîncãlzirea aerului din interior, sau porneºte în locuitori reacþii adverse, prin

folosirea sistemelor de umbrire, respectiv curãþirea aerului cald din încãpere, prin

aerisire.

Suprafeþe vitrate

Aceasta este cea mai simplã metodã de folosire pasivã a radiaþiei solare. Principiul

lui de bazã este, cã razele solare pãtrund în încãpere prin intermediul ferestrelor

potrivit orientate, ferestrele casei preiau rolul de captare a cãldurii solare, iar

materialele de construcþie a spaþiilor interioare depoziteazã cãldura, ca s-o emitã în

timpul nopþii sau în zilele înnorate. Ferestrele orientate cãtre soare sunt eficiente, dacã

sunt mai mari, decât cele obiºnuite, iar în încãperile, care nu ar primi soare, un

luminator zenital lasã lumina sã pãtrundã. Fiecare suprafaþã de sticlã este dublã sau

triplã, ºi sub climat aspru trebuie fãcut din sticlã cu capacitate de emisie redusã.

Este importantã capacitatea de depozitare termicã (inerþia termicã) a suprafeþelor

absorbante interioare. Din acest punct de vedere sunt potrivite pereþii grei de piatrã,

planºeele de beton ºi cele asemãnãtoare, dar ºi structurile existente se pot tencui sau

înveli cu gresie groasã. Dacã planºeul rezistã, se pot folosi ºi rezervoare de apã. Deºi

cãldura este dispersatã ºi de miºcãrile termice naturale ale aerului din locuinþã, la

circularea artificialã este nevoie de mai puþin mediu transportator.

Vara trebuie sã ne ferim de supraîncãlzire, cu ajutorul unei umbriri potrivite.

Perdelele termoizolatoare, tablele ferestrelor, jaluzelele nu numai cã þin umbrã, dar

sunt ºi elemente decorative în sine, iar putem sã amintim ºi plantele.

33


Majoritatea ferestrelor sã fie orientate cãtre sectorul sudic, aici se pot folosi

suprafeþe mari vitrate. Pe faþada cãtre sectorul nordic sã existe numai ferestre mici

pentru scopuri de iluminare necesarã. În vederea, ca radiaþia solarã captatã de clãdire

sã poate sã fie folositã pe timp de noapte, este nevoie de structuri cu inerþie termicã

mare. Din aceastã cauzã izolaþia termicã sã fie pe exteriorul pereþilor, pentru

pardosealã sã folosim ceramicã sau parchet lipit pe o bazã din beton.

*16Pereþi colectori

Una dintre metodele folosirii radiaþiei solare prin metode arhitecturale este

utilizarea pereþilor colectori. Principiul de bazã ale acestora este, cã pe suprafaþa

exterioarã a peretelui existã acoperire transparenþã, sticlã. Radiaþia solarã, care trece

prin aceasta, încãlzeºte suprafaþa exterioarã a peretelui, care absoarbe cãldura. Rãcirea

lui este blocatã de acoperirea vitratã, ºi eventual de structurile auxiliare mobile de

umbrire. Suprafaþa exterioarã a peretelui este învelit cu un material cu absorbþie mare,

de culoare închisã. Aici se întâmplã absorbirea energiei termice, depozitate de peretele

cu inerþie termicã mare, ºi radiatã cãtre încãperea din interior cu întârziere.

Printre condiþiile de aplicare este de amintit faþada cu expunere potrivitã, sudicã. În

ceea ce priveºte materialul peretelui colector se pot obþine cele mai bune rezultate cu

structuri, care conduc foarte bine energia termicã (cãrãmidã plinã, piatrã, beton).

Performanþa peretelui absorbant este mai bunã, dacã se aplicã vitraj din sticlã

termopan, ºi prin structuri mobile de umbrire-termoizolare. Se pot transforma chiar ºi

pereþi existenþi. Este mai puþin cu efect folosirea sau transformarea în cazul pereþilor

din materiale moderne, ºi pierde orice sens în cazul pereþilor cu strat propriu de

termoizolare. Transformarea peretelui existent în perete colector ridicã capacitatea ei

de termoizolare.

*17Pereþi de tip Trombe

„Spãlarea” cãldurii rãmase pe stratul exterior a peretelui colector se poate întâmpla

prin deschiderea niºelor de ventilare prin perete, cu ajutorul unui circuit natural a

curenþilor de aer. Aceste orificii sunt de dorit sã fie pãstrate deschis în iarna timpul zilei

ºi seara, când temperatura exterioarã a peretelui este deasupra 20 °C. Fãrã aceste

orificii putem vorbi despre perete colector, cu acestea o numim perete Trombe. În cazul

unei folosiri corespunzãtoare, în timpul iernii peretele Trombe are un câºtig mai mare,

decât pierderi. Sistemul de umbrire protejeazã iarna pe timp de noapte de rãcirea

interiorului, vara în timpul zilei de supraîncãlzirea spaþiilor. Acest din urmã scop este

servit ºi de orificiile de ventilare a vitrajului.

O cerinþã importantã practicã este, ca în cazul în care folosim structuri de umbrire,

sã asigurãm accesul la ele în scop de reparare ºi curãþare. ªi nu trebuie sã uitãm de

asemenea de faptul, cã în cazul folosirii acestor soluþii de încãlzire solarã trebuie sã

rãmânã liber destulã suprafaþã pentru ferestre (pentru asigurarea iluminãrii

încãperilor).

*16, *17 Vezi imaginile de pe pagina urmãtoare

34


schema peretelui colector

schema peretelui Trombe, funcþionarea lui în diferite perioade a anului ºi a zilei

structura izolaþiilor transparente ºi schema lor de funcþionare

35


*18Izolaþie termicã transparentã

Una dintre variantele cele mai noi (putem sã zicem revoluþionare) a pereþilor

colectori reprezintã peretele cu izolaþie termicã transparentã. Astfel de soluþii au fost

aplicate mai ales în Germania ºi Anglia. Principiul de bazã a izolaþiei transparente este,

cã suprafaþa exterioarã a peretelui va fi acoperitã de un strat termoizolant, care

permite traversarea razelor solare. Energia, care pãtrunde în structurã este apoi în

marea majoritate absorbitã de suprafaþa peretelui, în spatele izolaþiei termice.

Aceastã suprafaþã a peretelui este separatã de exterior de cãtre izolaþia termicã.

Marea majoritate a energiei captate este absorbitã de volumul peretelui - alegând calea

mai uºoarã. La limita dintre suprafaþa peretelui ºi strat izolant se formeazã o

temperaturã atât de ridicatã, încât în zilele obiºnuite de iarnã încãperea poate câºtiga

energie termicã prin perete, dar ºi în zilele înnorate pierderile sunt semnificativ

micºorate.

Deteriorarea materialelor ºi supraîncãlzirea spaþiului trebuie prevenitã prin

protejarea suprafeþei exterioare a structurii de razele solare pe timp de varã. Asta poate

sã se întâmple cu ajutorul sistemului de umbrire, a unui vitraj din sticlã termotrop

(care se închide la culoare pe efect de cãldurã), sau prin introducerea unui strat de aer.

La clãdirile mai înalte trebuie fãcut studiu contra incendiilor.

Straturile termoizolante transparente sunt martorii unei tehnologii noi. Preþurile

sale sunt deocamdatã foarte înalte, dar cu timpul, ºi dezvoltarea tehnologicã, pe de altã

parte scumpirea agenþilor termici o sã facã raþionalã folosirea acestui tip de soluþie într-

un viitor apropiat. Acoperirea cu sticlã a izolaþiilor transparente poate cauza o

schimbare radicalã în imaginea clãdirii. Tencuielile transparente în dezvoltare se pot

obþine suprafeþe asemãnãtoare cu cele obiºnuite.

Spaþii solare

Serele sunt elemente arhitecturale accentuate. Pot sã intrã în volumul clãdirii sau

sã fie ataºate de ele. Într-o formulare absolut generalã putem numi în cadrul

arhitecturii solare „spaþiu solar” (eng. sunspace) oricare încãpere care prezinte toate

cele urmãtoare condiþii:

- are suprafaþã exterioarã vitratã

- are contact cu cel puþin un spaþiu încãlzit a clãdirii

- poate fi accesat din clãdire

- nu are încãlzire proprie

- desigur, are o orientare potrivitã, cu însorire bunã.

Aceste cerinþe se pot îndeplini în multe feluri. Serã este ºi un spaþiu cu trei laturi

exterioare, ºi acoperire transparentã, carte este ataºat unei faþade (deja gata). Sera

poate sã fie un spaþiu, care intrã în volumul clãdirii, având una dintre suprafeþe vitrate,

de fapt în locul unei camere, dar poate sã fie ºi o curte interioarã acoperitã cu sticlã.

Dar spaþiul solar poate sã fie ºi un pod cu acoperire transparentã, o verandã sau balcon

vitrat. Variantele formale ºi planimetrice sunt foarte variate.

*18 Vezi imaginea de pe pagina anterioarã

Studiind efectul de tampon din punct de vedere a folosirii energetice a clãdirii cel

mai favorit caz este, când:

- dacã acoperim o suprafaþã cât mai mare exterioarã a clãdirii cu o serã, care are o

suprafaþã exterioarã cât de micã (adicã o serã lungã, dar nu prea adâncã)

- dacã avem în fiecare loc geam dublu

- dacã avem în fiecare loc structurã mobilã de umbrire.36


Dacã privim, când o sã fie spaþiul solar mai cald pe baza efectului de tampon,

atunci variantele din stânga desenului sunt mai calde (având în vedere structuri

asemãnãtoare ºi rapoarte planimetrice corespunzãtoare).

Lângã rapoarte asemãnãtoare, sera va fi cea mai caldã cu geam dublu înspre

exterior ºi geam simplu cãtre interior. Este cu ceva mai rece, astfel putem sã ne

aºteptãm la o folosire pe termen mai scurt, dacã ambele vitrajuri sunt cu sticlã dublã,

iar ºi mai rece, dacã cãtre interior folosim sticlã dublã, ºi înspre exterior numai sticlã

simplã.

Structura mobilã de umbrire este absolut necesarã vara, pe timpul iernii ea

micºoreazã pierderile de cãldurã. Sera va fi cea mai caldã, dacã aplicãm structurã de

umbrire numai pe suprafaþa interioarã a vitrajului cãtre exterior, ºi va fi mai rece, dacã

folosim umbrire ºi pe latura cãtre serã a camerei vecine, sau dacã folosim umbrire

numai aici.

37

Posibilitãþile de folosire ale spaþiilor solare

Spaþiile adiacente serelor de multe ori primesc iluminare ºi aerisire naturalã numai

prin spaþiul serei. Astfel este o regulã de bazã faptul, cã spaþiile, care se deschid cãtre

serã sã fie compatibile funcþional, fiind folosite împreunã (de exemplu camerele unui

apartament pot fi deschise cãtre acelaºi serã, dar camerele ºi bucãtãria împreunã, sau

camerele apartamentelor diferite nu pot fi ataºate aceluiaºi spaþiu solar). În afarã de

efectele energetice, funcþionale ºi estetice a spaþiilor solare, acestea mai au rolul de

izolare de sunet ºi praf, de asemenea ele leagã spaþiile interioarã între ele din punct de

vedere acustic, ºi (important de menþinut) în privinþa circulãrii mirosurilor. Cu toate

cã spaþiile solare nu au încãlzire proprie, datoritã câºtigului energetic solar pe timp de

iarnã, ºi cu aplicarea metodelor de umbrire-aerisire pe timp de varã, ele pot fi folosite ca *16

ºi spaþii utile ale clãdirii mai bine de 5000 de ore anual.

Folosirea serelor pe timpul verii

Pânã acum am studiat spaþiile solare din punct de vedere a anotimpului rãcoros.

Privind utilizarea pe timpul verii trebuie sã avem în vedere efectele de încãlzire a serei.

Pentru o bunã funcþionare a spaþiului solar vara, sunt necesare urmãtoarele:

- umbrire pe suprafaþa cãtre exterior a serei

- aerisire intensivã între serã ºi exterior (folosind efectul de horn)

- introducerea aerului proaspãt pe o cale, care nu trece prin spaþiul solar.

Aerisirea spaþiilor solare

Cantitatea de câºtig a energiei solare, captate de serã depinde de mãrimea, tipul de

sticlã ºi chenar a golurilor dintre serã ºi spaþiul camerei interioare adiacente. Câºtigul

direct este mai mare, dacã aici avem o suprafaþã cât mai mare vitratã, cu capacitate

bunã de transmisie. Totodatã este neavantajos, dacã pe aceastã suprafaþã avem puþin

perete plin, pentru absorbirea ºi depozitarea cãldurii captate.

Intensitatea ºi direcþia miºcãrii aerului depinde de mai mulþi factori în schimbare,

dar într-o anume mãsurã poate fi influenþatã prin proiectare. Dacã luãm ca ºi punct de

pornire datã direcþia vânturilor dominante (cu toate cã micºorarea efectelor poate sã

fie influenþatã cu ajutorul vegetaþiei) ºi a clãdirilor vecine, putem modifica miºcarea

aerului prin dimensionarea golurilor, a modalitãþii de funcþionare, a poziþiei lor faþã de

celelalte, cu goluri de ventilare, sau prin folosirea unor ventilatoare de mici capacitãþi.


*19 Temperatura, care este de aºteptat în spaþiile solare, poate fi

calculatã. Dar ar fi greºit sã apreciem plãcerea ºi timpul posibil de

petrecut în spaþiul serei pe baza temperaturii interioare a sa. Asta,

fiindcã persoana, care se aflã în serã, este radiatã de razele solare în

mod direct, ceea ce face, ca senzaþia de cãldurã sã existe, chiar ºi pe

lângã temperaturile mai joase ale aerului. De asemenea este o altã

întrebare, cât timp putem sã þinem deschisã uºa dintre serã ºi spaþiul

adiacent interior, fiindcã acest lucru este avantajos, numai dacã

temperatura din spaþiul solar a atins cel puþin pe cea din interior.

Astfel, ceea ce priveºte timpul de utilizare a spaþiului solar, putem

vorbi separat de timp de utilizare cu uºile închise sau deschise.

38

Mãsura aerisirii nu poate fi scãzute sub un anumit nivel (datoritã cauzelor igienice).

Dacã mãsura aerisirii este stabilite, rãmâne o întrebare direcþia miºcãrii aerului. Dacã

aerul uzat din clãdire iese în spaþiul serei, acolo rãcindu-se aceasta va încãlzi sera, iar

aerul proaspãt din exterior trebuie încãlzit în clãdire, toate acestea cauzând pierderi

energetice importante.

În celãlalt caz, dacã aerul proaspãt intrã în clãdire prin spaþiul serei. Aerul se va

încãlzi la temperatura serei, ceea ce cauzeazã rãcirea spaþiului solar. Dar aerul intrã în

încãperile interioare preîncãlzit, ceea ce reduce pierderile de energie termicã. În acest

caz mai putem conta pe efectul de curãþare a aerului de cãtre particulele de praf mai

grele, mai ales, dacã sera este umplutã de plante.

În variante intermediare schimbul de aer între spaþiul interior ºi exterior se

întâmplã pe alte faþade, decât spaþiul solar. Aerul proaspãt trebuie deci încãlzit în

clãdire. Nu este schimb de aer între serã ºi exterior. Schimbul de aer între spaþiul solar

ºi încãperea interioarã depinde de diferenþa de temperaturã, ºi poate sã constã ori

miºcarea aerului dinspre serã cãtre camerã, ori invers, depinzând de care spaþiu este

mai cald.

Concluzii

Dupã cum se poate observa, posibilitãþile spaþiilor solare depind de mulþi factori.

Este foarte important ºi influenþa persoanelor, care locuiesc în spaþiul respectiv, ori în

punct de vedere „static” (mobilare, plante), ori privind modul de folosire (punerea în

funcþiune a sistemelor mobile de umbrire, aerisire). Aprecierea rezultatelor aºteptate

din punct de vedere energetic este greu, deoarece baza de comparaþie - clãdirea de care

aparþine spaþiul solar - poate sã fie de foarte multe tipuri. În funcþie de aceasta ºi de

modul de folosire putem sã ajungem chiar ºi la 30% economisire energeticã, dar ºi

efectul celor mai bine proiectate spaþii solare poate fi nimicitã de o folosire

necorespunzãtoare.

Elemente de structura a serelor

Geamul

Este clar, cã radiaþia solarã, care intrã în spaþiul serei depinde de mãrimea

vitrajului, pe care aste o are. Din acest punct de vedere cel mai potrivit ar fi o structurã

metalicã, cu geam simplu, dar care este cel mai nepotrivit din punct de vedere a izolãrii

termice, a puntelor termice ºi a problemei aburului. Structura de lemn mai groasã ºi

geamul dublu (de tip termopan) micºoreazã cantitatea radiaþiei solare, dar în schimb

rezolvã bine efectul de tampon, micºoreazã problemele de punþi termice ºi aburizare.

Pardoseala

Cea mai importantã suprafaþã de absorbþie a spaþiului solar este pardoseala. Din

aceastã cauzã capãtã importanþã calitatea tratãrii acestei suprafeþe. O suprafaþã de

culoare închisã absoarbe mai bine cãldura, dar o suprafaþã deschisã mãreºte iluminarea

naturalã a spaþiului interior adiacent (prin reflectarea razelor solare). Capãtã un rol

mai mic calitatea pardoselii în cazul în care sera este foarte încãrcatã cu mobilier sau

plante, în acest caz pardoseala participã la absorbþia cãldurii prin transmiterea aerului.

În acest caz variaþia temperaturii în serã va fi mai mare în timpul zilei (ºi depinzând de


39


schimbarea însoririi). Acest lucru poate sã fie chiar un avantaj, dacã cãutãm câteva ore

de confort termic în zilele reci ºi însorite.

Acoperirea

Aprecierea acoperirii serei este relativ simplã: este de înþeles, cã acoperirea cu sticlã

este un avantaj pe timp de iarnã din punt de vedere a cantitãþii radiaþiei solare captate.

Acelaºi soluþie vara poate cauza supraîncãlzirea spaþiului. Dacã aplicãm o acoperire

normalã (din motivul preþului scump a acoperirii cu sticlã securizatã, sau pentru cã pe

acoperiº montãm panouri solare), pierderea prin transmisie a acesteia va fi mai micã,

dar adâncimea spaþiului solar va fi foarte restrânsã, pentru cã un acoperiº în faþa

încãperii interioare este un neavantaj serios în iluminarea ºi câºtigul direct a acesteia.

Acest efect este micºorat de o înãlþime mare a serei. Acesta este avantajos ºi din alte

motive: faþada va fi protejatã pe o suprafaþã mai mare, radiaþia solarã intrã în spaþiu pe

o suprafaþã mai mare. În schimb poate sã aparã efectul de stratificare a aerului cald din

serã. Aerul cald din partea de sus a serei trebuie condusã în spaþiul unde se aflã

persoanele utilizatoare (de exemplu cu ajutorul unui ventilator). Acest lucru poate sã se

întâmple în mod natural (dacã înspre serã se deschid spaþiile mai multor nivele), sau cu

ajutorul unui ventilator, care porneºte automatizat, dacã temperatura din partea de

sus a serei depãºeºte temperatura camerei interioare. Aceastã metodã automatã poate fi

schema funcþionãrii

efectului de serã la

nivel global

utilizarea energiei

solare în serã

- unghiul de

cãdere a razelor

solare vara ºi

40

CONCEPTEîn arhitectura solarã

Arhitectura ecologicã este denumirea comunã a tuturor curentelor

arhitecturale, care doreºte sã diminueze poluarea interioarã ºi exterioarã a clãdirilor.

Ecologia este un cuvânt de povenienþã greacã, care înseamnã studiul mediului

înconjurãtor. Aceastã ºtiinþã se ocupã de relaþia fiinþelor ºi a mediului. În sens

arhitectural arhitectura ecologicã aplicã funcþiunea protecþiei mediului cu metode

arhitecturale. Protecþia mediului în cadrul arhitectural la scarã macro înseamnã relaþia

cu mediul natural înconjurãtor, iar la scarã micro se referã la spaþiul propriu interior

construit. Arhitectura ecologicã înseamnã acele metode, care au scopul de a proteja

spaþiile exterioare ºi interioare de producerea ºi efectele emisiilor, radiaþiilor, deºeurilor

periculoase determinate de procesul de construire ºi folosire a clãdirilor.

În plus are ca scop protejarea mediului natural, ºi menþinerea ºi îmbunãtãþirea

calitãþii de viaþã a omului.

Arhitectura solarã se ocupã de folosirea energiei solare cu ajutorul elementelor

constructive ºi instalaþiilor arhitecturale.

Arhitectura biosolarã pune accent pe lângã cele înºirate mai sus pe efectul benefic

asupra vieþii omeneºti a radiaþiei solare.

Arhitectura climaticã este la baza ei arhitecturã solarã. Denumirea înseamnã atenþia

acordatã relaþiei cu elementele climatice (ploaie, zãpadã, vânt) ºi a amenajãrii mediului

natural (teren, vegetaþie, suprafeþe de apã).

Deºi atitudinile de mai sus sunt de fapt toate conºtiente din punct de vedere energetic,

arhitectura de conºtienþã energeticã înseamnã izolaþie termicã supraeficientã, instalaþii

ºi control modern a încãlzirii ºi ventilãrii clãdirii.

Arhitectura solarã este din principiu una, care protejeazã mediul înconjurãtor natural,

totuºi arhitectura ambiantã acoperã acele metode, care folosesc materiale naturale,

reciclabile, prelucrate cu nevoi energetice minime, iar clãdirea rezultatã foloseºte

materialele în circulaþie continuã (apa, gunoiul, apele uzate).

Arhitectura verde pune accent pe folosirea conºtientã a vegetaþiei pe faþadele clãdirii ºi

în jurul sãu - ºi este o strategie în conformitate cu cele climatice ºi biosolare.

41

80% din viaþa noastrã petrecem în clãdiri. Pe lângã aspectele teoretice ale problemei

de sãnãtate, ºi modul de folosire durabil a clãdirilor, o sã simþim în mod practic (pe

facturile de combustibile obiºnuite) actualitatea conceptului folosirii energiei solare.

Datoritã ridicãrii accentuate a preþurilor la energiile fosile (gaz, petrol, cãrbune),

trebuie sã acordãm o atenþie mai mare construirii clãdirilor pentru toatã perioada lor

de viaþã în mod energo-conºtient, care determinã nevoile ºi consumul energetic al

clãdirii ºi întregii naþiuni pentru 80 de ani înainte.

Folosirea directã a energiei solare în producerea energiei pentru consum este una

dintre cele mai în dezvoltare ramuri a industriei ºi tehnicii. Dupã convingeri pesimiste

dezvoltarea anualã va atinge cel puþin 15%, dar dupã pãreri optimiste ea poate ajunge

la o dezvoltare de 30% pe un termen lung. Acest optimism nu este fãrã de bazã.

Curentul (energia electricã), care se obþine din energia solarã astãzi a atins deja preþul

energiei obiºnuite, datoritã dezvoltãrilor tehnologice. Dacã tendinþa actualã se

pãstreazã, în câþiva ani se va ajunge sã ajungã la preþul energiei electrice obþinute din

reactoarele atomice. Acest lucru poate sã devinã realitate, dacã luãm în considerare

posibilele scumpiri a energiei atomice, datorite problemelor de depozitare ºi nimicire a

deºeurilor atomice.

Concepte noi în producþia energeticã

Este tot mai de dorit, ca relaþia între furnizor ºi consumator sã nu fie

unidirecþional, dar schimbãtorul energetic sã funcþioneze mai complex, pe baza unei

logistici energetice mai dezvoltate. Preluarea energiei din reþeaua naþionalã prezintã o

siguranþã - dacã de exemplu sunt mai multe zile succesivã fãrã însorire suficientã, ºi

rezervele s-au terminat. Dar este posibil sã se întâmplã, ca reþeaua se defecteazã ºi nu

beneficiem de energie, exact când avem nevoie cel mai mult. Întreruperea curentului

electric pune în pericol depozitarea medicamentelor, alimentelor, sistemele de

siguranþã ºi de comunicare, etc. În aceste cazuri excepþionale sistemul energetic

propriu trebuie sã intrã în funcþiune ºi sã preia alimentarea cu energie electricã

(schimbare imediatã în mod de funcþiune UPS, asemenea ca la calculatoare).

Este o pretenþie de înþeles ºi faptul, dacã sistemul propriu solar nu reuºeºte sã

furnizeze energia necesarã într-un moment dat, atunci sã poatã sã cearã ajutor din

reþea, ºi sã acopere de acolo nevoile, dar când este capabil, sã-ºi acopere integral nevoile

(mod de funcþionare Energie Zero). Ar fi de dorit, ca nevoile suplimentare sã nu fie

acoperite, astfel încât în momentul respectiv se conecteazã de reþea în mod obiºnuit,

numai cerând energia în plus, de care are nevoie. Sã ia, sã dea înapoi, sã încarce, sã

dirijeze, într-un cuvânt: sã comunice.

Acestea sunt deja cerinþele ºi caracteristicile unui sistem autonom energetic

modern.

Dupã aceste se ridicã întrebarea:

Cum va fi viitorul? ªi cât de departe suntem de acest viitor?

Nu prea se poate da încã un rãspuns concret la aceastã întrebare, dar este clar, cã

manifestãrile arhitecturale ale viitorului o sã fie nu numai clãdiri, dar o sã contribuie la

folosirea energiei solare, ºi o sã aparã, ca centre locale de producþie a energiei (electrice,

ACTUALIZAREA CONCEPTULUI

42

dar ºi termice!), fãcând parte dintr-un ansamblu energetic larg.

Sisteme locale hibride pentru producerea energiei - un model energetic a oraºelor

viitoare.

Începând de aici arhitectura solarã serveºte un scop la o scarã mai largã: localitãþi

solare - a cãrei detalii sunt deja tematici unui studiu urmãtor.

Dacã ne uitãm la paºii concreþi, care trebuie fãcuþi, pentru a ajunge mai aproape de

acest viitor, se pot formula urmãtoarele. Implicaþiile, care se ridicã la viitoarele etape de *20

utilizare pe scarã largã a energiei solare, sunt urmãtoarele:

- stabilirea distanþei optime între clãdiri, þinând seama de latitudine, orientare,

regim de înãlþime, nivel de însorire; structurarea zonelor de locuit în funcþie de aceºti

parametri; orientarea optimã a reþelelor stradale; conformarea ºi geometria

ansamblurilor de locuit în vederea realizãrii unei suprafeþe maxime de captare ºi a unui

indice ridicat de conservare a energiei

- utilizarea ºi modelarea reliefului artificial; constituirea unei anvelope urbane

(relief construit) care sã beneficieze de însorire maximã

- utilizarea elementelor naturale: relief, vegetaþie, suprafeþe de apã, apã freaticã, etc.

- realizarea unei cooperãri energetice între funcþiunile urbane ºi echilibrarea, pe

ansamblu, a zonelor cu potenþial energetic diferit

- ierarhizarea tipurilor energetice ºi studiul repartizãrii lor în teritoriu;

dimensionarea pe criterii energetice a unitãþilor de locuit; implicaþii ale utilizãrii

energiei solare în mediul rural

- utilizarea efectului microclimatic al zonelor construite, efectul de microclimã al

oraºului

- restudierea (optimizarea) traseelor energetice în oraºe ºi teritoriu.

Aceste implicaþii, ca ºi altele mai complexe, vor constitui viitoare teme de cercetare

pentru proiectarea clãdirilor de locuit, care utilizeazã energia solarã. Abordarea

acestora necesitã un cadru larg interdisciplinar, din care nu ar trebui sã lipseascã

energiticienii, fizicienii, termotehnicienii, meteorologii, arhitecþii, etc.

ACTUALIZAREA CONCEPTULUI

*20 pe baza unui studiu fãcut de echipa lui Florin Colpacci în 1980 -

publicat în revista Arhitectura - vezi Bibliografia

43

Nu toate atitudinile ecologice arhitecturale, consider a fi corecte.

Existã clãdiri, care sunt dorite a fi ecologice, dar nu pun accent pe relaþia cu

soarele, pe o eventualã folosire a energiei solare. Aceste clãdiri nu pot fi, din principiu,

ecologice în totalitate! Ele pierd energie, datoritã conformãrii, orientãrii ºi planimetriei

lor, ºi nu participã la o schimbare conºtientã a atitudinii locuitorilor în sensul folosirii

ºi a posibilitãþilor energiei solare. Putem sã zicem, cã nu sunt exemple complete ale

unor case ecologice, mai ales din punct de vedere didactiv.

O altã categorie de clãdiri folosesc energia solarã într-un mod ultra-tehnologizat ºi

automatizat (mai ales prin metode active). Aceste, pe lângã faptul, cã sunt soluþii foarte

scumpe, sunt modalitãþi, care ridicã întrebãri vizavi de o atitudine într-adevãr ecologicã

(datoritã tehnologiilor dãunãtoare mediului, la procesul de fabricare a instalaþiilor

folosite).

Consider, cã nu putem sã avem o atitudine parþialã faþã de problemele ecologice a

Pãmântului, trebuie sã observãm relaþiile, care se întâmplã pe toate nivelele, de la

procesul de fabricare, prin transport, pânã la folosire, ºi degradare, respectiv latura

economicã, socialã ºi didacticã a lucrurilor.

În ceea ce priveºte automatizarea, nu trebuie cãutatã dirijarea independentã ºi

necontrolatã a sistemelor de folosire a energiei solare. Omul, folositor a clãdirilor

respective, trebuie sã se implice în mod direct în dirijarea sistemului de captare a

razelor solare, numai în acest fel va putea participa la o miºcare (schimbare) globalã în

ceea ce priveºte atitudinea faþã de ecologia naturii înconjurãtoare.

Ecologia însãºi înseamnã o contrãire cu mediul înconjurãtor, deci o implicare

directã în problemele, care se ridicã, ºi un ajutor direct în soluþionarea lor.

Mai existã clãdiri, care sunt proiectate pentru a folosi energia solarã numai în mod

activ, cu ajutorul unor colectoare. Nu sunt de acord cu aceastã atitudine, fiindcã

rezultã case, care au mai puþin, chiar cu un spaþiu solar pasiv. Sera putând fi una dintre

cele mai marcante spaþii ale unei clãdiri, plãcutã în utilizare, care pune accent pe o

relaþie directã a omului cu Soarele, ºi energia sa. Acest aspect trebuie cãutat în cadrul

fiecãrei clãdiri, numite ecologice.

Putem vedea deci, cã fiecare laturã bunã a unei atitudini faþã de folosirea energiei

solare în arhitecturã, poate conduce la situaþii exagerate, dacã sunt duse la extrem.

Soluþia ar putea fi o cale de mijloc, folosind toate posibilitãþile, pe care ne oferã

cunoºtinþele actuale, ºi punând accent pe una dintre ele.

În acest fel se poate prezenta modul de folosire complex a energiei solare în cadrul

fiecãrei clãdiri. ªi nu în ultimul rând se poate acumula experienþã, privind mai multe

aspecte ºi posibilitãþi în acest sens, lucru de dorit ºi necesar pentru o evoluare a

metodelor de folosire a energiei solare.

ABORDÃRI CRITICE

44

Punctul meu de vedere se situeazã în jurul unei conformãri cât mai simple,

economice, ecologice ºi ieftine a soluþiilor arhitecturale a folosirii energiei solare.

Ca arhitect al viitorului apropiat, mã simt obligat sã mã ocup de problemele solare,

ºi cu ajutorul clãdirilor proiectate de mine, sã îmbogãþesc experienþa caselor solare.

Sunt convins, cã una dintre soluþiile cele mai viabile a energiilor viitorului, stã în mod

categoric în folosirea energiei pasive. Probabil, o sã reuºeascã (datoritã invenþiilor

contemporane ºi a dezvoltãrii tehnologice) sã producã energie ºi prin alte metode, dar

care o sã fie costisitoare (din cauza unei laturi de afaceri a fiecãrei probleme de astãzi).

Mult mai simplã ºi mai ieftinã este folosirea energiei solare pe cale „proprie”, cu

ajutorul locuinþei fiecãruia.

Mã intereseazã modul de a folosi energia solarã, fãrã utilizarea instalaþiilor scumpe

ºi complicate, doar prin conformarea arhitecturale a clãdirii. Cred, cã este ºi datoria

mea, sã proiectez case, care sã micºoreze pierderile de cãldurã ºi sã reducã nevoia de

energie obiºnuitã, prin folosirea pasivã a energiei razelor solare.

Mã simt dator în ceea ce priveºte viitorul vieþii pe pãmânt. Devin un meseriaº, care

are toate posibilitatea de a ajuta starea Pãmântului, ºi modul de gândire a Omenirii,

fapt ceea ce poate conduce la o schimbare a atitudinii generale vizavi de starea

mediului. Sunt adeptul unei gândiri ecologice, bazate pe durabilitate, ºi pe perspective

pe termene lungi.

Fiindcã clãdirile proiectate pe parcursul carierei mele profesionale vor caracteriza,

într-o parte, situaþia energeticã ºi modul de gândire pentru zeci de ani în cele ce

urmeazã, mã simt obligat sã mã ocup de problema unei gândiri conºtiente, de a forma

ºi conforma situaþia lumii actuale, numite „modernã”.

Pe de altã parte se pare a fi mare nevoie de construirea unor clãdiri sãnãtoase, în

ceea ce priveºte aspectele fizice, dar ºi cele mentale ale utilizatorilor sale. Oamenii de

astãzi sunt bolnavi, ºi acest lucru se datoreazã în parte ºi construcþiilor ultimilor

decenii ºi mai ales a modului de construire de astãzi. (Pe de altã parte se datoreazã

alimentaþiei ºi a calitãþii aerului ºi apei de bãut.)

Eu doresc sã proiectez case sãnãtoase, pentru a ajuta aceastã situaþie complexã (a

omului modern) ºi în aceastã privinþã.

Ultimul aspect, care mã conduce la ideea folosirii energiei solare în arhitecturã este

atitudinea conformãrii unor construcþii organice. O clãdire trebuie sã aibã spiritul ei,

trebuie sã-ºi trãiascã propria ei viaþã. ªi în acest fel sã serveascã Omul, care trãieºte în

Ele. O clãdire cu personalitate proprie poate schimba atitudinea utilizatorilor, poate

chiar sã prezinte un anume mesaj cãtre toþi cei, care o folosesc.

Cea mai la îndemânã posibilitate pentru a crea o personalitate precisã a clãdirilor,

ºi pentru a forma un mesaj clar (ºi la nevoie), se aflã în cãutarea unei relaþii directe cu

soarele. Soarele, care ne dã nouã, tuturor viaþã, ºi ne poate da chiar ºi clãdirilor

viitorului, viaþã.

Din aceste cauze am ales sã mã ocup de problema arhitecturii solare.

ATITUDINEA PERSONALÃ

45

EXEMPLEde case solare

*21 Exemple din România

În cursul anului 1977, a fost construitã la Câmpina,

experimental, o locuinþã individualã folosind pentru

încãlzire energia solarã. Autorul arhitect este A. Streja.

Construcþia are un perete uºor captor, orientat cãtre sud,

care face un unghi de 65° cu planul orizontal. Peretele

este alcãtuit din panouri captoare heliotermice plane,

de tip Incerc, montate pe o structurã metalicã.

Un alt exemplu de integrare a captorilor heliotermici plani în alcãtuirea unui

perete uºor pentru realizarea unei instalaþii de captarea a energiei solare îl constituie

locuinþa experimentalã Neptun 1, proiectatã de I.P. Carpaþi în colaborare cu Increst

(autor arh. A. Pereº). ªi în acest caz, instalaþia urmeazã sã furnizeze energie termicã

pentru încãlzirea construcþiei ºi pentru prepararea apei calde menajere. Peretele sud,

captor, face un unghi de 50° cu plabnul orizontal ºi este realizat din panouri

captoare heliotermice de tip Increst, montate pe o structurã metalicã.

Un al treilea exemplu de construcþie solarã, în care e integrat un perete uºor,

realizat de data aceasta cu captori heliotermici cu aer care produc cãldurã în scopuri

industriale, este clãdirea captorului-uscãtor de fructe proiectat de Institutul politehnic

din Bucureºti, în colaborare cu Institutul de arhitecturã "Ion Mincu". Autorul este

arhitectul Sandu Miclescu.

La Câmpina, Institutul de cercetãri pentru

construcþii a realizat în cursul anului 1976 o casã solarã

bazatã pe un principiu asemãnãtor sistemului peretelui

inventat de Felix Trombe, ºi care se aflã în curs de

experimentare (autor arh. A. Streja).

Captarea radiaþiei solare se face de peretele de beton

masiv de 474 centimetrii grosime, acoperit cãtre exterior

cu o serã de sticlã, stocarea energiei termice se face în

acelaºi perete cu volumul de cca. 14 metrii cubi.

Experimentarea, desfãºuratã pe mai mult de un an, a

confirmat posibilitatea reducerii consumului de energie

pentru încãlzire, în proporþie de 50%.

*21 Exemple publicate de arh. S. Miclescu - în articolul amintit

46


În anii '70 s-a mai fãcut un studiu de cercetare,

privind folosirea captorilor heliotermici tip Incerc, în

ipoteza integrãrii lor în ansambluri hoteliere noi, cu

funcþionare sezonierã sau continuã. Una dintre variante

urmãrea acoperirea a cca. 80% din consumul de energie

necesar preparãrii apei calde menajere.

Odatã cu modalitãþile de integrare a sistemelor

heliocaptoare, a fost studiatã reprtiþia spaþialã a

funcþiunilor, astfel încât sã permitã climatizarea

naturalã a clãdirii prin asocierea efectului de serã, cu o

circulaþie dirijatã a aerului în spaþiile interioare.

Casã solarã, Budapesta. Arhitect Callmeyer Ferenc.

Esenþa clãdirii este folosirea energiei solare în mod

pasiv, printr-o serã ºi prin micºorarea înãlþimii spaþiilor

de deservire. Sera se situazã între terasã ºi camera de zi,

având rol în iluminarea amândurora. Efectul sãu este

defapt unul biologic ºi psihic, are rol în ridicarea

umiditãþii aerului. Casa mai foloseºte posibilitãþile date

de avantajul terenului, prin acoperirea cu pãmânt a unei

pãrþi a clãdirii.

Aceastã casã a fost

construitã în formã de

semicerc, în faþã colecteazã

razele solare cu ajutorul unei

sere, în spaþe pereþi de piatrã

ºi acoperire cu pãmânt þin

cald împotriva vânturilor

dominante. Casa se aflã în

Wisconsin, ºi a fost

proiectatã de Frank Lloyd

Wright în 1949.

*22 Exemple internaþionale

*22 Exemple din cartea "Természetes ház könyve" - vezi Bibliografia

47


Casa numitã "dome a

barreau" în Agenben,

Franþa a fost proiectat de

Francis Séguinel. Clãdirea

foloseºte cãldura energiei

solare captatã de perete

vitrat curb. Pe partea

superioarã a cupolei

existã un depozit central

de cãldurã.

Casa Naturii dein Suedia în afarã energia curentului electric, se bazeazã integral pe

naturã. Casa din spatele înveliºului de sticlã este luminoasã, curatã ºi spaþioasã. În

spaþiul solar din jurul ei cresc plante exotice, sub sera de pe acoperiº, sunt plante

vegetale, fructe ºi flori. Aerul din cutia de sticlã este încãlzitã de soare ºi circulatã de un

ventilator, astfel încât surplusul este depozitat de stratul de pietriº de sub casã. O

eventualã încãlzire suplimentarã face posibilã soba cu lemn din mijlocul casei. Aerul

proaspãt, care intrã în casã prin sera de sub acoperiº, umplã casa cu mirosul poaspãt a

florilor. Arhitect: Bengt Warne.

Arhitectul Floyd Stein se odihneºte într-un spaþiu

solar proiectat de el în acest bloc de locuinþe din

Coppenhaga.

48


Acest spaþiu este captator pasiv solar. În timpul zilei

absoarbe energia razelor solare, ºi o depoziteazã într-un

planºeu gros de beton, apoi emite cãldura pe timpul

nopþii. Arhitect: T. Whitcomb Iglehart.

Casa Everett Barber

în Connecticut,

proiectat de Charles

Moore în 1975, foloseºte

sisteme active ºi pasive.

În clãdire circulã

cãldura bucãtãriei, a

sobei, a persoanelor ºi a

soarelui, ºi ajunge

înapoi în spaþiul

interior printr-un pat

de pietriº, care se aflã

sub casã.

49

România se aflã în zona climei temperate, pe latitudinea nordicã, între 43,4° ºi 48,2°.

Numãrul orelor cu soare sunt de aproximativ 2100 de ore, cantitatea cãldurii radiaþiei

solare ajunse pe o suprafaþã orizontalã este de ~1300 kWh/an. Valoarea maximã, vara,

în orele de prânz, în cazul unui cer curat, senin, atinge, uneori depãºeºte valoarea de

1000 W/m2.

În þara noastrã , sunt în medie cca. 110-115 zile senine pe an, zonele cu insolaþie mai

ridicate fiind situate în Delta Dunãrii (cca. 160 zile senine pe an), pe litoralul Mãrii *23

Negre ºi pe valea Prahovei (cca. 140 zile senine pe an).

Energia solarã medie în zona oraºului Bucureºti, mãsuratã pe un plan orientat

cãtre sud, ºi înclinat cu 45 °, este de 4 000 Kcal/mp (4,5 Kw/h/mp) în sezonul cald, ºi de

1 800 Kcal/mp (2 Kw/h/mp) în timpul sezonului rece.

Teoretic, pornind de la aceste date ºi raportându-le la consumul curent al unei

locuinþe având o suprafaþã de captare aflatã în raportul 1 mp captare/ 35 mc volum

construit, ar trebui ca întreg consumul de energie al acestei locuinþe sã poate fi

acoperit de energia radiaþiei solare.

Folosirea energiei solare se aratã a fi una dintre cele mai la îndemânã soluþii de

energie alternativã ºi în România. Dacã ne uitãm la indiciul cantitãþii anuale de

energie pe metru pãtrat, care caracterizeazã teritoriul þãrii noastre, putem stabili, cã

nu este deloc nesemnificativã. Mai mult de jumãtate din aceastã cantitate cade pe

lunile de varã. Asta însemnã, cã pe timpul iernii, când zilele sunt mai scurte, afarã sunt

temperaturi mai scãzute, ºi deci este mare nevoia de energie, atunci putem beneficia cel

mai puþin de energia solarã. Problema adevãratã nu este cauzatã de diferenþa dintre

anotimpuri, ci de perioada scurtã de radiaþie, asociatã de cantitatea puþinã de energie.

În perioada ierni, într-o zi normalã, durata însoririi atinge numai 2-3 ore. Acest lucru

stabileºte în principiu posibilitãþile de folosire a energiei solare în România.

Putem deosebi cele trei tipuri de folosire: utilizarea energiei solare în mod activ,

pasiv ºi fotovoltaic.

Folosirea activã se aratã a fi cea mai la îndemânã. Radiaþia fiind transformatã în

cãldurã, cu ajutorul colectoarelor, ne stã la dispoziþie prin agentul termic. În funcþie de

modul de construcþie a colectorului solar, temperatura agentului termic atinge

temperatura de folosire, ºi acest lucru uºureazã modalitãþile de folosire. Timpul de

folosire a energiei solare de obicei este alta, decât durata de însorire, fãcând necesarã

depozitarea cãldurii. Depozitarea poate fi rezolvatã numai prin metode destul de

scumpe, din aceastã cauzã la folosirea economicã a energiei solare în mod activ putem

sã ne aºteptãm în cazul domeniilor, care fac posibilã eliminarea depozitãrii, sau unde

posibilitatea depozitãrii existã oricum. În conformitate cu acestea energia solarã este o

realã alternativã în cazul unor nevoi tehnologice (de exemplu în cazul serelor

agriculturale), sau la producerea apei calde menajere.

În legãturã cu folosirea energiei solare pe teritoriul României putem sã afirmãm, cã

energia care ne stã la dispoziþie, este mult prea puþinã, pentru ca sã încãlzim clãdirea

cu ajutorul sãu, dar mult prea multã, ca sã nu o luãm seamã ºi sã nu cãutãm

posibilitãþile de folosire a ei.

POSIBILITÃÞI ÎN ROMÂNIApentru folosirea energiei solare

*23 Date preluate din articolul lui S. Miclescu - vezi Bibliografia.

50

POSIBILITÃÞI ÎN ROMÂNIApentru folosirea energiei solare

51

Omul constructor, de-a lungul existenþei sale, a încercat

sã-ºi clãdeascã adãpostul, nu numai în funcþie de materialele

ºi tehnica de care dispunea, ci ºi, pa cât posibil,

corespunzãtor necesitãþilor de a-l feri de rigorile climei,

constrâns ºi de imperativul economiei de combustibil.

În lupta împotriva frigului sau a cãldurii excesive,

omul a acumulat experienþe dintre care unele nu sunt lipsite

de interes chiar pentru epoca pe care o trãim.

Multe dintre aceste experienþe au condus, în timp, la

unele concepþii de realizare a clãdirilor, cu precãdere a

locuinþei: formã în plan, volum, orientare faþã de punctele

cardinale, un anumit raport între golurile ºi plinurile

pereþilor exteriori - în vederea diminuãrii pierderilor de

cãldurã iarna ºi a însoririi excesive vara.

Pe teritoriul þãrii noastre, oamenii ºi-au clãdit locuinþe

cu forþe proprii sau cu ajutorul unor meºteri, indiferent de

constructor, de tipul construcþiei ºi de regiune - apar

comune câteva principii, la multe case sãteºti, la majoritatea

locuinþelor din târguri ºi oraºe.

Astfel întâlnim partiuri cu plan pãtrat sau aproape de

pãtrat - care realizeazã contururi mai mici de pereþi

exteriori, faþã de acelea ale clãdirilor cu plan pronunþat

dreptunghiular. Astfel la o aceeaºi suprafaþã construitã,

clãdirile cu plan pãtrat au avantajul unor pierderi mai

reduse de cãldurã faþã de cele pronunþat dreptunghiulare.

Faþadele cu expunere la nord ºi nord-est sunt în general

fãrã goluri, sau cu goluri foarte reduse. În unele cazuri,

înspre nord sunt amplasate încãperi anexe (cãmara,

magazia), spaþii care protejeazã, în mare mãsurã, încãperile

de locuit. Se observã, de asemenea, grija pentru

dimensionarea ferestrelor, adicã partea din pereþii exteriori,

care a prezentat ºi mai prezintã încã probleme din punct de

vedere al pierderilor de cãldurã. În multe cazuri spoielile cu

lapte de var se justificã - nu numai pentru preþul lor scãzut

ºi posibilitãþi de aprovizionare - ci ºi pentru faptul, cã

lumina naturalã, care pãtrunde prin ferestrele de

dimensiuni relativ mici, este reflectatã de tavan ºi pereþi, ºi

în consecinþã este amplificatã. Radiaþia negativã a pereþilor

expuºi la nord ºi nord-est este adeseori atenuatã de velinþe ºi

covoare.

Prezenþa prispei sau a foiºorului - cu precãdere spre sud -

atesta nu numai necesitatea unei comunicãri directe cu

spaþiul exterior, cu natura, ci ºi aceea a asigurãrii protecþiei

împotriva însoririi excesive pe timp de varã.

În multe din situaþiile în care prispa ºi foiºorul nu au o

orientare favorabilã, ele sunt închise cu tâmplãrie pentru a

crea o protecþie termicã suplimentarã încãperilor învecinate.

ARHITECTURA TRADIÞIONALÃºi energia solarã

(imagini preluate din

articolul lui dr. arh. Mircea

Enescu - vezi Bibliografia)

52

Aspectul cel mai important, în ceea ce priveºte oricare utilizare a energiei solare, o

constituie condiþiile meteorologice, care ne fac posibilã acest lucru, ºi care ne

condiþioneazã ºi ne limiteazã în acest fel. Nu numai pentru baza unor calcule exacte a

capacitãþilor tehnicii solare, dar ºi pentru evaluarea posibilitãþilor, ºi alegerea unei

soluþii potrivite, este nevoie de cunoaºterea caracteristicilor locale a sitului, pe care

urmeazã a fi construit.

Fiecare loc în parte are caracteristicile specifice locale, în ceea ce priveºte condiþiile

meteorologice, în decursul unui an întreg. Existã caracteristici valabile la nivelul unui

teritoriu, legate de climã, care sunt specificate în descrieri ºi hãrþi. Aici se pot înºira

caracteristicile radiaþiei solare, a precipitaþiilor, a temperaturilor, ºi a vânturilor

dominante.

Dar unele informaþii sunt strict legate de un loc anume. Cel mai caracteristic în

acest sens (pe lângã conformarea geologicã a locului) este miºcarea ºi temperatura

aerului, care poate diferi de la datele generale a zone, cu câteva grade în plus sau în

minus, respectiv conformarea terenului (geometria lui), precum ºi vegetaþia, care pot *24însemna obstacole în calea razelor solare.

Activitatea unei staþii meteorologice

Înainte de toate este necesar sã cunoaºtem activitatea exactã a unei staþii

meteorologice, ºi a instrumentelor folosite pentru adunarea datelor.

Platforma meteorologicã este un pãtrat de 20x20 de metrii, aflat în câmp deschis,

plat, înconjurat de gard, fãrã obstacole în jur. În aceastã arie protejatã se aflã

instrumentele de mãsurare a temperaturii uscate ºi umede a aerului, a temperaturii

suprafeþei ºi adâncimii solului, a temperaturii minime ºi maxime, a umiditãþii aerului, a

direcþiei ºi vitezei vântului, a însoririi, a cantitãþii precipitaþiilor, ºi grosimii de chiciurã.

În afarã de aceste instrumente se mai mãsoarã presiunea de aer (cu un barometru aflat

în interior), se observã vizibilitatea, grosimea ºi mãsura înzãpezirii, respectiv tipul

norilor ºi procentul de nebulozitate.

Toate aceste date sunt preluate în fiecare orã, trimise cãtre centrul meteorologic

regional, ºi trecute într-un tabel la sfârºitul zilei. La sfârºitul fiecãrei luni este completat

un tabel recapitulativ, cu datele din fiecare zi, din 8 în 8 ore. Aceste tabele stau apoi la

baza mediilor anuale fãcute.

În unele cazuri se utilizeazã ºi recepþia datelor prin metode grafice, care prezintã

vizual schimbãrile continue.

Unele date dintre aceste pot fi necesare pentru baza de calcul energetic, ºi pentru

alegerea unei soluþii potrivite arhitecturale, în cãutarea folosirii energiei solare: media,

maximul, minimul temperaturii aerului, (eventual ºi temperatura solului), umezeala

METEOROLOGIEcaracteristici locale

*24 Deºi ultimele douã nu sunt legate direct de caracteristicile

meteorologice a unui loc anume, dar pot cauza variaþia miºcãrii

aerului, ºi astfel a schimbãrii temperaturilor (acumularea frigului sau

a cãldurii, schimbarea direcþiei ºi intensitãþii vânturilor), ºi sunt

foarte importante în cãutarea unei conformãri potrivite locului, ºi în

folosirea cât mai bune a radiaþiei solare. Aceste date sunt necesare a fi

luate de pe teren, observate, documentate, de dorit în mai multe

perioade a anului. Experienþele locale pot fi în ajutorul nostru în

acest sens.

53

relativã a aerului, cantitatea precipitaþiilor atmosferice, stratul de zãpadã, data

primului ºi ultimului strat, durata de strãlucire a soarelui, durata efectivã, fracþia de

insolaþie, numãrul zilelor cu soare, numãrul zilelor fãrã soare, viteza, direcþia

vânturilor dominante, respectiv procentul calmului.

Celelalte date nu au semnificaþie directã.

Datele locului studiat

Pentru lucrarea din faþã am cãutat sã folosesc datele exacte ale depresiunii, în care *25se aflã clãdirea proiectatã. Media ultimilor cinci ani stau la baza Studiului de Însorire

*26, ºi servesc deja ca bazã corectã pentru o gândire arhitecturale solarã.

Datele primite sunt prezentate pe urmãtoarele pagini.

Analiza datelor

Dacã ne uitãm la tabelul mediilor celor cinci ani prezentate putem concluziona

câteva caracteristici generale. Datele referitoare la fiecare an în parte poate servi

pentru identificarea particularitãþilor, ºi astfel pentru verificarea ºi precizarea unor

teorii legate de folosirea energiei solare în cadrul proiectului.

Privind coloana temperaturii medii a fiecãrei luni, putem observa variaþia sa dea-

lungul anului. Se pot deosebi foarte bine lunile de iarnã, ºi de varã, respectiv perioadele

de trecere. Din luna a 11-a, pânã în a 3-a temperaturile medii abia ating 0 °C, maxima

termicã rar atinge 20 °C, iar minimele deseori cobor sub -10 °C. În aceste condiþii, o

încãlzire artificialã a clãdirilor este absolut necesarã. Folosirea încãlzirii solare este

posibilã pentru reducerea pierderilor de energie în aceastã perioadã a anului.

În lunile 6-8 temperatura medie atinge 15 °C, iar niciodatã nu coboarã sub 0 grade,

astfel în aceastã perioadã nu va necesare încãlzirea clãdirilor. Din cauza temperaturilor

maxime ridicate va fi necesarã protejarea spaþiilor interioare de o eventualã

supraîncãlzire.

Lunile de primãvarã (4 ºi 5), respectiv de toamnã (9 ºi 10) prezintã caracteristici

mediocre, în ceea ce priveºte temperaturile caracteristice. Teoretic, cu folosirea pasivã a

radiaþiei solare, ºi o izolare suficientã, ar trebui sã nu fie necesarã încãlzirea. Succesul

unei clãdiri solare se va arãta în necesitatea încãlzirii suplimentare în aceste perioade a

anului.

Fiecare an poate aduce vreme diferitã faþã de aceste date medii, astfel încât (de

exemplu) luna mai poate aparþine de primãvarã sau de varã. La fel, în mijlocul iernii

pot apãrea zile deosebit de calde, sau vara perioade reci. Acest lucru se poate observa

din datele temperaturilor minime ºi maxime. În aceste perioade speciale poate fi nevoie

de schimbarea de strategie a funcþionãrii unei case solare, pentru a folosi în modul *27optim beneficiile razelor solare.


*25 Mulþumiri staþiei meteorologice locale, care a pus la dispoziþie

datele meteorologice al ultimelor ani, respectiv mediile generale

caracteristice a lunilor.

*26 Vezi ultimul capitol a lucrãrii prezente.

*27 Observaþie: în coloana de temperaturi minime ºi maxime, cele

douã date semnificã temperatura absolut minimã/maximã mãsuratã

a lunii, respectiv temperatura minimã a zilei cel mai calde, sau cea

maximã a zilei cel mai reci din lunã.

54

Umezeala relativã a aerului nu ne poate furniza date concrete folosibile pentru o

evaluare a unor metode de folosire a razelor solare. Poate fi importantã la

comportamentul unor materiale, mai ales a lutului ºi a lemnului.

Se poate observa, cã pe timpul iernii umiditatea este mai ridicatã în general, decât *28vara, dar asta se poate schimba zilnic, în funcþie de fronturile active.

Precipitaþiile sunt foarte schimbãtoare din lunã în lunã. Se observã totuºi o

oarecare cantitate mai mare de ploaie pe timpul verii. Aceste date pot fi folositoare în

cazul în care se pune accent pe colectarea ºi folosirea apei de ploaie.

Stratul de zãpadã este important de cunoscut pentru capacitatea lui de izolare

termicã. Dupã cum se observã din tabel, putem conta pe aceastã caracteristicã în

general din decembrie pânã în februarie.

Din punct de vedere a însoririi cea mai mare importanþã o are ºirul de date

referitoare la durata de strãlucire a soarelui. Asta ne poate furniza informaþii

referitoare la cantitatea însoririi de soare, la care ne putem aºtepta în cazul folosirii

sale, ºi ne poate sta la baza unor calcule eventuale.

În primul rând durata efectivã a însoririi este data, care capãtã importanþã în acest

sens. Ea ne aratã, câte ore a strãlucit soarele (vizibil) pe bolta cereascã. Media celor 5

ani ne aratã, cã mai bine de 2100 de ore putem beneficia anual de radiaþia solarã

directã. Repartiþia acestor ore însorite se întâmplã cu preponderenþã în lunile de varã,

dar ºi primãvara, respectiv toamna ne putem aºtepta la multe ore însorite. Asta face

posibilã funcþionarea sistemelor pasive solare, pentru a încãlzi clãdirea. Pe timpul verii,

nu mai fiind nevoie de încãlzire, se poate folosi radiaþia solarã pentru punerea în

funcþiune a sistemelor solare active (panouri solare ºi colectoare pentru încãlzirea apei

menajere). Iarna putem conta pe foarte puþine ore însorite, asta accentueazã nevoia

unei încãlziri suplimentare.

Fracþia de însorire aratã cât la sutã a bãtut soarele în mod direct în timpul zilelor,

de la rãsãrit pânã la apus (adicã din posibilul maxim de timp, cât ar fi putut sã batã).

Deci este de fapt raportul însoririi directe faþã de însorirea difuzã. Aceastã date ne

aratã faptul, cã în timpul iernii putem beneficia în mare parte de lumina difuzã, ceea ce

accentueazã concluziile de pânã acum. Pe timpul verii cu puþin mai mult de jumãtate a

însoririi o primim în formã directã, ceea ce înseamnã, cã instalaþiile active, colectoarele

de energie termicã pot fi folosite în mare mãsurã. Panourile solare fotovoltaice pot

colecta energie timp de dublu ori, pentru cu ele folosesc ºi energia difuzã solarã.

Numãrul zilelor cu soare ºi a celor fãrã soare prezintã divizarea soarelui direct între

zilele lunii. În cazul în care soarele a ieºit din nori pentru cel puþin sfert de orã, acea zi

deja se numeºte zi cu soare. Pentru o bunã folosire a datelor din aceastã coloanã, ar fi

bine de cunoscut ºi cum zilele însorite ºi cele înnorate urmeazã unul dupã celãlalt. De

exemplu, în timpul iernii în total acele 5-15 zile fãrã soare în ce desime se aratã, pentru

a fi acoperite de energia zilelor însorite. În mod concret poate fi util pentru stabilirea

cantitãþii de energie, care ar trebui acumulatã în timpul zilelor cu soare, pentru a

acoperi energia necesarã în zilele înnorate.

Dacã luãm ca bazã folosirea energiei solare (pentru scopuri de încãlzire) mai ales în

perioadele de tranziþie a anotimpurilor (primãvara ºi toamna), putem sã ne aºteptãm la


*28 Umiditatea aerului stã în legãturã cu vizibilitatea, ºi în acest fel

poate cauza ceaþã, sau reducerea puterii soarelui.

55

2-5 zile fãrã soare. Acest lucru înseamnã, cã în general mai mult de 3 zile consecutivã

fãrã însorire directã nu este de aºteptat, deci sistemele solare alese trebuie sã permitã o

acumulare de rezerve energetice pentru 2-3 zile.

Ultima coloanã a tabelelor prezintã caracteristicile vânturilor dominante, ºi a

puterii lor. Putem observa o variaþie neregulatã a vitezei vânturilor, cu o uºoarã

accelerare în perioadele de tranziþie. Direcþia vânturilor ºi cantitatea de calm, de

asemenea se schimbã în funcþie de anotimpuri.

Este important sã cunoaºtem datele miºcãrii aerului pe un loc anume, deoarece

ferindu-ne de direcþiile dominante ale vânturilor, putem reduce în mare parte

pierderile de energie. Asta este posibilã printr-o orientare potrivitã a clãdirii, dar putem

sã controlãm situaþia ºi cu ajutorul vegetaþiei.

Datele exacte ale miºcãrii aerului pot fi stabilite numai prin mãsurãri directe fãcute

pe sit, în diferite perioade a anului, deoarece sunt foarte mult influenþate de cãtre

vegetaþie ºi geografia terenului.

Putem vedea, deci cum aceste date meteorologice ne pot fi de folos în a proiecta

sisteme constructive, care sã foloseascã energia solarã în mod activ sau pasiv.

Mai poate sã capãtã importanþã verificarea funcþionãrii clãdirilor realizate, prin

observarea continuã a schimbãrii vremii exterioare ºi a reacþiilor interioare. Aceste date

pot sã ajutã la adunarea experienþelor, ºi la proiectarea mai exactã ºi mai precisã a

urmãtoarelor case solare.

Este necesar, ca la începutul fiecãrui proiect de casã solarã sã facem rost de datele

meteorologice locale, pentru a cunoaºte în detaliu schimbãrile de temperaturã,

precipitaþiile ºi durata de însorire a soarelui. Astfel va putea fi posibilã alegerea

sistemului potrivit pentru acea zonã concretã. Datele acestea vor fi îmbogãþite de

observãrile directe, fãcute pe teren.


56


57


58


Med

ia c

elo

r ci

nci

an

i

59

Concluzionând toate cele ce au fost scrise despre folosirea radiaþiei solare în

arhitecturã, putem afirma, cã este vorba de o problematicã, care meritã atenþia. Este

timpul, ca arhitecþii sã proiecteze case solare, ca sã se adunã experienþã în acest sens,

pentru o evoluþie rapidã a acestei game de cunoºtinþe. Trãim într-o epocã, în care - spre

ciuda unor probleme ecologice ºi energetice grave - foarte puþini se ocupã de o

eventualã alternativã în acest sens.

Am luat în vedere posibilitãþile de folosire pasivã ºi activã a energiei solare, ºi am

observat gama vastã de posibilitãþi, potrivite în multe feluri condiþiilor locale

meteorologice. Am stabilit, cã în România meritã cãutatã folosirea energiei solare,

chiar dacã nu prea este posibil construirea unor case energetice zero (adicã fãrã

încãlzire suplimentarã), dar meritã efortul cãutarea reducerii pierderilor de energetice

ºi a câºtigului direct din energia neterminabilã solarã.

Am vãzut ºi direcþiile de dezvoltare a acestei ramuri curate a industriei ºi tehnicii, ºi

am stabilit, cã sunt necesare paºi concreþi de fãcut pentru o cunoaºtere vastã, ºi o

experienþã necesarã în construirea caselor solare.

Nu rãmâne altceva, decât sã sperãm, cã urmeazã vremuri, în care arhitecþii viitori o

sã se ocupe de arhitectura solarã, o sã se construiascã multe exemple ºi chiar ºi case

experimentale.

ªi în acest fel poate deveni posibil o reducere semnificativã a folosirii energiilor

convenþionale, în favoarea energiilor solare, chiar ºi în þara noastrã.

CONCLUZII

67

Cãrþi

Természetes ház könyve (The Natural House Book, DAVID PEARSON, Conran

Octopus Limited, 1991.), Park könyvkiadó, Budapest, 1998.

Climatic Design: EnergyEfficient Building Principles and Practices, WATSON

DONALD, and Kenneth Labs, McGraw-Hill, New York, 1983.

The Passive Solar Energy Book, EDWARD HAZFIA, Rodale Press, Emmaus, 1979.

Építés- és tervezéstan. ERNST NEUFERT, Dialog Campus kiadó, Budapest-Pécs,

1999. (Friedr. Vieweg Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1998.)

A Golden Thread (2500 years of solar architecture and technology), K. BUTTI, J.

PERLIN, Marion Boyars, London-Boston, 1980.

Szoláris bioklimatikus építészet. A napenergia építészeti hasznosítása, SZÛCS M.,

Magyar Napenergia Társaság, Budapest, 2000.

Solar Building Architecture, ANDERSON BRUCE, The MIT Press, Cambridge,

1990.

Energiatudatos építészet, ZÖLD A., Mûszaki Könyvkiadó, Budapest, 1999.

Handbook of Energy Efficiency, F. KREITH, R.E. WEST (editors), CRC Press,

New York, London, 1997.

Sistemul nostru solar, CRISTINA BLAGA, Editura Albastrã, Cluj-Napoca, 2001

Csillagok - Természetkalauz sorozat, Magyar Könyvklub, 1997 (Die Sterne,

JOACHIM HERRMANN, Mosaic Verlag Gmbh, München, 1985.)

Vissza vagy hova. Útkeresés a fenntarthatóság felé, PÁLVÖLGYI T., NEMES CS.,

TAMÁS ZS. (szerkesztõk), Tertia Kiadó, Budapest, 2002.

= Cartea casei naturale, în

traducere maghiarã., David P., Editura Park, Budapesta, 1998.

= Proiectare climaticã -

Principii ºi practici de clãdiri eficiente energetic, W. Donald, and Kenneth Labs, editura McGraw-Hill,

New Zork, 1983.

= Cartea energiei solare pasive, E. Hazfia, Editura Rodale, Emmaus, 1979.

= Doctrinele construirii ºi proiectãrii, Ernst Neufert, din volumul ediþiei în limba maghiarã - capitolele

referitoare la folosirea energiei solare în construcþii.

= Un fir auriu (2500 de ani de arhitecture ºi

tehnologie solarã), M. Bozars, Londra-Boston, 1980.

= Arhitecturã solarã bioclimaticã. Folosirea

arhitecturalã a energiei solare. Szûcs M., Asociaþia Energeticã Solarã Maghiarã, Budapesta, 2000.

= Construire arhitecturalã solarã, A. Bruce, Editura Mit, Cambridge, 1990.

= Arhitecturã de conºtiinþã energeticã., Zöld A., Editura Tehnicã, Budapesta, 1999.

= Cartea de mânã a eficienþei de energie, F. Kreith, R. E. West

(redactori), CRC press, New York, Londra, 1997.

= Stele, Joachim

Herrmann, în traducere maghiarã - seria Cãlãuzului în Naturã, Clubul Maghiar de Cãrþi, 1997.

= Înapoi sau unde. Cãutarea

drumului cãtre durabilitate. - colecþie de texte, Pálvölgyi T., Nemes Cs., Tamás Zs. (redactori), Editura

Tertia, Budapesta, 2002.

BIBLIOGRAFIE

68

Publicaþii

Dezvoltarea în perspectivã a clãdirilor de locuit - cu luarea în considerare a energiei

solare - studiu 1980, ºef colectiv Sanda Florian (publicat în revista ARHITECTURA)

Megújuló energiaforrások - felsõfokú oktatási segédlet, IMRE L., BITAI A.,

HECKER G., BME Energetika Tanszék, Budapest, 2000.

Informãri tehnico-economice, Batiment International, Building Research, 1978.

Utilizarea ºi promisiuni ale energiei solare, S. VAILLANT, Eyrolles

Reviste

„Energia ºi construcþiile”, dr. arh. Mircea Enescu - ARHITECTURA (editura în

limba românã) nr. 4/1979, pag. 16-18

„Soarele acest arhitect”, arh. Sandu Miclescu - ARHITECTURA (editura în limba

românã) nr. 4/1978, pag. 16-18

„Napenergia és építészet” , MAGYAR

ÉPÍTÕMÛVÉSZET, nr. 3/1981, pag. 36-38

RENEWABLE ENERGY WORLD nr. sept-noi. 1999., nr. ian-febr. 2000.

THE SUSTAINABLE ENERGY industrial journal nr. 7/1998

“Solar System: Energy Efficient Factory Proposal.” ARCHITECTURAL REVIEW

nr. 194 (Jan. 1994), pag. 4041.

“Tailor-Made Burton.” ARCHITECTURAL REVIEW nr. 188 (Sept. 1990), pag.

3943.

Alte surse

Baza de date digitalã ENCARTA WORD ATLAS, Microsoft Corporation.

Programul Where The Stars Are, Orion - versiune Freeware

Programul Allplan, Nemetschek - versiune pentru studenþi

= Surse de energie reînnoibilã -

curs universitar, Imre L., Bitai A., Hecker G., Universitatea Tehnicã Budapesta, Secþia Energeticã,

Budapesta, 2000.

= Energia solarã ºi arhitectura

BIBLIOGRAFIE

69

Pagini - internet

Környezetkímélõbb Építés Adatbázisa - KÖRKÉP

Baza de date a construirii ecologice

A fenntarthatóbb építésrõl

Despre construcþii durabile

BME - Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

Universiatea tehnicã de la Budapesta - Secþia de energeticã ºi instalaþii de clãdiri

Bio-Szolár építészet

Arhitecturã bio-solarã

Öko-Házak - ember és környezetbarát építkezés

Case Ecologice - construcþii ecologice ºi umane

*36Alte referinþe

Centre For Sustainable Construction.

The UK Building Research Establishment.

Centre For Alternative Technology.

The legendary CAT in Wales, 25 years of inspiration and on the job learning in green

building.

GAIA Group

The Gaia Group of ecological Architects across Europe

Smart Architecture

Site containing info on green architecture.

EcobuildNetwork - The US based ecological building network.

http://www.foek.hu/

http://fenntarthato.hu/

http://www.egt.bme.hu/

http://www.bio-solar-haz.hu/

http://www.okohazak.hu/

http://www.bre.co.uk/

http://www.cat.org.uk/

http://www.gaiagroup.org/

http://www.smartarch.nl/

http://www.ecobuildnetwork.org/

BIBLIOGRAFIE

*36 Date de pe aceste pagini nu au fost folosite în mod direct, ele

sunt amintite numai ca referinþe legate de tematicile de arhitecturã

ecologicã ºi folosirea energiei solare în arhitecturã.

licenta energie foltovoltaica

Documents

Transcript of licenta energie foltovoltaica