Przegląd wybranych koncepcji konstrukcji energoaktywnych

Artykuł stanowi przegląd wybranych koncepcji konstrukcji energoaktywnych, przystosowanych do czynnego pozyskiwania, transportu i akumulacji energii cieplnej z promieniowania słonecznego. Z uwagi na efekt cieplarniany, a także kończące się złoża energii nieodnawialnej oraz związany z tym wzrost cen energii elektrycznej temat konstrukcji energoaktywnych jest ważny i stanowi podstawę nowoczesnego i świadomego budownictwa.

Istotą obiektów o konstrukcji energoaktywnej jest kształtowanie ich w taki sposób, aby przy maksymalnie ograniczonej liczbie dodatkowych instalacji czynnie pozyskiwały energię cieplną.

Idea konstrukcji energoaktywnych polega na takim kształtowaniu obiektu, aby przy maksymalnie ograniczonej liczbie dodatkowych instalacji stworzyć konstrukcję przystosowaną do czynnego pozyskiwania, transportu i akumulacji energii cieplnej (EC) z promieniowania słonecznego. Dostęp promieniowania słonecznego padającego na absorbery determinują głównie szerokość geograficzna oraz pogoda. Dla Polski całkowite roczne napromieniowanie na płaszczyznę poziomą waha się od 950 do 1250 kWh/m². Z kolei średnie roczne nasłonecznienie wynosi około 1600 godzin [1-3], co stanowi niespełna 18,3% w skali roku. Występuje także znaczne zróżnicowanie nasłonecznienia w zależności od pory roku.

Ponieważ dostępność energii słonecznej w miesiącach zimowych jest znacznie mniejsza, istnieje uzasadniona konieczność magazynowania ciepła pozyskanego w sezonie letnim. Pomimo zmiennych warunków heliograficznych, choć takich samych dla wszystkich państw europejskich położonych na tej samej szerokości geograficznej co Polska, możliwa jest budowa energetycznie samowystarczalnych budynków, w których EC pozyskiwana jest z promieniowania słonecznego.

Podstawowe założenia koncepcji konstrukcji energoaktywnych

Konstrukcja energoaktywna, poza funkcjami pełnionymi przez tradycyjne konstrukcje obiektów, jednocześnie ma być absorberem EC. Zatem obudowa musi spełniać określone wymagania pozwalające na pełnienie tej dodatkowej funkcji. Na rys. 1 przedstawiono schemat energoaktywnej obudowy, na którą składają się: przegroda przezroczysta (1), przegroda absorpcyjna (2) oraz konstrukcja nośna obiektu (4).

Przegrodę przezroczystą można wykonać opcjonalnie z tworzyw sztucznych lub ze szkła. Najbardziej istotnymi parametrami, jakie należy uwzględnić przy wyborze pokrycia, są przepuszczalność światła oraz izolacyjność cieplna. Przezroczysta przegroda ze szkła umożliwia wykorzystanie „efektu szklarniowego” polegającego na tym, że szkło pozwala wniknąć krótkofalowemu promieniowaniu słonecznemu do wnętrza kolektora, natomiast absorbuje promieniowanie odbite i emitowane przez absorber w postaci promieniowania długofalowego [3-4]. Jako absorber można wykorzystać blachy fałdowe z dowolnego metalu o wysokiej pojemności cieplnej (np.: stal, miedź, aluminium). W celu podwyższenia efektywności są powlekane dodatkową powłoką.

Powłokę tę charakteryzuje większy współczynnik pochłaniania i emisji fal cieplnych. Płytę absorbera należy zabezpieczyć od spodu przed bezpośrednimi stratami ciepła. W tym celu wykonuje się warstwę termoizolacyjną z materiału odpornego na wysoką temperaturę. Czynnikiem roboczym, czyli medium transportującym ciepło, może być powietrze. Ogrzane powietrze jest odbierane z wewnętrznej przestrzeni akumulacyjnej i przez system pionowych kanałów jest kierowane do magazynów energii cieplnej. Dzięki zastosowaniu pomp wymuszona jest cyrkulacja powietrza. Ciepło oddane w wymienniku zostaje zmagazynowane, a schłodzone powietrze powraca do przestrzeni akumulacyjnej, by tam ponownie się ogrzać.

Wybrane konstrukcje energoaktywne

W artykule [4] przedstawiono możliwości kształtowania hal energoaktywnych na przykładzie obiektu o konstrukcji słupowo-ryglowej. Na przestrzeni lat pierwsze artykuły o tej tematyce datowane są na początek lat 90. XX w.; zostało opracowanych wiele koncepcji konstrukcji, które w sposób czynny mają brać udział w pozyskiwaniu energii ze słońca. Poniżej zostaną przedstawione trzy koncepcje obiektów energoaktywnych.

Przeczytaj również: Innowacyjna konstrukcja PV dla dachów o niskiej nośności

Galeria

Zobacz więcej