Aurinkolämmön passiivinen hyödyntäminen

Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää sekä passiivisesti että aktiivisesti. Passiivisesti auringosta saatavaa valoa ja lämpöä hyödynnetään suoraan ilman erillisiä laitteita. Aktiivisessa hyödyntämisessä auringonsäteily muunnetaan aurinkokeräimillä lämpöenergiaksi tai aurinkopaneeleilla sähköenergiaksi.

Aurinkolämmön hyödyntämiseen kuuluu olennaisena osana lämmön varastointi. Passiivisesti lämpöä varastoidaan rakenteisiin. Aktiivisesti aurinkokeräimillä tuotettu lämpö varastoidaan tavallisesti käyttövesivaraajaan, mutta myös hybridijärjestelmien isompaan vesivaraajaan. Lämpöä voidaan varastoida lisäksi esimerkiksi lämpökaivoihin, rakennuksen alle maaperään tai käyttää kaukolämmön tuotannossa.

Tietoa auringonsäteilyn määrästä löytyy oheiselta aurinkosähkösivulta:
Auringonsäteilyn määrä Suomessa

Passiivisesti auringon lämpösäteilyä käytetään rakennuksen energiankulutuksen pienentämiseen ilman aurinkokeräimiä. Silloin rakennus toimii suoraan lämpövarastona.

Aurinkoenergian passiivista hyödyntämistä on esimerkiksi:

• Tilojen lämmitystarpeen leikkaaminen ikkunoista saatavan suoran auringonsäteilyn avulla.
• Tilojen lämmitystarpeen leikkaaminen rakennuksen aurinkoisen puolen julkisivuun liittyvän lasiseinäisen puskurivyöhykkeen avulla.
• Suoran auringonsäteilyn hyödyntäminen ulkoilman esilämmitykseen ilmanvaihdossa (esimerkiksi korvausilmaikkuna).
• Painovoimaisen ilmanvaihdon tehostaminen käyttämällä ulkopinnaltaan tummaa poistoilmahormia vesikatolla.

Se, kuinka paljon rakennus voi hyödyntää aurinkoenergiaa, vaihtelee rakennuksen sijoituksen, suuntauksen, muodon, ikkunoiden koon ja sijainnin sekä käytettyjen rakennusmateriaalien mukaan.

Rakennusten sijoitus ja suuntaus

Rakennusmassan paras suuntaus on suoraan etelään. Pienet poikkeamat eteläsuunnasta (± 15°) eivät käytännössä vaikuta aurinkoenergian saantiin. Poikkeamat ± 45° (suunnat kaakko ja lounas) vähentävät vuotuista aurinkoenergian saantia noin 15 prosenttia.

Kuva 1. Maasto ja puusto toimivat tuulensuojana. Lehtipuut ovat parhaita, havupuut suojaavat myös keväällä ja syksyllä. Rakennukset pystyvät kuitenkin hyödyntämään auringonsäteilyä.

Kuva 2. Etelärinteessä rakennukset voivat olla tiiviimmässä rykelmässä varjostamatta toisiaan kuin pohjoisrinteessä.

Rakennusten hyvä sijainti:

• Rakennus on tuulensuojassa, mutta pystyy hyödyntämään auringonsäteilyä.
• Maasto toimii tuulensuojana.
• Talo on maastossa korkealla, ei notkossa eikä mäen laella. Lämpötila nousee noin asteen 10 metrin korkeuserolla.
• Kasvillisuus suojaa rakennusta tuulilta. Lehtipuut ovat parhaita, havupuut varjostavat myös syksyllä ja keväällä.
• Rakennukset ovat tiiviissä rykelmässä etelärinteessä, lähekkäin mutta varjostamatta toisiaan.

Ikkunoiden ilmansuunta

Aurinkoenergian passiivisen hyödyntämisen edellytyksenä on rakennuspaikka, jossa pääosa rakennuksen ikkunoista voidaan luontevasti suunnata etelään ilman puuston (erityisesti havupuiden) tai muiden rakennusten varjostusta.

Erityisesti pientaloissa tilojen lämmitystarvetta voidaan pienentää suuntaamalla verrattain suuri ikkunapinta-ala etelään (kaakko-lounaaseen) ja käyttämällä ikkunoissa laseja, joilla on hyvä lämmöneristävyys ja korkea g-arvo (auringonsäteilyn kokonaisläpäisykerroin).

Aurinkoenergian passiiviseen hyödyntämiseen kuuluu aina aurinkosuojaus varjostavalla rakenteella tai kaihtimella. Talvella matalalta sisätiloihin lankeava säteily lämmittää tiloja, mutta suojaus leikkaa kesäaikaan korkeammassa kulmassa tulevan auringonsäteilyn ja pienentää näin sisätilojen lämpökuormaa.

Kuva 3. Auringon paistekulma eri vuodenaikoina.

Aurinkoenergian passiivisesti hyödynnettäessä ikkunapinta-alan kasvattaminen voi varjostamattomalla tontilla jopa pienentää tilojen lämmitysenergiantarvetta. Aurinkolämpöä voidaan saada ikkunoiden kautta enemmän kuin niiden kautta lämpöä häviää koko vuoden aikana.

Muut rakenteet ja järjestelmät

Aurinkoenergian suora hyödyntäminen edellyttää myös huonetilajärjestelyä, jossa eniten lämpöä vaativat tilat sijaitsevat heti ikkunan takana. Myös tuuletus on aina suunniteltava erittäin huolellisesti, jotta mahdollinen ylilämpö saadaan siirrettyä rakennuksen eri osiin tai kokonaan pois rakennuksesta. Energian luonnollista kulkua voidaan tehostaa esimerkiksi puhaltimella joko lämpövarastoon tai muihin huonetiloihin.

Aurinkoenergian passiivinen hyödyntäminen voi perustua myös lasitettuun tilaan rakennuksen etelän puoleisessa julkisivussa. Rakennuksen eteläjulkisivulle sijoitettu lämmittämätön viherhuone, lasikuisti tai lasitettu parveke voi muodostaa puskurivyöhykkeen, jossa lämpötila nousee lämmityskauden aikana ulkolämpötilaa korkeammaksi auringonsäteilyn vaikutuksesta.

Kuva 4. Aurinkoenergian hyödyntämistavat viherhuoneen avulla päivällä ja yöllä.

Lämpövyöhykkeen hyöty heikkenee tai se voidaan menettää kokonaan, jos lasitettua tilaa lämmitetään tai siihen avautuvaa ulko-ovea pidetään pitkiä aikoja avoimena. Lämpövyöhykettä suunniteltaessa on myös ratkaistava lasitettujen tilojen lämpötilojen hallinta kesäaikana.

Lämmön varastointi rakenteisiin

Talon sisämateriaalien lämmönvarastointikyky vaikuttaa siihen, kuinka paljon ikkunoiden kautta tulevaa auringonsäteilyä pystytään hyödyntämään. Raskasrunkoiset talot ovat kevytrakenteisia parempia. Puurunkoisten talojen lämpökapasiteettia voidaan parantaa rakentamalla esimerkiksi sydänmuuri, tiiliseiniä ja -lattioita. Kivipintoja ei saa peittää, jotta ne pystyvät absorboimaan lämpöä niihin osuvasta auringonsäteilystä.

Kuva 5. Aurinkoenergian hyödyntämistavat päivällä ja yöllä. Lattia, seinä tai uunimuuri lämpövarastona. Aurinkoenergiaa keräävä massa sijoitetaan siten, että se luovuttaa lämpöä sitä ensisijaisesti tarvitseviin tiloihin lämpöhäviöiden ollessa mahdollisimman pienet.

Trombe-seinä lämmön varastona Lämmön varastointiin voidaan käyttää myös massiivista seinämassaa heti ikkunan takana. Massa varastoi aurinkoenergiaa ja luovuttaa sitä huonetilaan suoraan johtumalla tai ilman välityksellä. Ratkaisua kutsutaan ranskalaisen keksijänsä mukaan Trombe-seinäksi. Trombe-seinän materiaaliksi sopii betoni, tiili, luonnonkivi tai niiden yhdistelmä. Materiaalivalintaan ja -mitoitukseen vaikuttaa tulevan auringonsäteilyn ja huonetilaan siirtyvän lämpöenergian välille haluttu aikaviive. Lämmön siirtyminen Trombe-seinästä sisätilaan voi tapahtua melko nopeasti tai siinä saattaa olla jopa 12 tunnin viive. Myös luonnonkierrolla kulkeva ilma saattaa siirtää lämpöä lasiseinän ja varastoseinän välillä. Lämmönsäteily suoraan huonetiloihin voidaan estää lisäämällä eristystä Trombe-seinän sisäpuolelle. Silloin voidaan hallita paremmin myös lämmön kulkua ulkoa sisään (talvella) ja sisältä ulos (kesällä).