O oszklonej przestrzeni buforowej. Część 1

Tajemnice przestrzeni buforowej
    W środowisku architektonicznym, a także wśród inwestorów, rdzo dużą popularnością zaczęło się cieszyć komponowanie budynku mieszkalnego wraz z elementami mającymi spełniać role oszklonej przestrzeni buforowej: ogrodami zimowymi, oszklonymi werandami i zabudowanymi loggiami (rys. 1).

    Rozwiązania podobne do wcześniej wymienionych elementów, aczkolwiek o przeznaczeniu zdecydowanie innym, stosowane były od dawna. Budowane były z myślą głównie o funkcji rekreacyjnej, miejscu spotkań towarzyskich, czy szklarniach dla uprawy wymagających odmian roślin, potrzebujących do wzrostu ciepłego, słonecznego klimatu. W czasach wiktoriańskich „ogród zimowy” był nieodzownym miejscem wypoczynku i rozrywki majętnego mieszczanina. Dopiero w wyniku kryzysu energetycznego lat 70. XX wieku zaczęto przyglądać się tego typu obiektom pod kątem możliwości, jakie dają one dla biernego pozyskiwania energii słonecznej. Wprowadzenie „przestrzeni słonecznych” (sunspace) do budownictwa automatycznie związało się z powstaniem nowych nurtów ekologicznych w architekturze i nowym spojrzeniem na budynek mieszkalny. Architekci najpierw sceptycznie, sporadycznie projektowali „szklane domy” i mieszkali w nich, aby sprawdzić empirycznie działanie swoich projektów.

    Obecnie buduje się wiele obiektów, których istotnym elementem jest przestrzeń „ogrodu zimowego” Idea stosowania przeszklonych przestrzeni buforowych idealnie wpisuje się w modny dzisiaj nurt projektowania ekologicznego, którego podstawowym założeniem jest projektować tak, aby polepszać naturalnymi metodami mikroklimat pomieszczeń mieszkalnych. Z tego też powodu stały się one niezwykle popularnymi rozwiązaniami. Tak jak przed stu laty są częścią dużej ilości domów, z tym, że już nie tylko ze względów estetycznych i funkcjonalnych, ale w dużej mierze ze względów energetycznych. Trend ten jest popierany zarówno przez firmy oferujące przydomowe szklarnie, jak i projektantów, zafascynowanych zaletami estetycznymi, jakie przynoszą.

    Rozwiązanie architektoniczne ma ogromny wpływ na energetykę budynku. Może być to wpływ jak najbardziej pozytywny, czyniący z rozwiązania element ekonomiczny, lub w przypadku, gdy projektant zapomina o zasadach kształtowania budynku energooszczędnego – jak najbardziej negatywny. Zastosowanie w budynkach oszklonej przestrzeni buforowej ma sens, przy zachowaniu pewnych warunków, zarówno podczas procesu twórczego, koncepcyjnego, jak i podczas wykonywania budynku.


    W każdym budynku w sposób mniej lub bardziej zaplanowany jest wykorzystywana energia promieniowania słonecznego w sposób pasywny. Promieniowanie słoneczne jest pochłaniane w niewielkim stopniu przez nieprzezroczyste ściany zewnętrzne. Znacznie większe zyski uzyskuje się przez przegrody przezroczyste (np. okna i inne przeszklenia budynku).

    Przestrzeń buforowa najczęściej jest połączeniem dwóch systemów pozyskiwania ciepła – systemu zysków bezpośrednich i ściany akumulacyjnej. Przestrzeń ta wraz z pozostałą częścią budynku to dwie odrębne strefy, spełniające w budynku różne role. Oddzielone są wspólną ścianą, która umożliwia ich podział. Głównym zadaniem oszklonych przestrzeni buforowych jest, dzięki dużej ilości przeszklenia, pobieranie energii promieniowania słonecznego. Drugie zadanie, ściśle związane z poprzednim, polega na magazynowaniu zebranego ciepła i umożliwienie jego dystrybucji do reszty budynku wtedy, gdy jest na nie zapotrzebowanie. Przestrzeń słoneczna odseparowana jest od reszty pomieszczeń solidną ścianą akumulacyjną, która magazynuje ciepło pozyskane w ciągu dnia. Jest zarazem ochroną dla pozostałych pomieszczeń w razie wychłodzenia przestrzeni buforowej zimą lub zbytniego przegrzania jej latem. W szczególnych przypadkach nie potrzeba stosować konwencjonalnych sposobów ogrzewania, bo odpowiednie zaprojektowanie pozwoli czerpać zyski z otoczenia. W rozwiązaniach tego typu okresowo, głównie w sezonie letnim, może nastąpić zbytnie nagrzewanie się pomieszczeń. Pewną uciążliwością, ograniczającą czas wykorzystywania nowej przestrzeni pod względem użytkowym, są odczuwalne dobowe wahania temperatury w obrębie pomieszczenia. Strefa przestrzeni buforowej nie jest ogrzewana w rozumieniu tradycyjnym – nie ma tu, bowiem, grzejników – pozyskuje ciepło z promieniowania słonecznego. Ma za zadanie ograniczenie użytkowania dodatkowego źródła ciepła, którym zasilana jest reszta budynku. Stanowi swoisty bufor chroniący wnętrze przed ekstremalnymi warunkami pogodowymi, umożliwiając jednocześnie wykorzystanie dostępnej energii promieniowania słonecznego.

    Przestrzeń buforowa jest elementem łączącym przestrzeń wewnętrzną budynku i jego otoczenie zewnętrzne. W małych budynkach mieszkalnych, w tym zwłaszcza jednorodzinnych, jej rolę z powodzeniem spełniają dobudowane lub częściowo wbudowane w bryłę budynku oranżerie, werandy, czy też szklarnie (rys. 2).

Przystosowanie budynku do wykorzystania energii promieniowania słonecznego
    W zasadzie szacuje się, iż dobudowanie „ogrodu zimowego” przynosi wiele korzyści, o ile jest to wykonane zgodnie z poprawnie wykonanym projektem i w sposób fachowy. Na pewno tymi korzyściami oprócz porcji dodatkowej energii i co za tym idzie niższymi rachunkami, będą zyski przestrzenne i oświetleniowe.

    Przestrzeń buforowa jest przestrzenią użytkową, o specjalnym przeznaczeniu. Z tego powodu wymaga specjalnego potraktowania przy kształtowaniu jej bryły oraz wnętrza.
    Przeszklone ściany zewnętrzne powinny być pochylone.

„Ogrody zimowe” często posiadają właśnie ściany odchylone od pionu, co jest bardziej efektywne, jeśli chodzi o pozyskiwanie energii słonecznej. Według licznych badań, ta sama powierzchnia ogrodu zimowego z pochylonymi ścianami lub dachem spadzistym pozyska więcej promieniowania niż ta sama przestrzeń o prostej ścianie i płaskim dachu [1]. Oczywiście, stosowanie skośnych ścian wiąże się z większymi nakładami finansowymi, niekonwencjonalną konstrukcją, a także z ryzykiem przegrzewania się pomieszczenia latem (rys. 3 i rys. 4).

    Nachylenie ścian zewnętrznych jest najbardziej efektywne, gdy w naszej szerokości geograficznej zawiera się między 45^o a 65^o [6]. Skuteczność pozyskiwania promieniowania słonecznego mierzy się porównując powierzchnie oszklenia o tej samej wartości, ale różnych kątach nachylenia do poziomu. W chłodnym, słonecznym klimacie najlepiej sprawdzają się mniejsze kąty nachylenia, natomiast w klimacie łagodnym, aczkolwiek pochmurnym – większe. Wysokość, szerokość i kąt nachylenia płaszczyzny oszklenia zdeterminowane są często przez wymiary korespondującego z przestrzenią buforową budynku. Nachylenie ścian jest bardzo pożądane z punktu widzenia pozyskiwania energii, ale, niestety, wizualnie jest rozwiązaniem dalekim od tradycyjnego pojęcia estetyki i nie zawsze koresponduje ze stylem architektonicznym pozostałej części budynku. Jest to także rozwiązanie o niekonwencjonalnej konstrukcji, co wiąże się z dodatkowymi kosztami i trudnościami wykonawczymi. Te trudności, a także niedokładnie rozrysowane detale i nieprzemyślane rozwiązania skutkują często usterkami. Aby temu zapobiec ważne jest skrupulatne opracowanie na etapie projektowym wielu strategicznych detali w bardzo przemyślany sposób. W przypadku połaci ścian pochylonych zawsze trudniejsze, bardziej pracochłonne jest instalowanie wszelkiego typu ochrony przed słońcem czy zimnem. Kolejną wadą tego rozwiązania jest także to, iż spora część podłogi w wyniku skosu nie nadaje się do używania. De facto zmniejsza to powierzchnię użytkową pomieszczenia. Oprócz tego występuje ryzyko jego przegrzewania się latem, co, jak wynika z obserwacji, jest obok penetracji wody najczęstsza przyczyna niezadowolenia użytkowników [1].

Rozwiązaniem optymalnym jest stosowanie ścian pionowych, które łączą się konwencjonalnie z istniejącą, często tradycyjna architekturą, nie niosą ze sobą opisanego wcześniej ryzyka przegrzewania i penetracji wody. Trzeba jednak zauważyć, że nie dostarczają one tak rewelacyjnych zysków ciepła. Najczęściej więc stosowanym rozwiązaniem jest połączenie zalet obu tych systemów i projektowanie obiektów o prostych ścianach i spadzistym dachu, oczywiście przeszklonym (rys. 6 i rys. 7).

    Podczas procesu kształtowania przestrzeni buforowej przy modernizowanym obiekcie, czy też nowoprojektowanym budynku należy bardzo dokładnie przyjrzeć się kilku istotnym czynnikom, które będą miały ogromny wpływ na komfort użytkowania, a także skuteczność elementu, jeśli chodzi o pozyskiwanie ciepła od nasłonecznienia.
    Pierwszym krokiem powinna być analiza lokalnego klimatu. Należy sprawdzić, jakie w danym rejonie występują kierunki wiatru, czy występują korytarze powietrzne powodujące podmuchy powietrza. Odpowiednie usytuowanie szklarni pozwoli ograniczyć niekorzystne oddziaływanie wiatru ochładzającego budynek. Następnym bardzo istotnym czynnikiem jest usytuowanie obiektu względem stron świata. Najlepiej jest sytuować bryły przestrzeni buforowej prostopadle do kierunku operowania promieni słonecznych. Ze względu na to, że promieniowanie dociera z wielu kierunków w postaci promieni odbitych i rozproszonych, trudno jest jednoznacznie określić ten kierunek.

    Głównym zadaniem projektanta jest orientować oszklenie tak, aby maksymalizować całkowitą ilość promieniowania docierającego do oszklonej przestrzeni.

Aby temu sprostać należy posłużyć się kilkoma prostymi wytycznymi [1, 2]:
● Po pierwsze, o ile jest to możliwe, należy zapewnić przeszkleniu ekspozycje południową. Jeśli występuje taka sposobność, należy kierować szyby na południe. Jeśli z jakichkolwiek względów orientacja ta jest niepraktyczna (trudności wykonawcze, ukształtowanie terenu itp.) wtedy dopuszczalne są lekkie odchylenia od tego kierunku (do 30%).
● Jakkolwiek południowa orientacja ściany akumulacyjnej jest bardzo korzystna (generuje największe zyski ciepła), to jednak dodatkowe oszklenie o orientacji wschodniej i zachodniej może ograniczać ilość promieniowania do niej docierającego. Orientacja zachodnia ma niezbyt korzystny wpływ zwłaszcza latem, sprzyja, bowiem przegrzewaniu się pomieszczeń.
● Jeśli rozważa się funkcję kolektora dla przestrzeni ogrodu zimowego, to dodatkowych, zachodnich lub wschodnich okien powinno się unikać. Straty przyjmują dwie formy. Pierwsza to straty ciepła przez oszklenie, przy mniejszych zyskach przy tych orientacjach. Druga to „uciekanie” promieni słonecznych przenikających do pomieszczenia przez oszklenie o orientacji południowej. Dzieje się to bezpośrednio lub poprzez odbicie od ścian wewnętrznych lub umeblowania.
● Sytuowanie tego typu obiektów od strony północnej nie tylko nie przynosi spodziewanych zysków słonecznych, ale niesie niestety ze sobą dodatkowe straty cieplne.

    Podczas sytuowania budynku na działce ważne jest zwrócenie uwagi na ewentualną możliwość zacieniania budynku przez istniejąca roślinność, sąsiednie zabudowania bądź inne elementy. Jest to zjawisko niepożądane i na pewno wpływa negatywnie na skuteczność przenikania do wnętrza przestrzeni buforowej promieni słonecznych. W zrealizowanych obiektach zdarzają się przykłady nierozsądnie zaprojektowanych „ogrodów zimowych”, przez cały rok osłoniętych przez wysoki drzewostan.

Sposób wykończenia i materiały stosowane w przydomowych szklarniach
    Jednymi z istotnych parametrów decydujących o jakości obiektu jako kolektora energii słonecznej jest stopień oszklenia w stosunku do całego obiektu. Determinuje to ilość ciepła możliwego do pozyskania (rys. 11, 12).

    Oszklenie spełnia dwie funkcje:
1. przepuszcza promieniowanie słoneczne pozwalając na przenikanie promieni przez swą powierzchnie do wnętrza obiektu;
2. kontroluje utratę ciepła z wnętrza obiektu do otoczenia.

    Część promieni słonecznych docierających do szyby przenika do wnętrza, ale cześć zostaje odbita od nich lub pochłonięta przez materiał. Ich ilość zależy oczywiście od właściwości materiału oraz od kąta padania promieni słonecznych na powierzchnię oszklenia.

    W obiektach o specjalnym przeznaczeniu stosuje się często także materiały o istotnych, specjalnych właściwościach. Należy przy tym pamiętać o zwiększającym się automatycznie koszcie inwestycji. Najczęściej stosowane jest specjalne oszklenie powleczone warstwą umożliwiającą kontrolowanie ilości światła i ciepła docierającego do wnętrza. Tego typu powłoki nie są jednak najlepszym rozwiązaniem, ponieważ redukują przepuszczalność promieniowania słonecznego i zarazem zyski cieplne, także wtedy, gdy są one pożądane.

    Aby zwiększyć zyski, stosuje się powłoki przeciwrefleksyjne, które ograniczają ilość promieni odbitych. Są to okna o trzech lub czterech szybach, w których powłoka antyrefleksyjna stanowi środkową warstwę Koszt jest dość wysoki, ale to rozwiązanie przynosi spore zyski.

    W przeciwieństwie do odbicia, absorbowanie jest procesem pożądanym z punktu widzenia efektywności systemu pozyskiwania energii słonecznej. Pochłaniane promieniowanie przyczynia się do ogrzewania szyb. W tradycyjnych szybach przechowuje się tylko około 1/3 energii absorbowanej [2]. Aby tę ilość zwiększyć, można skorzystać z dostępnych na rynku rozwiązań gwarantujących zyski w tej dziedzinie. Przy tym należy pamiętać, że zwiększenie zdolności akumulowania ciepła nie idzie w parze ze zwiększeniem zdolności przepuszczania promieniowania. Wręcz przeciwnie, materiał część jej traci. Przy projektowaniu należy, zatem rozważyć ewentualne zyski i straty aby wybrać wariant najlepszy dla danego budynku. Ponadto występują jeszcze materiały charakteryzujące się możliwością rozproszenia światła po wnętrzu. Jest to rozwiązanie bardzo korzystne, jeśli rozpatruje się utrzymanie we wnętrzu naturalnego oświetlenia, bez narażenia na olśnienie. Jest to rozwiązanie efektywne, gdyż sprzyja rozprowadzaniu promieniowania jednolicie po całym pomieszczeniu.

    Oszklenie zewnętrzne przestrzeni buforowej zazwyczaj jest zaprojektowane jako kompozycja kilku warstw o różnych właściwościach. Nie należy jednak zapominać o tym, że każda kolejna warstwa zmniejsza możliwość docierania promieni do wnętrza.

    Najbardziej rozpowszechnionym materiałem stosowanym do oszklenia przestrzeni buforowych jest szkło. Charakteryzuje się wysoką przepuszczalnością promieni słonecznych oraz odpornością na niszczący wpływ promieniowania UV, środków chemicznych, zadrapania. Posiada atrakcyjny wygląd zarazem mogący korespondować z budynkami o tradycyjnej architekturze. Przy niewątpliwych zaletach ma także wady, do których należą między innymi ciężar i kruchość. W związku z tym wymaga solidnej konstrukcji nośnej.

    Alternatywą dla szkła są tworzywa sztuczne – łatwe w obróbce, trwałe i odporne na działanie wysokich temperatur. Ulegają zniszczeniu w wyniku działania promieniowania ultrafioletowego (najczęstszym objawem jest zmiana zabarwienia), zadrapań i działania niektórych środków chemicznych. Nie są też odporne na długotrwałe, gwałtowne zmiany warunków atmosferycznych. Są to materiały plastyczne i w związku z tym ulegają często wydłużeniu, zmianie wymiarów w wyniku działania wysokiej temperatury. Takie wahania mogą przyczynić się do zmian widocznych na przestrzeni doby. Są to materiały lekkie (o około połowę lżejsze niż szkło) i niekłopotliwe w montażu. Na ogół są też tańsze od szkła, choć nie zawsze, bo zależy to od ich właściwości.

    Produkty wykonane z PVC, akrylu czy poliwęglanu są raczej mało transparentne. Nie uzyska się takiego stopnia przezroczystości jak w przypadku szkła.

    Wszelkie materiały z tworzyw sztucznych są łatwopalne. Dużą ich wadą jest możliwość wydzielania się drażniących substancji i dymienie w razie pożaru.

    Akryl i materiały z PMMA (np. plexiglas, acrylite) – oszklenie z tych materiałów ma bardzo dobrą przepuszczalność promieni słonecznych i wysoką odporność na niszczący wpływ promieni UV i w związku z tym – dużą żywotność. Są to jednak materiały relatywnie drogie.

    Poliwęglany – (np. Lexan) są droższe od materiałów z akrylu i mają mniejszą przepuszczalność promieni słonecznych. Charakteryzują się dużo większą odpornością na zniszczenie. Nie dotyczy to, niestety, wpływu promieni ultrafioletowych, które często przyczyniają się do osłabienia materiału. W wypadku, gdy za pomocą specjalnych powłok zmniejszamy ich podatność na zniszczenia promieniowaniem UV zwiększamy ich żywotność. Efekt działania promieni może być zmniejszany poprzez stosowanie stabilizatorów. Tylko poliwęglany stabilizowane mogą być używane w szklarniach przydomowych.

    Aby zwiększyć trwałość tworzyw sztucznych stosuje się wzmocnienie włóknem szklanym, co pozwala na osiągnięcie większej odporności na wszelkiego typu uszkodzenia

    Ważne jest odpowiednie dobranie oszklenia, zależnie od warunków klimatycznych panujących w okolicy. Oszklenie może składać się z szyb o różnych właściwościach polepszających izolacyjność okien.
    Im większa jest powierzchnia okien, tym większe zyski promieniowania docierają bezpośrednio do pomieszczeń. Z drugiej strony, nadmierny stopień przeszklenia bywa przyczyną niekorzystnego ukształtowania temperatury odczuwalnej oraz obniża izolacyjność cieplną zewnętrznej obudowy.

    O izolacyjności cieplnej okien często przesądza liczba szyb. Z badań wynika, iż dodanie trzeciej szyby zmniejsza współczynnik przenikania ciepła o około 23% w stosunku do okna przeszklonego podwójnie, podczas gdy współczynnik całkowitych zysków energii słonecznej maleje o 12,5%. Z punktu widzenia efektywności systemu pozyskiwania ciepła od nasłonecznienia w naszych warunkach klimatycznych lepsze są okna o większej izolacyjności termicznej [6].

    Dla stosowanych aktualnie standardowych zestawów szyb współczynnik przenikania ciepła wynosi 1,1 W/m²K. Technicznie możliwe jest jednak wykonanie oszklenia o współczynniku przenikania ciepła do 0,3 W/m²K. Uzyskuje się to przez umieszczenie pomiędzy szybami warstwy przeźroczystej folii, wykonanej ze specjalnego materiału termoizolacyjnego. Folia ta zwiększa również izolacyjność akustyczną oraz umożliwia redukcję promieniowania ultrafioletowego o 99,5% [10]. Innym rozwiązaniem zwiększającym izolacyjność termiczną szyb jest zastosowanie powłoki niskoemisyjnej w postaci napylonych na szybę bardzo cienkich warstw tlenków metali szlachetnych.

    W tabeli 1 zestawiono wybrane parametry niektórych materiałów przezroczystych.

    Bardzo istotnym elementem oszklonej przestrzeni buforowej jest sposób jej wykończenia wewnętrznego, który powinien charakteryzować się właściwościami akumulacyjnymi (rys. 8). Generalną zasadą jest dążenie do uzyskania takiej pojemności cieplnej przegród budowlanych, która wystarczy do wchłonięcia całej nadwyżki słonecznych zysków ciepła w dzień, a następnie oddania jej w porze nocnej w celu jak najdłuższego utrzymania w pomieszczeniu temperatury odczuwalnej na wymaganym poziomie, bez uruchamiania dodatkowego ogrzewania. Zadaniem projektanta jest w tym zakresie dobór właściwych materiałów, korzystne rozmieszczenie przegród akumulacyjnych względem elementów będących kolektorami, określenie łącznej powierzchni i optymalnej grubości warstw o znaczącej pojemności cieplnej. Ściany między pomieszczeniem buforowym a resztą budynku powinny być masywne, nie izolowane i dobrze akumulujące ciepło.

    W przypadku obudowy pomieszczeń, w których zakłada się funkcjonowanie systemu zysków bezpośrednich, należy wziąć pod uwagę pewne wnioski wynikające z dotychczasowych doświadczeń eksploatacyjnych [6]. Korzystniejsze jest projektowanie dużych, równomiernie rozmieszczonych przegród akumulacyjnych niż elementów małych, skupionych w jednym miejscu. Stosunek powierzchni przegród akumulacyjnych do powierzchni południowych okien powinien wynosić nie mniej niż 6:1. Jeśli z różnych względów w pomieszczeniu jest tylko jedna przegroda masywna, najlepiej scena przeciwległa do południowego okna lub podłoga, to fakturę i kolor jej powierzchni trzeba zaprojektować tak, aby ułatwić pochłanianie promieniowania słonecznego.

    Grubość wewnętrznej okładziny akumulującej ciepło zależy od rodzaju stosowanego materiału. Zbyt cienka warstwa akumulacyjna nie jest w stanie wchłonąć w krótkim czasie całej nadwyżki ciepła. Następuje zatem przegrzewanie pomieszczenia, wzrost temperatury powietrza wewnętrznego, a tym samym wzrost strat ciepła przez przenikanie. Z kolei duży udział masywnych przegród, nieadekwatny do rzeczywistych potrzeb, powoduje wzrost zapotrzebowania ciepła w okresach bezsłonecznych. Nadmierna grubość tej warstwy niekoniecznie zmagazynuje więcej ciepła, a może wręcz uniemożliwiać jego dystrybucję do wnętrza budynku mieszkalnego. Ciepło powinno mieć możliwość przedostawania się do pomieszczeń mieszkalnych tak, aby dać użytkownikom sposobność wykorzystania zgromadzonego ciepła od nasłonecznienia.

Elementy wspomagające pozyskiwanie i magazynowanie energii słonecznej
    W celu zwiększenia ilości promieniowania docierającego do wnętrza przestrzeni buforowej, stosuje się ekrany, które okresowo intensyfikują zyski ciepła poprzez skupianie rozproszonych promieni słonecznych i kierowanie ich bezpośrednio na powierzchnię akumulacyjną. Dodatkowe zyski mogą sięgać 50-60% [1]. Ilość odbitego promieniowania zależy od wielkości, orientacji i konstrukcji elementu odbijającego światło. Dobrymi ekranami są elementy wykonane z materiałów polerowanych o lustrzanej powierzchni (np. folia aluminiowa). Przykładowe materiały refleksyjne oraz ich właściwości zestawiono w tabeli 2.

    Ekran jest płaskim elementem, zamocowanym na zewnątrz szklenia po jego górnej lub dolnej stronie, zależnie od kąta nachylenia ścian zewnętrznych. W przypadku okien o małym kącie nachylenia od pionu lepsze są ekrany górne, natomiast przy dużym kącie nachylenia lepszym rozwiązaniem będą ekrany dolne. Kąt nachylenia ekranu do powierzchni okna musi być bardzo dokładnie dobrany dla zapewnienia jak największych zysków. W zależności od szerokości geograficznej, lokalizacji i nachylenia okna oraz rodzaju ekranu kąt ten waha się w granicach 90-115^o [6]. W konstrukcjach zawierających okna pionowe i pochylone, zaleca się stosowanie ekranów dolnych i górnych. Z powodzeniem stosuje się ekrany kombinowane z żaluzjami chroniącymi okna przed utratą ciepła nocą. Żaluzje tego typu mają przy otwarciu górną powierzchnię powleczoną materiałem refleksyjnym, odbijającym promienie. Żaluzja może być odpowiednio ustawiana tak, aby kąt nachylenia ekranu dostosowywał się do kąta padania promieni słonecznych. Wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia, np. osiadające na powierzchniach odbijających światło pyły bardzo zmniejszają możliwości tych elementów, dlatego też w celu uzyskania zadowalających efektów i prawidłowego działania należy je zabezpieczać przed możliwością zabrudzenia i zniszczenia.

    Energia pozyskana musi by odpowiednio zmagazynowana. Do tego celu służą elementy akumulujące ciepło, a w szczególności ściany akumulacyjne.

    Mogą być wykonane jako ściany wypełnione kamieniem lub zbiornikami z wodą. W naszym klimacie jednakże tylko to pierwsze rozwiązanie jest racjonalne, z uwagi na możliwość zamarzania płynu

    Dzięki swojej masie i właściwościom materiałów wypełniających gromadzą pozyskane ciepło i pozwalają na jego dystrybucję do wnętrza obiektu mieszkalnego.

    W tabeli 3 zestawiono charakterystyczne cechy niektórych materiałów posiadających zdolności akumulacyjne.

Metody okresowej ochrony przeszklonej przestrzeni buforowej
    Budynki, w których przewiduje się bierne wykorzystanie energii słonecznej do ogrzewania, powinny charakteryzować się możliwie małymi stratami ciepła. W określonych warunkach klimatycznych straty przez przenikanie zależą w decydującym stopniu od ciepłochronnych właściwości przegród zewnętrznych, a ściślej – od jakości zastosowanych materiałów izolacyjnych. Dotyczy to zarówno ścian nieprzeszklonych jak i elementów oszklenia.

    Minimalny poziom ochrony cieplnej ścian wyznacza aktualnie obowiązująca norma. Trzeba jednak pamiętać, iż dotychczas nie uwzględnia ona specyfiki wymagań stawianych w tym zakresie budynkom wykorzystującym zyski od nasłonecznienia przy ogrzewaniu pomieszczeń. Udział zysków od nasłonecznienia w pokrywaniu zapotrzebowania ciepła jest tym większy, im mniejsze są straty, a więc im lepsza jest izolacyjność termiczna i szczelność zewnętrznej obudowy.

    W miesiącach zimowych, zwłaszcza w porze nocnej, często potrzebna jest dodatkowa izolacja przeszklonych przegród tak, by nie pozwolić na nadmierne wychłodzenie pomieszczenia przestrzeni buforowej. W porze nocnej z powodzeniem role ochronną mogą spełniać rolety czy żaluzje ochronne (rys. 9, 10).
    Okresowa izolacja cieplna dotyczy tych elementów zewnętrznej obudowy, które pełnią funkcję kolektora promieniowania słonecznego. Jej zadaniem jest zwiększenie oporu termicznego przezroczystych przegród w czasie, w którym nie można liczyć na zyski ciepła od nasłonecznienia, a więc nocą i w dni pochmurne.

Równocześnie zapobiega rozpraszaniu pozyskanego ciepła z powrotem do otoczenia budynku. Zapewnia także komfort korzystania z pomieszczenia wieczorem, utrzymując wyższą temperaturę wnętrz. Umożliwia to, nie tylko możliwość użytkowania pomieszczenia, ale jest także bardzo istotne dla uprawianych roślin. Ma oczywiście inne zalety – pomaga zachować prywatność, osłaniać szklarnię także za dnia w przypadku zbytniego nasłonecznienia, jeśli spełnia także rolę ochrony przeciwsłonecznej (rys. 11).

    Izolacja okresowa jest instalowana na noc i zdejmowana na dzień. Za dnia nie ma żadnego wpływu na efektywność przestrzeni słonecznej, chyba, że spełnia także rolę ekranu słonecznego. Izolacja mobilna może być sytuowana w trzech miejscach – na zewnątrz, wewnątrz oszklenia i wewnątrz budynku. Zewnętrzne, najskuteczniejsze, ale kłopotliwe, przyjmują zazwyczaj formę żaluzji lub paneli. Za dnia wykładane są na sąsiadujące ściany, dach lub ziemię zależnie od mocowania. Zaletą tego typu rozwiązania jest możliwość multiplikowania jego funkcji – może być ekranem odbijającym światło lub dodatkową ochroną przeciwsłoneczną. Mogą być także zabezpieczeniem przed włamaniem. Trzeba pamiętać, że zewnętrzna ekspozycja na czynniki atmosferyczne wymaga stosowania materiałów trwałych i wytrzymałych. Najbardziej rozpowszechnione są wszelkiego typu izolacje stosowane wewnątrz budynku. Mają mniejszy koszt i są łatwiejsze w obsłudze od rozwiązań sytuowanych na zewnątrz budynku. Mogą przybierać formę rolet lub okiennic otwieranych, bądź odsuwanych. Często stosuje się na ich powierzchni refleksyjną powłokę, która odbija ciepło z powrotem do wnętrza.

Zapobiega to stratom ciepła, przy stosunkowo niewielkim stopniu izolacyjności (tabela 4).

    Dodatkowe osłony termoizolacyjne, aby spełniały swoje zadanie powinny odpowiadać następującym wymaganiom [11]:
● Sposób ochrony powinien w miarę możliwości zmniejszać zużycie ciepła zimą, natomiast latem, kiedy występuje zapotrzebowanie na zacienienie, chronił przed nadmiernym nasłonecznieniem.
● Osłona termoizolacyjna nie może ograniczać podstawowych funkcji oszklenia. Dotyczy to przede wszystkim ograniczania dopływu promieniowania słonecznego, napływu naturalnego oświetlenia oraz wietrzenia pomieszczeń.
● Konstrukcja osłony powinna być prosta, lekka, trwała i tania.
● Po zamknięciu osłony obecność dodatkowej warstwy termoizolacyjnej nie może być przyczyną kondensacji pary wodnej na szybach.
● Efekt energetyczny powinien być uzyskiwany przy minimalnej ingerencji użytkowników. Sposób zamykania i otwierania osłony powinien być jak najmniej kłopotliwy.
● Elementy dodatkowej ochrony cieplnej powinny harmonizować z elewacją budynku i charakterem wnętrz.

    Wychładzanie powierzchni ścian i oszklenia ma miejsce nie tylko w wypadku działania niskich temperatur zewnętrznych, ale także w wypadku niekorzystnego wpływu wiatru. Jeśli jest to możliwe, należy chronić przegrody zewnętrzne przestrzeni buforowej przed jego działaniem. Odpowiednie kształtowanie architektury budynku, pozwoli na separowanie przestrzeni buforowej od wiatru, powiewów chłodnego powietrza. Dobrym rozwiązaniem jest umieszenie szklarni przydomowej we wszelkiego typu wnękach i uskokach muru budynku istniejącego, które masywnymi ścianami osłonią lekką konstrukcje „ogrodu zimowego”

    Dodaje się również specjalne ekrany i naturalne przegrody w postaci nasypów ziemnych, czy szpalerów roślinności.

    Naturalne metody ochrony przeciw wiatrowi, takie jak drzewa, sadzone w odpowiednich miejscach i odległości, czy odpowiednie ukształtowanie terenu, a także dokładna znajomość kierunku i intensywności wiatrów w okolicy mogą w znacznym stopniu przyczynić się do stworzenia doskonalej ochrony.

    Paradoksalnie – obiekt, który ma z zasady przynosić korzyści w postaci energii słonecznej musi być przed nią także chroniony. Zyski od nasłonecznienia są pożądane, lecz trudne do kontrolowania. Dodatkowo południową elewację powinno się kształtować tak, aby w określonym czasie jej powierzchnia znajdowała się w cieniu. Uzyskuje się to poprzez odpowiednie projektowanie bryły budynku oraz lokowanie drzew liściastych, krzewów i pnączy w odpowiedniej bliskości do elementu przeszklonej przestrzeni buforowej. W tym kontekście obowiązek właściwego planowania najbliższego otoczenia, związany z rozmieszczeniem elementów małej architektury, staje się jedną z zasad projektowania obiektów przystosowanych do biernego ogrzewania energią słoneczną.

Literatura:
1. Jones R., McFarland R.: The sunspace primer. A guide for passive solar heating. New York, 1984.
2. Carmody J., Selkowitz s., Arasteh D., Heschong L.: A guide to new technologies and energy performance; Residential windows. New York, 2000.
3. Laskowski L.: Geometria i struktura budynków o racjonalnej charakterystyce energetycznej. WA PW, Warszawa 1999.
4. Laskowski L.: Spójność oraz sprzeczności zasad projektowania energooszczędnych budynków mieszkalnych. „Gospodarka Paliwami i Energią” 45 (1997).
5. Laskowski L.: Architechnologia małych budynków mieszkalnych o racjonalnej charakterystyce energetycznej. Praca badawcza własna, Warszawa, 2003.
6. Laskowski L.: Projektowanie systemów biernego ogrzewania słonecznego w energooszczędnych budynkach. Wyd. Politechniki Śląskiej, Kielce, 1992.
7. Watson D.: A solar house. Vermont, 1985.
8. Schwolsky R., Williams J.: The builder’s guide to solar construction 1982.
9. National design handbook prototype on passive solar heating and natural cooling of buildings. United Nations Centre for Human Settlements. Nairobi, 1990
10. Madej J.: Nowoczesne okna. Warszawa, 2005.
11. Laskowski L.: Dodatkowe osłony termoizolacyjne okien. „Przegląd Budowlany” 10/1986