Passieve zonne-energie

Laatst bewerkt op: 22 okt 2021

Veel mensen denken bij zonne-energie aan een manier om zonne-energie middels zonnepanelen of zonnecollectoren om te zetten in stroom of warmte. Deze methoden maken op een actieve manier gebruik van het zonlicht en zetten dit middels een intern proces om in de gewenste energievorm. Er bestaat echter ook passieve zonne-energie, waarbij het zonlicht direct gebruikt wordt om een ruimte te verlichten en/of verwarmen. Omdat passieve zonne-energie grote, en vaak onmogelijke, aanpassingen aan bestaande woningen vereist, is het vooral interessant voor de nieuwbouw.

De vijf elementen

Een ontwerp dat passief gebruik maakt van zonne-energie, bestaat uit vijf afzonderlijke elementen, die ieder een eigen functie vervullen:

1. Apertuur (de collector): het apertuur is de grote (glazen) opening waardoor het benutte zonlicht het huis betreedt. Dit raam is typisch gericht op het zuiden en wordt niet door gebouwen of bomen van het zonlicht ontnomen.
2. Collector: dit element zorgt ervoor dat het binnengelaten zonlicht wordt doorgegeven aan de onderliggende thermische massa voor opslag. De collector bestaat vaak een ruw en donker materiaal.
3. Thermische opslag: direct onder de absorber vinden we een materiaal dat ervoor zorgt dat de hitte goed bewaard blijft. Vaak een materiaal met een hoge thermische inertie, d.w.z. dat het de toegevoerde warmte goed vast houdt.
4. Distributiemethode: warmte heeft van nature middels stroming, straling en geleiding de neiging af te vloeien naar koudere materialen totdat er geen temperatuurverschil meer is. Deze passieve warmtedistributie door het huis wordt vaak geregeld via ventilatiegaten, blazers en afzuigingen.
5. Regelmechanisme: een regelmechanisme wordt gebruikt om de thermische huishouding van het hele huis te regelen. Denk hierbij aan een regelbaar zonnescherm of een thermostaat die afhankelijk van de temperatuur een ventilator aan- of uitschakelt.

Directe opbrengst

Directe opbrengst is een techniek die vooral in koudere klimaten toegepast wordt. Het is de meest voorkomende, meest simpele en meest effectieve aanpak. Het basisprincipe is dat zonlicht via ramen toegelaten wordt tot de woonvertrekken. Hierbij worden de muren en vloeren van het vertrek opgewarmd en daarmee gelijk de lucht. De eerste vereiste is dat er een groot zuidelijk gericht raam is dat ook in de winter voldoende zonlicht kan ontvangen. Daarnaast is het noodzakelijk dat er een thermische opslag is, die na zonsondergang de overdag opgenomen warmte blijft afgeven. Deze thermische opslag zorgt er gelijk voor dat de vertrekken overdag niet te warm worden. De ruiten zijn vaak van dubbel glas en maken gebruik van goed isolerende gordijnen om ‘s nachts warmteverlies te beperken.

Om ongewenste verliezen tijdens de winter en extreme opwarming in de zomer te voorkomen, is het bij directe opbrengst belangrijk dat de zoninval goed regelbaar is via juiste zonwering. Directe opbrengst resulteert vaak wel in grote temperatuurschommelingen van het vertrek.

Indirecte opbrengst

Indirecte opbrengst werkt vooral goed in landen met veel zon. De techniek haalt de nadelen van de grote hoeveelheid zonneschijn weg, omdat er vlak achter een grote glazen raam een donkere muur wordt geplaatst. Deze muur, de zogenaamde Trombe Wall, is aan de buitenkant donker en aan de binnenkant licht. De donkere kant is naar de zon gericht en absorbeert de warmte. Deze warmte wordt door de muur opgeslagen en vervolgens aan de lichte kant weer afgegeven. Omdat de muur een hoge thermische inertie heeft, gebeurt dit geleidelijk en gaat de warmteafgifte ook na zonsondergang door. Ook de lucht voor de muur wordt overdag sterk verwarmd en mits de ventilatie correct geregeld is, kan ook deze warmte via luchtstromen de ruimte regelbaar verwarmen.

De vertraging tussen opname en afgifte van zonnewarmte kan sterk gevarieerd worden via variaties in zowel de dikte als de eigenschappen van het materiaal van de muur. Problemen van overbelichting en oververhitting worden dankzij de muur voorkomen, maar het selecteren van de juiste dikte en materiaal voor de muur is een precieze klus.

Geïsoleerde opbrengst / solarium

Deze techniek verschilt van de andere technieken, omdat zowel de apertuur, de absorber als de thermische opslag geïsoleerd blijven van het te verwarmen vertrek. De aparte ruimte waar de zonnewarmte opgeslagen wordt, wordt ook wel het solarium genoemd. De in het solarium verkregen warmte wordt vervolgens via directe of indirecte methode overgedragen naar het woonvertrek. Het meest voorkomende systeem is gebaseerd op luchtstroming: de lucht in het solarium wordt opgewarmd en stijgt op. De opstijgende lucht wordt via een hoog geplaatst ventilatiegat het woonvertrek in geleid. Onderaan vinden we een ander ventilatiegat, waarlangs koele lucht vanwege de ontstane onderdruk vanuit het woonvertrek het solarium instroomt. Deze koele lucht wordt weer opgewarmd en het hele proces begint overnieuw. Omdat de zonnewarmte overdag wordt opgeslagen in de thermische opslag, gaat dit proces door tot enige uren na zonsondergang.