Vliv stínění na využití solární energie v pasivních budovách v architektonických, stavebně-fyzikálních a energetických souvislostech

Abstract

Sluneční záření představuje pro udržitelnou výstavbu energeticky nenáročných staveb významný ekologický zdroj. Pro objekty pasivní, nulové nebo usilující o energetickou nezávislost se jedná o zdroj klíčový. Vzhledem ke skutečnosti, že většina budov se nachází v urbanizovaném prostoru, vyskytují v jejich sousedství překážky, které přístupu slunečního záření brání nebo ho limitují. Práce se proto zabývá analýzou způsobu výpočtu a přesností předpovědi slunečního záření v situacích s výrazným zastíněním. Jejím cílem je hledání souvislostí a limitů ve využití slunečního záření pasivním i aktivním způsobem pro některá vybraná témata související s navrhováním a optimalizací energeticky efektivních staveb. Na základě přepočtu slunečního záření podle Pereze byl vytvořen model výpočtu intenzity dopadajícího záření i s vlivem zastínění. Nástroj byl verifikován experimentálně a porovnáním s jinými software zabývajícími touto problematikou. Experimentální verifikace přinesla uspokojivé výsledky očekávané přesnosti dopadajícího záření v zastíněných polohách. Ukázala také, že výsledky mohou výrazně ovlivněny, pokud není podrobně analyzována odrazivost terénu. Nejednoznačný přístup tvůrců modelů i software byl zjištěn při modelování přísluneční složky záření. Aplikace modelu zastínění přispěly k lepšímu poznání problematiky pasivních domů. Byl zkoumán vliv přesnosti výpočtu stínění a pasivních solárních zisků. Jako jeden ze zásadních parametrů ovlivňujících návrh budovy pro zimní i letní období se projevily vnitřní tepelné zisky. Návrh efektivních stínicích prvků se současným řešením přirozeného denního osvětlení se ukázal jako klíčový pro zajištění pasivního konceptu administrativní budovy. Plný potenciál vyvinutého nástroje byl rozpoznán při hledání optimálních poloh aktivních solárních aplikací na obálce budovy. Zvláštní kapitola je v závěru věnována semitransparentním fotovoltaickým prvkům ve vztahu k budovám.

Solar energy has been recognized as one of the major and most important environmentally friendly sources needed to succeed on the way from passive to zero energy and more independent houses. As the vast majority of the building stock is being built in urban areas, the access to the solar radiation is usually reduced by the surrounding obstacles. The thesis is therefore focused on various ways of computing solar radiation which involve shading, the accuracy of its prediction and searching for the main influencing parameters, bonds and limits with regard to the design and optimization of such buildings. Based on the description of solar radiation compounds introduced by Perez a model of solar energy calculation comprising also shading was created. Pure analytical and combined analytically-numerical variants are presented. The tool was verified by data measured on an experimental set-up and compared to widely used software. The experimental verification brought merely satisfactory results concerning the accepted model accuracy. It also showed that an albedo analysis and a detailed modeling circumsolar compound may affect the results seriously. The potential of the developed tool was shown in studies on design and optimization of low energy demand houses. The effect of detailed shading computation and passive solar gains utilization are explored. Internal gains play as strong influencing parameter in both of these topics for both winter and summer periods. A case study of a passive office building, where effective design of shading devices with respect to natural day-lighting concept played the major role, was presented. The serviceability of the tool was also demonstrated when searching for the optimal position of active solar systems placed on the building envelope. Finally the possibilities and difficulties of photovoltaic semitransparent building element integration are explored and tested.