Hình ảnh này là một sơ đồ minh họa khái niệm thiết kế năng lượng mặt trời thụ động, cụ thể tập trung vào cách một mái hiên có thể kiểm soát ánh sáng mặt trời chiếu vào cửa sổ hướng nam vào các thời điểm khác nhau trong năm.
Các yếu tố chính của sơ đồ:
Hướng:
Sơ đồ chỉ rõ rằng cửa sổ và phân tích áp dụng cho tường hướng nam. Đây là yếu tố quan trọng vì vị trí của mặt trời trên bầu trời thay đổi theo mùa, và hướng nam nhận được nhiều ánh sáng trực tiếp nhất ở Bán cầu Bắc.
Mặt cắt tòa nhà:
Sơ đồ hiển thị mặt cắt đơn giản của một tòa nhà, bao gồm:
- Tường: Một bức tường đứng với cửa sổ.
- Cửa sổ: Cửa sổ hình chữ nhật trên tường.
- Mái hiên: Một phần mở rộng ngang của mái vượt ra ngoài tường. Chiều dài của mái hiên này rất quan trọng để kiểm soát lượng nhiệt mặt trời.
- Sàn tích nhiệt: Phần sàn bên trong tòa nhà được chú thích là “Sàn tích nhiệt: Được sưởi bởi mặt trời.” Điều này cho thấy sàn được làm từ vật liệu có khả năng hấp thụ và lưu trữ nhiệt từ ánh sáng mặt trời.
- Chiều cao tường: Chiều cao từ sàn đến đỉnh cửa sổ cũng được thể hiện một cách gián tiếp.
Góc mặt trời lúc giữa trưa:
Sơ đồ hiển thị góc chiếu của tia nắng mặt trời vào lúc giữa trưa ở ba thời điểm quan trọng:
- 21 tháng 6: Hạ chí, khi mặt trời ở vị trí cao nhất trên bầu trời. Góc chiếu là 73° vào giữa trưa. Sơ đồ minh họa rằng ở góc cao này, mái hiên hiệu quả trong việc chặn ánh sáng mặt trời trực tiếp vào cửa sổ, dẫn đến “Không có ánh nắng chiếu vào” sàn nhà.
- 21 tháng 3 và 21 tháng 9: Xuân phân và Thu phân, khi mặt trời ở góc trung bình. Góc chiếu là 50° vào giữa trưa. Ở góc này, mái hiên cho phép “Một phần ánh sáng mặt trời” chiếu qua cửa sổ và vào sàn nhà.
- 21 tháng 12: Đông chí, khi mặt trời ở vị trí thấp nhất trên bầu trời. Góc chiếu là 27° vào giữa trưa. Ở góc thấp này, tia nắng mặt trời hoàn toàn đi qua dưới mái hiên, dẫn đến “Toàn bộ ánh sáng mặt trời” chiếu vào cửa sổ và sàn tích nhiệt.
Hiểu rõ các khái niệm:
Thiết kế năng lượng mặt trời thụ động:
Sơ đồ minh họa nguyên tắc chính của thiết kế này, sử dụng năng lượng mặt trời để sưởi ấm và chiếu sáng tòa nhà, giảm thiểu nhu cầu sử dụng hệ thống cơ khí.
Góc mặt trời theo mùa:
Độ nghiêng của Trái đất khiến vị trí biểu kiến của mặt trời thay đổi trong năm. Sự thay đổi này là cơ sở để áp dụng các chiến lược thiết kế năng lượng mặt trời thụ động.
Tối ưu hóa mái hiên:
Sơ đồ cho thấy cách một mái hiên được thiết kế đúng cách có thể hoạt động như thiết bị che nắng tự nhiên vào mùa hè, khi mặt trời ở góc cao, ngăn chặn nhiệt lượng dư thừa. Vào mùa đông, khi mặt trời ở góc thấp, mái hiên cho phép ánh sáng mặt trời đi vào để sưởi ấm không gian bên trong.
Sàn tích nhiệt:
Sơ đồ cũng nhấn mạnh khái niệm về sàn tích nhiệt. Bằng cách cho phép ánh sáng mặt trời mùa đông chiếu lên vật liệu tích nhiệt (như bê tông, gạch, hoặc gạch lát), sàn nhà hấp thụ và lưu trữ nhiệt trong ngày. Nhiệt này sau đó được giải phóng dần vào ban đêm, giúp điều chỉnh nhiệt độ bên trong và giảm nhu cầu sưởi ấm.
Tóm tắt:
Sơ đồ này minh họa một cách hiệu quả cách một mái hiên được thiết kế tốt, kết hợp với cửa sổ hướng nam và sàn tích nhiệt, có thể kiểm soát lượng nhiệt mặt trời trong suốt năm. Nó giúp giữ tòa nhà mát mẻ vào mùa hè bằng cách ngăn ánh sáng mặt trời ở góc cao và ấm áp vào mùa đông bằng cách cho phép ánh sáng mặt trời ở góc thấp chiếu vào và sưởi ấm sàn tích nhiệt. Đây là một nguyên tắc cơ bản trong thiết kế bền vững và hiệu quả năng lượng.
