Utilizar a energia solar para aquecer a sua casa é o conceito de aquecimento solar passivo. Como salienta o arquitecto português Francisco Moita, a energia solar passiva pode ser explorada através de sistemas directos, indirectos e de estufa.
Sistema de ganho directo
Um sistema de ganho directo consiste em captar a radiação solar através das janelas da habitação. O diagrama ao lado mostra a variação na intensidade da radiação solar através de janelas orientadas de forma diferente em um dia de inverno ou um dia de verão. É claro que a janela é um elemento fundamental no conforto térmico de uma habitação. Dependendo da orientação das janelas, a radiação será mais ou menos intensa.
Sistema de ganho indirecto
Um sistema de ganho indirecto consiste em coletar energia solar por meio de uma parede coletora. Esta é feita de materiais pesados, localizada entre o espaço a ser aquecido e o vidro que protege do exterior. O calor produzido no exterior durante o período de exposição solar é armazenado pela inercia térmica da parede. Em seguida é transportado para o seu volume interior, onde se propaga para o compartimento por convecção e radiação.
Os materiais de construção pesados (betão, tijolo ou pedra) têm uma elevada capacidade de armazenar calor. Absorvem e acumulam a radiação solar que irradia da sua superfície.
O calor acumulado é devolvido ao ambiente por dois fenómenos :
- Por convecção : quando a temperatura do ambiente é inferior à temperatura da superfície do material
- Por radiação : quando a superfície de um objecto próximo é inferior à do material que armazenou o calor
A inércia térmica é caracterizada por dois parâmetros :
- A difusividade de um material : a celeridade à qual a temperatura de um material se altera em função das tensões térmicas externas.
- Efusividade de um material : a capacidade de um material de trocar energia térmica com o seu ambiente.
A figura à esquerda mostra um sistema de ganho indireto, também conhecido como parede de trombe, implementado pelo Professor Félix Trombe e pelo arquiteto Jacques Michel nas décadas de 1950 e 1970. A fim de maximizar a capacidade da parede de absorver a radiação solar, a superfície da parede exposta ao sol deve ser pintada na cor escura.
Estufas
Outro sistema de aquecimento solar passivo consiste num espaço fechado de vidro, uma estufa e uma massa de armazenamento térmico (parede e solo). Em dias frios ou à noite, a estufa actua como zona tampão, reduzindo assim as perdas de energia.
O calor capturado dentro da estufa (ganhos diretos) pode ser transmitido diretamente pela circulação do ar dentro do compartimento. Mas também pode ser acumulado em materiais pesados e posteriormente entregue por radiação (ganhos indiretos).
Para evitar o excesso de calor no Verão devido a uma estufa virada a sudoeste, é necessário instalar sistemas de sombreamento no lado oeste da estufa que não afectem os ganhos solares no Inverno (muros ou vinhas de folha caduca).