Aurinkoarkkitehtuuri

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Darmstadtin teknillisen yliopiston suunnittelema aurinkoenergiaa hyödyntävä asuintalo, jolla yliopisto voitti joka toisena vuotena järjestettävän aurinkorakentamisen Solar Decathlon -kilpailun vuonna 2007

Aurinkoarkkitehtuuri tarkoittaa Auringon säteilyn, valon ja lämmön, hyödyntämistä rakennuksissa ottamalla Aurinko huomioon arkkitehtuurissa. Aurinkoarkkitehtuuri voi olla passiivista (yksinkertaista, luonnollista) tai aktiivista (monimutkaisempaa sähköön perustuvaa teknologiaa hyödyntävää). Aurinkoarkkitehtuuria voidaan hyödyntää kaikenlaisissa rakennuksissa omakotitaloista pilvenpiirtäjiin: käytännössä sitä hyödynnetäänkin laajasti valaistuksessa ikkunoiden avulla. Aurinkoarkkitehtuuri on ekorakentamista, sillä Auringon säteilyn energia on ilmaista, uusiutuvaa ja saasteetonta, ja se on perustava osa nollaenergiatalojen suunnittelua.

Perusteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoarkkitehtuurissa tarvitaan yksinkertaistetusti lämmityskäytössä seuraavat elementit: 1) auringonpaisteen sisältämää energiaa 2) lämpöä sitova rakenne 3) säätömekanismi(t) energiamäärän säätelyyn.

Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää avaamalla rakennus aurinkoiseen suuntaan; pohjoisella pallonpuoliskolla etelään ja eteläisellä pallonpuoliskolla pohjoiseen päin. Rakennus imee Auringon säteilyenergiaa esimerkiksi suurten ikkunoiden ja absorboivien rakennusosien avulla, ja ulkovaippa suljetaan Auringosta poispäin. Aurinkoarkkitehtuurisessa otetaan huomioon Auringon kulkureitti joka vaihtelee vuoden aikana ja vuorokauden mittaan. Aurinkoarkkitehtuuri vähentää muun lämmitysenergian tarvetta talviaikaan ja jäähdyttämisen tarvetta kesäaikaan.

Aurinko[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon kulkureitti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon korkeus vuoden mittaan; leveysasteena käytetty New Yorkia
Pääartikkeli: Auringon kulkureitti

Passiivisessa aurinkorakentamisessa otetaan huomioon Auringon kulku vuoden aikana, minkä ansiosta Aurinko paistaa kesällä korkealta ja talvella talvipäivänseisauksena 47 astetta kesäpäivänseisausta matalammalta. Kääntöpiirien välinen etäisyys on 47 astetta. Auringon korkeus kesäpäivänseisauksena, jolloin Auringon zeniitti on 23,5 astetta pohjoista leveyttä, voidaan laskea leveyspiirin avulla: 90 asteesta eli suorasta kulmasta vähennetään leveyspiirin mukainen asteluku, joka on Helsingin tapauksessa noin 60 astetta pohjoista leveyttä, ja tulokseen lisätään kesäpäivänseisauksen zeniittiaseman mukainen 23,5 astetta. Kesäpäivänseisauksena Aurinko paistaa Helsingissä siis noin 53,5 asteen korkeudelta. Esimerkiksi New York (noin 40,5 astetta pohjoista leveyttä) sijaitsee 19,5 astetta Helsinkiä etelämpänä, ja siten kesäpäivänseisauksena Aurinko paistaa siellä korkeammalta, noin 73 asteen korkeudelta.

Auringon kulkureitti Helsingissä
Ajankohta 21. tam 20. hel 20. maa 20. huh 21. tou 21. kes 21. hei 22. elo 22. syy 21. lok 21. mar 21. jou
Auringon kulma likimäärin 10° 19° 30° 41,5° 50° 53,5° 50° 41,5° 30° 19° 10° 6,5°
Aurinko nousee 8:59 7:45 6:22 5:49 4:28 3:54 4:35 5:51 7:05 8:15 8:34 9:24
Aurinko laskee 16:05 17:24 18:35 20:52 22:08 22:50 22:17 20:54 19:20 17:54 15:38 15:13
Päivän pituus 7:06 9:39 12:13 15:03 17:39 18:56 17:42 15:03 12:16 9:39 7:03 5:49
timeanddate.com[1]
Auringon kulkureitti New Yorkissa
Ajankohta 21. tam 20. hel 20. maa 20. huh 21. tou 21. kes 21. hei 22. elo 22. syy 21. lok 21. mar 21. jou
Auringon kulma likimäärin 29,5° 38,5° 49,5° 61° 69,5° 72,7° 69,5° 61° 49,5° 38,5° 29,5° 26°
Aurinko nousee 7:14 6:43 6:59 6:09 5:33 5:25 5:42 5:51 6:43 7:14 6:50 7:16
Aurinko laskee 17:00 17:37 19:08 19:41 20:12 20:30 20:21 19:43 18:52 18:06 16:33 16:31
Päivän pituus 9:46 10:54 12:09 13:31 14:39 15:06 14:39 13:30 12:09 10:52 9:43 9:15
timeanddate.com[2]

Taulukoiden asteluvut tarkoittavat Auringon korkeutta keskipäivällä, jolloin Aurinko on korkeimmillaan. Päivämäärät menevät näin, jotta Auringon korkeus menee tasan molemmilla vuoden puoliskoilla.

Insolaatio[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Insolaatio

Insolaatio tarkoittaa Auringon säteilyvoimakkuutta, ja sitä mitataan kilowattitunteina neliömetriä kohden vuorokaudessa. Insolaatioon vaikuttavat muun muassa Auringon kulma, maanpinnan kaltevuus ja pilvisyys. Vuorokauden insolaatio on vuorokauden keskimääräinen insolaatio, ja siten aurinkoisina tunteina lämpösäteily neliömetriä kohden on yötä suurempi. Korkeilla leveysasteilla, kuten Suomessa, insolaatio on talvella alhainen, aurinkotunteja on vähän ja siten Auringosta saatava lämpöhyöty on eteläisempiä alueita huomattavasti vähäisempi.

Insolaatio Helsingissä
Kuukausi Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu
Insolaatio (kWh/m2) 0,28 0,99 2,23 3,83 5,14 5,37 5,17 3,98 2,47 1,12 0,46 0,16
NASA Langley Research Center Atmospheric Science Data Center; New et al. 2002[3][4]
Insolaatio New Yorkissa
Kuukausi Tammikuu Helmikuu Maaliskuu Huhtikuu Toukokuu Kesäkuu Heinäkuu Elokuu Syyskuu Lokakuu Marraskuu Joulukuu
Insolaatio (kWh/m2) 1,79 2,66 3,66 4,44 5,21 5,70 5,65 5,00 3,98 2,89 1,89 1,57
NASA Langley Research Center Atmospheric Science Data Center; New et al. 2002[5][6]

Varjostus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon säteilyä estävät pilvisyys, muut rakennukset ja puut.

Tekniikat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tilojen lämmitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon energiaa voidaan käyttää rakennusten lämmittämiseen ikkunoiden ja absorboivien materiaalien avulla. Aurinkoenergian potentiaali lämmityskäytössä on suurempi mitä lähempänä sijainti on päiväntasaajaa, sillä silloin auringonpaisteessa on enemmän energiaa, ja toisena tekijänä mitä enemmän lämmitystarvetta tarvitaan vuoden aikana. Suuri potentiaali on mantereisen ilmaston alueilla (esimerkiksi Yhdysvaltain keskiosissa ja Pohjois-Kiinassa), kylmien merivirtojen viilentämillä alueilla (esimerkiksi Yhdysvaltain koillisosassa ja Japanin Hokkaidōssa) ja vuoristoalueilla (esimerkiksi Alpeilla ja Balkanvuorilla).

Veden lämmitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Aurinkokeräin

Peseytymiseen ja käsien pesemiseen, tiskaamiseen ja vaatteiden pesemiseen tarvittavaa vettä voidaan lämmittää passiivisesti aurinkokeräimillä.

Jäähdytys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon energiaa voidaan käyttää jäähdyttämiseen siten, että viileää ilmaa vedetään maan alle sijoitetun putken kautta rakennuksen sisälle. Jäähdyttäminen perustuu siihen, että maa pysyy kesäisin viileänä. Ilman vetämiseen käytetään lämmetessään ylöspäin kohoavaa ilmaa, jolloin lämmin poistoilma päästetään katolta ulos ja viileä korvausilma virtaa maan alle sijoitetun putken kautta sisään. Silloin kun jäähdytystarve kasvaa, lämmin ilma kohoaa nopeammin ylöspäin ja vastaavasti viileää ilmaa tulee tällöin tilalle enemmän. Jäähdytyksen toiminta on siis periaatteessa automaattista. Lämpimän ilman muuttuessa viileämmäksi ilman suhteellinen kosteus nousee, joten ilman viilentyessä ilmasta on tehtävä kuivempaa, jotta se olisi rakennuksen sisälle soveltuvaa.

Valaistus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringonvaloa eli päivänvaloa voidaan hyödyntää valaistuksessa esimerkiksi tavallisten ikkunoiden, kattoikkunoiden ja lasikatosten avulla. Kattoikkunoiden ja lasikatosten täytyy olla lämpösäteilyä heijastavia, koska muuten rakennus lämpenisi turhaan sisältä kesäisin. Valoa kuljettavien putkien (engl. light tube) avulla myös maanalaisiin tiloihin voidaan tuoda valoa. Valoa voidaan myös kuljettaa kerrosten välillä esimerkiksi rakennuksen katolta alempiin kerroksiin. Passiivisen valaistuksen puutteena on se, että jos aurinko ei paista, niin valaistusta ei saada. Päivänvaloa hyödyntämällä voidaan kuitenkin pienentää sähkövalaistuksen tarvetta aurinkoiseen aikaan.

Suunnittelutekijöitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Eristäminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Rakennuseriste

Auringosta peräisin oleva lämpö saadaan pidettyä rakennuksen sisällä käyttämällä riittävästi lämpöeristeitä rakenteissa. Eristämisessä voidaan noudattaa matalaenergiataloille asetettuja määräyksiä. Ikkunoiden tulee olla energiatehokkaita, sillä niistä täytyy tulla enemmän energiaa rakennuksen sisälle, kuin niiden kautta karkaa ulos.

Julkisivu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rakennuksen julkisivun tulisi olla mahdollisimman hyvin kohti päiväntasaajaa eli pohjoisella pallonpuoliskolla etelään ja eteläisellä pallonpuoliskolla pohjoiseen. Rakennuksen tulisi olla leveä päiväntasaajan suunnassa, jotta auringonpaiste saataisiin maksimoitua. Julkisivulla tulisi olla suuret paljon auringonpaistetta sisään päästävät ikkunat. Kesäaikaan auringonpaiste ei kuitenkaan saisi turhaan lämmittää sisäilmaa, jolloin esimerkiksi ikkunan ulkopuolisilla ikkunaluukuilla paiste voidaan estää.

Suunnittelussa on huomioitava ikkunoiden läpäisemä suuri lämmitysenergia kesäisin (säteilyteho 1 000 W/m²) joka vaatii jäähdytystä tai ikkunoiden peittämistä/varjostamista, sekä lämmityskautena ikkunan seinärakenteita heikompi lämmönpitävyys, joka on noin kuudesosa normaalin seinärakenteen vastaavasta. Rakennuksen vuoden lämmitystehosta vaaditaan noin 80 prosenttia talviaikaan, jolloin hyvinkin suunnatun ikkunan läpäisemä lämmittävä säteilyteho on suhteellisen pieni. Suunnittelussa tulee huomioida energiatalouden kokonaisuus ja ratkaisujen toimivuus niin kesällä kuin talvella.

Varjostaminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon kulkureittiä hyödyntäen voidaan varjostaa erilaisilla ratkaisuilla siten, että Aurinko ei paista kesällä esimerkiksi ikkunoista sisään, mutta syksystä talveen mentäessä yhä enemmän sisätilaa lämmittäen. Lisäksi puita voidaan istuttaa varjostamaan rakennuksen kattoa, ja puskia estämään esimerkiksi pohjoisia kylmiä tuulia.

Absorptiokyky[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Auringon säteilyn lämpövaikutukseen vaikuttaa myös materiaalin lämpösäteilyn absorptiokyky. Esimerkiksi Aurinkoon päin olevan ikkunan alle voidaan laittaa tummia savilaattoja, jotka absorboivat lämpösäteilyä. Rakennuksen katto ja seinät voidaan tehdä lämpösäteilyä heijastaviksi.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Sivunloppuun tulevien vaakanavigaatiomallineiden tekemiseen.

Mallineen parametrit
Parametri Kuvaus Tyyppi Oletus Tila
Avattavuus avattavuus ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Aihe aihe ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Kuva kuva ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Lisätyylit lisätyylit ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Otsikko otsikko Otsikko unknown tyhjä pakollinen
Sijoitus sijoitus ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Oletus oletus ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Header header ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R1 r1 Ensimmäisen alikohdan otsikko unknown tyhjä valinnainen
C1 c1 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L1 l1 Ensimmäisen alikohdan sisältö unknown tyhjä valinnainen
R2 r2 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C2 c2 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L2 l2 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R3 r3 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C3 c3 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L3 l3 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R4 r4 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C4 c4 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L4 l4 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R5 r5 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C5 c5 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L5 l5 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R6 r6 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C6 c6 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L6 l6 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R7 r7 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C7 c7 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L7 l7 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R8 r8 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C8 c8 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L8 l8 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R9 r9 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C9 c9 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L9 l9 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R10 r10 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C10 c10 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L10 l10 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R11 r11 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C11 c11 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L11 l11 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R12 r12 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C12 c12 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L12 l12 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R13 r13 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C13 c13 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L13 l13 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R14 r14 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C14 c14 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L14 l14 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R15 r15 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C15 c15 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L15 l15 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R16 r16 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C16 c16 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L16 l16 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R17 r17 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C17 c17 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L17 l17 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
R18 r18 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
C18 c18 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
L18 l18 ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen
Footer footer ei kuvausta unknown tyhjä valinnainen