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Bioklimatische Architektur

Bioklimatische Architektur

Die bioklimatische Architektur dringt in die sogenannte passive Sonnenenergie ein. Diese Art von Architektur verwendet natürliche Elemente des Ortes (Sonne, Wind, Wasser, Boden und Vegetation), um thermisch effiziente Gebäude zu schaffen, die den thermischen Komfortanforderungen unabhängig von der Verwendung von Klimaanlagen gerecht werden.

Der bioklimatische Ansatz bezieht sich auf das Prinzip der Selbstversorgung und die Erkenntnis, dass die Hauptphänomene, die sich negativ auf die Umwelt auswirken, durch den Verbrauch großer Mengen nicht erneuerbarer Energie, fossiler Brennstoffe oder Kernenergie verursacht werden. Das Bauen ist ein stark verschmutzender Sektor, da die meisten Gas- und CO 2 -Emissionen aus den Klima- und Heizsystemen stammen, die den Klimawandel und den Treibhauseffekt begünstigen.

Das Ziel der bioklimatischen Architektur ist die Kontrolle des internen Mikroklimas mit passiven Entwurfsstrategien, die durch Minimierung des Einsatzes mechanischer Systeme die Effizienz des Wärmeaustauschs zwischen dem Gebäude und der Umgebung maximieren.

Die bioklimatische Architektur definiert die geometrischen und strukturellen Merkmale des Gebäudes, seine Lage und Ausrichtung so, dass es sich den unterschiedlichen klimatischen Bedingungen anpasst.

Im Allgemeinen gibt es in gemäßigten Regionen drei thermische Phasen, die unterschiedlichen Konstruktionsanforderungen entsprechen:

  • Winter: Sonneneinstrahlung an Wänden und Fenstern sollte zur Erwärmung des Innenraums gefördert werden. Die hohe Wärmeisolierung des Gehäuses ist auch notwendig, um die angesammelte Wärme zu sparen.
  • Sommer: Es ist notwendig, das Gebäude mit Sonnenschutzsystemen vor Sonneneinstrahlung zu schützen, die eine hohe Masseabdeckung und damit eine hohe thermische Trägheit aufweisen, sowie die natürliche Belüftung des Gebäudes begünstigen.
  • Halbsaison: erfordert die Kombination von Kühl- und Heizlösungen.

Arten der Energiegewinnung in der bioklimatischen Architektur

In der bioklimatischen Architektur können wir drei Arten der Energiegewinnung unterscheiden: direkte Aufnahme, indirekte Aufnahme und getrennte Aufnahme.

Direkte Erfassung

Passive Systeme der direkten Erfassung werden als Architektursysteme bezeichnet, die eine sofortige und einfache Verwendung darstellen. So können beispielsweise orientierte Häuser die Sonnenenergie direkt von der Sonne aufnehmen. Dies ist jedoch nicht die einzige Voraussetzung, um über Solarwohnungen sprechen zu können. Diese Form der Nutzung der Sonnenstrahlung ist ein klares Beispiel für die passive Sonnenenergie.

Die direkten Systeme müssen auch Komponenten enthalten, um die Energieverluste von Winternächten und einen übermäßigen Temperaturanstieg im Sommer zu kontrollieren. Zweifellos sind die direkten passiven Systeme der Solarenergie den traditionellen Systemen nahe.

Indirekte Erfassung

Passive indirekte Sammelsysteme werden Architektursysteme genannt, bei denen die Wärme über einen Sensor in das Innere des Innenraums geleitet wird, das in seine Struktur integriert ist.

Von den passiven Systemen des indirekten Einfangens zeichnet sich die sogenannte Trombe-Wand aus, erfunden von Michel Tromble: Es ist ein Glas auf einer massiven, schwarzen Wand, die als Speicher und Wärmeverteiler im Inneren des Hauses dient. Dieses einfache Gerät kann eine wichtige Energieeinsparung darstellen.

In heißen Klimazonen müssen Sie jedoch die Probleme der überschüssigen Wärmeenergie im Sommer berücksichtigen, die auch durch den Einsatz von Querrudern oder Regenschirmen gelöst werden kann, die die Wand im Schatten halten.

Ein anderes System besteht darin, eine Wand oder Decke durch schwarze Metallfässer zu ersetzen, die mit Wasser bzw. schwarzen Kollektoren gefüllt sind. In beiden Fällen heizen sich die Wassertanks während des Tages auf und während der Nacht isoliert von außen, würde sie die Wärmeenergie im Inneren des Hauses freisetzen.

Separate Sammlung

Passive Systeme der getrennten Sammlung werden Architektursysteme genannt, die über einen Sensor Wärmeenergie in das Innere des Fahrgastraums leiten und vom Haus getrennt sind, jedoch nicht weit entfernt.

Wenn sie weit weg wären, könnten sie nicht als passiv bezeichnet werden, da ein Zwangstransport erforderlich wäre und wir über Solar-Lufterhitzer sprechen würden. In diesem System wird die Sonnenstrahlung in einer verglasten Kammer gesammelt, die als landwirtschaftliches Gewächshaus genutzt werden kann und durch eine Auffangfläche vom Haus getrennt wird.

Integration erneuerbarer Energien

Gebäude, die als bioklimatische Architektur angesehen wurden, werden neben der Verwendung von passiver Solarenergie normalerweise zusätzliche Systeme für erneuerbare Energien installiert.

Durch die Integration erneuerbarer Energiequellen ist es möglich, dass der gesamte Energieverbrauch selbst erzeugt wird und umweltfreundlich ist. In diesem Fall sollen Gebäude oder Emissionen gebaut werden. Gebäude und Energie sind Gebäude, die mehr Energie erzeugen als verbraucht werden.

Die am häufigsten verwendeten erneuerbaren Energiequellen für erneuerbare Energien sind Windenergie, Photovoltaik-Solarenergie, Solarthermie und sogar Geothermie.

Methode der bioklimatischen Architektur

Die bioklimatische Architektur basiert auf drei Achsen:

  • Erfassen Sie Sonnenstrahlung und nutzen Sie sie für häusliche Aktivitäten.
  • Übertragen Sie Sonnenenergie und schützen Sie sie.
  • Sparen Sie die Energie oder evakuieren Sie sie entsprechend den Bedürfnissen.

Diese Anforderungen sind vor allem in wärmeren Regionen (wie dem Mittelmeerraum) von grundlegender Bedeutung, da die Erfassung und Speicherung von Energie im Winter dem Schutz und der Evakuierung im Sommer zu widersprechen scheint. Diesen scheinbaren Widerspruch aufzulösen, ist die Grundlage für ein gut verstandenes bioklimatisches Design.

Erfassen und schützen Sie sich vor der Hitze

Große Glasflächen sind in gemäßigten Zonen oft nützlich.

Nachzucht ist eine Technik, um den Sonnenertrag im Sommer zu begrenzen und Wärmeverluste im Winter zu reduzieren.

Die Erde ist in Bezug auf die Ekliptikebene in einem Winkel von 23 ° um 27 ° geneigt. Die Höhe der Sonne am Horizont und der Pfad, der durch den Himmel verläuft, variieren während der Jahreszeiten.

In der nördlichen Hemisphäre, im Breitengrad Europas (durchschnittlich etwa 45 °), geht die Sonne im Winter im Südosten auf und liegt im Südwesten, wobei sie am Horizont sehr niedrig bleibt (22). ° zur Wintersonnenwende). Nur die Südfassade eines Gebäudes erhält ausreichend Sonnenlicht. Um diese Sonnenenergie einzufangen, ist es angebracht, die Hauptglasöffnungen nach Süden zu platzieren.

Das Glas lässt Licht herein, absorbiert jedoch die Infrarotstrahlung, die von den Innenwänden wieder abgegeben wird, die diese Sonnenstrahlung empfangen, was als Treibhauseffekt bezeichnet wird. Die Sonnenstrahlung wird durch die undurchsichtigen Oberflächen des Gebäudes (Wände, Decken und Böden) in Wärme umgewandelt. Nach diesem Prinzip wird ein passives Solargebäude konzipiert: Solar, weil die Energiequelle die Sonne ist, passiv, weil das System alleine arbeitet, ohne mechanisches System.

Selbst auf der nördlichen Hemisphäre geht im Sommer die Sonne im Nordosten auf, liegt nordwestlich und ist mittags hoch (78 ° bei Sommersonnenwende). Die Fassaden eines Gebäudes, das von der Sonne abgestrahlt wird, sind hauptsächlich die östliche und die westliche Mauer sowie das Dach. Der Einfallswinkel seiner Strahlen auf nach Süden gerichtete Glasflächen ist hoch. Es ist ratsam, diese Glasflächen durch Sonnenschutz zu schützen, der so ausgelegt ist, dass die direkte Sonneneinstrahlung im Sommer blockiert wird und im Winter maximales Sonnenlicht zur Verfügung steht.

In den Öffnungen der Ost- und Westfassade hat der horizontale Sonnenschutz eine begrenzte Wirkung, da die Sonnenstrahlen einen geringeren Einfall haben; Auf diese Fassaden wirken lichtundurchlässige Sonnenschutzmittel (Rollläden) und noch mehr Laubvegetation. Hartnäckige Vegetation schützt auch kalte Winde, solange sie nicht der Wintersonne entgegenstehen.

In der nördlichen Hemisphäre, auf europäischer Breite, zeichnet sich eine bioklimatische Konstruktion aus durch:

  • Große Öffnungen im Süden, perfekt vor der Sommersonne geschützt.
  • Sehr wenige Öffnungen nach Norden
  • Wenige Öffnungen nach Osten, außer in Räumen für den frühen Gebrauch, wie Küchen: Morgensonne.
  • Einige Öffnungen nach Westen, insbesondere für die Räume, schützen im Sommer vor der untergehenden Sonne.

In einem bioklimatischen Ansatz müssen sich diese Eigenschaften auf natürliche Weise an die Umgebung (Klima, Umwelt, ...) und das Tempo der Nutzer des Gebäudes anpassen.

Wärme verwandeln / diffus machen

Sobald das Sonnenlicht eingefangen ist, muss ein bioklimatisches Gebäude wissen, wie es in Wärmeenergie umgewandelt und dort verteilt werden kann, wo es sinnvoll ist.

Die Umwandlung der Schallstrahlung in Wärme erfolgt nach einer Reihe von Prinzipien, um den Komfort im Innenraum nicht zu beeinträchtigen:

  • Sorgen Sie für eine ausreichende Wärmebilanz.
  • Beeinträchtigen Sie nicht die Lichtqualität.
  • Ermöglicht die Wärmediffusion durch das Belüftungssystem und die Wärmeleitfähigkeit der Wände.

In einer Konstruktion sammelt sich die Wärme durch Konvektion und thermische Schichtung an. Die Umwandlung in Lichtwärme sollte hauptsächlich am Boden erfolgen. Außerdem wird die Absorption von Licht durch eine Wand dunkel und begrenzt die Fähigkeit, dieses Licht zu streuen. Diese Absorption sollte die Streuung von Licht in weniger beleuchteten Bereichen nicht verhindern und sollte keine Kontraste oder Reflexionen erzeugen.

Daher ist es wichtig, sehr klare Decken zu bevorzugen, um das Licht in den Räumen blendfrei zu streuen, die Böden zu verdunkeln, um die Energiegewinnung in dieser Ebene zu begünstigen und variable Töne in den Wänden entsprechend der Priorität zu verwenden, die der Diffusion des Gebäudes gegeben wird Licht oder die Einnahme von Sonnenenergie und je nach dem Bedarf an Wärme oder Frische der betreffenden Räume.

Die Schatten, die am wahrscheinlichsten Licht in Wärme und Absorption umwandeln, sind dunkel (idealerweise schwarz) und eher blau. Diejenigen, die Licht und Wärme am besten reflektieren können, sind klar (idealerweise weiß) und recht rot. So kann man durch ein einfaches Farbenspiel das Licht und dann die Wärme auf die Bereiche lenken, die es benötigen. Mattierte Materialien mit einer körnigen Oberfläche (insbesondere natürliche Materialien) eignen sich auch besser, um Licht einzufangen und in Wärme umzuwandeln als glatte, glänzende Oberflächen (Spiegeleffekt, metallisches oder lackiertes Aussehen usw.).

Eine gute Wärmediffusion (oder Frische) kann auch durch geeignete Belüftungsmethoden erreicht werden.

Unter einem gemäßigten Klima erfordert eine aus thermischer Sicht optimal konzipierte bioklimatische Konstruktion wenig oder keine Heizungs- oder Klimatisierungssysteme, um eine Innentemperatur zwischen 20 ° C im Winter und 25 ° C im Sommer, Tag und Nacht aufrechtzuerhalten.

Behalte die Wärme / Frische

Im Winter muss die Sonnenenergie nach ihrer Erfassung und Umwandlung im Gebäude gespeichert werden, damit sie rechtzeitig genutzt werden kann. Im Sommer muss die Nachtfrische (die bei guter Belüftung leicht erkannt wird) dauerhaft aufbewahrt werden, um die Überhitzung während des Tages zu begrenzen.

Die einfachste Methode besteht darin, diese Energie in schweren Baumaterialien zu speichern, sofern diese zugänglich sind und daher nicht mit einer Wärmedämmung bedeckt sind. Daher ist die Bedeutung der Isolierung wichtig. Von außen oder möglicherweise die verteilte Isolierung.

Die Speicherung von Energie in den Materialien und die Rücklaufzeit verwendet die spezifische Wärme, das Gesamtvolumen und andere physikalische Eigenschaften, um die Energieeffizienz zu bestimmen. Bestimmte Techniken erlauben es, die Rückkehrperiode dynamisch zu verbessern.

Die Umwelt schätzen

Die Umgebung (Hügel, Wälder, ...) sowie die um das Gebäude herum angelegte Vegetation haben ebenfalls eine schützende Rolle: Als Windschutz entscheiden wir uns für die Weichhölzer im Norden und die Harthölzer im Süden; Sie schützen im Sommer vor Sonneneinstrahlung, lassen aber im Winter Licht. Eine Wasserstelle vor dem Gebäude im Süden bietet im Sommer eine Aktualisierung von ein oder zwei Grad.

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Geändert am: 5. Februar 2019