Aurinkoarkkitehtuuri

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

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.

Varjostus

Auringon säteilyä estävät pilvisyys, muut rakennukset ja puut.

Tilojen lämmitys

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).

Jäähdytys

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

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.

Julkisivu

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

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

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.