Βασικά στοιχεία του βιοκλιματικού σχεδιασμού αποτελούν τα παθητικά συστήματα που ενσωματώνονται στα Κτίρια με στόχο την αξιοποίηση των περιβαλλοντικών πηγών (ήλιο, άνεμο, βλάστηση, νερό, έδαφος, ουρανό) για θέρμανση, ψύξη και φωτισμό, και τα οποία αποτελούν δομικά στοιχεία ενός κτιρίου.
Τα παθητικά συστήματα λειτουργούν χωρίς μηχανολογικά εξαρτήματα ή πρόσθετη παροχή ενέργειας και με φυσικό τρόπο θερμαίνουν, αλλά και δροσίζουν τα Κτίρια. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
• Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης
• Παθητικά συστήματα και τεχνικές φυσικού δροσισμού
• Συστήματα και τεχνικές φυσικού φωτισμού
Ο βιοκλιματικός σχεδιασμός ενός κτιρίου συνεπάγεται τη συνύπαρξη και συνδυασμένη λειτουργία όλων των παραπάνω συστημάτων, ώστε να συνδυάζουν θερμικά και οπτικά οφέλη καθ’ όλη τη διάρκεια του έτους.
Παθητικά ηλιακά συστήματα θέρμανσης
Τα παθητικά ηλιακά συστήματα επιτρέπουν σημαντική μείωση του ενεργειακού κόστος για την θέρμανση των κτιρίων και βελτιώνουν την θερμική άνεση των ενοίκων τους. Είναι συνήθως απλές κατασκευές ενσωματωμένες στο κέλυφος του κτιρίου,ενώ τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τους είναι πολύ συχνά κοινά οικοδομικά υλικά.
Ο βασικός τους σκοπός είναι η συλλογή ηλιακής ενέργειας και η μετατροπή της σε θερμική, η αποθήκευσή της και η διανομή της στους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου.
Σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους
Το συνηθέστερο παθητικό ηλιακό σύστημα είναι το σύστημα άμεσου ηλιακού κέρδους, το οποίο αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια με άμεσο τρόπο μέσω ανοιγμάτων κατάλληλου (νότιου) προσανατολισμού των χώρων.
Συστήματα έμμεσου ηλιακού κέρδους
Τα παθητικά συστήματα που αξιοποιούν έμμεσα την ηλιακή ακτινοβολία είναι οι ηλιακοί τοίχοι, οι ηλιακοί χώροι και τα ηλιακά αίθρια.
Ηλιακοί τοίχοι: αποτελούνται από τοιχοποιίες σε συνδυασμό με γυάλινη επιφάνεια τοποθετημένη εξωτερικά σε απόσταση 5-15 cm. Η τοιχοποιία μπορεί να είναι αμόνωτος τοίχος μεγάλης θερμικής μάζας (τοίχος θερμικής αποθήκευσης) ή θερμομονωμένος (θερμοσιφωνικό πανέλο), ενώ το υαλοστάσιο μπορεί να είναι σταθερό ή ανοιγόμενο, με μονούς ή διπλούς υαλοπίνακες. Ο ηλιακός τοίχος συλλέγει την ηλιακή ακτινοβολία και η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της μάζας του τοίχου ή μέσω θυρίδων στον προσκείμενο χώρο. Μια ειδική κατηγορία τοίχου θερμικής αποθήκευσης είναι ο τοίχος Trombe, ο οποίος στο επάνω και κάτω μέρος του φέρει θυρίδες για τη διευκόλυνση της ροής του αέρα.
Ηλιακοί χώροι ή θερμοκήπια: είναι κλειστοί χώροι με μεγάλο ποσοστό γυάλινης επιφάνειας, προσαρτημένοι στο νότιο τμήμα του κτιρίου. Η ηλιακή ακτινοβολία εισέρχεται στο θερμοκήπιο, μετατρέπεται σε θερμική και ένα μέρος της αποδίδεται άμεσα στο χώρο ενώ ένα άλλο μέρος της αποθηκεύεται στα δομικά στοιχεία του χώρου και αποδίδεται με χρονική υστέρηση. Η μεταφορά της θερμότητας από τον ηλιακό χώρο προς το εσωτερικό του κτιρίου διευκολύνεται με θυρίδες ή ανοίγματα στο διαχωριστικό δομικό στοιχείο.
Ηλιακά αίθρια: είναι αιθριακοί χώροι του κτιρίου που επικαλύπτονται με υαλοστάσια και η λειτουργία τους είναι παρόμοια με αυτή των θερμοκηπίων.
Για την αποδοτική λειτουργία των παθητικών συστημάτων θέρμανσης απαιτείται ικανή θερμική μάζα ώστε να αποθηκεύεται μέρος της θερμικής ενέργειας και να αποδίδεται σταδιακά στους χώρους (χρήση υλικών υψηλής θερμοχωρητικότητας), κατάλληλη θερμική προστασία του κτιρίου (θερμομόνωση κελύφους, χρήση διπλών υαλοπινάκων) και επαρκή συστήματα ηλιοπροστασίας και φυσικού αερισμού κατά τους θερινούς μήνες.