برای دستیابی به یک زندگی مطلوب و باکیفیت لزوم اجرای یک معماری پایدار و منطبق با طبیعت اجتناب‌ناپذیر است. طراحی ساختمان با تکیه‌بر اصول معماری پایدار، به میزان قابل‌توجهی در هزینه‌های انرژی صرفه‌جویی می‌کند و باعث می‌شود که در تابستان و زمستان دمای مطلوبی در منزل احساس شود.
گرمایش، تهویه برقی و تهویه هوا ( HVAC ) سهم عمدهای در مصرف انرژی در ساختمان دارد. سامانه‌های سنتی گرمایش و سرمایش به همان اندازه که باعث ذخیره انرژی می‌شوند، موجب انتشار Co2 می‌گردند، درصورتی‌که اگر از سامانه‌های گرمایش و سرمایش خورشیدی استفاده شود، این میزان انتشار Co2 به حداقل ممکن می‌رسد.
طرح ضعیف اقلیمی ساختمان‌ها که اغلب در معماری مدرن دیده می‌شوند سبب می‌گردد بسیاری از بناها حتی در اقلیم سرد و معتدل بیش‌ازحد گرم شوند جایی که این‌چنین مشکلاتی به‌صورت سنتی وجود نداشت.
قدرت خورشید می‌بایست با کمک طرح‌های خوب طراحان، فهمیده شده و به‌عنوان ساختمان خورشیدی ایستا لحاظ گردد که در این ساختمان‌ها انرژی خورشیدی برای گرم کردن استفاده می‌شود اما اجازه ندارد در رفاه و اقتصاد ساکنین دخالت کند. تقریباً تمامی ساختمان‌ها از ساده‌ترین روش گرمایش خورشیدی ایستا بهره می‌برند؛ در این رابطه، یکی از تلاش‌های صورت گرفته‌شده توسط محققان، توسعه فناوری گرمایش و سرمایش خورشیدی جهت دستیابی به آسایش برای ساکنین است. فضاهای خورشیدی یک مکان الحاقی گرم‌کننده و یک محیط سالم برای گیاهان و ساکنین مهیا می‌کند. در حقیقت یک فضای خورشیدی درست طراحی‌شده می‌تواند ۶۰% از نیازهای گرمایی یک‌خانه را در زمستان تأمین کند.
تأمین گرمای ساختمان با خورشید، از دو طریق پسیو و اکتیو می‌تواند صورت گیرد.
در طراحی پسیو، معماری ساختمان تعیین‌کننده میزان دریافت انرژی از طریق خورشید است و در طراحی اکتیو، جذب انرژی خورشید نیازمند استفاده از یک منبع انرژی دیگر برای انتقال مایع گرم شده به داخل ساختمان است.
سیستم گرمایش خورشیدی پسیو
در طراحی ساختمان پسیو، پنجره‌ها، دیوارها و طبقات به‌گونه‌ای ساخته می‌شوند تا انرژی خورشید را به‌صورت گرما در زمستان جمع‌آوری، ذخیره و توزیع کنند و گرمای تابستان را نپذیرند. این طراحی پسیو، آب‌وهوایی یا طبیعی نامیده شده است زیرا برخلاف سامانه‌های گرمایی خورشیدی اکتیو، از ماشین‌ها و دستگاه‌های الکتریکی استفاده نمی‌کند.
کلید طراحی یک ساختمان پسیو، بهره‌گیری هرچه بهتر از آب‌وهوای محل ساختمان است. اجزائی که باید در نظر گرفته شوند عبارت‌اند از قرار دادن انواع پنجره‌ها جداره‌ها، عایق‌بندی گرمایی، جرم حرارتی و سایه‌بان.
در مورد سامانه‌های گرمایش خورشیدی پسیو، برخی از روشهای کلی عبارت‌اند از:
- ورود مستقیم نور خورشید به داخل اتاق از طریق پنجره‌ها. (ساخت خانه رو به خط استوا)
- استفاده از دیوار ذخیره کننده انرژی خورشیدی (دیوار ترومب) و دیوار آبی
- استفاده از گلخانهٔ جانبی
- استفاده از استخر یا حوضچه روی بام.
سیستم گرمایش خورشیدی اکتیو
در این سامانه‌ها، از تجهیزات مختلفی برای گرم کردن ساختمان استفاده می‌شود که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از: کلکتورها، سامانه‌های ذخیره کنندهٔ انرژی گرمایی، کنترل دستی یا خودکار، سوخت کمکی و مبدل‌های حرارتی.
تمام آنچه سامانه‌های گرمایش خورشیدی اکتیو باید انجام بدهند، جذب انرژی خورشید توسط کلکتورها، انتقال گرما از کلکتور به عملگر جاری، انتقال عملگر جاری به ذخیره کننده (ها) و نهایتاً استفاده از گرمای ذخیره‌شده در ساختمان است. کلکتورها درواقع قسمتی از ساختمان می‌باشند، مثلاً پنجره یا نورگیر. کلکتورهای باید دارای این ویژگی‌ها باشند:
- جذب بیشینه انرژی خورشید با طول‌موج ۰.۳ تا ۲.۵ میکرون و کمترین نشر در محدودهٔ مادون‌قرمز
- مقاومت در برابر خوردگی و پوسیدگی، اشعهٔ فرابنفش، رسوبات و خواص اسیدی یا قلیایی عملگر جاری.
سامانه‌های سرمایش خورشیدی
تولید سرما با خورشید کاری بسیار دشواری است، برخلاف چیزی که در قسمت گرمایش خورشیدی مشاهده کردیم. به‌طور عمده، دو راه برای سرمایش خورشیدی وجود دارد:
- تبدیل انرژی خورشید به انرژی مکانیکی یا الکتریکی و استفاده از انرژی حاصل در به کار انداختن تجهیزات برودتی مانند کولر
- تبدیل انرژی خورشید به انرژی حرارتی و استفاده از آن در بکار انداختن دستگاه‌های تبرید جذبی. در این روش از انرژی خورشید برای گرم کردن ژنراتور خورشیدی (دقیقاً مانند جذب گرما در کلکتورها) استفاده می‌شود. با گرم شدن ژنراتور، اپراتور آن سرما ایجاد می‌کند.
در صورت چیلر بودن سیستم سرمایش، آبی که در اپراتور سرد شده است به توزیع‌کننده‌های موجود در فضای ساختمان (مثلاً اتاق) می‌رود و نهایتاً موجب سرد شدن فضای اتاق می‌شود. آب، پس اینکه سرمایش را از دست داد، به سمت اپراتور برمی‌گردد و این چرخه مدام تکرار می‌شود.
در هر رو استفاده از انرژی خورشیدی مقرون به‌صرفه‌ترین و اقتصادی‌ترین روش برای تولید انواع انرژی الکتریکی و گرمایشی در محیط‌های خانگی و صنعتی کوچک هست.
