Biedt het „zonnehuis” een oplossing?
Door Ontwaakt!-correspondent in Japan
EEN helderrode schijf op witte ondergrond, het nationale symbool van Japan, is tevens een stille herinnering aan de tijd dat in dit hele land nog de zon als de godin Amaterasu Omikami werd aanbeden. De afgelopen tijd hebben de Japanners echter opnieuw hun aandacht op de hemel gericht, maar ditmaal omdat ze op zoek zijn naar een redelijk goedkope energiebron.
Hierbij zij echter opgemerkt dat reeds vele jaren de daken van tienduizenden Japanse huizen met zonneboilers zijn getooid. Maar pas in 1973, het jaar van de olieproblemen en de daarmee gepaard gaande dreiging van energierantsoenering, ging men serieuze aandacht schenken aan het gebruik van zonne-energie op een grotere schaal dan enkel voor privé-woningen.
In dit verband werd een belangrijke stap genomen in de Japanse stad Numazu, met meer dan 203.000 inwoners en tussen de voet van de Foedji-no-jama en de zee gelegen. De stadsbestuurders en technici daar besloten het stadsverbruik van olie en elektriciteit te verminderen door energie van de zon te benutten. Het eerste praktische resultaat was de bouw van de nieuwe Kanaoka-Hal annex Gemeentesecretarie. Dit gebouw kreeg de passende naam Taiyo no Ie, wat wil zeggen: „Huis van de zon” of „Zonnehuis”. Tijdens het eerste jaar van zijn bestaan bespaarde dit gebouw de stad Numazu 12,5 duizend gulden, enkel door de zonneschijn te benutten die op het dak viel. Zou u graag wat gedetailleerder willen weten wat dit zonnehuis tot een succes maakte?
Het aftappen van zonne-energie
Men zegt dat de aarde 20.000 maal zoveel zonne-energie opvangt als mensen aan energie gebruiken. De mogelijkheden van deze energiebron zijn derhalve duidelijk. De twee voornaamste hinderpalen die het gebruik van zonne-energie in de weg staan, zijn: (1) de onregelmatige toevoer ervan (door de draaiing van de aarde en de aanwezigheid van bewolking ontvangt geen enkele plaats op aarde doorlopend zonne-energie), en (2) de geringe intensiteit, die grote opvang-oppervlakken vereist.
De vele systemen om zonne-energie te benutten, lopen uiteen van eenvoudige kooktoestellen die met een gebogen spiegel de zonnestraling bundelen om in 20 minuten een liter water aan de kook te brengen, tot elektrische fotocellen (gewoonlijk vervaardigd van silicium) die de zonne-energie rechtstreeks omzetten in elektriciteit. In Zuid-Frankrijk staat een grote zonne-oven met 3500 spiegels die de zonnestraling in een centraal punt bundelen, waardoor daar temperaturen worden bereikt van wel 2980 graden Celsius. Sommige geleerden zijn voorstanders van grote zonnepanelen die om de aarde moeten gaan cirkelen en de opgevangen zonne-energie in de vorm van microgolf-straling naar grote ontvangers op aarde moeten zenden. Anderen menen dat de elektrische behoefte van de Verenigde Staten kan worden gedekt door in grote woestijngebieden zonnecollectoren te plaatsen en de opgevangen zonnewarmte dan te benutten om stoom voor turbines te produceren.
Ja, er zijn tal van manieren mogelijk om zonne-energie aan te wenden, maar met betrekking tot de meeste methoden moet nog veel onderzoek worden verricht, wil men ze op grote schaal kunnen gaan toepassen. Maar het systeem van het „Huis van de zon” functioneert reeds en spaart geld en olie door gebruik te maken van de schone energie van de zon. Dit project is zo succesvol dat Kyohiko Watenabe, onderhoofd van de afdeling Nieuwbouw en Renovatie van het Bureau Milieubeheer te Numazu, meent dat binnen drie jaar soortgelijke systemen op alle nieuwe regeringsgebouwen verplicht zullen zijn.
In plaats van te wachten tot er een volmaakt en volledig zonne-energiesysteem ontwikkeld zou zijn, besloten de stadsbestuurders van Numazu om toe te passen wat reeds bestond. Het systeem is eenvoudig, maar werkt met een rendement of nuttig effect van 30 percent. Elke zonnige dag vergaart het voldoende energie, om het twee verdiepingen hoge gebouw met een totaal van 716 vierkante meter aan vloeroppervlak te verwarmen of te koelen en heet water voor afwas en thee te verschaffen. Wegens regen of bewolking moet gemiddeld één op de drie dagen een hulpverwarming worden ingeschakeld. Maar in een land dat 98 percent van zijn olie moet invoeren, betekent het al heel wat wanneer men twee derde van zijn energie kosteloos van de zon kan betrekken. Hoe vergaart dit huis zijn energie van de zon?
Op het dak bevinden zich tweehonderd vierentwintig collectoren of warmte-absorberende panelen, die allemaal onder een hoek van 25 graden op het dak zijn geplaatst om de directe straling van de zon op te vangen. Elke collector bezit een glazen afdekking om het licht door te laten. Door dunne, zwarte buisjes in de panelen stroomt water, dat door de straling verwarmd wordt. Dit verhitte water gaat vervolgens naar een opslagtank van 20.000 liter, waarin de temperatuur het kookpunt kan bereiken. Wanneer dit opgeslagen water koeler wordt dan het water in de collectoren op het dak, laat een kleine pomp het door de radiatoren in het gebouw circuleren, waar de warmte door ventilatoren wordt verdeeld. Omdat dit water chemicaliën bevat om roestvorming en aanslag in de leidingen te voorkomen, is het niet drinkbaar. Maar in de grote opslagtank bevindt zich een aparte tank van 5000 liter, waarin water wordt verwarmd voor de thee en de afwas.
Bovendien is het mogelijk volgens dezelfde beginselen die men heeft toegepast in koelsystemen die op gaswarmte werken, met zonne-energie het gebouw te koelen. Hoe heter het buiten wordt, des te meer energie er voor koeling beschikbaar komt. Dat is dus een bijzonder praktische manier om zonnestraling te benutten, zoals men ook overduidelijk ervaart wanneer men op een zeer hete dag het „Zonnehuis” binnenstapt, waar een behaaglijke temperatuur van 25 graden heerst.
Het „Zonnehuis” in Numazu is een praktisch voorbeeld van de wijze waarop de zon als overvloedige energiebron benut kan worden, vooral tussen 35 graden noorder- en zuiderbreedte. De functionarissen van Numazu zijn er zo van overtuigd geraakt dat zij met dit gebouw een stap in de goede richting hebben gezet, dat in een nieuw verpleegtehuis van de stad, in het Ashitaka-gebergte, ook een zonneverwarmings- en -koelinstallatie is aangebracht.
Het nieuwe gebouw heeft tweemaal zoveel vloeroppervlak als het „Zonnehuis” en de capaciteit van het zonnesysteem daar is derhalve tweemaal zo groot als van het „Zonnehuis”. Vijfhonderd tweeëntwintig collectoren op het dak verschaffen voldoende energie voor koeling en verwarming van het huis alsook voor de verwarming van het thee- en badwater. Met het oog op een eventuele toekomstige uitbreiding bezit het een extra oppervlak met collectoren van 100 vierkante meter, terwijl er ook energie voor later gebruik kan worden bewaard. Het rendement van dit systeem is 37 percent.
Oplossing voor toekomstige energieproblemen?
Kleven er ook problemen en nadelen aan het gebruik van zonne-energiesystemen? Ja, dat wel. Het grootste probleem in Numazu bleek te zijn een gelijkmatige waterstroming door de pijpleidingen en de twee vierkante meter grote panelen te bereiken. Maar dit probleem werd overwonnen en het systeem van het „Zonnehuis” is tot nog toe met betrekkelijk weinig onderhoud goed blijven functioneren. Het grootste bezwaar dat eraan kleeft, vormen waarschijnlijk wel de aanschafkosten, die veel hoger liggen dan die van een gewoon gas- of oliesysteem. Maar met de besparing op energie zal het systeem in het „Zonnehuis” zich zeker binnen zeven jaar hebben terugbetaald, of zelfs nog vlugger wanneer de prijs van de olie blijft stijgen. De bouw van het verpleegtehuis te Ashitaka kostte 150.000 gulden boven de normale kosten, maar men schat dat men dat bedrag er in 4,2 jaar uit zal hebben gehaald. In dit verpleegtehuis bedragen de energiekosten namelijk maar 6250 gulden per jaar, terwijl in een overeenkomstig gebouw, waar ook 50 mensen verblijven maar waar „gewone” systemen zijn toegepast, de jaarlijkse energiekosten in de 43.000 gulden lopen.
Wat heeft het „Huis van de zon” ons derhalve duidelijk gemaakt? Ten eerste dat zonne-energie een realistische mogelijkheid vormt. Dit is geen totaal-energiesysteem. Men heeft elektriciteit nodig voor de verlichting en de kantoormachines, alsook voor de pompen en de ventilatoren in het zonnesysteem. Bovendien moet, wanneer het regenachtig of bewolkt is, de verwarmingsketel worden gebruikt (die niet onafhankelijk van het zonnesysteem werkt, maar eenvoudig het water verwarmt dat anders door de zonnestraling op temperatuur zou zijn gebracht). Maar aan de andere kant is het zo dat wanneer de zon schijnt — hetgeen in Numazu ongeveer twee derde van het aantal uren daglicht het geval is — de energie van de zon die anders door het dak geabsorbeerd zou worden of in de atmosfeer zou worden teruggekaatst, via een vrijwel niet-vervuilend systeem nuttig wordt gebruikt.
Ten tweede is er het feit dat een stad bereid was te breken met de normaal aanvaarde methoden van koeling en verwarming, wat ons des te meer doordringt van de noodzaak opnieuw grondig te gaan bezien hoe de aardse hulpbronnen worden gebruikt. Veel mensen vrezen dat met de huidige snelheid waarmee de fossiele brandstoffen worden verbruikt, deze binnen betrekkelijk korte tijd verdwenen zullen zijn. Maar omdat het verbranden van zulke stoffen zo gemakkelijk gaat, zijn mensen traag in het accepteren van nieuwe methoden, die aanpassingen kunnen vergen aan hun manier van energieverbruik of die hogere aanschafkosten met zich meebrengen, ook al zijn de vooruitzichten op langere termijn een stuk beter.
Ten derde draagt het afhankelijk zijn van zonne-energie bij tot een grotere waardering voor eenvoudige dingen of zaken die we altijd als vanzelfsprekend hebben aanvaard. Interessant is wat de stadsingenieur opmerkte die ons in het „Zonnehuis” rondleidde. Voordat deze gebouwen werden neergezet, zo zei hij, had hij eigenlijk nooit werkelijk beseft wat het betekent dat elke dag de zon opkomt. En inderdaad, sta er eens bij stil wat er zou gebeuren als de zon niet zou schijnen. Overal op aarde zou dan een temperatuur heersen van -240° Celsius.
En zelfs zonder zonnecollectoren is zonne-energie in vele andere opzichten op ons leven van invloed. Met behulp van zonlicht zijn planten in staat koolzuur uit de lucht en water uit de grond om te zetten in koolhydraten die ons tot voedsel dienen. Wind is een indirecte vorm van zonne-energie, aangezien hij veroorzaakt wordt door de verhitting en afkoeling van landmassa’s en gedeelten van de atmosfeer. Een indirecte vorm van zonne-energie vertegenwoordigen ook de waterstromen in rivieren en beken die de mens kan gebruiken om waterwielen en hydroëlektrische installaties aan te drijven. Alle rivierwater is aanvankelijk water geweest dat door de zon is verdampt en op die wijze omhoog is gevoerd en daarna als regen en sneeuw op bergen en hoger gelegen delen is neergedaald.
Tot in welke mate de mens in de toekomst in staat zal zijn de nagenoeg onbeperkte stroom zonne-energie te benutten, valt nog te bezien. Maar dat het mogelijk, is van zonne-energie een praktisch gebruik te maken, als men dat wil, wordt wel bewezen wanneer we moderne gebouwen als het „Huis van de zon” hier in Japan bekijken.