Un spațiu interior care asigură un nivel ridicat de comfort pentru ocupanți nu poate fi conceput fără aport de lumină naturală. Acest aport de lumină naturală este asigurat în mai toate cazurile de către suprafețele vitrate, altfel spus ferestre. Cantitatea de lumină naturală care păstrunde în interior prin intermediul ferestrelor perfect transparente depinde de factori precum suprafața acestora, orientarea față de punctele cardinale, ora din zi, anotimp, condițiile atmosferice, obstacole situate în fața ferestrelor precum alte clădiri, vegetație, obloane sau jaluzele, sau obstacole situate în spatele ferestrelor (perdele, draperii, jaluzele interioare etc.). Mai mult, adâncimea spațiului și înălțimea până la care sunt dispuse ferestrele pe peretele exterior contribuie și ele la modul în care lumina pătrunde în interior. 

Lumina este o radiație electromagnetică care pe lângă componenta vizibilă, are și o componentă infraroșie care atunci când este abosrbită de corpuri le încălzește. Acesta este motivul pentru care o încăpere cu o fereastră orientată spre Sud este mai călduroasă decât aceeși încăpere cu o fereastră orientată spre Nord. De aici pornește și subiectul articolului de față unde arăt impactul pe care îl au suprafețele vitrate asupra necesarului de încălzire și răcire aferent spațiilor interioare din clădiri.

În analiză am considerat o încăpere cu o suprafață de 30 mp (de exemplu dreptunghiulară cu o latură de 5 m și una de 6 m) și un volum de 90 mc (adică o înălțime utilă a spațiului de 3 m). O astfel de încăpere poate fi destul de des întâlnită într-un apartament sau o casă unifamilală. Încăperea are un singur perete exterior cu o suprafață de 18 mp (adică latura de 6 m înmulțită cu înălțimea utilă de 3 m ca să fie lucrurile simple). Restul pereților sunt pereți interiori, încăperea are podeaua pe sol și planșeu spre exterior. Pentru această încăpere am simulat necesarul de energie pentru încălzire și răcire folosind un software de modelare și simulare energetică și date meteo medii anuale pentru București. Simularea am făcut-o variind procentul suprafeței vitrate în peretele exterior de la 0 la 100% (din 10% în 10%) pentru cele 4 orientări. Peretele exterior simulat este un perete de cărămidă cu o grosime de 30 cm și un strat de izolație de vată minerală de 20 cm, iar fereastra exterioră este una tripan cu un coeficient de transfer termic de 1 W/mpK. În simulare am considerat că încăperea este echipată cu un sistem de încălzire și răcire care menține temperatura interioară în sezonul rece la 22 grC, iar în sezonul cald o menține sub 25 grC.

Pentru scenariul descris mai sus, în cele două grafice de mai jos se poate observa cum necesarul de încăzlire și răcire variază în funcție de orientare și gradul de utilizare a suprafeței vitrate în elementul de închidere al încăperii. De reținut că în aceste simulări nu am considerat elemente de umbrire precum jaluzele, perdele etc.

Pe parte de necesar de încălzire se poate observa că orientarea nordică necesită cantitatea cea mai mare de energie, fiind urmată apraope la egalitate de orientărie Est și Vest, iar pentru orientarea spre Sud, cantitatea de energie necesară pentru încălzire este cea mai mică. Pe lângă această concluzie oareacum ușor de intuit, ce se poate observa este ca pentru un anumit raport al suprafețelor vitrate pe suprafața totală a elementului de închidere, necesarul de căldură este minim. Aceste rapoarte sunt 0,1 pentru suprafețele vitrate orientate spre Nord și 0,4 pentru suprafețele vitrate orientate spre Sud, Est și Vest. La valori are raportului mai mari, aportul de căldură suplimentar de la Soare nu acoperă pierderile datorate conductivității termice mari a ferestrei în comparație cu cea a peretelui de cărămidă izolat considerat în această simulare.

În schimb pe parte de necesar de răcire în sezonul cald, cantitatea de energie necesară pe parcursul unui an în scenariul descris mai sus crește odată cu creșterea suprafeței vitrate, pentru toate orientările (chiar și pentru Nord datorită componentei difuze a radiației solare). În schim,b se poate observa pentru orientările Sud, Est și Vest un punct unde curba de creștere a necesarului își mărește panta, la o valoare a raportului de 0,3. Astfel, pentru a reduce necesarul de energie pentru răcire în sezonul cald, utilizarea unor elemente de umbrire poate fi o bună soluție pasivă.

Am făcut și o analiză o costurilor totale cu energia necesară pentru a menține încăperea în parametrii descriși mai sus considerând un sistem de încălzire cu gaz natural (0,2 RON/kWh prețul gazului incluzând și randamentul sistemului) și un sistem de răcire cu un coeficient EER de 5 și un preț al electricității de 0,6 RON/kWh.