بخشی از مقاله
امکان سنجی کاربرد روش های بهینه سرمایش خورشیدی ایستا در شهر اصفهان
چکیده
عمده ترین زمینه مصرف انرژی در اقلیم های گرمسیری مربوط به بخش سرمایش ساختمان ها میباشد، از این رو وجود جایگزینی برای تامین انرژی مورد نیاز این سیستم های سرمایشی میتواند مصرف انرژی را تا حدی کاهش داده و همچنین از آنجایی که تقاضای حداکثر سرمایش در این اقلیم ها در زمانهای حداکثر تابش خورشیدی میباشد، پس خورشید میتواند منبع مناسبی برای تامین انرژی مورد نیازاین سیستم های سرمایشی باشد. این مقاله نیز با هدف بررسی سیستم های سرمایش خورشیدی ایستا )بادگیر ، دیوار ترومب ؛ حوضچه سقفی( در شهر اصفهان به منظور استفاده حداکثر و ذخیره سازی انرژی خورشیدی در زمینه سرمایش میباشد . در این پژوهش ابتدا به انجام مطالعات کتابخانه ای و معرفی اجمالی و بیان کاربرد این سیستم هاو سپس با توجه به نمودار های تحلیلی و داده های اقلیمی بدست آمده از نرم افزار ) ( Climate Consultant 5.4 برای شهر اصفهان ، بررسی و تحلیل انها پرداخته و در پایان نتایج این پژوهش نشان میدهد که این سیستم های سرمایشی ایستا برای شهر اصفهان با چه خصوصیاتی و در چه بازه زمانی در راستای بهینه سازی انرژی خورشیدی در بخش سرمایش کاربرد خواهند داشت.
واژههای کلیدی: انرژی خورشیدی- سرمایش خورشیدی ایستا- نرم افزار -Climate Consultant بهینه سازی انرژی
-1 مقدمه
از جمله مهمترین کاربرد های انرژی خورشیدی میتوان به سرمایش خورشیدی اشاره کرد. معموال در مناطقی که از مقادیر باالی تابش خورشید بهره میبرند، نیاز سرمایشی از سایر مناطق بیشتر است. بنابراین استفاده از حرارت حاصل از تابش خورشید در تولید سرمایش در چنین مناطقی میتواند از جنبه های مختلفی از جمله اقتصادی مزایای بسیاری به همراه داشته باشد. در کشور ایران بعضی مناطق از جمله استان اصفهان دارای شرایط اب و هوایی آفتابی و درجه حرارت متوسط و رو به باال میباشد، از طرفی تولید سرما از انرژی خورشید میتواند توسط سامانه های سرمایشی ایستا از جمله: بادگیر، دیوار ترومب، حوضچه روی بام، صورت پذیرد . سیستم های سرمایش منفعل به منظور حداکثر بهره وری ازپوشش ساختمان با به حداقل رساندن افزایش حرارت و تسهیل اتالف حرارت و ایجاد هوایی خنک بکاربرده میشوند . تکنیک های سرمایشی منفعل برای کاهش، و در برخی موارد حذف تهویه مطبوع مکانیکی درمناطقی که سرمایش مشکل و نیاز غالب است استفاده میشود. این سیستم ها میتوانند به عنوان خنک کننده در تا بستان در مناطقی از جهان ویا کشور که دما یا رطوبت بسیار باال ست و به ناراحتی بیش از حد منجر میشود و نیازمند به ایجاد شرایط اسایش و ایجاد سرمایش مطبوع میباشند نیز استفاده شوند.]1[
در این مقاله به بررسی ساز و کار این سیستم ها در راستای اقلیم شهر اصفهان برای رسیدن به شرایط اسایش به ویژه تابستانی راحت و متعادل نمودن شرایط نامطلوب اسایشی در طول روز و نیز در شب در ساختمان ها توسط مصالعات کتابخانه ای پرداخته شده است. برای دستیابی و تحلیل دقیق تر اطالعات اقلیمی شهر اصفهان از نرم افزار climate consultant 5.4 استفاده شده است و در نهایت استفاده از سیستمهای سرمایشی ایستا و چگونگی استفاده و بازه زمانی مفید ان با جمع بندی و بررسی همه موارد باال آورده شده است.
بطور کلی سیستم های سرمایشی در دوزمینه تهویه مطبوع و تبرید کاربرد عمده دارند . البته آنچه مسلم است سیستم های تهویه مدرنی که امروزه و به ویژه انواعی که در ساختمانها بکار گرفته میشوند ،عالوه بر سرمایش عملیات متنوع دیگری مانند تنظیم رطوبت، معطر نمودن فضا و یا حتی تزریق یون های بهبود دهنده کیفیت هوا جهت تامین آسایش نیز انجام میدهند.طبق داده های حاصل از فعالیت های پژوهشی سرمایش و تهویه مطبوع از جمله گسترده ترین حوزه های مصرف انرژی در ساختمان هستند. سیستم های سرمایشی خورشیدی از زوایای مختلف قابل طبقه بندی هستند که در کلی ترین دسته بندی میتوان آنها را به دوگروه سامانه های فعال )پویا( و غیر فعال )ایستا( دسته بندی کرد.در این مقاله به بررسی سیستم های ایستا پرداخته میشود.متاسفانه علی رغم پیشگام بودن الگوهای ساختمان سازی در گذشته کشور که بر مبنای الگوی ایرانی – اسالمی بنا نهاده شده بوده است و در ان استفاده از فرایندهای سرمایشی ایستا از سابقه طوالنی برخوردار بوده است ، امروزه جزتعدادی میراث تاریخی بهره ای برای کشور ما ندارد.اولین ساز وکار به گردش دراوردن هوای خنک که در ان از انرژِ ی خورشید البته به صورت غیر مستقیم بهره گرفته شده است ،بادگیر میباشد . استفاده از این ساختار ها از این رو اهمیت
میابد که میتوان با صرف هزینه نه چندان زیاد و بکارگیری انها در زمان ساخت ساختمانها حداقل در بخشی از مصرف انرژی مورد نیاز در تابستان برای سرمایش و نیز در زمستان برای گرمایش صرفه جویی نمود.]2]
-2 بادگیر
از جمله پدیده های چشمگیر در ساختمانهای روزگاران گذشته ایران، بنای بادگیر است. اگر خانه های قدیمی را باساختمانهای امروزی مقایسه کنیم درمییابیم که در خانه های قدیمی دیوارها بلند و ضخیم بوده، مصالح بکار رفته در آنها خشت و گل است ، ولی در ساختمانهای امروزی دیوارها دارای ضخامتی کمتر و کوتاهتر هستند ومصالح کمتری در آنها بکار رفته و ساختمانها سبکترشده اند .در نتیجه در ساختمانهای قدیمی بهای ساخت باال و مخارج نگهداری وگرم یا سردکردن محیط پایین است ولی در ساختمانهای امروزی بهای ساخت پایین تر ومخارج نگهداری و گرم و سرد کردن محیط باالتر است.]3] درحقیقت بادگیرها در عین زیبایی وزینت بخشیدن به ساختمانها، نقش بس ارزنده در چگونگی تهویه فضای درونی ساختمانها و خنک کردن سردابها و آب انبارها دارند . آنها برجهایی هستند که با توجه به نحوه ساختمان ویژه خود جریان طبیعی هوا را به داخل بناهای مختلف هدایت می کنند و از مصادیق بارز استفاده های از انرژیهای پاك محسوب می شوند.]4[ در اینجا الزم به توضیح است که بعضی از بادگیر ها فقط از طریق جابجایی طبیعی هوا داخل بنا را خنک میکنند وبعضی دیگر هم از طریق جابجایی هوا وهم از طریق سرمایش تبخیری این عمل را انجام میدهند. بدین صورت که جریان هوا پس از ورود به داخل ساختمان از روی یک حوض سنگی کوچک و فواره رد میشود وسپس از انجا به سایر اتاق ها هدایت میگردد.]2[بادگیر های دارای سرمایش خود به خودی برای ایجاد شرایط تهویه مطبوع استفاده میشود. عامل مهم حرکت هوا در بادگیر نیروی ثقل ان میباشد.]5[بادگیر های سنتی در صورت وجود اب در منطقه باد را به زیر زمین انتقال میدهند، در زیرزمین فواره یا حوض تعبیه شده است، هوا از طریق تبخیر اب خنک میگردد، در این حالت تبادل انرژی بین هوا و اب نه تنها موجب تبخیر اب بلکه موجب خنک شدن هوا میگردد.]6[
2-1 کارایی سرمایی انواع بادگیرها
بادگیرها دارای ارتفاع و سطح مقطع متفاوتی هستند، کوتاهترین بادگیر حدود 2 متر از سطح بام و نیز ارتفاع انواع متداول بادگیر حدود 8 متراست. سطح مقطع بادگیرها کامال متفاوت و دارای ابعاد متغیر است. متداولترین سطح مقطع، مربع-مستطیل است.]7[
شکل-1 طرحواره نوعی بادگیر با بهره گیری از سرمایش تبخیری]6[
در مناطقی که امکان استفاده از سرمایش زمینی مقدور نباشد، میتوان از این نوع بادگیرها بهره برد .الزم به ذکر است که میتوان از پوشال نیز به جای افشانکها برای ایجاد سرمایش استفاده کرد.]6[
2-2 بررسی نحوه عملکرد بادگیرها
همانطورکه در شکل زیر مشخص است یک بادگیر از سه قسمت اصلی شامل سربادگیر، ستون بادگیر و زانویی های هدایت کننده تشکیل شده است.]8[
شکل -2 ساختار یک بادگیر]9[
2-3 عملکرد شبانه و روزانه بادگیر در زمانی که سرعت باد صفر است
درشب به علت پایین بودن دمای محیط و تشعشع حرارتی از سطح دیوارهای خارجی بادگیر به آسمان، مقداری انرژی سرمایی در جرم ساختمان بادگیر ذخیره می گردد . درساعات اولیه صبح روز آینده، در اثر نیروی شناوری مقداری هوا وارد ساختمان می شود . در اوایل شب به علت گرم بودن دیوارهای بادگیر، چگالی هوای داخل ستون بادگیر نسبت به چگالی هوای محیط کم می شود، در اثر این اختالف چگالی، هوا از داخل بادگیر به محیط هدایت می شود.در اثر تشعشع خورشید در طی روز، دمای دیوارهای بادگیر باال می رود و هوای داخل ستون بادگیر نسبت به هوای محیط سبک تر میگردد .بنابراین هوای داخل ساختمان از طریق بادگیر به محیط هدایت می شود .در واقع در این حالت بادگیر مانند یک دودکش عمل می کند.]11[
2-4 عملکرد بادگیر زمانی که باد با سرعت مناسبی بوزد
درهنگام وزش باد، هوای خنک در شب از طریق خود بادگیر واردساختمان می شود و در اوایل صبح نیز هوا با عبور از ستون بادگیر که در شب قبل مقداری انرژی سرمایی در خود ذخیره کرده، خنک می گردد .در روز نیز هوا با کمی تغییرات درجه حرارت وارد ساختمان می شود.]11[
-3 دیوار ترومب
از جله ایده های سرمایش خورشیدی غیر فعال دیوار ترومب است که میتوان با احداث دیوار ترومب جریان خودکار هوا را داخل ساختمان برقرار نماییم و در یک روز گرم تابستانی به شرایط اسایش رسید.]2[
شکل-3 دیاگرام سامانه دیوار ترومب]11]
3-1 دیوار ترومب بومی
که بدیل عدم کاربرد سرمایشی در اینجا شرح داده نمیشود.
3-2 انواع دیوار ترومب نوین
-1 دیوار ترومب بدون جریان هوا ) ( UNVENTED که فقط برای گرمایش استفاده شده به همین خاطر در اینجا شرح داده نمیشود.
-2 دیوار ترومب با جریان هوا ) : ) VENTED
در این نوع دیوار ترومب که از هر دو روش جابجایی و تشعشع برای اننتقال انرژی استفاده میکند .دو دریچه به ابعاد 5در 22به فاصله مساوی در باال و پایین دیوار تعبیه میشود .بر خالف نوع قبلی این نوع دیوار میتواند هم بعنوان یک سامانه گرمایشی و هم به صورت یک سامانه سرمایشی عمل نماید .فاصله بین دو جدار دیوار ترومب در این روش 12 تا 15 سانتی متر میباشد.]11[
