بخشی از مقاله

بررسي عناصرهمساز با معماري و تأسيسات بيمارستان ، با سيستم فتوولتائيک
چکيده :
امروزه با توجه به حصول روش هاي نو در فن ساخت وتوليد مصالح جديد ، پيشرفت هاي قابل توجهي در عرصه بيمارستان سازي صورت گرفته است . با اين وجود از ميان طيف وسيع ، يکسري از مصالح داراي ويژگي ها و برتري هايي نسبت به ساير گزينه ها است . اين قبيل از مصالح ساختماني، پا را از صرفه جويي در مصرف انرژي که يکي از مقوله هاي مهم در عرصه بيمارستان سازي است فراتر نهاده و به مرحله توليد انرژي نائل شده است . علاوه بر اين دارا بودن برخي از ويژگي هاي ديگر همچون ايفاي نقش در قالب عناصر معماري – تأسيساتي به طور همزمان ، الحاقي نبودن و قابليت هاي ، قابل توجه ديگر باعث متمايز شدن اين مصالح نسبت به ساير مصالح ساختماني گرديده است . تايل هاي فتوولتائيک از جمله اين مصالح مي باشند که از اين رو محل استفاده تايل هاي فتوولتائيک ، غالباً جداره هاي بيروني و سطوح خارجي بام ساختمان مي باشد. لذا اين عناصر تأسيساتي تأثير قابل توجهي بر مشخصه هاي فرم معماري از خود به جا مي گذارند. در اين شرايط ، همسازي ميان عناصر معماري و تأسيساتي به منظور دستيابي به کليت واحد، يکي از مهمترين مسائل پيش روي مهندسين معماري و طراحان سيستم فتوولتائيک مي باشد. هرچند که مقوله انرژي در ساختمان مسئله اي با پيشينه اي تاريخي است و بسياري از معماران ما در دوران شکوفايي معماري سنتي، تمهيدات قابل توجهي را در اين راستا انديشيده اند، با اين حال تکنولوژي سلول هاي فتوولتائيک با ورود مستقيم خود در عناصر معماري، اخيرًا افق هاي تازه اي را پيش روي معماران و مهندسان اين حوزه قرار داده است . با توجه با اين که منبع تغذيه سلول هاي فتوولتائيک نور خورشيد مي باشد، لذا محل قرارگيري سلول ها، جداره هايي از ساختمان بيمارستان است که زمينه مناسبي براي تابش مستقيم نور خورشيد دارا باشند.
مقاله پيش رو با نقد و بررسي ميزان موفقيت طراحان عرصه معماري و تکنولوژي فتوولتائيک در ايجاد وحدت ميان عناصر شکل دهنده کليت معماري، به بررسي زمينه هاي گسترش همسازي اجزاي معماري و تأسيساتي به واسطه سيستم فتوولتائيک مي پردازد.
واژه هاي کليدي :
انرژي خورشيدي _ سلول هاي خورشيدي _ تايل فتوولتائيک _ تاسيسات _ معماري



مقدمه :
در سالهاي اخير به دليل پيچيدگي و تحولات روز افزون جامعه جهاني عامل انرژي نقش مهمي در اقتصاد و سياست کشورها ايفا نموده و پيگيري دقيق دورنماي انرژي و اتخاذ راهکار مناسب از مؤلفه هاي اصلي حفظ ثبات و قدرت سياسي هر دولتي محسوب مي شود. علاوه بر اين مشکل محدوديت منابع انرژي از يک سو و رشد سرسام آور مصرف انرژي از سوي ديگر، علاوه بر خطر اتمام سريع منابع فسيلي،کره زمين را با تغييرات تهديد آميز و برگشت ناپذير اکولوژيکي مواجه کرده است . بحث محدوديت منابع ، گريبان گير کليه کشورهاي صنعتي، توسعه يافته ودر حال توسعه مي باشد. لذا در راستاي سياست هاي بين المللي در زمينه توسعه پايدار، منابع انرژي تجديد شونده ، همچون انرژي خورشيدي، نقش ويژه و قابل توجهي را ايفا مي نمايد(غفاري سده ،١٣٨٥،ص :٥-١٩).
با ورود تکنولوژي در جنبه هاي مختلف زندگي انسان بر آن است که روز به روز پيشرفت ها در تعادل مناسب با حفظ محيط زيست و کاستن از ميزان آلايندگي آن صورت پذيرد. تکنولوژي هاي امروزه بر خلاف پيشرفت هاي اوليه بشر که به نوعي عامل تخريب محيط زيست محسوب مي شد، سعي در رفع اين آلودگي ها در جهت حفظ و نگهداري هر چه بيشتر منابع زميني و محيط زيست دارد. در اين ميان تکنولوژي ها ي مرتبط معماري به سبب گستردگي در قالب کالبد وسيع شهري نقش عمده اي در اين مورد ايفا مي کند. از آنجا که يکي از مهمترين زمينه هاي اتلاف انرژي در حوزه ساختمان صورت مي پذيرد،اين مهم دست اندر کاران اين حوزه را بر آن داشته تا توجه خود را نسبت به اين موضوع بيش از پيش معطوف نمايد. يکي از اخرين دستاورد ها در حيطه مصرف انرژي خورشيدي براي توليد برق مورد نياز ساختمان هاي بزرگ از جمله بيمارستان است . در اين سيستم اجزاء ساختار علاوه بر ماهيت تاسيساتي بودن بخشي از عناصر معماري ساختمان را نيز شکل مي دهند. از اين رو علاوه بر صرفه جويي در مصرف انرژي، همسازي ميان عناصر تاسيساتي و اجزاي کالبد معماري يکي از نتايج قابل توجه اين تکنولوژي است .
در کشور ما علي رغم وضع قوانين مربوط به کاهش اتلاف انرژي در ساختمان ها، آشنا نبودن دست اندر کاران ساختمان سازي با تکنولوژي ها و مصالح جديد و گاها سياست هاي اشتباه مديريتي در زمينه ساخت و ساز، باعث عدم حضور اين تکنولوژي درعرصه معماري شده است . در کشور ما که منبع اصلي توليد انرژي در آن منابع فسيلي است ، و در دهه هاي اخير به سبب گراني انرژي هاي فسيلي و غير قابل بازيافت بودن و آلودگي ناشي از آن در طبيعت ، همه جوامع سعي مي کنند با ارايه تکنولوژي هاي جديد در زمينه استفاده از انرژيهاي پاک و تجديد شونده همچون انرژي خورشيدي، قدمي در جهت حفظ محيط زيست براي نسل هاي بعدي بردارند (گلکار،١٣٨٢، صفحه ٤٢).
از آنجا که سيستم فتوولتائيک داراي تنوع توليدي مناسب به عنوان مصالحي جديد با کاربردهاي متفاوت ساختماني در قالب عناصر تأسيساتي _ معماري است ، علاوه بر حفظ محيط زيست و کاهش آلودگيهاي ناشي از مصرف سوختهاي فسيلي و افزايش زبالههاي غير قابل بازيافت و حفظ منابع انرژي فسيلي، با داشتن کاربردهاي چندگانه مي تواند نقش مهمي در جهت مصرف بهينه انرژي در ساختمان ايفا کند. در اين راستا معماران نيز با وارد نمودن سيستم فتوولتائيک به عنوان يکي از دستاوردهاي تکنولوژي در عرصه ي توليد انرژي ومصرف بهينه آن به حوزه تاسيساتي معماري تلاش مي نمايند تا سهمي در حفاظت محيط زيست به خود اختصاص دهند.
تعريف مفاهيم
فتوولتائيک :
عبارت فتوولتائيک ترکيبي از کلمه يوناني "photos". به معني نور با "volt" به معناي توليد الکتريسيته از نور است . کشف پديده فتوولتائيک به فيزيکدان فرانسوي ادموند باکرل نسبت داده مي شود که در سال ١٨٣٩ با چاپ مقاله اي تجربيات خود را با باتري تر ارائه نمود(غفاري سده ، ١٣٨٥، ص :٥-١٩).
سلول خورشيدي :
سلول خورشيدي ابزاري است که انرژي خورشيدي را تحت اثر فتوولتائيک به الکتريسيته تبديل مي کند. فن آوري فتوولتائيک شاخه اي از فن آوري است که به کاربرد سلول هاي خورشيدي مي پردازد(غفاري سده ، ١٣٨٥، ص :٥-١٩).
همسازي :
يعني شکل گيري اجزاء در ارتباط با هم به منظور تعريف کليتي واحد(زرکش ،١٣٨٤،ص :٤٣_٢٥(، در اين مقاله منظور از اجزاء، عناصر معماري و عناصر تاسيساتي است . مشکل محدوديت منابع انرژي امروزه در حال تبديل به يک بحران حاد در دنيايي مي باشد که بسياري از روابط و مناسبات سياسي و اقتصادي جهان را نيز رقم زده است . بحث محدوديت منابع گريبان گير کليه کشورهاي صنعتي توسعه يافته و در حال توسعه مي باشد. در اين ميان کشور ما از لحاظ سرانه مصرف انرژي اوليه در رده چهلم جهان با٢.٥(ميزان تن نفت خام .نفر) بعد از کشورهايي چون ونزوئلا،مالزي و پرتغال قرار دارد و کارشناسان انرژي هزينه ناشي از مصرف بي رويه و نادرست انرژي کشور را، که عمدتا براي تامين سرمايش ، گرمايش ، روشنايي و تهويه ساختمان ها در فصول گرم و سرد صرف مي شود، تخصيص مي يابد. اين واقعيت قابل توجه همراه با مساله حفظ محيط زيست ، کاهش آلودگي هواي شهرها و محدود بودن منابع انرژيهاي فسيلي، ضرورت استفاده از انرژي خورشيدي در صنعت ساختمان به واسطه حضور تکنولوژي سيستم هاي فتوولتائيک در عرصه معماري مي تواند نقش قابل توجهي در کاهش مصرف انرژي هاي فسيلي داشته باشد(گلکار،١٣٨٢،صفحه ٤٢).
انرژي و تاريخچه آن :
خورشيد منبع عمده توليد انواع گوناگون انرژي در سطح کره زمين است ، انسان از ابتدا انرژي خورشيد را جهت توليد آتش ، پختن غذا و گرم کردن خود در اختيار گرفت و پس از آن با رشد کشاورزي، از نيروي حيوانات بهره مند گرديد و توانست در پي آن از نيروي آب و باد که ارزان تر بود، استفاده کرده و آنها را جهت توسعه تجارت ، کشاورزي و حمل و نقل بکار برد. پس از آن با اختراع موتور بخار توسط جيمز وات جهش بلندي در توسعه انرژي برداشته شد و سوختهاي فسيلي به شدت رواج يافت ، تا سال ١٨٣٨ ، بزرگترين منبع توليد انرژي زغال سنگ بود، سپس نفت خام در سال ١٨٥٩ کشف شد و توانست به سرعت مراحل پيشرفت و تکامل را طي کند و با فراورده هايي نظير بنزين ، گازوئيل ، نفت سفيد و ...جايگاه خود را در چرخه انرژي تثبيت کند(صارمي، ١٣٨٥).
به دنبال آن موتور هاي احتراق داخلي و موتور ديزل اختراع شد تا اينکه در سال ١٩٥٨، گاز طبيعي وارد چرخه انرژي سوخت هاي فسيلي گرديد. در نهايت با توجه به اينکه انرژي سوخت هاي فسيلي داراي منابع محدود و پايان پذيرند،کشورهاي پيشرفته دست به کار شدند و توانستند انرژي هسته اي را با استفاده از فرضيه جرم و انرژي انيشتن بدست آورند و آن راجايگزين سوخت هاي فسيلي کنند و در حال حاضر نيز به دنبال منابع با صرفه تر و بهتري هستند.
سيستم فتوولتائيک از جمله تکنولوژي هايي است که به دلايل مختلف در زمينه معماري در کشور ما چندان مطرح نشده و ساختمان هاي معماري نيز که از اين سيستم در بخش هاي محدود استفاده کرده اند، فاقد ارزش معماري بوده و قابل تجزيه و تحليل نمي باشد.
لذا براي ارائه مطالبي مفيدتر در اين زمينه ناگزير از نمونه هاي موفق خارجي مطرح در سطح ساختمان که مورد بررسي قرار گرفته است . به طور کلي روش تحقيق در اين مقاله روش تحليل بوده به عبارت ديگرنمونه هاي اجرا شده معماري بررسي و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته و نتايج تحليل ها به همراه تحليل هاي ارائه شده از طرف متخصيصين خارجي ارائه مي گردد. در حوزه معماري سابقه چنداني نداشته و مبحثي جديد محسوب مي شود، لذا سيستم فتوولتائيک از آنجا که ورود تکنولوژي براي متخصصان زمينه ساختمان زواياي ناشناخته فراواني دارد. از ميان اين مباحث ، دامنه تأثيرگذاري و تأثيرپذيري معماري از اين تکنولوژي مخصوصاً از ديدگاه فرم شناسي محدوده مورد مطالعه اين پژوهش است .
طرح مسئله :
سيستم فتوولتائيک مانند بسياري از تکنولوژيهاي ساختمان علي رقم داشتن امکانات و مزاياي فراوان ، از محدوديت هايي نيز برخوردار است . با عنايت به اين مهم که اين مصالح – يا تکنولوژي – در فرم بيروني ساختمان بيمارستان به کار مي روند، لذا به عنوان يک مولفه تأثير گذار بر ويژگيهاي فرمي معماري محسوب مي شوند. از طرفي ميزان موفقيت زيبايي شناختي معماري تابعي از ميزان موفقيت زيبا شناسي فرمي است . از شرايط فوق الذکر اين مسأله مطرح مي گردد که با توجه به محدوديت هايي که تکنولوژي سيستم فتوولتائيک به همراه دارد، چگونه مي توان از قابليت هاي آن در جهت خلق معماري منطبق بر زيبايي شناختي بهره برد. به عبارت ديگر مسأله همساختي ميان تکنولوژي سيستم فتوولتائيک و فرم معماري مطرح مي گردد.
اساس کار سيستم هاي خورشيدي :
اصولا دستگاه هايي که با استفاده از انرژي خورشيد تغذيه مي شوند به دو صورت هستند:
گروه اول : سيستم هايي هستند که نور خورشيد را گرفته و مستقيما به انرژي الکتريسيته تبديل مي کنند(فتوولتائيک ).
گروه دوم :سيستم هايي هستند که از حرارت اشعه خورشيد تغذيه مي شوند (گرما خورشيدي ).
در سيستم هايي که با روش فتوولتائيک کار مي کنند يک سري صفحاتي (به اسم سلول خورشيدي) وجود دارند که انرژي خورشيدي را گرفته و توسط ترکيبات سيليکوني نور را تبديل به حرکت الکتروني و در نتيجه جريان الکتريسيته مي کنند. در واقع مبدل انرژي اين سيستم ها همان صفحات يا سلولهاي خورشيدي هستند. پس از توليد جريان الکتريسيته در اين سيستم ها برق DG توليد شده مي تواند در مصارف مختلف مثل روشنايي، حرکت پمپ ، الکتروموتور و غيره استفاده شود .
يک سلول ساده خورشيدي به ابعاد ٩٧ در ٤٦ سانتيمتر، ٤٥ وات توان دارد. سيستم هاي نوع دوم که سيستم هاي گرما خورشيدي ناميده مي شوند، گرماي تابشي خورشيد توسط دستگاه هايي به اسم کلکتور خورشيدي جمع آوري و هدايت مي شوند. کلکتور ها در حقيقت مبدل حرارتي بين نور خورشيد و سيال عاملي مانند هوا و يا آب هستند. کلکتورها در انواع مختلف و به صورت هاي گوناگون ساخته مي شوند همگي در سه قسمت صفحه عايق ، صفحه جاذب و صحفه شفاف مشترک هستند. همچنين شکل ظاهري آنها مي تواند مسطح ، کروي، شلجمي و ... نيز باشد. اساس کار اين کلکتور به اين صورت است که با تابش خورشيد بر روي صفحه شفاف و عبور نور از آن انرژي خورشيدي توسط صفحه مياني(صفحه جاذب ) جذب مي گردد. انرژي جذب شده از صفحه جاذب به سيال گذرنده از زير يا روي اين صفحه منتقل مي شود که موجب گرم شدن آن مي گردد. سيال گرم نقش اصلي را در سيستم ايفا مي کند. مثلا مي تواند توربين ژنراتوريک نيروگاه را بچرخاند، براي آبگرمکن استفاده شود، عمليات خشک کردن را انجام دهد و يا ديگر موارد(کسمايي،١٣٨٨). آنچه مشخص شده اين است که چگونه مي توان سيستمي خورشيدي را طراحي کرد که علاوه بر روز، شب نيز کار کند؟
براي اين کار روش هاي ذخيره انرژي خورشدي مطرح هستند، يعني بايد روش هايي را به کار برد که بتوان در سيستم فتوولتائيک ، الکتريسيته حاصل از انرژي خورشيد را ذخيره کرد و در سيستم هاي گرما خورشيدي، حرارت توليد شده از انرژي خورشيدي را ذخيره نمود.
روشهاي تبديل انرژي خورشيدي به انژي الکتريکي :
با استفاده از تکنولوژي هاي خاص ، انرژي حاصل از نور خورشيد را به انژي الکتريکي تبديل مي کنند.اين تکنولوژي ها را به دو دسته
مي توان تقسيم کرد:
• سيستم فتوولتائيک (PV) : که عموما تجهيزاتي جامد و بي حرکت هستند(جز در مورد انواع مجهز به سيستم رديابي خورشيدي).
• سيستم هاي گرمايي خورشيدي: که از نور متمرکز شده خورشيد براي گرم کردن مايعي که بخار آن يک ، توربين را به حرکت در مي آورد، استفاده مي کند.
در اين ميان استفاده از سيستم هاي فتوولتائيک براي استفاده از نور خورشيد به عنوان منبع انرژي بسيار رايج تر است . استفاده از پنل هاي فتوولتائيک در کشورهاي پيشرفته به سرعت رو به گسترش است . استفاده از انرژي خورشيدي که يکي از اشکال است از سوي طرفداران محيط زيست پشتيباني مي شود. علت اين استقبال را بايد در ويژگي هاي«سبز» انرژي مرسوم به انرژي خورشيدي جست (هاشمي، شماره ١٩).
معرفي سيستم فتوولتائيک :
فرآيند فتوولتائيک يک فرآيند کاملا جامد است و در داخل خود سلول اتفاق مي افتد. براي مقايسه مزاياي اين تکنولوژي توليد
الکتريسيته با ساير تکنولوژي هاي متعارف مي توان به موارد ذيل اشاره کرد:
• در زمان کار هيچگونه قطعه متحرکي ندارد و بدون هيچ صدايي توليد انرژي مي کند.
• عاري از هرگونه آلوده کننده صوتي و محيطي است .
• مي تواند سيستم خودکفا باشد و بدون هيچ مراقبتي با قابليت اطمينان بالا براي يک مدت طولاني کار کند.
• به هيچ توان و سوختي جهت راه اندازي نياز ندارد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید