بخشی از مقاله
بررسی تکنولوژي سیستم هاي گرمایش و سرمایش خورشیدي براي رسیدن به معماري پایدار
خلاصه
براي دستیابی به یک زندگی مطلوب و با کیفیت لزوم اجراي یک معماري پایدار و منطبق با طبیعت اجتناب ناپذیر است. طراحی ساختمان با تکیه بر اصول معماري پایدار، به مبزان قابل توجهی در هزینه هاي انرژي صرفه جویی می کند و باعث می شود که در تابستان و زمستان دماي مطلوبی در منزل احساس شود.گرمایش، تهویه برقی، و تهویه هوا (HVAC) سهم عمدهاي در مصرف انرژي در ساختمان دارد. سیستم هاي سنتی گرمایش و سرمایش به همان اندازه که باعث ذخیره انرژي میشوند، موجب انتشار Co2 میگردند، در صورتیکه اگر از سیستم هاي گرمایش و سرمایش خورشیدي استفاده شود، این میزان انتشار Co2 به حداقل ممکن می رسد. طرح ضعیف اقلیمی ساختمانها که اغلب در معماري مدرن دیده میشوند سبب میگردد بسیاري از بناها حتی در اقلیم سرد و معتدل بیش از حد گرم شوند جایی که اینچنین مشکلاتی بصورت سنتی وجود نداشت. قدرت خورشید میبایست با کمک طرحهاي خوب طراحان ، فهمیده شده و به عنوان ساختمان خورشیدي ایستا لحاظ گردد که در این ساختمانها انرژي خورشیدي براي گرم کردن استفاده میشود اما اجازه ندارد در رفاه و اقتصاد ساکنین دخالت کند. تقریبا تمامی ساختمانها از سادهترین روش گرمایش خورشیدي ایستا بهره میبرند. دراین رابطه، یکی از تلاش هاي صورت گرفته شده توسط محققان، توسعه فناوري گرمایش و سرمایش خورشیدي جهت دستیابی به آسایش براي ساکنین است. فضاهاى خورشیدى یک مکان الحاقی گرم کننده و یک محیط سالم براى گیاهان وساکنین مهیا میکند. در حقیقت یک فضاى خورشیدى درست طراحی شده می تواند %60 از نیازهاي گرمایی یک خانه را در زمستان تامین کند. هدف از این مقاله بررسی تکنولوژي گرمایش و سرمایش فعال خورشیدي براي رسیدن به معماري پایدار است. مزایا، محدودیتها و چالش هاي این تکنولوژي برجسته شده اند و نیازهاي آتی پژوهش دراین حوزه نیز، پیشنهاد شده است.
کلید واژه: گرمایش خورشیدي، سرمایش خورشیدي، معماري پایدار
1. مقدمه:
به طورکلی، میزان مصرف ساختمان، %35/3 از کل تقاضاي انرژي را به خود اختصاص میدهد. بخش عمده مصرف انرژي در ساختمانها، سیستم هاي مربوط به گرمایش، تهویه برقی و تهویه مطبوع است؛ که کنترل کننده آب و هواي داخلی ساختماناند که رطوبت و دماي هوا را به منظور افزایش آسایش حرارتی و کیفیت هوا تنظیم میکنند. کل مقدار مصرف انرژي این تهویه مطبوع در ساختمانها، اعم از گرم کردن و یا خشک کردن، ارتباط تنگاتنگی با وضعیت آب و هواي منطقه دارد.
سیستم گرمایش به ارائه، جمع آوري و ذخیره حرارت در داخل ساختمان میپردازد. درمقابل سیستمهاي خنک کننده موجب ایجاد برودت و محافظت از بنا در مقابل تابش مستقیم نور خورشید و بهبود تهویه هوا میباشند. در کشورهاي سردسیر، گرم کردن فضاها، مهم ترین عامل مصرف انرژي در ساختمان میباشد، در حالی که در طول تابستان یا در مناطق گرمسیر، تهویه مطبوع منجر به حداکثر تقاضا در مصرف برق میشود. براي مثال، در بریتانیا، انرژي مورد استفاده براي گرمایش فضا، در حدود %50 از کل مصرف انرژي درسال 2004 بود. از سوي دیگر در شانگهاي در تابستان %40 از کل مصرف انرژي، به تهویه و برودت هوا اختصاص مییافت.
این بادهاي سرمایش و گرمایش، به همان اندازه که باعث ذخیره انرژي میشوند، موجب انتشار Co2 نیز میگردد. بنابراین سیستمهاي فعال گرمایش و سرمایش خورشیدي، در تاسیسات مکانیکی و یا الکتریکی از قبیل پمپها، هواکشها، موجب افزایش گرماي مورد استفاده در سیستم میشود.
.2 گرمایش فعال خورشیدي و تهویه طبیعی از طریق اثر همرفتی یا رسانایی:
تکنولوژي تهویه طبیعی و گرمایش فعال خورشیدي، داراي مکانیزم مشابهیاند. نیروي متحرکهاي که میزان جریان هوا را کنترل میکند، همرفتی نام دارد که به موجب آن، جریان هوا در اثر اختلاف درجه حرارتی و چگالی در بازشوها بوجود میآی دمعمولاً. بدنه هاي ساختمان را با عملکردهاي چندگانه طراحی میکنند که درموقع لزوم گرما را ذخیره کند و موجب ایجاد کوران و تهویه هوا گردد.
2,1 دیوارترومب
دیوار ضخیمی که توسط شیشه بیرونی پوشیده شده است و یک فضاي از هوا در میان آنها ( دیوار و شیشه ) قرار دارد. این دیوار ضخیم، انرژي خورشیدي را از طریق شیشه جذب و ذخیره میکند. بخشی از این انرژي از طریق هدایت به داخل ساختمان منتقل میشودضمناً. هواي سرد اتاق از طریق دریچه پایینی روي دیوار وارد کانال شده، بوسیله دیوارگرم شده و با کمک جریان همرفتی به بالا منتقل میشود. سپس هواي گرم شده از طریق دریچه بالایی به اتاق برمیگردد.
درزیر برخی از معایب استفاده از دیوار ترومب توضیح داده شده :
1ـ مقاومت حرارتی کم : وقتی که مقدار کمی از انرژي خورشیدي توسط دیوار جذب میشود، به عنوان مثال در شب یا در هواي ابري ، یک شار حرارتی از داخل به خارج که منجر به از دست رفتن بیش از حد حرارت از داخل ساختمان میشود، به وجود میآید.
2ـ پدیده ترموسیفون معکوس : در فصل زمستان، در شب یا در روز اتفاق میافتد. وقتی که دیوار سردتر از دماي داخل ساختمان است، گردش معکوس هوا از هواکش بالا به هواکش پایین، سبب میشود که هوا سردتر شده و از این طریق باعث برودت داخل اتاق میشود.
3ـ عدم انتقال مناسب حرارت بر اثر حرکت هوا در فضاي بسته که توسط انرژي خورشیدي گرم میشود. هرگونه تغییر در شدت حرارت خورشید، می-تواند باعث نوسانات دما در داخل بنا شود.
4ـ عرض کانال و ابعاد بازشوهاي ورودي و خروجی بروي فرایند انتقال حرارت تأثیرگذار است. 5ـ ارزش کم زیباشناختی
مطالعاتی براي بهبود طراحی دیوارترمب انجام گرفته است. این مطالعات در سه جنبه بررسی میشود: 1ـ کنترل ورود و خروج هوا از طریق بازشوها؛ 2ـ طراحی عایق هاي حرارتی؛ 3ـ طراحی کانالهاي هوا.
با نصب دمپر و دریچه هوا در دیوار ترومب، میتوان کارایی سرمایش و گرمایش آنرا افزایش داد.
تصویر شماره 1
با مراجعه به تصویر 1 ، در زمستان. دمپر B بسته است در حالیکه دمپرA ، هواکش بالایی و پایینی باز میشود تا گردش هواي گرم به داخل اتاق برگردد. در طول تابستان دمپر A و هواکش بالایی بسته است. به کمک هواي گرم محبوس میان دیوار و شیشه، یک جریان همرفتی هوا از هواکش پایینی به سمت دمپرB ایجاد میشود. بنابراین در طول تابستان، اتاق مجهز به دیوار ترومب، خنک تر است. علاوه براین، دیوار کامپوریت ترومب-میشل براي غلبه برکاهش گرما از داخل ساختمان به بیرون، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. این دیوار کامپوزیت شبیه به دیوار ترومب است، با این تفاوت که یک دیوار عایق در شیب دیوار ضخیم دارد. هدایت گرما به کمک پدیده گردش هواي گرم در میان دیوار ضخیم و دیوار عایق صورت میگیرد.
درروزهاي غیرآفتابی، در شب یا در زمستان، هواکش دیوار عایق بسته است. به منظور ایجاد مقاومت گرماي در این طرح، شار گرمایی عبوري به بیرون بنا کاهش مییابد. به طور معمول، دیوار ترومب یک دیوار ذخیره ساز حرارتی محسوس است. یک طرح مبتکرانه دیگر از دیوارهاي ترومب، کامپوزیت PCM است که از مصالح بنایی براي ساخت آن استفاده میشود. مصالح بنایی به منظور ذخیره بیشتر گرما، دستیابی به گرماي بیشتر است.
بنابراین براي مقاوم سازي ساختمان مناسب تر است. مطالعات نشان داده است که ترکیب بتن با کامپوزیت (PCM) نیزمیتواند به عنوان منبع ذخیره انرژي استفاده شود. مطالعاتی نیز بروي PCM براي دستیابی به نتایج بهتر در دست اقدام است. مطالعات نشان میدهد که سرعت جریان هوا به کمک پارامترهایی چون عرض کانالها بدست میآید. بنابراین با افزایش ارتفاع دیوار، سرعت جریان هوا افزایش مییابد.
