بخشی از مقاله
بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی با بهره گیری از انرژی خورشیدی با رویکرد معماری پایدار
چکیده
انسان از دیر باز همیشه سعی برآ ن داشته است که از ابزارهای محیطی خود به بهترین شکل ممکن استفاده نماید انرژی خورشیدی یکی از این راهکارها برای بهرهگیری از مزایای زیاد این منبع بی زوال می باشد .با توجه به پیشرفت معماری و نیاز انسان به رویکردهای جدید،معماری خورشیدی م ی تواند انسانها را به دنیایی جدیده رهنمون سازد .معماری خورشیدی مسیریست میانبر برای رسیدن به معماری پایدار و استفاده بهینه ازابزارها و امکانات فعلی بدون آنکه نیاز آیندگان به خطر بیافتد .در این مقاله طراحی خانه خورشیدی با استفاده از فناوری انرژی خورشیدی و اینکه چگونه توسط کلکتورها نور را جذب و پس از ذخیره سازی در فضای گلخانه و انباره سنگی ، در فضاهای خانه پخش میکند مورد بحث قرار میگیرد و طرز استفاده از این انرژی در گرمایش و سرمایش خانه ها و نوع طراحی خانه ها با استفاده از روشهای مختلف خورشیدی بیان شده است .طرز قر ار گیری ساختمان در سایت ، نوع پوشش گیاهی ، بازشوها ، چیدمان داخلی فضاها بر حسب مقدار نور در جهت های مختلف از موارد دیگر در طراحی خانه های خورشیدی می باشد.
کلمات کلیدی : سیستمهای خورشیدی ؛ انرژی خورشیدی ، معماری پایدار ، کلکتور ، سایت
مقدمه
خورشید عامل ومنشا انرژیهای گوناگونی است که در طبیعت موجود است از جمله : سوختهای فسیلی که در اعماق زمین ذخیره شده اند ، انرژی باد ،رشد گیاهان که بیشتر موجودات برای بقا خود از آن استفاده میکنند .مواد آلی که قابلیت تبدیل به انرژی حراراتی و مکانیکی را دارند ، امواج دریا ها ،قدرت حزر و مد که بر اساس جاذبه و حرکت به دور خورشید
و ماه حاصل میشود، اینها همه نمادهایی از انرژی خورشیدی هستند .خورشید یکی از دومنبع مهم انرژی است که باید به آن روی آورد زیرا به فن آوری های پیشرفته و پر هزینه نیاز نداشته و میتواند به عنوان یک منبع مف ید و تامین کنند انرژی در اکثر نقاط جهان بکار گرفته شود .بر خلاف بعضی از انرژیها مثل انرژی هسته ای اثرات نامطلوبی از خود بر ج ای نمیگذارد و خطرناک نیست.برای کشورهایی که فاقد منابع انرژی زیرزمینی هستند مناسبترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد و توسعه اقتصاد ی هستند .امروزه استفادهانرژِی خورشیدی بهر شکلی مطلوب میباشد ولی امکانات اقتصادی طرحهای مختلف باید دقسقا محاسبه شود . بهره گیری از انرژی خورشیدی برای گرم کردن منازل ، از لحاظ فن آوری امکان پذیر میباشد .از نظر اقتصادی نیز به علت افزایش روز افزون قیمت سوخته ای فسیلی و سایر منابع انرژی
و تلاش متخصصین در کاهش هزینه ، محققین و دانشمندان را به تغیب استفاده از انرژی خورشیدی بیش از پیش تشویق نموده است .در میان استفاده از انرژی خورشیدی در سیستم گرمایش و سرمایش ساختمانها میتواند در بسیاری از جهات مفید واقع بشود و باعث صرفه جویی بسیار زیادی در استفاده از انرژیها بشود.بطوریکه استفاده از این سیستم استفاده از انرژی خورشیدی در صورت بومی شدن فناوری استفاده از آن می باعث صرفه جویی 55 درصد انرژی میشود تواند در استقلال صنعتی کشور نقشی ارزنده ایفا نماید علاوه بر آن به دلیل موقعیت جغرافیایی ایران امکان خودکفایی کشور در زمینه انرژی نیز فراهم است . ترویج استفاده از انرژی خورشیدی می تواند زمینه ساز تولید شغل نیز در بسیاری زمینه های تولید مصالح، ساخت دستگاهها، احداث سیستمهای انتقال، و سایر زمینه های مربوطه گردد و نه تنها به نیروی کار نیمه ماهر نیاز دارد که برای متخصصین نیز تولید شغل خواهد نمود .استفاده از انرژی خورشیدی گامی مؤثر در جهت موضوع بحث این نوشتار در تقلیل (و حذف استفاده از انرژی فسیلی در ساختمان و در نتیجه کاهش آلودگی
می باشد.
روشهای استفاده از سیستمهای خورشیدی
الف ) شیمی خورشیدی : در این روش با تابش خورشید بر سطح زمین و ایجاد عمل فتوسنتز در گیاهان و تبدیل دی اکسید کربن به اکسیژن و تولید مواد غذائی در زمین ،عامل بقاء برای انسان و سایر جانداران میشود
ب ) برق خورشیدی : با استف اده از مبدلهای خورشید ی به انرژی الکتریسیته تبدیل میشود که بیشتر قدرت سفینه های فضایی و قمرهای مخابراتی و سایر دستگاههای الکتریکی در زمین تامین میگردد
ج ) گرما خورشیدی : با استفاده از انواع کلکتورهای و تولید انرژی حرارتی ، جهت تامین آبگرم مصرفی ، حرارات مرکزی و تهویه مطبوع ساختمانها ، و تامین میشود و به نسبت 2 روش قبلی کاربرد وسیعی دارد.
سیستمهای خورشیدی
الف ) سیستم فتوبیولوژی : در این سیستم عمل فتو سنتز در گیاهان انجام میشود که با استفاده ازانرژِی خورشیدی گیاهان تشعشع خورشید را جذب کرده و با کمک آن گاز کربنیک آب را به مواد قندی تبدیل میشود
ب ) سیستم شیمیائی : در این سیستم از تشعشع خورشید در عملیات شیمیایی استفاده میشود و در بعضی مواقع از حرارت خورشید به عنوان یک منبع حرارتی بهره گیری شده و عملیات شیمیایی انجام میگیرد
ج ) سیستم فتوولتائیک : سیستمی است که در آن انرژی خورشید بدون بهره گیری از مکانیزمهای متحرک و شیمیائی ، به انرژی الکتریکی تبدیل میشود، که این اثر را فتوولتائیک می گویند
د ) سیستمهای حرارتی و برودتی : شامل سیستمهای تهیه آب گرم، گرمایش و سرمایش ساختمانها، تهیه آب شیرین، سیستمهای انتقال و پمپاژ،سیستمهای تولید فضای سبز (گلخانه ها)، خشک کنها و اجاقهای خورشیدی، سیستمهای سردسازی، برجهای نیرو، خشک کنهای خورشیدی و نیروگاههای خورشیدی
انرژی تجدیدپذیر
انرژی تجدید پذیر عبارت از هر نوع منبع انرژی است که بدون آنکه مخازن تأمین کننده آن رو به زوال روند ، مورد استفاده قرار گیرد.
مزایای استفاده از انرژی های تجدید پذیر
انرژی تجدیدپذیر به هیچ عنوان CO2 ویا سایر گازهای آلاینده و مضر برای اتمسفر را تولید نمی کند.
انرژی های تجدیدپذیر زباله و بقایای مشکل آفرین تولید نمی کنند
این انرژی ها پایان ناپذیرند.
انرژی تجدیدپذیر را می توان به طور منطقهای و محلی تولید نمود
این انرژی باعث قطع وابستگی می شود
بکار گیری سیستمهای خورشیدی در ساختمان
ساختمانها به دو روش انرژی خورشیدی را دریافت میکنند : انفعالی ( غیر فعال یا ایستا ) و فعال
در سیستم انفعالی کیفیت و چگونگی معماری ساختمان به دریافت و ذخیره انرژی خورشیدی بست گی دارد . در این سیستم گرم کردن ساختمان بطورطبیعی مثل خورشید انجام میگیرد یعنی بدون نیاز به سوختهای فسیلی یا دیگر سوختها. در روش فعال باید از گردآورهای خورشیدی و یک منبع انرژی دیگر جهت تهیه و انتقال سیال گرم شده به داخل ساختمان استفاده کرد
خانه ها با سیستم غیر فعال خورشیدی
انرژی خورشیدی غیرفعال نقش مهمی را دراین استراتژی ایفا می کند . بطوری که علاوه بر کاهش هزینه های انرژی گرمایشی - سرمایشی خانه با طراحی خورشیدی غیرفعال؛ راحتی، آسایش، پایداری، جذابیت، تطابق محیطی و ... نیز به ساکنان آن اعطاء می شود . ذات ا" اهداف کلی از این چنین طراحی تطبیق پذیر با محیط به استفاده بهینه از انرژی نور خورشید قادر است علاوه بر .تجدیدپذیر خورشیدی با ریسک پایین نگهداری در سرتاسر عمر یک ساختمان برمی گردد
تأمین مقادیر معتنابهی گرما، نور و سایه برای یک خانه طراحی شده خوب ، تهویه آن در تابستان را نیز ممکن سازد طراحی خورشیدی غیر فعال قادر است هزینه های انرژی گرمایش و سرمایش را کاهش، سر زندگی و نشاط فضایی را افزای ش داده و راحتی را بهبود بخشد. بطوری که در یک خانه خورشیدی ساخته شده با اصول صحیح، موارد زیر درآن به وضوح قابل مشاهده خواهد بود.
با رعایت اصول صحیح در طراحی شاهد نتایج زیر خواهیم بود
.1راحتی : خانه های خورشیدی در زمستان گرم و در تابستان خنک هستند
.2اقتصادی بودن : صاحبان خانه برگشت سرمایه ممتازی را دریافت می کنند
.3دوام و پایداری: خانه های خورشیدی معمولا از مصالح با عمر طولانی و هزینه نگهداری پایینی ساخته می شوند
.4جذابیت : خانه های خورشیدی آکنده از نور هستند و خیل ی خوب ب ا خارج از منزل مرتبط می شوند
.5تطبیق پذیری محیطی: خانه های خورشیدی استفاده موثر از منابع انرژی ما را باعث می شوند
طراحی بر اساس سیستم های خورشیدی
طراحی خورشیدی غیر فعال ترکیبی از خصوصیات و ویژگیهای ساختمان را جهت کاهش یا حتی حذف نیاز به سرمایش وگرمایش مکانیکی و نور مصنوعی روز هنگام بکار می بندد. طراحان و ساختمان سازان توجه ویژه ای به خورشید جهت کاهش نیازهای گرمایشی و سرما یشی دارند. لازم نیست طرح پیچیده و مبهم باشد ولی در عین حال دانش و آگاهی از هندسه خورشیدی ، تکنولوژی پنجره و اقلیم محل را می طلبد . در صورت وجود یک سایت ساختمانی مناسب می توان طراحی خورشید غیر فعال را در آنجا کامل کرد
روشهای گرمایش خورشیدی غیر فعال به سه دسته کلی تقسیم میشوند
-1 دریافت مستقیم - 2 دریافت غیر مستقیم - 3 دریافت ایزوله شده
دریافت مستقیم بواسطه تابش خورشیدی است که مستقیم به داخل نفوذ می کند و در فضاهای زندگی ذخیره می شود
دریافت غیر مستقیم با بکارگیری برخی مصالح ذخیره حرارتی (نظیر دیوار ترومب )، تابش خورشیدی را جمع آوری نموده ، ذخیره کرده و پخش می کند بنابراین از طرق هدایت، تابش یا همرفت انرژی داخل منتقل می شود سیستمهای دریافت ایزوله ( نظیر فضای خورشیدی ) تابش خورشید را در یک محفظه ای که بطور انتخاب ی می تواند به بقیه فضاهای خانه باز یا بسته شود جمع آوری می کنند
راهکار های دریافت مستقیم طراحی خورشیدی غیرفعال
سیاستهای طراحی خورشیدی غیرفعال بواسطه موقعیت ساختمان و اقلیم منطقه تفاوت می کنند لیکن روشهای پایه ای یکسان می باشند . که از مهمترین آنها افزایش کسب حرارت خورشیدی در زمستان و کاهش آن در تابستان است
تکنیک های اساسی:
-1آغاز کار با بکارگیری استراتژی طرح مصرف انرژی بهینه
2 -جهت دهی راستای محور طولی خانه به صورت شرقی / غربی
-3ساختن سایه اندازهای جبهه جنوبی به نحوی که سایه اندازی پنجره را در تابستان تامین و اجازه دریافت خورشیدی در زمستان را بدهند
-4افزودن جرم حرارتی در دیوارها یا کف ها به منظور افزایش ذخیره گرمایی و عدم پوشش آن با مبلمان
-5استفاده از تهویه طبیعی جهت کاهش یا حذف نیازهای سرمایشی
-6استفاده از نور روز جهت تامین نور پردازی طبیعی
-7جهت یابی و برآورد نوع پنجره انتخابی جهت بهینه سازی کسب گرما در زمستان و کمینه کردن کسب گرما در تابستان برای اقلیم مشخص
طویل ترین دیوار خانه بایست زاویه ای در حدود علاوه یا منهای 15 درجه جنوب حقیقی جهت بیشترین دریافت گرمایی زمستان وکاهش هزینه های سرمایشی تابستان به خود گیرد . انحراف بیش از آن مقدار سبب کسب حرارت زمستانی کمتر از حالت اپتیمم می 35درجه شرقی یا غربی سمت جنوب (جنوب حقیقی ) کسب حرارت زمستانی تا 15 درصد از حالتاُپتیمم کمتر می شود. کوچک کردن دیوارها و پنجر ه های شرقی و غربی دریافت گرمای مفرد در تابستان را کاهش میدهد
