بخشی از مقاله
چکيده
محدود بودن ذخاير فسيلي و الودگي ناشي از مصرف اين سوخت ها موجب گشته تا مبحث مديريت انرژي هاي پاک به عنوان يک مسئله در تمامي کشورها مطرح شود. در ميان اين گروه انرژي ها استفاده از انرژي خورشيدي با هزينه کمتر بعنوان يک راه حل شناخته شده است . در اين مقاله که به صورت تحليلي-توصيفي به تشريح موضوع مي پردازد ؛ به بررسي تغيير ميزان جذب انرژي خورشيدي در جهت هاي مختلف جغرافيايي با انتخاب زاويه جهت گيري در عرض هاي مختلف جغرافيايي پرداخته مي شود. در ادامه مقاله که از روش تحليلي –تطبيقي استفاده ميشود ، با توجه به اينکه عوامل بسياري در شکل گيري ساختمان دخيل ميباشد؛ به حوزه هايي که ضوابط مربوط به آنها مي تواند تأثير گذار باشد ، پرداخته ميشود . اولين حوزه ، حوزه شهري و همچنين حوزه مباني نظري است که از چگونگي برنامه ريزي و انتخاب محل احداث شهر و يا توسعه هاي شهري آغاز مي شود . بعد از مباحث شهري که در مقياس کلان مطرح است مقوله معماري که هم در رابطه با موضوعات فرهنگي و هم در مقولات فني و تکنيکي از اهميت شايان توجهي برخوردار است نقش غير قابل انکاري ايفا مي نمايد . مقاله حاضر ميزان توجه به مديريت انرژي با حداکثر استفاده مناسب از انرژي خورشيدي و بررسي ضوابط در دوحوزه کلان و خرد را در شهر اردبيل مي پردازد .
واژه هاي کليدي : مديريت انرژي ، هندسه خورشيد ، جهت گيري ساختمان ، ضوابط شهرسازي ، ضوابط معماري
مقدمه
امروزه مهمترين هدف جوامع مختلف علاوه بر حيات فيزيکي ، تامين يا استقرار بخشيدن به يک توسعه پايدار است که به مدد آن قدرت مادي و توانايي هاي سياسي و امکان بسط و اجراي طرح ها يا آرزوهاي ملي مقدور گردد . طبيعتا تداوم حيات بشر با کار و مصرف انرژي همراه است . روند توسعه کنوني و مصرف منابع انرژي متعدد منجر به آلودگي و نابودي منابع طبيعي گشته و تغييرات اقليمي وسيعي را در حوزه زندگي بشري ايجاد کرده است . فلسفه طراحي پايدار مبتني بر تامين و تعديل احتياجات و نه صرفا خواسته هاي بشري بر اساس ظرفيت هاي فرهنگي و طبيعي محيط زيست است و مي تواند اثرات سوء ناشي از منابع آلوده کننده را به حد اقل برساند . مروري اجمالي بر وضعيت حاضر مصرف انرژي هاي فسيلي در ساختمانها حاکي از آن است که اولا درصد بالايي از انرژي مصرفي صرف تنظيم شرايط محيطي آنها مي شود . به طوري که مصرف انرژي در بخش ساختمان نسبت به انرژي کل مصرفي در جامعه به بيش از چهل درصد ميرسد و به اين ترتيب اين بخش بزرگترين مصرف کننده انرژي است . ثانيا قسمت زيادي از آلودگي هاي محيطي ، از مصرف انرژي هاي فسيلي ناشي مي شود . ثالثا گازهاي ناشي از سوخت هاي فسيلي عامل افزايش گازهاي گلخانه اي ، سبب تخريب زيست محيطي شده و علت آفزايش آلودگي در محيط شهر ها نيز مي باشد .
در جهت رفع اين اشکالات با توجه به اينکه بهترين نوع انرژي ، انرژي هاي تجديد پذير بوده بايد گرايش اصلي به سمت استفاده از آنها به ويژه انرژي خورشيدي باشد .
انرژي خورشيدي به عنوان پايدارترين انرژي ، واجد ويژگي هايي است که مي تواند در تحصيل توسعه پايدار ملي ، نقش در خور توجهي ايفا نمايد . بارزترين ويژگي هاي انرژي خورشيدي در پايداري و دائمي بودن آن ، در دسترسي آسان و همه گير بودن آن و در عدم توليد هرگونه مواد و ضايعات بي فايده و مضر ميتوان خلاصه نمود . به همين دليل به منظور اجرايي کردن و فراگير شدن استفاده از انرژي خورشيدي و وصول به اهداف اصلي توسعه پايدار و ارائه الگويي بومي براي توسعه پايدار ملي ايران ، پيشنهاد ميشود که برنامه ريزي و طراحي و اجراي شهرهاي جديدي در مناطق مختلف اقليمي ايران با استفاده از انرژي خورشيدي در دستور کار قرار گيرند.
آنچه در ادامه مي آيد بررسي روند مديريت استفاده از انرژي خورشيدي در طراحي شهري و مديريت استفاده از منابع انرژي محدود فسيلي با رويکرد رعايت ضوابط شهرسازي و معماري مي باشد .
بيان مساله و اهداف تحقيق
معماران و شهرسازان بر حسب تجارب خود و با توجه به شرايط اقليمي و آب و هوايي يک شهر، جهات جغرافيايي مناسبي را براي ساخت و ساز موجه و مناسب دانسته اند.اين جهات مناسب براي شهرسازي را رون شهري ناميده اند. در شهرسازي ايران سه رون مناسب وجود دارد: راسته رون ، رون اصفهاني و رون کرماني است .که ساختار شهري در هر کداميک از اين رون ها با توجه به شرايط ، متفاوت است . مديريت انرژي هاي طبيعي و غير طبيعي در نحوه برخورد درست با شکل خوب شهر تعريف مي شود.چراکه استفاده بهينه از انرژي هايي مانند باد، آب ، آفتاب و . . . با جهات جغرافيايي مناسب که همان رون شهري است ، ارتباط مستقيم دارد.
برنامه ريزي کاربردي اراضي شهري و تاثيرات آن بر مکان و تراکم ، طراحي خانه هاي مسکوني و واحدهاي همسايگي در حصول توسعه پايدار نقش بسزايي دارد . يکي از ويژگي هاي محيطهاي شهري پايدار، سازگاري و هماهنگ بودن با ويژگي اقليمي است .
بنابراين شناخت ، درک و کنترل تاثيرات اقليمي مناطق شهري با رويکرد رعايت ضوابط شهرسازي و معماري پيشنياز اساسي براي برنامه ريزي و طراحي فضاهاي شهري به شمار ميرود .
در راستاي اين اهداف مقاله حاضر به صورت موردي شهر اردبيل را مورد بررسي قرار ميدهد .
انرژي خورشيدي
منبع کليه انرژي هاي موجود در زمين از خورشيد است . ذخاير انرژي کره زمين از دو منبع اصلي انرژي هاي تجديد پذير و انرژي هاي تجديد ناپذير تامين ميشود . انرژي هاي تجديد پذير تا زماني وجود دارد که کره زمين و خورشيد وجود داشته باشد . مانند انرژي خورشيدي که در اثر پيوستن يا هم جوشي اتم هاي هيدروژن و تبديل به عناصر سنگين تر هليوم در شرايط مساعد ستاره خورشيد آزاد مي شود .
شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظور هاي مختلف به زمان ماقبل تاريخ باز مي گردد. به دوران سفالگري ، در آن هنگام روحانيون معابد به کمک جامهاي بزرگ طلائي صيقل داده شده و اشعه خورشيد، آتشدانهاي محرابها را روشن مي کردند . يک از فراعنه مصر معبدي ساخته بود که با طلوع خورشيد درب آن باز و با غروب خورشيد درب بسته مي شد .
ولي مهترين روايتي که درباره استفاده از خورشيد بيان شده داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم مي باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش کشيد . گفته مي شود که ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه هاي کوچک مربعي شکل در کنار يکديگر که روي يک پايه متحرک قرار داشته است اشعه خورشيد را از راه دور روي کشتيهاي روميان متمرکز ساخته و به اين ترتيب آنها را به آتش کشيده است . در ايران نيز معماري سنتي ايرانيان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحيح و موثر از انرژي خورشيد در زمانهاي قديم بوده است . با وجود آنکه انرژي خورشيد و مزاياي آن در قرون گذشته به خوبي شناخته شده بود ولي بالا بودن هزينه اوليه چنين سيستمهايي از يک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف ديگر سد راه پيشرفت اين سيستمها شده بود تا اينکه افزايش قيمت نفت در سال 1973 باعث شد که کشورهاي پيشرفته صنعتي مجبور شدند به مسئله توليد انرژي از راههاي ديگر ( غير از استفاده سوخت هاي فسيلي ) توجه جدي تري نمايند .
پنانسيل واقعي انرژي خورشيدي متاثر از عوامل متعددي مانند زمان تابش خورشيدي در فصول مختلف سال و ساعت هاي متفاوت در روز ، مناطق جغرافيايي و شرايط آب و هوايي است . پتانسيل انرژي خورشيدي در جهان تا حدي عظيم است که از تامين احتياجات فعلي و آتي کل تقاضاي جهاني انرژي فراتر ميرود .
با توجه به اينکه کشور ايران در بين مدارهاي 25 تا 40 درجه عرض شمالي قرار گرفته ، از نظر موقعيت جغرافيايي براي بهره گيري از انرژي خورشيدي بسيار مستعد است . ميزان تابش خورشيدي در ايران بين 1700 تا 2200 کيلو وات ساعت بر مترمربع در سال تخمين زده شده است که بالاتر از ميزان متوسط جهاني است . در ايران بطور متوسط ساليانه بيش از 280 روز آفتابي گزارش شده است که بسيار قابل توجه مي باشد . به جز سواحل خزر که از کمترين ميزان ساعات آفتابي برخوردار بوده و مقادير سالانه آن از 2050 ساعت فراتر نمي رود ، در سراسر کشور درصد روز هاي آفتابي بين 63 تا 98 در صد مي باشد . ( قيابکلو ، 1390 ، ص 12 )
تابش خورشيد
تقريبا 8 دقيقه طول مي کشد تا تشعشع خورشيد با سرعت 300.000 کيلومتر بر ثانيه به محدوده کره زمين برسد و انرژي کره زمين را تامين کند . از تمام تابش خورشيد ، کره زمين تنها يک قسمت از دو ميليارد قسمت کل انرژي خورشيدي را دريافت مي کند . (قيابکلو ، 1390 ، ص 32 ).
از کل تشعشعات خورشيدي که به وسيله زمين و جو آن دريافت ميشود در حدود 20% آن توسط ابرها و %10 در برخورد با ذرات جو به دفعات تغيير مسير داده و به خارج جو باز تابيده مي شود . حدود 2% در جو منعکس شده و 20 % توسط ذرات بخار آب ، دي اکسيد کربن و ازن موجود در جو جذب مي شود . بنابر اين تنها 48% از کل تشعشعات به سطح زمين مي رسد و تنها 11% از اين مقدار توسط زمين جذب و 89% آن باز هم به خارج جو باز تابيده مي شود . ( قيابکلو ، 1390 ، ص 33 ) .
آنچه در کسب گرماي زمين حايز اهميت است زاويه تابش خورشيد به سطح زمين است و دوري و نزديکي تاثير چنداني ندارد .
هرچه پرتو خورشيد به طور عمود يا نزديک به عمود بتابد ، مقدار انرژي دريافتي از خورشيد بيشتر است . از جمله مهمترين عوامل تاثير گذار بر ميزان انرژي تابيده شده در سطح زمين طول مسيري است که اشعه قبل از رسيدن به جو طي مي کند . طول مسير ياد شده به نقطه موردنظر به سه عامل بستگي دارد : عرض جغرافيايي محل ، فصل و ساعت . ( نمازيان ، 1389، ص 21-32 ) .
اندازه گيري شدت تابش خورشيد
براي اندازه گيري تعداد ساعت هاي آفتابي در طول يک روز از دستگاه آفتاب سنج استفاده مي شود . وضعيت آسمان نيز بصورت صاف يا ابري بيان مي شود . در صورت صاف بودن آسمان ، آفتاب سنج تعداد ساعتهاي آفتابي را بيان مي کند و در صورت ابري بودن ، ميزان ابر در آسمان بصورت در صد بيان مي شود . براي سنجش شدت تابش از روش هاي نموداري و محاسباتي مختلف استفاده مي شود . واحد سنجش شدت انرژي وات بر متر مربع است که شدت لحظه اي ناميده مي شود . ( قيابکلو ، 1390 ، ص 38 ) . از جمله روشهاي نموداري مي توان به نمودار افقي خورشيد در هر عرض جغرافيايي و نقاله خورشيدي نام برد . از جمله روشهاي محاسباتي نيز مي توان به مدل انگستروم ، صباغ ، پروکتور – پالتريج ، دانشيار ، صميمي و تابش سنج NRI اشاره نمود . هر کدام از مدلها داراي محدوديت و درصد خطا هستند . اما در بين آنها مدل تابش سنج NRI با خطاي کمتري مي تواند شدت تابش را براي کشور ايران نشان دهد .
بنابر اين با توجه به روابط ذکر شده مي توان شدت تابش آفتاب و زاويه ورود اشعه خورشيد را در يک زمان مشخص يک روز مشخص از يک مکان با عرض جغرافيايي مشخص در آن محل بدست آورد . با توجه به مطالب ذکر شده به نتايج مربوط در شهر اردبيل مي پردازيم .
موقعيت جغرافيايي استان اردبيل
استان اردبيل در شمال غرب ايران قرار گرفته است . مساحت اين استان ١٧٩٥٣ کيلومتر مربع (حدودا 1.09درصد) از مساحت کل کشور است .اين استان از لحاظ جغرافيايي در 37.45 تا 39.49 عرض شمالي و 47.30 تا 48.55 طول شرقي از نصف النهار گرينوچ در شمال غرب ايران واقع شده و از شمال با جمهوري آذربايجان از شرق با استان گيلان از جنوب با استان زنجان و از غرب به استان آذربايجان شرقي محدود شده است .
استان اردبيل در محور طول جغرافيايي با گسترش (يک درجه و 35 دقيقه ) ، همراه با عامل ارتفاع دشتها و کوهستانهاي آن در ترکيبي هماهنگ با همجواري درياي خزر بوده و گستردگي زياد در جهت شمال - جنوب در عرض جغرافيايي 2 درجه و 31 دقيقه ) تنوع آب و هوائي زيادي به استان اردبيل بخشيده است حدود دو / سوم آن داراي بافت کوهستاني با اختلاف ارتفاع زياد و بقيه را مناطق هموار و پست تشکيل مي دهند. بطوريکه شمال استان (مغان ) با ارتفاع کم داراي آب و هواي نسبتا گرم و مناطق مرکزي و جنوبي داراي آب و هواي کوهستاني سرد مي باشند.
زاويه تابش خورشيد در اردبيل
عرض جغرافيايي هر منطقه تعيين کننده چگونگي تابش آفتاب در آن منطقه در مواقع مختلف سال است . شهر اردبيل در عرض جغرافيايي 38 درجه و ١٥ دقيقه (مرکز شهر) قرار دارد لذا به منظور بررسي شرايط تابشي عرض جغرافيايي فوق مورد ارزيابي قرار گرفته است .به دليل بالا بودن عرض جغرافيايي اردبيل (38 درجه شمالي)، زاويه تابش آفتاب در زمستان نسبتا کم است و در ٢٢ دسامبر (اول دي) به پائين ترين حد خود يعني 29 درجه ميرسد و حداکثر زاويه تابش نيز در ٢١ ژوئن (اول تير) در ساعت ١٢ ظهر اتفاق ميافتد که به 75 درجه ميرسد. در ضمن حداکثر انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح قائم در کل مواقع سال در جهت جنوب و حداقل آن در جهات شمال ، شمال غرب و شمال شرق است . ضمنا با توجه به سردسير بودن منطقه حداکثر انرژي تابيده شده در مواقع سرد سال به ترتيب در جهات جنوب و جنوب شرقي است . (زواياي ١٥ و 30 درجه)(طرح جامع شهر اردبيل – مهندسين مشاور زيستا – 137٢)
بافت شهر اردبيل
