بخشی از مقاله
چکیده
هدف این پژوهش ارائهی طرحی نوین برای حداکثر استفاده از انرژی تابشی خورشید در ساختمانهای مسکونی میباشد. این مساله به کمک طراحی یک مدول گلخانه ای بهینه از نظر حرارت تامین شده است که از دید اجرایی کاملا عملی و اقتصادی است. این گلخانه علاوه بر داشتن قابلیت ایجاد سایه و تهویه در فصول گرم سال، میتواند به عنوان منبعی برای ذخیره گرما - پدیده گلخانه ای - در فصول سرد سال نیز مورد استفاده قرار گیرد. همچنین قابلیت جلوگیری از هدر رفت انرژی گرمایی از داخل ساختمان را دارد.
در این مقاله با شبیه سازی دو مدول گلخانه در نرمافزارOpen studio و تحلیل انرژی آن در نرم افزار Energy plus، تاثیر وجود گلخانه بر بار حرارتی و سرمایی ساختمان نسبت به شرایط ساختمان معمولی بررسی شده و تحلیل روشنایی بر اساس میزان نور در اتاق 25 متر مربعی پشت گلخانه به کمک نرم افزار Ecotect انجام شده است. سپس دو فرم مدولار گلخانه از دید حرارت و نور با هم مقایسه شده و فرم برتر انتخاب گردیده است. در نهایت از دید یک معمار فرم برتر انتخاب شده و یک طبقه از یک ساختمان مسکونی که با مدول گلخانه انتخابی طراحی شده است شبیه سازی و تحلیل میگردد.
مقدمه
امروزه ارائهی راهکارهایی برای استفاده از منابع طبیعی و تجدید پذیر برای دست یافتن به طبیعت پاک و ایجاد آسایش افراد متداول گشته است. از عوامل موثر در ایجاد آسایش افراد میزان دما و نور مناسب است. جدار خارجی ساختمان به صورت طبیعی تاثیر زیادی بر تغییر این دو مورد می گذارد. به خصوص در اقلیم سرد طراحی جدار جنوبی ساختمان از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که استفاده از منبع طبیعی خورشید و کسب انرژی از ضلع جنوبی و کاهش اتلاف حرارت از جدار خارجی تاثیر زیادی بر کاهش بار حرارتی ساختمان خواهد گذاشت.
از طرفی با توجه به هزینهی اجرای طرح، طراحی اقتصادی معماری بنا به کمک استفاده از مدول ثابت و صنعتی میتواند سبب کاهش هزینههای اجرا شده و به کمک هزینه صرفه جویی شده طرحهای نوینی در ارتباط با استفاده از انرژی تجدید پذیر انجام گیرد. گلخانههای خورشیدی به تازگی تبدیل به یک راه حل به منظور بهبود رفتار انرژی پوشش ساختمان شده است.
گلخانه یک سیستم غیر فعال خورشیدی است که در جبهه جنوبی یک اتاق خارجی جنوب گرا، با دیوارهای شفاف رو به جنوب ساخته میشود. اثر گلخانه ای - در زمستان - ایجاد یک منطقه حائل بین خانه و محیط است که اجازه میدهد مقداری از تابش خورشیدی در این فضای حائل قرار گیرد و در نتیجه سبب کاهش اتلاف انرژی از داخل پوسته شود.
در این پژوهش به طراحی و تحلیل یک نمونه ساختمان مدولار در اقلیم سرد که پایه ی طراحی آن حضور گلخانه است پرداخته و تاثیر دو نمونه گلخانه در آن بر اساس بار حرارتی و سرمایشی داخلی و میزان نور وارده بررسی شده است.
در سال 2012، استروبعلی و همکاران[2] در مقالهای به تحلیل صرفه جویی در انرژی توسط گلخانه پرداختند. مدل سازی نشان میدهد که در دورهی گرم سال حضور گلخانه باعث %20 صرفه جویی در انرژی شده است. همچنین الیوتی و همکاران[3] به محاسبهی میزان تابش جمع شده در داخل گلخانه در اقلیم ایتالیا پرداختهاند. برای این منظور میزان ظرفیت حرارتی، کیفیت نور، ظرفیت حرارتی سطوح مات، میزان تهویه و سایه اندازی در نظر گرفته شده است. در پژوهشی دیگر موتارد[4] در رابطه با میزان تبادل تابش با طول موج بالا نسبت به تابش خورشید تحقیق نموده است.
در حالی که روکس[5] به پارامترهایی پرداخته است که اساسا به رفتار حرارتی گلخانه مربوط می شود. باکوس و همکاران[6] در رابطه با رفتار حرارتی از دید اقتصادی به بررسی گلخانهای واقع در شمال یونان پرداختهاند. و همچنین میهالاکاکو[7] به بررسی بار سرمایشی و گرمایشی گلخانه در اروپا پرداخته است و اثبات کرده است که در تمامی زمستان می تواند به صرفه باشد.
شرایط اقلیمی شهر تبریز
تبریز مرکز استان آذربایجان شرقی در 46 درجه و 25 دقیقه طول شرقی نصف النهار گرینویچ و 38 درجه و 2 دقیقه عرض جغرافیای شمالی واقع شده است. تبریز دارای هوایی اقلیمی و کم رطوبت است و حد متوسط بارندگی آن در سال 285 میلی متر است. این جلگه در اثر ارتفاعی که از سطح دریا دارد، دارای زمستانهای طولانی و سرد و تابستانهای متعدل است.
طراحی مدول گلخانه
برای طراحی این گلخانه ابتدا سایه اندازی آن را بر پنجره ی خانه بررسی میکنیم، از آنجا که ساختمان مذکور در عرض جغرافیای 38 درجه شهر تبریز در نظر گرفته شده است و زاویه تابش در ساعت 15 اول تیر برابر با 48,5 درجه میباشد،و پنجرهی مذکور در حقیقت به تراس باز میشود، ارتفاع آن 2,10 از کف بوده و نتجتاًی عمق سایبان 1,85 متر محاسبه شده است
گلخانه نوع اول دارای عمق 2متر بوده - B - و نوع دوم دارای عمق 3 متر است به گونه ای که 1 متر آن کنسول شده و سقف شیبدار شیشه ای برای آن در نظر گرفته شده است - . - C مساحت اتاق مجاور این گلخانهها 25 متر مربع در نظر گرفته شده است. لازم به ذکر است که تنها یک وجه از این اتاق با فضای بیرون در تماس است. - بخش کنسول شدهی گلخانهی C با فضای بیرون در تماس است - . برای شبیه سازی سه حالت در نظر گرفته شده است که در شکل 1 مشاهده میشود.
شکل:1 ویژگی گلخانههای A و B آن است که تنها از یک ضلع با هوای بیرون در تماسند .اما در شکل C، 1 متر از گلخانه کنسول شده و سبب ایجاد تراس وسیع تر برای اتاق مجاور و ایجاد سایبان برای پنجرهی طبقهی پایین میشود.
این مدولها پایهی طراحی یک ساختمان مسکونی واقع در تبریز است که ایده اصلی صرفه جویی در انرژی سرمایشی و گرمایشی است. هم چنین این ویژگی در نمای ساختمان صورتی از نمای یک ساختمان با ایده ی اصلی صرفه جویی در انرژی داشته و سازهی آن مدولار و کم هزینه خواهد بود. شکل2 نمونه ای از ایدهی مورد نظر را برای ساختمان مسکونی نشان میدهد.
شکل 2 :الگوی ساختمان دارای مدول گلخانه .سمت چپ:مدول گلخانه B و سمت راست مدول گلخانه C - به صورت تراس های هم تراز با نما طراحی شده است -
بار حرارتی گلخانهها
برای شبیه سازی بار گرمایشی، سرمایشی اتاق و مقایسهی طرح در نرم افزار Energy plus08، تاسیسات آن به صورت مشترک - HVAC ideal load air system - انتخاب گردیده است. طبق استاندارد - CIBSE - دمای آسایش در زمستان 18-23 و در تابستان زیر 27 درجه سانتی گراد است در این شبیه سازی طبق تحقیقات دکتر حیدری دمای آسایش متوسط میان -25 20 درجه در نظر گرفته شده است.
همان طور که در نمودار 1 دیده میشود در صورت وجود پنجرهی آفتابی - به همراه سایبان طراحی شده در بخش یک - در فصول سرد سال برای رسیدن به دمای آسایش - 20-25 - درجه سانتیگراد نیاز به تجهیزات گرمایشی خواهیم داشت. حال آنکه در صورت وجود گلخانه از هر گونهای، بارحراتی ساختمان کمتر شده و در نتیجه در انرژی مصرفی برای گرمایش ساختمان - سوخت گازی- برقی - صرفه جویی صورت میپذیرد.
