بخشی از مقاله
خلاصه
بهره برداری بهینه از منابع طبیعی نه تنها پاسخگوی نیاز بشر در تولید الکتریسیته می باشد ، بلکه موجب برقراری تعادل میان تأمین نیاز های انسان و استفاده بهینه و عدم آسیب رسانی به محیط طبیعی شده که خود از مباحث اصلی پایداری محیطی است. امروزه با تولید انبوه و اقتصادی انواع توربین های بادی ، استفاده از انرژی های خورشیدی برای تأمین نیاز انرژی ساختمان ها و استقلال انرژی آنها و حتی فروش انرژی مازاد نیاز ساختمان به شرکت های برق بسیار مورد توجه قرار گرفته است. مهمترین هدف برای انجام این پژوهش راهکارهایی جهت نحوه استفاده از توربین های بادی در ساختمان ها با توجه به جهت و میزان وزش باد ، همچنین تأثیر شکل و فرم ساختمان بر ایجاد خرد اقلیم و استفاده از آن جهت نصب توربین های بادی تحقیق می شود. این یک واقعیت پذیرفته شده است که ذخایر نفت زغال سنگ رو به کاهش هستند ، اگرچه در جامعه بشری وابستگی به این منابع سوخت فسیلی به سبب افزایش بالای تقاضای و سرعت بالای صنعتی سازی و توسعه اقتصادی هنوز در حال افزایش است .
بنابراین نیاز به منابع انرژی الکتریکی پاک ، پایدار و بادوام ، بیشترین اهمیت را به منظور اطمینان از برخورداری نسل بعدی برای توسعه اقتصادی مشابه دارد . در این رابطه ، بهره برداری از انرژی باد و خورشید نه تنها این منابع را حفظ می کند که همچنین به طور قابل توجهی باعث کاهش آلودگی به وسیله تولید انرژی پاک می شوند. و انرژی های پاک از تخریب محیط زیست جلوگیری به عمل می آورد و از این طریق به ادامه حیات موجودات آن تداوم می بخشد. علاوه بر این مهم است که بدانیم در چه مکان هایی و در چه شرایطی می توان استفاده بیشتر و بهتری از این منابع داشت.
کلمات کلیدی: توربین های بادی، انرژی پاک، پایداری، ساختمانهای بلند، معماری صفر انرژی.
.1 مقدمه
نیاز به استفاده از انرژی های تجدید پذیر برای رسیدن به تولید توان الکتریکی بیشتر ، یکی از مهمترین و اساسی ترین زمینه ها برای یافتن منابع جدید انرژی های تجدید پذیر می باشد . بهره برداری بهینه از منابع طبیعی نه تنها پاسخگوی نیاز بشر در تولید الکتریسیته می باشد ، بلکه موجب برقراری تعادل میان تأمین نیاز های انسان و استفاده بهینه و عدم آسیب رسانی به محیط طبیعی شده که خود از مباحث اصلی پایداری محیطی است . اما در بین منابع موجود انرژی های تجدید پذیر، انرژی بادی و خورشیدی به دلایل فراوانی، دسترسی آسان و سهولت تبدیل شدن به انرژی الکتریکی از محبوبیت ویژه ای برخوردارند. امروزه با تولید انبوه و اقتصادی انواع توربین های بادی و سلول های خورشیدی یا فتوولتیک - PV - ، استفاده از انرژی های بادی و خورشیدی برای تأمین نیاز انرژی ساختمان ها و استقلال انرژی آنها و حتی فروش انرژی مازاد نیاز ساختمان به شرکت های برق بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله ابتدا به معرفی انرژی باد پرداخته، سپس راهکارهایی جهت نحوه استفاده از توربین های بادی در ساختمان ها با توجه به جهت و میزان وزش باد ، همچنین تأثیر شکل و فرم ساختمان بر ایجاد خرد اقلیم و استفاده از آن جهت نصب توربین های بادی ارائه می شود.
اولین استفاده از انرژی باد حدود 5000 سال قبل برای حرکت دادن کشتی در رود نیل بود. در اروپا 1800 سال قبل، از انرژی باد برای آسیاب کردن دانه های حبوبات استفاده میشد. اما اولین آسیاب بادی برای تولید الکتریسیته در آمریکا و در سال 1890 نصب شد. امروزه انرژی ارزان وپاک باد به طور گسترده ای برای تولید برق استفاده می شود. تکنولوژی استفاده از انرژی باد به سرعت در سه دهه اخیر با افزایش در قطر رتور و استفاده از توان الکتریکی در سطح بالا تکامل پیدا کرد که این امر موجب کمک به عملکرد بهتر توربین در سرعت های متغییر رتور شد. توربین های بادی با استفاده از نیروی باد ، یک ژنراتور الکتریکی را برای تولید الکتریسیته راه اندازی می کنند. باد از بین پره های توربین عبور میکند و باعث ایجاد یک نیروی گردشی می شود پره های گردان، شفت را که داخل گیربکس رفته است و درون ناسل قرار دارد را میچرخاند. گیربکس سرعت چرخش را افزایش می دهد به طوری که برای ژنراتور مناسب شود، تا از میدان مغناطیسی برای تبدیل انرژی گردشی به انرژی الکتریکی استفاده کند. توان تولیدی به ترانسفورماتور منتقل می شود و ولتاژ آن از حدود 700 ولت به مقدار مناسب برای شبکه توزیع تبدیل می شود. توربین بادی انرژی جنبشی را از اطراف پره های پیچ دار استخراج می کند. تا سرعت 12 متر بر ثانیه شاهد بهترین عملکرد از تولید بادی خواهیم بود.
.3 اصول سه گانه حاکم بر جریان باد
آگاهی نسبت به وزش و شدت بادهای موجود در منطقه می تواند به طراحان در جهت استفاده بهینه از این منبع طبیعی کمک نماید. اما اگر دسترسی به اطلاعات باد منطقه مقدور نباشد، طراح می تواند جهت و سرعت باد را با استفاده از اصول سه گانه ای که برجریان باد حکم فرما است و همینطور با آگاهی نسبت به تأثیر متاقبل باد بر فرم های ساختمانی و طبیعی و تأثیر فرم های بر ایجاد باد در مقیاس خرد اقلیم تخمین بزند.
اصول اول
سرعت باد در سطح زمین به دلیل اصطکاک کمتر است و هرچه از سطح زمین بالاتر رویم سرعت باد نیز بیشتر می شود. کاهش سرعت باد در سطح زمین، به علت ناهمواری های آن است. بنابراین منحنی های سرعت باد برای اراضی مختلف کاملا متفاوت است.
اصل دوم
باد در برخورد با موانع جهت خود را حفظ میکند. بنابراین موانع را دور میزند.گردش آب حول یک صخره در آبراه، تا این که به صورت تصادفی با برخورد به مانع تغییر مسیر دهد.
اصل سوم
به این موضوع اذعان دارد که باد از مناطق با فشار بالا به سمت مناطق با فشار پایین جریان می یابد. مثلا وقتی تابش خورشید که یک چمنزار را گرم میکند، فشار آن کاسته شده و به سمت بالا حرکت میکند. سپس باد از اطراف چمنزار که دارای دمای نسبی کمتر و فشار بیشتری هستند، به سمت چمنزار می وزد.
تاثیر فرم بر ساختمان بر ایجاد باد
علاوه بر این اصول سه گانه، چند پدیده خرد اقلیمی وجود دارد که غالبا در سایت های مختلف رخ می دهد . ساختمانهای بلند جریان های متلاطم باد رو به پایین و به سمت خیابان ایجاد میکنند که با توجه به اقلیم ممکن است مفید و یا نامطلوب باشد. ساختمانهای بلند بخاطر ارتفاع بلندشان در معرض بادهای شدید میباشند. آنها در الگوی باد شهری اختلالاتی ایجاد میکنند. باد شدیدی که در بالای یک ساختمان می وزد ایجاد فشار بیشتری میکند. در حالی که پایین آن ساختمان به علت وجود ساختمانهای دیگر از وزش باد شدید در امان است.این فشار باعث ایجادپدیده ای به نام اثر گردایی پایین رونده باد به سمت مناطقی حرکت میکند که دارای فشار کمتری است. بنابراین جریان باد از بالا به سمت پایین ایجاد میشود. زمانی که باد به زمین میخورد متلاطم و مارپیچ میشود. سرعت باد در این خیابان ها ممکن است تا چهار برابر سرعت باد در خیابانها با ساختمانهای کوچکتر نیز برسد. ساختمانهایی که نمای روبه باد آنها عریض تر باشد این پدیده را تشدید میکند.
نماهای مقعر موجود بوجود آمدن جریانهای شدید پایین رونده و بالا رونده در نمای رو به باد میشوند. اثر گوشه افزایش سرعت بادی است که در حول ساختمانهای بلند ایجاد میشود. ساختمانهای بلندتر و عریض تر دارای اثر گوشه شدیدتری هستند. این تاثیر به اندازه عرض ساختمان امتداد می یابدجریان منظم مارپیچی پایین رونده ای به نام اثر دنباله روی نمای پشت به باد تلاطم ایجاد میکند. زمانی که اختلاف ارتفاع زیادی بین یک ساختمان بلند و مناطق اطرافش باشد، این اثر شدیدتر است. مجراهای زیر ساختمانهای مکعب مستطیلی بلند، باعث ایجاد حوزه ای با سرعت زیاد تر در داخل مجرا و در فضای باز پشت ساختمان میشود. این اثر حفره به ارتفاع ساختمان بستگی دارد. استفاده از اصول حاکم بر جریان باد در نصب توربین های بادی با توجه به مطالب عنوان شده نتیجه گرفته میشود که میتوان با نصب توربین های بادی با اشکال ایرودینامیکی مناسب در جهت وزش باد در اطراف ساختمانهای یا در بالاترین ارتفاع آن علاوه بر بی نیاز کردن ساختمانها از انرژی شبکه حتی توان تولیدی اضافی را به شبکه منتقل کرد.
.4انرژی های تجدید پذیر
گستردگی نیاز انسان به منابع انرژی، همواره از مسائل اساسی و با اهمیت در زندگی بشر بوده است. همان طور که می دانیم نفت و مشتقات آن، از سرمایه های ارزشمند ملی و حیاتی کشور می باشند که مصرف غیر بهینه از آن ها گاهی زیان های جبران ناپذیری را ایجاد می کند. از این رو صاحب نظران و کارشناسان به دنبال منابعی هستند که به تدریج جایگزین سوخت های فسیلی شوند. سوخت های فسیلی آلودگی های زیست محیطی بیشماری را به همراه دارند. به عبارتی از یک
