بخشی از مقاله
راهکارهای صرفه جویی انرژی در ارتباط، مسکن با تاکید بر سیستم های غیر فعال خورشیدی
چکیده
منابع انرژی قابل تجدید به عنوان جزء ضروری توسعه پایدار محسوب می گردد. درصد عمده و روبه افزایشی از جمعیت کره زمین در شهرها زندگی می کنند، از این رو حیات این مردم و بقای شهرهایی که در آنها زندگی می کنند به جریان گسترده و دائمی منابع طبیعی از جمله انرژی بستگی دارد. کشور ایران جز مناطق آفتابخیز محسوب می شود و استفاده از سیستمهای مختلف خورشیدی بیشتر از سیستم های دیگر کارا هستند. استفاده از این انرژی لایزال به دو صورت فعال و غیر فعال صورت می گیرد. که در این مقوله تاکید بر سیستم های غیر فعال و تشریح انواع آن (پنجره آفتابی)، (دیوار آفتابی)، (گلخانه)، (بام حوضچه ای) ، (جذب مجزا) در سیستم های غیر فعال خورشیدی خواهیم پرداخت، در نتیجه ساختمان ها به گونه ای طراحی می شوند که نیازهای گرمایش ،سرمایش در آنها به صورت طبیعی و با کمترین نیاز به تجهیزات مکانیکی تامین می گردد.. لذا نگارنده با استفاده از منابع کتابخانه ای و سایت های اینترنتی معتبر به جمع آوری، تحلیل و دسته بندی اطلاعات پرداخته است.
واژه های کلیدی: توسعه پایدار، سیستم های غیر فعال، بام حوضچه ای، جذب مجزا ، گلخانه
-1 مقدمه
استفاده از روشهای طراحی معماری و شهرسازی برای صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی در ساختمان از هر دیدگاه و منظری که به آن نگاه کنیم، یک اصل و ضرورت مهم و اساسی چه در سطح ملی و چه در مقیاس بین المللی می باشد. قسمت اعظم مشکلات زیست محیطی که هم اکنون جهان با آن روبروست، مربوط به مصرف سوختهای فسیلی بویژه در بخش ساختمان می باشد.
در کشور ما که متأسفانه سرانه مصرف انرژی به مقدارقابل توجهی بالاتر از استانداردهای جهانی است، این مشکلات جدّی تر است و بنابراین توجه بیشتری را می طلبد. ضمن اینکه استفاده از انرژیهای پاک و تجدیدناپذیر طبیعی، تأثیرات روحی و روانی مطلوبی نیز بر زندگی انسانها می گذارد. با توجه به اهمیت موضوع، این مقوله با دیدگاه همسازی با اقلیم و صرفه جویی انرژی در فضاهای مسکونی شکل خواهد گرفت.
از اهداف مهم این مقاله:
-1 عملکردهای چند منظوره و قابل انعطاف داشته باشد. -2 حداکثر استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در آن امکان پذیر باشد.
-3 بر ساختگاه خود تاثیر نا مطلوب زیست محیطی نگذارد.
-4 طراحی با توجه به اقلیم داشته باشد.
- 5 در آن از تجربیات گذشته و بومی استفاده شود.
-2 سیستم های صرفه جویی انرژی
سیستم های صرفه جویی انرژی با توجه به ماهیت کارکردی آنها به دو دسته کلی تقسیم می شوند: سیستم های فعال و سیستم های غیرفعال.3 در سیستم های فعال جذب انرژی خورشیدی، ذخیره، انتقال و توزیع آن توسط دستگاههای مکانیکی صورت می گیرد، اما در
سیستم های غیرفعال جذب، ذخیره و انتقال حرارت بدون استفاده از وسایل مکانیکی صورت می گیرد، در این سیستم ها جابجایی انرژی حرارتی توسط »جابجایی طبیعی«، »هدایت« و»تابش« صورت می گیرد.
تمایز عمده بین سیستم های فعال و غیرفعال را می توان در جدول زیر مشاهده کرد. سیستم دو گانه سیستمی است که با کمک وسایل مکانیکی محدودی، بازده سیستم غیرفعال را افزایش می دهد و معمولاً با به کارگیری دمنده در قسمت »جذب-ذخیره« و یا »ذخیره- فضا« انتقال حرارت صورت می گیرد.
سیستم های فعال و غیرفعال از سالهای1970 به بعد در طراحی و اجرای ساختمان های مسکونی وغیر مسکونی در غرب رواج یافتند. در ادامه این بخش به معرفی اجمالی این سیستم ها پرداخته می شود.
-1-2 سیستم های فعال
با توجه به اینکه در این پروژه بیشتر تأکید روی سیستم های غیرفعال است، بنابراین سیستم های فعال به صورت خیلی کلی معرفی می شود.
کروکی زیرطرح شماتیک عناصر اصلی تشکیل دهنده سیستم فعال خورشیدی را نشان می دهد که جذب کننده از طریق جذب انرژی تابشی خورشید دمای مایع را افزایش می دهد و پمپ یا دمنده مایع گرم شده را به ذخیره گرمایی منتقل نموده تا در آنجا ذخیره و سپس به وسیله پمپ مجدداً به فضای زندگی منتقل می شود.
-2-2 سیستم های غیرفعال
هدف از طراحی و اجرای سیستمهای صرفه جویی انرژی، ایجاد شرایط آسایش انسان در فضاهای زندگی با بکارگیری انرژیهای طبیعی در تمام طول سال است. با توجه به اینکه در طول سال در بعضی فصل ها نیاز به گرمایش ساختمان و در بعضی فصل ها دیگر نیاز به سرمایش داریم و در نتیجه روشهای تأمین شرایط آسایش و به تبع آن تکنیک های مورد استفاده
در هر کدام از این روشها متفاوت است. بنابراین سیستم های غیرفعال را در دو بخش گرمایش و سرمایش بررسی می کنیم.
-1-2-2 گرمایش
شکل (1) طرح شماتیک عناصر اصلی تشکیل دهنده سیستم فعال انرژی خورشیدی
-1جذب کننده -2پمپ یا دهنده مربوط ه جذب
-3ذخیره گرمایی -4پمپ یا دمنده توزیع
منبع: آیت اللهی، 1382، ص13
در گرمایش ساختمان به روش غیر فعال در واقع چهار مرحله اتفاق می افتد، که عبارتند از: جذب، ذخیره، توزیع و کنترل گرما. براساس رابطه ای که بین خورشید به عنوان منبع انرژی، جرم ذخیره و فضای زندگی برقرار می گردد، این بخش در سه دسته کلی شامل تکنیک های جذب مستقیم، جذب غیرمستقیم و جذب منفصل قابل بررسی است.
- جذب مستقیم
ایده جذب مستقیم، ساده ترین و عادی ترین روش در ساختمان های خورشیدی غیرفعال می باشد که در گذشته نیز کاربرد فراوان داشته اند.
در این سیستم انرژی گرمایی خورشید وارد فضا شده ودر جرم ذخیره، ذخیره می گردد. (خورشید، فضا، ذخیره) بنابراین فضای زندگی به صورت مستقیم گرم می شود و گرمای مازاد برای استفاده های بعدی ذخیره می گردد.
شکل -(2) جذب مستقیم منبع: آیت اللهی، 1382، ص 15
نیازمندی های این سیستم شامل:
-1 سطح وسیع شیشه در ضلع جنوبی ساختمان می باشد که فضای -2 کف زمین یا دیواره هایی که در معرض تابش مستقیم خورشید قرار دارند، تا بتوانند ذخیره گرمایی را برای استفاده در زمان عدم حضور خورشید فراهم سازند.
-3روشی که بتوان اتلاف انرژی ذخیره شده را با بیرون کنترل نمود که معمولاً از طریق عایق سازی کف و دیوارها انجام می گیرد.
- غیرمستقیم
تفاوت عمده سیستم های جذب غیرمستقیم با سیستم های قبلی در این است که اشعه های خورشید به صورت مستقیم به فضای زندگی وارد نمی شوند و انرژی گرمایی پس از ذخیره شدن در جرم ذخیره به فضای زندگی وارد می شود. (خورشید، ذخیره، فضای زندگی) بنابراین در ایده جذب غیرمستقیم جرم ذخیره، انرژی گرمایی را به صورت مستقیم جذب و ذخیره می کند تا در مواقع نیاز(طول شب و روز غیرآفتابی) در فضای زندگی توزیع گردد.
"دیوار حوضچه ای " "دیوارترومبی جرمی" "دیوار آبی"
شکل (3) جذب غیر مستقیم منبع: آیت اللهی، 1382، ص 19
از انواع روشهایی که در سیستم های جذب غیرمستقیم استفاده می شوند، می توان به سه نوع
دیوار ترومبی جرمی، دیوار ترومبی آبی و سقف حوضچه ای اشاره نمود، که در زیرکروکی های آنها ارایه شده است.
- جذب منفصل
در این سیستم بخش جذب و ذخیره هردوبه صورت جدا از فضای ساختمان عمل می کنند و در نتیجه پنجره ها برای استفاده از منظر و جذب مستقیم، مستقل عمل می نمایند . این نوع ساختمان ها اشعه های خورشید را در فضایی منفصل و جدا از ساختمان دریافت می کنند و همین طور در فضایی جدا، انرژی گرمایی بدست آمده همین طور در فضایی جدا، انرژی گرمایی بدست آمده ذخیره می گردد. انواع این ایده در ساختمان های گلخانه ای، آتریوم و ایوان خورشیدی دیده می شوند.
ضای خورشیدی ایجاد شده می تواند کاربریهای مختلف داشته باشد. گلخانه رایج ترین روش در استفاده از این ایده می باشد که فضای خورشیدی ایجاد شده می تواند علاوه برتأمین انرژی گرمایی موردنیاز، نقش عملکردی ایفا نماید، به ویژه در زمستان فضایی مطلوب برای استفاده ساکنین خانه باشد.
کف گلخانه، سکوها، گیاهان، جرم خاک،
"فضایخورشیدی" "ترموسیفون"
شکل((4 جذب منفصل منبع: آیت اللهی، 1382،ص25
آب و دیوار جداکننده به عنوان جرم ذخیره عمل می نمایند. شیوه اتصال فضای خورشیدی با فضای زندگی توجه خاصی را طلب می کند که در طراحی دیوار جدا کننده، دریچه های تنظیم هوای ورودی و کنترل کننده های محافظت از اتلاف حرارت و رطوبت اهمیت پیدا می کند.
نوع دیگری از جذب منفصل را می توان نام برد که از خاصیت ترموسیفون و بستر سنگی برای ذخیره استفاده می نماید و فضای ایجاد شده هیچ گونه استفاده فضایی و عملکردی نمی تواند داشته باشد. انتقال حرارت از طریق ترموسیفون زمانی اتفاق می افتد که هوا یا مایع سرد شده در پایین ترین سطح خود پایین می افتد
(قسمت پایین جذب کننده ) و زمانی که گرم شده صعود کرده وبه فضای زندکی وارد می شود و دراین حالت جریان هوای سردوگرم به صورت طبیعی اتفاق می افتد. کروکی های زیر دو نوع جذب منفصل شامل فضای خورشیدی و خاصیت ترموسیفون را نشان می دهد.
-2-2-2 سرمایش4
در سیستم غیرفعال برای سرمایش ساختمان در واقع تأکید بر روی ایجاد جریان هوای مناسب و قابل کنترل در مواقع مورد نیاز است. در اینجا چند تکنیک معمول و مورد استفاده ایجاد جریان هوا در سیستم غیرفعال را معرفی می نمائیم.
-3 برجهای هوا
برجهای هوا به سه شکل می توانند عمل نمایند : بازدم، دم و ترکیبی، که آنها را به ترتیب بادخان، بادخور و بادگیر می نامیم . برجهای هوا عمل تهویه ی داخل ساختمان را به عهده دارند و موجب خنک شدن داخل ساختمان می شوند. در ادامه نحوه کار بادخان، بادخور و بادگیر آمده است.
-1-3 بادخان
بادخان ها به عنوان وسایلی طبیعی برای کشیدن هوا از داخل ساختمان به خارج آن استفاده می شوند. در واقع بادخان ها به عنوان خروجی عمل می کنند و هوای تازه را از طریق پنجره ها، منافذ و لوله های زیرزمینی ویا از طریق بادخورها تأمین می نمایند.
ساختار قائم سرباز ساده ترین شکل بادخان می باشد.
برای جلوگیری از ورود آب باران به درون بادخان می توان مانند شکل5 بادخان را با کلاهک یا به صورت زانودار ایجاد نمود. با توجه به اینکه باد ممکن است از چند جهت در مواقع مختلف سال بوزد، بهتر است بادخان چندسویه عمل نماید، تا هنگام وزش باد پشت به باد قرار گیرد و کارایی بهتری داشته باشد.
شکل (5) طرح کلی عملکرد بادخور منبع: نوری، قاسم زاده، 1383، ص 168
-2-3 بادخور
بادخور برای گرفتن باد وهدایت هوای تازه به داخل ساختمان طراحی شده است و بهتر است همه سویه باشد تا هنگام وزش باد، باد از همه جهت وارد گردد.
حداکثر عملکرد بادخور هنگامی است که هوا را برای یک فضای بزرگ و بازمانند یک دهلیز سرگشاده تأمین نماید. محل بادخور می تواند بر روی بام یا در محوطه باشد. در محوطه، هوای تازه از طریق لوله های زیرزمینی تأمین می شود. دهانه ی بادخور می تواند قوسی شکل انتخاب شود تا با گرفتن بادهایی که امتداد آنها از امتداد محور اصلی انحراف دارد، کمک نماید. زاویه بهینه برای چنین کمانی 90درجه است. در کمان بیش از 90درجه باد از کناره ها به حالت پرتاب عبور می کند.
-3-3 بادگیر(ترکیب بادخان و بادخور)
شکل (6) طرح کلی عملکرد بادخور منبع: نوری، قاسم زاده، 1383، ص 168
بادخان و بادخور را می توان به صورت ترکیبی استفاده نمود. بدین ترتیب هوای خنک از طریق بادخورها تأمین می شود و هوای گرم از مجرای بادخان ها خارج می گردد . تهویه طبیعی به وسیله ترکیبی هم می تواند از مجرای دوبخش مجزا صورت گیرد و هم از طریق یک بخش منفرد،
شکل (7) ترکیب بادگیر و بادخان منبع: نوری، قاسم زاده، 1383، ص 169
