بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به کاهش منابع فسیلی و تجدید ناپذیر در سراسر جهان یکی از موضوعات مورد توجه مساله مدیریت انرژی و دستیابی به منابع در دسترس و بدون آلایند ه است. فناوریهای انرژی خورشیدی یک راه حل قدرتمند برای کاهش آسیبهای زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی است. وقتی که درباره انرژی خورشیدی صحبت به میان میآید، اکثر مردم به پانلهای خورشیدی جای گرفته در پشت بامها و آیینههای گسترده شده در صحراها، فکر میکنند، در حالی که این تنها بخشی از پتانسیل انرژی خورشیدی برای تبدیل به انرژیهای دیگر است. انرژی خورشیدی یک ابزار حیاتی برای دستیابی به این هدف است.
هدف از این تحقیق پرداختن به مساله مدیریت انرژی در ساختمان با تاکید بر انرژی خورشیدی است. در حقیقت لزوم کاربرد تکنولوژیهای نوین در مدیریت انرژی متناسب با نیازهای سرمایی- گرمایی در کشور احساس میگردد. یکی از راهکارهای مدیریت انرژی ساختمان، استفاده از تکنولوژیهای نوین در راستای بهینهسازی و پایداری انرژی است. این تحقیق به روش توصیفی - تحلیلی و براساس مطالعات کتابخانهای و اسنادی تهیه شده است.
-1 مقدمه
انرژی خورشیدی از فراوانترین منابع انرژی است. اگرچه همه کشورها به طور مساوی از انرژی خورشیدی برخوردار نیستند اما استفاده از سهم قابل توجهی از انرژ ی خورشیدی برای هر کشور امکانپذیر است. انرژی خورشیدی میتواند جایگزین بسیاری از سوختهای فسیلی شود که امروزه در خانهها، کارخانه ها و اتومبیل-ها استفاده میگردد. آلودگیهای ناشی از استخراج سوختهای فسیلی، آسیبهای در محیط زیست ایجاد میکند که در طولانی مدت به عنوان یک تهدید برای محیط به شمار خواهد آمد. زمین در حال گرم شدن است و در حال حاضر اثرات آن نیز احساس میشود. افزایش درجه حرارت در اقیانوسها، باعث از بین رفتن صخرهها ی مرجانی شده و این تهدیدی برای اکوسیستم است.
برای جلوگیری از بحران آب و هوایی، نیاز به جایگزینی انرژیهای پاک احساس می- گردد. فناوریهای انرژی خورشیدی یک راه حل قدرتمند برای کاهش آسیبهای زیست محیطی ناشی از سوختهای فسیلی است. وقتی که در باره انرژی خورشیدی صحبت به میان میآید، اکثر مردم به پانلهای خورشیدی جای گرفته در پشت بامها و آیینههای گسترده شده در صحراها فکر میکنند، در حالیکه این تنها بخشی از پتانسیل انرژی خورشیدی برای تبدیل به انرژیهای دیگر است. خورشید یک منبع فوق العاده انعطافپذیر است که میتوان آن را به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل کرده و یا به دیگر اشکال انرژی همانند نور و گرما ذخیره نمود. ابزار و فناوریهای بسیاری وجود دارد که میتواند برای مهار انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد.
یکی از مهمترین موضوعاتی که در چند دهه اخیر مورد توجه اکثر کشورهای صنعتی پیشرفته قرار گرفته است بحث جلوگیری از اتلاف انرژی میباشد. امروزه مصرف بیرویه انرژی تعادل اکوسیستم را برهم زده است و تبعات این امر دنیا را با بحران عظیم زیست محیطی روبرو ساخته است و از سویی خطر اتمام منابع انرژی که تعیین کننده رشد اقتصادی و توسعه صنعتی کشورهاست، بشر را به استفاده بهینه از منابع انرژی رهنمون ساخته است .[1] در سالهای اخیر یکی از فاکتورهایی که پس از بیان مسئله صرفهجویی مصرف انرژی به آن توجه شده است، استفاده از مصالح و تجهیزاتی در ساختمان است که کمترین میزان اتلاف انرژی را داشته باشد.
به بیان دیگر صرفهجویی انرژی در استفاده بهتر از تجهیزات و امکانات و مصالح خلاصه شده است. در حالیکه نحوه کنترل و هدفمند کردن این تجهیزات که بیشترین بازدهی را داشته باشد، فاکتوری مهمتر از فاکتور فوق است. هدف از مدیریت انرژی کاهش و منطقی کردن مصرف انرژی به نحوی است که توجیه اقتصادی داشته و در عین حال منجر به بروز تاثیراتی منفی در سطح رفاه و آسایش نگردد .[2] در کشور ایران نیز با توجه به منابع غنی سوختهای فسیلی و کشف منابع جدید در طی سالهای اخیر شاهد پیشرفت چشمگیری در صادرات این منابع انرژی به کشورهای دیگر دنیا هستیم. از سوی دیگر با توجه به رشد جمعیت کشور و افزایش میزان مصرف در سطح کشور شاهد مصرف بی رویه و غیر منطقی به استناد آمار موجود هستیم و مصرف انرژی در ساختمانها و منازل مسکونی در کشورمان به چندین برابر استاندارد بین المللی رسیده است که خود زنگ خطری برای پیشگیری و کاهش مصرف این نوع از انرژیهای تجدیدناپذیر در سطح کشور میباشد.
برای مثال به طور متوسط سالانه به ازای هر متر مربع ساختمان 912 کیلو وات ساعت انرژی مصرف میشود که طبق استاندارد جهانی در مناطق مشابه آب و هوای ایران این میزان در حد 102 کیلو وات ساعت است یا سرانه مصرف انرژی در 9 بشکه نفت خام است که این میزان تقریبا سه برابر مصرف سرانه کشورهای جهان می باشد، پیامد چنین مصرف بی رویهای اختصاص یافتن مبالغ کثیری از درآمدهای کشور جهت مصرف انرژی در بخشهای مختلف اقتصادی کشور و کاهش بودجههای عمرانی خواهد بود .[3]
-2 مبانی مدیریت انرژی در ساختمان
-1-2 روش شناسایی منابع اتلاف انرژی در ساختمانهای مسکونی
جهت شناخت منابع اتلاف انرژی در ساختمانهای مسکونی و تجاری لازم است انرژی کلی در آنها صورت گیرد و نتایج حاصل از آن را با یک الگوی نسبتا ایدهآل از یک نمونه کلی ساختمان مقایسه نمود، تا منابع اتلاف انرژی مشخص گردد و در رفع آن اقدامات لازم به عمل آید .[4]
-2-2 پوششها و سطوح ساختمان
به طور کلی در کشورهای اروپایی که از نظر انرژی دارای مساله میباشند و انرژی آنها دارای ارزش میباشد از قبیل دانمارک، فرانسه، هلند و ... عموما در سه مرحله، بهبود وضعیت پوششهای ساختمانی را اجباری کردند و قوانینی در رابطه با نوع مشخصات مواد و مصالح ساختمان وضع نمودهاند که در حال حاضر اجرا میشود
-3-2 سیستم های روشنایی
تجربه نشان داده است که بهره و کیفیت انجام بسیاری از کارها مخصوصا کارهای ظریف با افزایش شدت روشنایی بالا میرود. از طرفی افزایش شدت روشنایی مستلزم هزینه اجباری بیشتری است. لذا در انتخاب شدت روشنایی هم باید به راحتی و هم هزینه توجه شود. البته شدت روشنایی توصیه شده توسط مجامع مهندسین روشنایی در کشورهای مختلف متفاوت میباشد، ولی به طور متوسط شدت روشنایی در سطح خیابان حدود 30 لوکس، در اتاق نشیمن حدود 100 لوکس و در اتاق کار حدود 300 لوکس میباشد. با توجه به وضع نادرست مصرف انرژی درکشور، در زمینه روشنایی معمولا اصول رعایت نمیشود و عوارضی مانند درخشندگی بیش از حد میزهای کار، دیوارها و چشم زدگی و خستگی زودرس، سایههای ناراحت کننده و ضمنا افزایش هزینه را نیز به دنبال دارد - همان، . - 1383
-4-2 پتانسیل استفاده از انرژی خورشیدی
در شرایطی که تابش کلی خورشید بر سطح عمود بر پرتو آفتاب باشد و آسمان نیز صاف باشد، میتوان ایران را از نظر تابش خورشیدی به سه منطقه با تابش زیاد، متوسط و کم تقسیم میشود. همچنین از نظر میانگین سالانه، انرژی خورشیدی دریافتی روزانه در واحد سطح افق، نقاط مختلف کشور به چهار منطقه تقسیم میگردد. ایران از نظر انرژی خورشیدی از پتاسیل بالایی برخوردار است و برای استفاده از انرژی خورشیدی تمامی مناطق ایران دارای استعداد کافی برای این امر است. البته بررسیهای اقتصادی لازم به منظور استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان جایگزینی انرژیهای متعارف نشان می-دهد که میزان سرمایهگذاری لازم برای این امر مستلزم وقت بیشتری است .[4]
-3 موقعیت کشور ایران از نظر میزان دریافت انرژی خورشیدی
کشور ایران در بین مدارهای25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقهای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین ردهها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 کیلو وات ساعت بر متر مربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روز آفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است .[5]
-4 آثار زیست محیطی انرژی خورشید
آسمان ابری، شرایط بارانی و یا روزهایی که دارای نور آفتابی مناسب نباشند، میتوانند در میزان نور خورشیدی که به پانلهای خورشیدی میرسد، تاثیرگذار بوده و بر تولید انرژی اثرگذار باشد. همچنین انرژی خورشیدی را نمیتوان بدون حضور خورشید تولید نمود. این بدان معناست که این انرژی در طول شب قابل بهرهبرداری نیست، مگر آنکه به اندازه کافی درطول روز آنرا ذخیره نمود. انتشار آلودگی دراین روش قابل صرف نظرکردن میباشد، به علت آنکه هیچگونه سوختی سوزانده نمیشود. با اینحال فرایند ساخت، نصب و تخلیه نهایی بسیار بایستی کنترل شده باشد. نقطه ضعف اصلی انرژی خورشیدی هزینههای اولیه آن می باشد. پانلهای خورشیدی عمدتا به دلیل هزینه مواد و پیچیدگیهای طراحی نسبتا گران هستند .[6]
-5 مصرف انرژی در بخش مسکن ایران
در ایران، مصرف انرژی در بخش خانگی متکی به دو منبع انرژی یعنی گاز طبیعی و برق است. اگرچه گاز طبیعی، به عنوان سوخت نسبتا پاک به حساب میآید اما عواملی شامل رعایت نکردن اصول طراحی با توجه به اقلیم هر منطقه، استفاده از مصالح نامناسب و سنتی در هنگام ساخت، منابع ارزان انرژی و مصرف بیرویه و سایر عوامل موجب شده است سالانه میزان قابل توجهی از منابع انرژی کشور ایران تلف شود. بخش خانگی حدود % 38 از مصرف انرژی در ایران را به خود اختصاص دادهاند که این میزان شامل %35/2 تولید کل نفت خام، %53 از گاز طبیعی و %10/7 کل برق مصرفی است.
بنابر گزارشهای ارائه شده، ارزش مصرف انرژی در بخش خانگی در سال 2001 معادل 5/5 میلیارد دلار بوده و با توجه به روند کنونی مصرف، پیش بینی میشود این مقدار به 157/6 میلیارد دلار در سال 2020 برسد. اتلاف منابع علاوه بر هزینه های مالی، سالانه میلیونها دلار خسارات زیست محیطی و اجتماعی را به پیش روی دولت نهاده است. مرگ و میر سالانه هزاران نفر در اثر بیماریهای تنفسی ناشی از آلودگی شهرها، هزینه تعطیلی اجباری شهرهای بزرگ به دلیل آلودگی هوا، تغییر فصول، سیل، خشکسالی و مهاجرت روستانشینان به شهرها به دلیل خشکسالیهای طولانی از جمله هزینههایی است که علاوه بر اتلاف مستقیم سالانه میلیاردها دلار منابع انرژی دولت را با چالشهای بزرگی روبهرو کرده است .[7] -6 انرژیهای مورد نیاز ساختمان و فناوریهای خورشیدی انرژی خورشیدی در اشکال فعال یا غیر فعال قادر است تا مجموعهای از انرژیهای مورد نیاز ساختمان از جمله گرمایش، سرمایش، روشنایی، آب گرم مصرفی و برق را تامین کند.
- آب گرم مصرفی را میتوان با استفاده از حرارت فعال خورشیدی تولید کرد.
- گرمایش فضا و حرارت مورد نیاز را میتوان به راحتی از طریق پنجرهها - گلخانهای - تامین نمود.
- برق مورد نیاز لوازم برقی را میتوان از طریق ماژولهای فتوولتاییک تولید نمود.
- نور فضا باید تا آنجا که ممکن است از طریق نور منفعل خورشیدی - نور روز - و ماژولهای فتوولتائیک تامین گردد - شکل . - 1
-7 فناوریهای حرارتی خورشیدی
انرژی خورشید از طریق تابش به زمین منتقل میشود. پس برای استفاده باید تابش خورشید را به انرژیهای مورد نیاز تبدیل کرد. فناریهای انرژی خورشیدی برای کاربردهای مختلف ساختمان به دو روش فعال و یا غیر فعال مورد استفاده قرار میگیرد.
-1-7 سیستمهای خورشیدی فعال
کلکتور خورشیدی که خورشید منبع گرمایی آن بوده، عنصر اصلی در یک سیستم خورشیدی فعال است. در این میان اجزای مهم نوع کلکتور، سیستم ذخیرهسازی و در پی آن یک سیستم متناسب توزیع گرماست. تولید آب گرم مصرفی ساختمانها، از اقتصادیترین روش های استفاه از انرژی خورشیدی است. سادهترین سیستم آبگرمکن خورشیدی از یک گرد -آور و یک مخزن تشکیل میشود که آب یا سیال عامل، به علت اختلاف درجه حرارت به طور طبیعی و با استفاده از عمل ترموسیفون در آنها گردش میکند .[8]
-2-7 سیستم های خورشیدی غیر فعال
سیستمهای خورشیدی غیر فعال به سیستم هایی اطلاق می-شود که پس از تبدیل انرژی تابشی به انرژی حرارتی، کنترل جریان انرژی حاصله به روشهای طبیعی و بدون استفاده از هیچ گونه انرژی ثانویه با صرف انرژی بسیار کمی صورت میگیرد.
