مقاله ساخت بنای خورشیدی با رویکرد معماری خورشیدی

بخشی از مقاله

چکیده:

در زمانهای اخیر، خوشبختانه جهان، بطور فزایندهای متوجه پتانسیل قابل توجه انرژی خورشیدی بعنوان جایگزینی برای انرژی غیر قابل تجدید سوختهای فسیلی شده است. خورشید، یک منبع پاکیزه،نامحدود و تقریباً بیکران انرژی است که در هر ساعت، به اندازهی نیاز یک سال کل دنیا، انرژی تولید میکند. فناوریهای آزمایش شده قادرند تشعشعات آن را به گرما، الکتریسیته و حتی سرما تبدیل کنند و امروزه از نظر هزینهی قابل پرداخت نیز در دسترس هستند.

ساختمان خورشیدی تحت تاثیر از یک تکنولوژی با هدف استفاده از مفاهیم طبیعی برای رسیدن به راحتی در ساختمان بدون استفاده از دستگاه های مصنوعی است. فرضیه پیش روی ما این است که به وسیله طراحی صحیح میتوان پتانسیل های بالایی را در ساختمان های آینده برای بهره وری از انرژی و سازگاری بهتر با محیط زیست دانست. معماری خورشیدی ترکیبی از پانل ها با روشی مدرن برای رسیدن به یک ساختمان سازگار با محیط است.

استفاده از آبگرمن های خورشیدی فتوولتائیک مصالح کارآمد و همچنین استفاده ازجذب کننده های صفحه ای براق و غیر براق لوله های جمع کننده می توان به راحتی با کاهش هزینه ها بدون آسیب رساندن به محیط زیست به معماری پایدار دست یافت وتمامی این سیستم ها جذب انرژی خورشید را بالا می برند. معرفی تاریخچه ای از انرژی خورشیدی سیستم فعال و غیرفعال و انواع استفاده آن در ساختمان ومزایای طراحی این ساختمان ها همگی در این مقاله بررسی شده اند.

مقدمه:

قبل از رسیدن دوران انقلاب صنعتی واستفاده از انرژی های فسیلی انسان ها وابسته به آتش، خورشید، باد، آب، حیوانات و خویشتن برای پیشبرد امورشان بودند؛ اما با وارد شدن نفت و مشتقات نفتی سبک زندگی در میان انسان ها متفاوت شد، استفاده از آن در میان مردم به طور عمده شیوعافتی و مضافاً که این فرآورده به نظر تمام نشدنی وارزان قیمت می رسید. بعد از چندی محیط طبیعی به دلیل استفاده بیش از اندازه و عوارض استفاده نادرست از آن دچار آلودگی های فراوان و ایجاد محیطی ناسالم را فراهم آورد. روبرو شدن با اتمام این منابع بشررا وادار به شروع و کنکاش دراطراف خویش برای یافتن راه حل نمود.

در ابتدا برای پاسخگویی به نگرانی های روزافزون محیطی، به دنبال ارائه راه حل هایی برای رسیدن به معماری پایدار شروع به ساخت و ساز های معین و نوینی کردند و از آنجا که صنعت ساختمان نقش مهمی در حمایت از توسعه پایداردر بسیاری از کشورها را داشت سعی برآن شد، که این اهداف در جهت حفظ منابع انرژی و بهینه سازی از آن گام بردارند. پیشینه ی تحقیقات انجام شده در بسیاری از کشورهای صنعتی و توسعه یافته و همچنین در حال توسعه از جمله ایران که در حال انجام است می توان از موارد مورد بررسی شده عنوان مقاله ساختمان های خورشیدی حرکت به سوی معماری پایدار و همچنین مقالات متعددی درمورد $5&+,7 - 725 62/$5 در جای جای دنیا مطرح شده است و آقای دیوید رایت تحقیقات زیادی درمورد معماری خورشیدی انجام دادهاندضرورتاً.

این پژوهش استفاده از انرژی خورشید در سبک جدیدی به عنوان معماری خورشیدی درساختمان های که امروزه از آن به عنوان ساختمان های هوشمند یاد می شود در جهت کاهش اثرات گرم شدن کره زمین و هزینه های زیست محیطی و توسعه اقتصادی کمک شایانی میکند.وآموختن استفاده از انرژی مستقیم خورشید به صورت های گرمایشی، الکتریکی و شیمیایی. سوال پیش روی ما چگونه می توان یک ساختمان را با روش معماری خورشیدی طراحی کرد، که دارای انرژی های کارآمد و تعادل همه جنبه ی استفاده از انرژی را تشکیل دهد؟ چگونه می توان خانه های خورشیدی را با توجه به معماری خورشیدی طراحی کرد؟ روش تحقیق در این مقاله میدانی- کتابخانه ای است.

ساختمان های پایدار:

منظور از پایداری این است که ساختمان هم از لحاظ باطنی و هم از لحاظ ظاهری وجوهی را درمعماری ایجاد کند. معماری پایدار دارای اصول و قواعد خاص خود است که از جمله:

.1صرفه جویی در منابع

.2 طراحی بازگشت به چرخهی زندگی

.3طراحی برای انسان [1] مهمترین تعریفی که از پایداری در اجلاس ریو ارایه شده است:

- - توسعه ای از نیاز های کنونی بشر را بدون به مخاطره افکندن نیاز نسل های آینده وبرآورده ساخته و درآن به محیط زیست و نسل های فردا توجه شود - - . ساختمان محصول فرآیند پایان یک تصمیم گیری طراحی است که در ذهن یک معمار شروع می شود. این روند طراحی روندی بسیار پیچیده است که باید در ابتدا تعاملی بین پارامترهای طبیعت ورابطه فرم ساخته شده ایجاد کند. طرحی که بر مبنای طراحی پایدار بدون مخاطره انداختن محیط زیست و همچنین کم ک به توسعه پایدار برای پیشرفت اقتصادی انجام گیرد یک چالش برای خلاقیت نسل حاضر وآینده معماران است.

طبق آمار اتلاف انرژی در ایران این واقعیت نشانگر این است که مصرف بی رویه انرژی در ساختمان در بخش تجاری مسکونی بیش از سایر بخش هاست. ارزش سوخت مصرفی در سال -1381 1390بدون سهمیه سازی آن معادل 60/8 میلیارد ریال برآورد شده است که با صرفه جویی و کنترل در مصرف آن این رقم به 53/2 میلیارد دلار می رسد که در حدود 7/6 میلیارد صرفه جویی به همراه خواهد داشت .[2] ساختمان های پایدار اشاره به ساختمان هایی است که با ساختاری کاملا سازگار با محیط زیست و با استفاده از منابع کارآمد امری مهم در چرخه ی حفظ منابع و استفاده بهینه از انرژی های طبیعی را ایفا می کند.

استفاده از انرژی خورشیدی در دوران باستان: 2800سال قبل از میلاد مسیح ، جهت یابی خورشیدی یک مبنا برای طراحی ساختمان معبد مصریان محسوب می شد. اهرام بزرگ به گونه ای و در موقعیتی بنا می شدند که در طول سال تغییر در موقعیت زمین و خورشید را نشان دهند. معبد باشکوهی در دهکده ی "کارنک" واقع در جنوب مصر قرار دارد، که خدای خورشید، خدای آفتاب مصریان را مورد ستایش قرار می دهند.

پرتوهای خورشید به داخل ساختمان معبد نفوذ کرده و محیط را بسیار گرم می کند. در تابستان نور خورشید بطور مستقیم در تمام طول معبد می تابد و جلوه ی باشکوهی را ایجاد می کند. مسیر و پهنای نور خورشید با درب های تعبیه شده در طول راهرو قابل کم و یا زیاد شدن می باشد. و عمل کردی همانند - گشادگی - یا روزنه ی تلسکوپ دارد. 400 سال قبل از میلاد مسیح، سقراط از طراحی خورشیدی در ساخت سازه ها استفاده می کرد.

وی اشاره داشت که در ساختمان های رو به جنوب گرمای خورشید در فصول سرد سرسرای بنا را گرم و در فصول گرم آن را خنک می کند. استفاده از این اثر طبیعی توسط سقراط به " مگارون هووس " یا " خانه ی برزخی " معروف شد. می توان ادعا کرد که قرار گرفتن اتاق های امروزی بر اساس این منطق شکل گرفته و خود استدالی بر این اصل می باشد. در یونان باستان از پدیده ی تمرکز نور خورشید برای اهداف نظامی استفاده می شد. " آینه ی سوزان" که بسیار شفاف بود، توسط سربازان به گونهای مستقر می شد که نور خورشید را در کانون خود جذب و انرژی آن را بر روی هدف مورد نظر متمرکز می کرد .[3]

انرژی خورشیدی:

یکی از منابع سرشار و نامیرا انرژی حاصل از نورخورشید است. انرژی که از خورشید به زمین می رسد به عنوان تابش مستقیم منعکس می شود، این تابش مستقیم ترین وبالاترین سطح با زاویه صفر درجه می باشد، که اشعه عمود خورشید قابل استفاده ترین انرژی را فراهم می کند. درطراحی، معمار خورشید را به عنوان یک مشکل برای طراحی خود در نظر میگرفت اما، امروزه با شناخت بهتر و آشنایی با فواید خورشید می توان نتایج مطلوبی را از طراحی صحیح خورشیدی حاصل کرد .[4]

جمع آوری ذخیره سازی و توزیع انرژی خورشید:  انرژی حرارتی خورشیدی می تواند برای کاربردهای ساختمانی مختلف استفاده شود: گرمایش مستقیم یا غیر مستقیم فضا، تولید آب گرم خانگی، وهمچنین برای خنک کردن ساختمان نیز استفاده می شود. این انرژی را می توان به روش های مختلف، و با استفاده از فن آوری های مختلف جمع آوری نمود. - مستقیم، از طریق بخش های شفاف نمای ساختمان، انرژی گرفته شده در جرم خود ساختمان ذخیره می شود. از این سیستم تنها می توان برای گرم کردن فضا استفاده نمود، در معماری خورشیدی دو نوع سیستم وجود دارد: سیستم فعال و سیستم غیرفعال.

سیستم فعال:

در سیستم فعال استفاده از کلکتورهای خورشیدی لوله کشی و پمپ گردش آب برای انتقال انرژی خورشید این سیستم مستلزم سرمایه گذاری و نگهداری سنگینی است که با صرفه جویی در مصرف هزینه انرژی تامین می شود. در نتیجه چنین سیستم هایی را نمی توان از نظر اقتصادی در خانه مسکونی مستقل به کار برد .[5] در میان سیستم های فعال، دو خانواده اصلی را می توان با توجه به وسیله مورد استفاده برای حمل و نقل گرما شناسایی نمود: سیستم های جمع کننده هوا و سیستم های جمع کننده. هیدرولیکسیستم های هوا هزینههای پایین تری دارند، اما کارایی آنها نیز پایین تر از سیستمهای هیدرولیک می باشد، که عمدتاً به دلیل ظرفیت حرارتی کم هوا است.

دستاوردهای حرارتی خورشیدی به طور کلی بلافاصله و بدون ذخیره سازی، برای پیش گرم کردن هوای تازه مورد نیاز برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده میشوند. همچنین گرما می تواند با اجبار هوا به گردش در سنگ های بستر زیر زمین، یا با استفاده از هوای خورشیدی به عنوان منبع سرد در پمپ هوا / آب گرما ذخیره شود؛ چنین کاربردهایی بسیار گران، و بنابر این نادر است. مانند سیستمهای غیر فعال - منفعل - ، سیستم های هوا را تنها میتوان برای گرم کردن فضا استفاده کرد و دیگر، در اینجا، در نظر گرفته نخواهد شد .[6]

دریافت ایزوله: نظیر فضاهای خورشیدی تابش خورشید رادریک محفظه به طور انتخابی از طریق هدایت تابش همرفتی میتواند به بهینه فضاهای خانه باز یا بسته شود، جمع آوری میکند.[7] درشکل 2 سیستم جمع آوری دیوار خورشیدی - سمت چپ - . اصل کار سیستم جمع آوری هوا - سمت راست - . بر اساس تصویر ساخته شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده، آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی داخل شکل: سمت راست: هوای گرم شده، فضای اشغال شده و پر شده، جاذب سوراخ دار، سمت چپ: دیوار خورشیدی.

سیستم غیرفعال:

در معماری خورشیدی غیر فعال عبارت غنی شدن خورشیدی بهترین عبارت می باشد. ایده مبنا در این ساخت و ساز قرار گرفتن بهترین فرم و جهت گیری در شرایط اقلیمی،که از لحاظ شدت تابش و تغییرات فصلی و انتخاب مصالح برای بهره وری بهینه از انرژی خورشید را فراهم کند. سیستم غیرفعال به چند عامل بستگی دارد.

.1شرایط اقلیمی،

.2 روش استفاده ازانرژی خورشید،

.3 انتخاب مصالح،

.4 جهت گیری بنا.

1.    شرایط اقلیمی: دمای متوسط ماهیانه شرایط هندسی تابش مدت زمان تابش وسطح انرژی تابش.

2.    روش استفاده از انرژی خورشید: مستقیم و غیرمستقیم ایزوله.

3.    انتخاب مصالح: میزان قابلیت جذب سطح میزان قابلیت ذخیره گرمایی مصالح .

4.    جهت گیری بنا: فرمی هندسی انتخاب شود تا در زمستان بیشترین گرما را به داخل هدایت کرده و ذخیره می کند .[7] سیستم کسب مستقیم: از طریق پنجرها وارد می شود وفضای داخل منزل را گرم می کند به طور کلی مساحت شیشه در کسب مستقیم باید حداقل 0/07 مساحت خانه باشد و از 12 تجاوز نکند. سیستم کسب غیرمستقیم: با بکارگیری مصالح عایق حرارتی دیوار ترومپ تابش خورشید جمع آوری و ذخیره می شود.

طراحی خانه های خورشیدی برمبنای انرژی خورشیدی: ساختمان هایی که در شرایط اقلیمی قرار دارند که می توان از آنها به بهترین نحو از انرژی خورشیدی بهره برد. میتوان بهترین بهره برداری بهینه را از انرژی به دست آورد. بیشترین میزان برجریان انرژی درگرمایش و سرمایش است که از همین طریق می توان، درکاهش مصرف تهویه فضا، تولید برق، تولید گرما و مصرف آب را در نظر قرارداد.

درطراحی خانه برمبنای انرژی خورشیدی پارامترهایی خاص از جمله نوع سطح، جهت گیری بازشوها سطح دیوار مشرف به خورشید و همه سطوح دیوار ساختمان به وسیله جهت گیری و موقعیت سایت نسبت به پنجره به دیوار برای کنترل مقدار دریافت تابش خورشید به درون فضا مد نظر طراحان قرار خواهد گرفت .[7] مزایای طراحی این ساختمان ها: راحتی، اقتصادی بودن، دوام و پایداری، جذابیت تطبیق پذیری محیطی.

راحتی: خانه های خورشیدی در زمستان گرم و تابستان خنک هستند.

اقتصادی بودن: صاحبان خانه ها برگشت سرمایه ممتازی دارند. دوام و پایداری: خانه های خورشیدی از مصالح با عمر طولانی، هزینه نگهداری پایین ساخته می شوند.

جذابیت: خانه های خورشیدی آکنده از نور هستند و خیلی خوب با خارج از منزل مرتبط هستند.

تطبیق پذیری محیطی : خانه های خورشیدی استفاده موثر از منابع انرژی را باعث می شود .[7]

انرژیهای مورد نیاز ساختمان و فناوریهای خورشیدی در دسترس: انرژی خورشیدی، در شکل فعال یا غیر فعال خود، قادر است تمامی انواع انرژیهای مورد نیاز یک ساختمان را تأمین کند: روشنائی و گرمای فضا، آب گرم خانگی، الکتریسیته و اخیراً سرمایش فضا.