بخشی از مقاله
چکیده
بکارگیری ساده فنآوریهای نوین جهت استفاده از انرژی خورشیدی در مناطق مختلف ایران با توجه به پتانسیلهای اقلیمی موجود در آن، بهعنوان یک منبع مفید، سالم و بیخطر انرژی برای تامین سرمایش و گرمایش ساختمان، از کاربردیترین و مقرون به صرفهترین روشهای استفاده از انرژیهای تجدیدشونده در جهان امروزی است، به همین دلیل، در ایران متخصصان عرصه صنعت، در حال سرمایه گذاری کلان در این راستا میباشند.
لذا در این مقاله با مطالعه اسنادی و تحلیل و بررسیهای صورت گرفته سعی در مطالعه دقیق بر روی چگونگی به کارگیری سیستمهای غیرفعال خورشیدی و نحوهی عملکرد آنها در جهت بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها داشته است. و این نتیجه حاصل گردید که؛ با توجه به وضعیت آب و هوایی ایران و میزان تابش اشعه خورشیدی می توان با تبادل حرارتی، با استفاده از سیستمهای غیر فعال خورشیدی در جهت حفظ و مصرف بهینه انرژی بهمنظور برنامهریزی برای فردایی بهتر سرمایهگذاری نمود.
-1 مقدمه
زمینی که در دستان بشریت بوده و هست، دارای منابع بسیار زیادی از انرژیهای تجدیدپذیر است. به طور مثال انرژی خورشیدی که بر زمین میتابد، آنقدر زیاد است که در مقایسه با انرژی نهفته در ذخایر زغال سنگ، گاز و نفت کره زمین، معادل 20 روز تابش خورشید است.[1] با توجه به کاهش منابع سوختهای فسیلی و همچنین آلودگیهای زیستمحیطی ناشی از این نوع انرژی توجه جهانیان به سوی استفاده از انرژی های طبیعی جلب شده است. در این میان، انرژی خورشیدی از اهمیت بالایی برخوردار است لذا کشور ایران نیز، از نظر بهرهوری از این نعمت خدادادی در شرایط ایده آلی به سر میبرد.
در همین راستا تامین انرژی یکی از مهمترین مباحث اقتصادی دنیا میباشد که با توجه به افزایش روزافزون قیمت انرژیهای فسیلی و مسائل فنی و حاشیهای انرژی اتمی، رویکرد به انرژیهای نو توسعه زیادی یافته است. از میان انرژیهای نو، انرژی خورشید با مزایای منحصر جایگاه ویژه دارد. خورشید بهعنوان منبع عظیم انرژی رایگان و تمام نشدنی تقریبا در تمام نقاط جهان قابل دریافت میباشد که عدم آلایندگی محیط زیست و عدم نیاز به دستگاههای با قطعات متحرک مزایای استفاده از این انرژی میباشد.[2]یکی از مصارف عمدهی انرژی، گرمایش و سرمایش خانهها میباشد. در کشور ایران، سهم این انرژی مصر فی حدود 40 درصد است. این مقدار بر طبق برخی منابع2/ 5 [3] برابر و بر طبق آماری دیگر 3 تا 5 بربابر دیگر کشورهای صنعتی است. بنابر این نیاز به استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان منبع انرژی در ساختمانهای امروزی بدیهی به نظر میرسد.
زیرا که با جایگزینی انرژی خورشیدی به عنوان عامل اصلی طراحی، حتی تاثیر کوچک در صرفهجویی انرژی در هر خانه، باعث صرفه جویی بسیار در کل پروژه و در نهایت کل شهر خواهد شد. بنابر این طراحی اقلیمی بر اساس خورشید، رویکرد مهمی در طراحی ساختمان و به ویژه مساکن خواهد بود. برای دستیابی به گرمای گفته شده، دو سیستم کلی وجود دارد: یکی سیستمهای غیرفعال خورشیدی - ایستا - ، دیگری سیستمهای فعال خورشیدی - پویا - . در حقیقت طبقهبندی این سیستم با توجه به استفاده یا عدم استفاده از تجهیزات مکانیکی در گرمایش و سرمایش فضای داخل است.
-2 سامانههای حرارتی خورشیدی در ساختمان
سامانههای حرارتی خورشیدی برای کنترل انرژی حرارتی خورشیدی به دو دسته سامانه های پویایا فعال - active - و ایستا یا غیرفعال - passive - تقسیم میگردند. سامانه خورشیدی پویا به سامانهای اطلاق میگردد که برای دریافت و انتقال انرژی در آنها از دیگر سامانههای انرژی چون سامانههای مکانیکی و الکتریکی استفاده میشود. سامانه خورشیدی ایستا سامانهای است که در ان برای دریافت و انتفال انرژی خورشیدی از سایر انرژیها استفاده نمیشود و در واقع عناصر ساختمانی خود به عنوان المانهای دریافت و جذب و پخش انرژی عمل مینمایند. در این سامانه جمع آوری نور و گرمای خورشید بدون دخالت هیچ تجهیزات یا ابزار متحرکی صورت میگیرد.[4]
-1-2 انرژی غیرفعال خورشیدی
عمومی ترین تعریف یک سیستم سرمایش و گرمایش خورشیدی غیر فعال این است که جریان های انرژی حرارتی در آن به صورت های طبیعی همچون تابش و هدایت صورت می پذیرد. در اصل ساختار یک بنایا عناصری چند از آن، خود تشکیل دهنده ی سیستم می باشد .[5] پس ساختمان باید به گونه ای طراحی شود که نیازهای گرمایش، سرمایش و نوررسانی در آنها به صورت طبیعی و و همساز با اقلیم تامین گردد.
[6] بنابراین پیشبینی استفاده از انرژی خورشیدی غیر فعال بر خلاف نوع فعال باید در هر قدم از طراحی ساختمان اعمال شود، زیرا یک ساختمان و اغلب عناصر آن خود تشکیل دهندهی سیستم غیر فعال میباشد . نظر به اینکه سیستمهای گرمایش فعال خورشیدی یا مرسوم میتواند بعد از طراحی به آن اضافه شود، اضافه کردن یک سیستم غیر فعال به ساختمانی که قبلا طراحی شده مشکل خواهد بود.[5] بنابراین طراحی غیر فعال یک ساختمان، نیاز به طراحی کام به گام کلیات و جزئیات ساختمان دارد.
از طرفی استفاده از سیستم غیر فعال خورشیدی باعث کاهش صورت حساب مصرف انرژی، تا 75 درصد میشود، این در حالیست که میزان هزینهی ساخت را تنها 5 تا 10 درصد افزایش می دهد.[6] از مزیتهای دیگر این سیستمها که هم در فکر و هم در عمل ساده هستند، میتوان به اجزای ثابت و یا کم تحرک اشاره کرد که نیاز به نگهداری اندک یا ناچیزی دارند. همچنین این سیستمها نیاز به هیچگونه انرژی ورودی خارجی نداشته و از این رو مولد آلودگی حرارتی نبوده و ضایعاتی در پی نخواهند داشت.
به صورت کلی در هر سیستم گرمایش خورشیدی غیر فعال دو عنصر اساسی وجود دارد: شیشه - یا پلاستیک شفاف - رو به جنوب برای گردآوری خورشیدی - کالکتور - ، و تودهی حرارتی به منظور جذب، ذخیره و توزیع گرما عنصر ذخیره ساز انرژی - .[7] در ادامه برای درک بهتر سیستم غیر فعال، ابتدا به شرح پدیده گلخانهای پرداخته شده و سپس سه روش کلی جذب انرژی خورشیدی، یعنی دریافت مستقیم، غیر مستقیم و مجزا به صورت کلی بررسی و از روش مستقیم و جدا، کاربردیترین آنها تشریح خواهد شد.
-1-1-2اثر گلخانهای
یک سطح شیشهای در معرض خورشید توصیف میشود. این افزایش دما دبه دو دلیل صورت می گیرد: -1 انتقال حرارت خورشید به فضای داخلی از طریق سطح شیشه. -2جلو گیری از به هدر رفتن حرارت - از طریق جابجایی به خارج - .[8] در حقیقت نور خورشید با امواج کوتاه از شیشه عبور کرده و داخل فضای مورد نظر میگردد. این امواج پس از تابیده شدن بر روی سطوح داخلی، آنها را گرم کرده و موجب انتشار امواج با طول موج بلند می شوند. این امواج دیگر قادر به عبور از شیشه نبوده و در داخل فضا حبس میشوند که به این امر، پدیدهی گلخانهای گفته می شود.[6] مثال خوب این اثر، گرمای ایجاد شده در یک اتومبیلی است که مدت چند ساعت در معرض آفتای قرار گرفته باشد - شکل.[5] - 1
-2-1-2 دریافت مستقیم
سادهترین و اولین روش استفاده از انرژی خورشیدی، جذب مستقیم است. در اینجا نیز همانند بسیاری از روشهای دریافت خورشیدی، از پدیدهی گلخانهای، یعنی گرفتن پرتوهای نور با طول موج کوتاه و ساطع کردن پرتوهایی با طول موج بلند استفاده میشود. در حقیقت هر پنجرهای رو به جنوب که به فضای زندگی متصل باشد و آفتاب مستقیم وارد آن شده و جسمی را با جرم حرارتی زیاد گرم کند میتوان یک سامانهی دریافت مستقیم دانست .[3] این در حالیست که پنجرههای واقع در جهات دیگر، بیش از آنکه گرما را جذب کنند، در زمستان گرما از دست داده و باعث افزایش هزینه ی گرمایش می شوند - شکل.[7] - 2 مطابق شکل 3، دریافت مستقیم را میتوان به 5 گروه تقسیم کرد. در اینجا، کاربردیترین و سادهترین نوع این روش، یعنی نوع »بدون پراکندگی نوری« میباشد که در ادامه شرح داده میشود.
