بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به بحران انرژی در سال های اخیر و افزایش روز افزون سوختهای فسیلی به عنوان منابع محدود انرژی و تاثیر آن برمحیط زیست کشورهای جهان را برآن داشته که با مسائل مربوط به انرژی برخوردی متفاوت نمایند. براین اساس استفاده بهینه از انرژی های تجدیرپذیر امری ضروری شمرده می شود که مهم ترین آن انرژی خورشیدی می باشد با توجه به موقعیت کشور از نظر جذب انرژی خورشیدی با استفاده از تکنولوژی های نوین طراحی انرژی خورشیدی و طراحی اقلیمی می توان مصرف انرژی را به طور قابل ملاحظه ای کاهش داد و در نتیجه هرچه بیشتر از مقدار انرژی های مصرفی در ساختمان بکاهیم و به این وسیله به سمت توسعه پایدار پیش می رویم که با نیازهای نسل امروز منطبق بوده و تامین نیازهای نسل فردا را به خطر نمی اندازد در مقاله حاضر سعی برآن است تا پس از بررسی کاربرد انرژی خورشیدی در ساختمان به منظور بهینه سازی در معماری پایدار و معرفی راهکارهای اجرایی در طراحی خانه های خورشیدی و راهکارهای اجرایی در طراحی نیز به منظور صرفه جویی انرژی در ساختمان ارائه شده است.
کلمات کلیدی: بهینه سازی مصرف انرژی، سامانه خورشیدی، طراحی پایدار
.1 مقدمه
با توجه به پایان پذیر بودن منابع غیر طبیعی لازم است بسیارجدی تر و بیشتر از گذشته به استفاده علمی از انرژی های طبیعی تجدید پذیر توجه کرده و به دنبال طرح های نوینی بخصوص در ساختمان سازی باشیم. هرچه بیشتر از مقدار انرژی های مصرفی در ساختمان بکاهیم و به این وسیله به سمت توسعه پایدار پیش می رویم که با نیازهای نسل امروز منطبق بوده و تامین نیازهای نسل فردا را به خطر نمی اندازد. با توجه به اینکه تامین نیازهای گرمایشی و سرمایشی توسط انرژی های تجدید پذیر یکی از اهداف معماری پایدار است با حرکت به سمت طراحی ساختمانهای خورشیدی گامی مهم در جهت توسعه پایدار برمی داریم و از وابستگی به سوختهای فسیلی فاصله می گیریم. استفاده از سامانه ها ایستا از کار آمدترین روشهایی است که در طراحی ساختمان ها خورشیدی به کار گرفته می شود سامانه های ایستا وابسته به جریان طبیعی انرژی ها تجدید پذیر می باشند که میان و اطراف بنا وجود دارند و بدون نیاز به انرژی فسیلی یا نیروی مکانیکی ایجاد آسایش می نمایند. این سامانه ها در جهت صرفه جویی در مصرف انرژی های تجدید ناپذیر موجود و تقلیل تاثیرات محیطی آنها مورد استفاده بوده و دارای عملکردی سرمایشی و گرمایشی هستند.
.2 انواع سامانه خورشیدی
سامانه های خورشیدی به دو دسته سامانه پویا و ایستا تقسیم می گردند. سامانه خورشیدی پویا به سامانه های اطلاق می گردد که برای دریافت و انتقال انرژی در آنها از دیگر سامانه های انرژی چون سامانه های مکانیکی و الکتریکی استفاده می شود. سامانه خورشیدی ایستا سامانه ای است که در آن دریافت و انتقال خورشیدی از سایر انرژی ها استفاده نمی شود و در واقع عناصر ساختمانی خود بعنوان المانهای دریافت و جذب و پخش انرژی عمل می نمایند. در این سامانه جمع آوری نور و گرمای خورشیدی بدون دخالت هیچ تجهیزات یا ابزاری متحرکی صورت می گیرد.
.3 سامانه های ایستا
سامانه های خورشیدی ایستا به 6 دسته کلی تقسیم می شوند که بدین ترتیبند:
.1-3 پنجره آفتابی
سامانه پنجره آفتابی به پنجره ای اطلاق می گردد که در نمای جنوبی ساختمان قرار دارد و نور خورشید از طریق آن مستقیماً به فضای داخلی راه می یابد. دراین سامانه فضای زندگی خود بعنوان دریافت کننده انرژی عمل می نماید.
.2-3 دیوار ترومپ
دیوار نرومب وظیفه جمع آوری و ذخیره گرما را به شیوه غیر مستقیم برعهده دارد انرژی خارج شده از خورشید به تودهای از مصالح که واسط بین فضای داخلی و منبع انرژی است برخورد کرده و جذب آن گشته به فضاهای داخلی انتقال می یابد این واسطه در دیوار ترومپ از مصالحی است که خاصیت انباشت حرارت در درون خود دارند و با مقدار فاصله از شیشه قرار می گیرند.
.3-3 دیوار آبی
دیوار آبی نیز انواع سامانه های ایستا به روش غیر مستقیم است در دیوار آبی بجای مصالح توپر ساختمان بعنوان توده انباشت حرارت، از مایعاتی چون آب استفاده می شود سیستم دیوار آب بنائی یکی است ولی دیوار آبی بطریق جابجائی و دیوار بنائی بطریق هدایت حرارت را منتقل می کند . سطح خارج سیاه و مات - کدر - بوده و حرارت جذب شده توسط آن باعث گرم شدن آن و گرمای آن هم سبب گرم شدن آب می گردد. حرکت و جابجایی آب سبب انتقال حرارت به داخل دیوار شده و دیوار نیز وسیله تشعشع هوای داخلی را گرم می کند دیوارهای جذب و انباشت چه دیوار آبی و چه دیواربنائی در هر دو حالت دارای یک جدار شیشه ای در قسمت جنوبی ساختمان هستندکه دیوار مورد نظر در پشت این جداره قرار دارد.
.4-3 بام آبی
بام آبی شبیه به دیوارهای انباشته حرارتی است و از کیسه های پر از آب تشکیل شده که روی کف بام قرار گرفته اند و مستقیماً در معرض نور خورشید قراردارند و به جمع آوری ذخیره و پخش گرما می پردازند بطور کلی دربام آبی چهار المان اصلی سامانه ایستا در روی تجهیزات بام قرار دارند.
.5-3 گلخانه
گلخانه یک فضای اتاق شیشه ای است که بطور مجزا عمل کرده و در دیوار جنوبی ساختمان با کشیدگی شرقی، غربی قرار می گیرد. بطور کلی گلخانه در ایجاد فضایی دلپذیر برای برای ساکنین و برای رشد گیاهان طراحی می گردد همچنین باعث ایجاد حد فاصلی بین هوای بیرون با درون برای حفاظت پوسته خارجی ساختمان از اختلاف دمای بسیار بالا در طول شبانه روزی و همچنین ایجاد گرمای اضافی و انتقال آن به اتاقهای مجاور گلخانه موثر است.
شیشه های دوجداره و یا پلاستیک شفاف جهت گلخانه مناسب هستند دیوار بین گلخانه و فضای اتاق باید با ظرفیت حرارتی بالا باشد. با طراحی خوب تمامی تشعشات وارده به گلخانه به حرارت تبدیل خواهد شد و دراین صورت بازدهی حرارتی 60 الی 75 درصد در زمستان است و مقدار حرارت منتقل شده به اتاقها 10 الی 30 درصد انرژی تابشی است که با اضافه کدن سیستم انباشت کننده این مقدار بیشتر می شود.
.6-3 ترموسیفون
این سامانه نیز بطور مجزا عمل جذب و دفع انرژی را انجام می دهد و در آن به جای فضای آفتابگیر و مخزنی از مایع، توده سنگی وجود دارد که جذب کننده و ذخیره کننده سامانه است و معمولاض در فضای اصلی داخلی قرار دارد و توسط کانالهایی با سطح دریافت کننده و فضای داخلی ارتباط دارد.
.4 مزایای شیوه های غیر فعال خورشیدی
مزایای شیوه های غیرفعال خورشیدی به شرح زیر می باشد.
· این شیوه باعث صرفه جویی زیادی در هزینه گرمایش خانه شده و به راحتی قابل تطبیق با ساختمان می باشد و جزئی از سفت کاری بنا محسوب می شود این سیستم اجزاء مکانیکی والکتریکی توام با استهلاک را ندارد ودارای عمری دراز می باشد از جمله عدم ایجاد صدا، دود و عدم نیاز به لوله کشی از موارد آن است.
· دیگر مزیت این سیستم، نگهداری حرارت در سطح کف اتاق است در حالیکه در دیگر سیستم های غیر طبیعی اختلاف زیادی بین هوای کف و هوای بالای اتاق وجود دارد.
5. سامانه های پویا
از سامانه های پویای خورشیدی می توان آب گرمکنهای خورشیدی، لوله های خلاو پانل تخت را نام برد.
.1-5 آب گرمکن خورشیدی خانگی
از یک، دو یا سه کلکتور برای دریافت انرژی خورشیدی و یک منبع ذخیره آن تشکیل شده است. آب سرد شهر وارد یک منبع دوجدار - در برخی موارد آب شهر بصورت مستقیم توسط تابش خورشید گرم می شود - شده که در جداره دوم آن آب یا سیال دیگر که در کلکتور گرم شده جریان دارد. در این منبع تبادل حرارتی اتفاق افتاده و آب گرم تولید می شود.معمولاً در اغلب سیستم های خورشیدی جریان سیال از کلکتور به منبع توسط خاصیت ترموسیون حرکت طبیعی سیال گرم به بالا اتفاق می افتد درایت سیستم های نیازی به پمپ نبوده و سیستم بدون انرژی برق یا گاز عمل می کند لازم به توضیح است که این آب گرمکن ها قابل استفاده در ادارات و ساختمان های عمومی در مقیاس های متناسب می باشند آب گرمکن خورشیدی عمومی براساس مقدار نیاز آبگرم مصرفی طراحی می شود و معمولاٌ شامل تعدادی کلکتور می باشد که به صورت سری یا موازی به هم متصل شده اند این کلکتورها آب یک یا چند منبع را گرم می کنند تا برای استفاده در حمام یا مصارف عمومی دیگر مصرف شود.
2-5لوله. های خلاً
عامل جذب کننده داخل لوله خلا تشعشع خورشید را جذب و مایع داخل آن را گرم می کند این عمل مانند پانل خورشیدی است تشعشات اضافی از صفحه انعکاس نور واقع در پشت لوله ها جذب می شود زاویه تابش خورشید در هرجهت باشد شکل مدور لوله خلا باعث می شود نور خورشید به طور مستقیم به عامل جذب کننده برسد حتی در روزهای ابری وقتی که نور خورشید از زوایه های مختلف می آید کلکتور لوله خلا می تواند بسیار فعال باشد.
.3-5 کلکتور خورشیدی با پانل تخت
این کلکتور شامل جعبهایی با پوشش شیشه ای است که مانند سقفی نصب می شود دراین جعبه تعداد لوله مسی با بال های مسی متصل به ان ها وجود دارد و سطح آن با ماده سیاهرنگ که برای جذب اشعه خورشید طراحی شده است پوشش داده می شود اشعه خورشیدی مخلوطی از آب و ضد یخ را گرم می کند که از کلکتور به آبگرمکن موجود در زیر زمین در گردش است.
.6 مزایای شیوه های غیر فعال خورشیدی
راههای بهره گیری بیشتر از انرژی خورشیدی در ساختمان های طراحی شده به شرح زیر می باشد.
