مقاله شناخت جایگاه بهره گیری از انرژی خورشیدی در حرفه ساختمان نمونه موردی ( عمارت خورشید –ماه ، دزهو ، چین )

بخشی از مقاله

شناخت جايگاه بهره گيري از انرژي خورشيدي در حرفه ساختمان نمونه موردي (عمارت خورشيد –ماه ، دزهو، چين )
چکيده :
استفاده از تکنولوژي هاي مربوط به بهره گيري از انرژي هاي تجديدپذير- از جمله انرژي خورشيدي - در حرفه ساختمان ، قدمتي بيش از يک قرن ندارد؛ با اين حال چنين تکنولوژي هايي - بعد از يک دوره افول به دليل بالا بودن هزينه اوليه اين سيستمها نسبت به سيستمهاي مصرف کننده سوخت فسيلي - در عصر حاضر به سرعت در حال پيشرفت است . کشور چين از جمله کشورهائي ست که تا چند سال پيش ، جزء رتبه هاي نخست در ميان کشورهاي آلوده کننده جهان محسوب مي شد، اما اکنون يکي از سردمداران استفاده از انرژي خورشيدي در سطح جهان شده است . بزرگترين بناي خورشيدي جهان در ۲۷ نوامبر سال ۲۰۰۹ در منطقه دزهو ( ايالت شانگدون در شمال غرب چين ) به بهره برداري رسيد و ميزبان برگزاري چهارمين دوره مجمع عمومي شهر خورشيدي در سال ۲۰۱۲ قرار گرفت . گروه انرژي خورشيدي هيمين (Himin) که بزرگترين شرکت طراح و توليد کننده تکنولوژي هاي خورشيدي در اين کشور است ، پيشرفته ترين دستاورد هاي خود را در عمارت خورشيد ̃nماه به منصه ظهور رسانده است . آشنا شدن با راهکار ها و تکنولوژي هاي به کار رفته در اين عمارت بي نظير و الگو قرا دادن ايده هاي زمينه ساز آنها، ابتدايي ترين کاري است که مي توان در جهت رشد بهره گيري از انرژي تجديدپذير خورشيد در جامعه کنوني ايران - به ويژه در زمينه ساختمان سازي - انجام داد؛ اما هدف اين نوشتار، ارزيابي جايگاه اين روشها در فرايند طراحي و ساخت بناهايي با رويکرد «پايدار» است . بناي خورشيد -ماه به عنوان يک تجربه عملي موفق در طراحي و ساخت چنين ساختمانهايي در اينجا مطرح شده است . با اين مقصود، در آغاز بحث به معرفي عمومي عمارت خورشيد -ماه پرداخته و در ادامه راهکارها و تکنولوژي هاي به کار رفته در راستاي بهره گيري از انرژي خورشيد در اين بنا را، در دو بخش روشهاي انفعالي و فعال ، توضيح مي دهيم . مطالب ارائه شده در اين بحث ، ترجمه مباحثي است که در سايتهاي اينترنتي مربوط به اين عمارت و شرکت سازنده آن عنوان شده است . شناخت اين روشها به ما نشان خواهد داد که توجه به بهره گيري از انرژي خورشيدي در تمامي مراحل تصميم گيري در مورد طراحي و ساخت يک بنا- و نه صرفا در بخش مربوط به تاسيسات -تاثير گذار بوده و متقابلا نيز از آنها تاثير مي پذيرد. در پايان چشم انداز آينده عمارت خورشيد- ماه که شکل گيري يک دهکده خورشيدي پيرامون آن است ، به طور خلاصه بيان مي شود.
واژگان کليدي :انرژي خورشيدي ، عمارت خورشيد -ماه ، معماري سبز ،تکنولوژي خورشيدي .

مقدمه :
در زمان حاضر بر کمتر کسي پوشيده است که ذخايرسوخت فسيلي در غالب نقاط کره زمين رو به اتمام بوده و مصرف بي رويه اين نوع سوختها اثرات جوي جبران ناپذيري بر جاي گذاشته است . در چنين شرايطي تمام ابناء بشر، آشکار يا پنهان ، اذعان دارند که اين روند بايد به هر طريق ممکن متوقف شود، چرا که در اين صورت ادامه حيات بشر با مشکلات جدي روبرو خواهد شد.
تا چند دهه قبل در کشور ما، بحث صرفه جويي در مصرف انرژي هاي فسيلي به عنوان تنها راهکار مناسب براي مقابله با مشکل کمبود اين ذخاير - به ويژه در زمينه ساختمان -مطرح بوده است ؛ اما اکنون ديگر اين روش به تنهايي چاره ساز نيست . رشد بي رويه جمعيت و روند مصرف گرايي جامعه ، از سد صرفه جويي به راحتي عبور کرده و آينده مردم را با جديت تهديد مي کند. تنها راه باقي مانده را بايد در بهره گيري از منابع انرژي تجديد پذير، از جمله انرژي بي پايان خورشيد ، جستجو نمود. خوشبختانه اين رويکرد در کشور ما به دليل شرايط جغرافيايي و اقليمي مناسب ، در غالب استان ها به تدريج جاي خود را باز مي کند، اما بالا رفتن سرعت پذيرش آن از سوي مردم منوط به آگاهي بخشيدن به آنها و تصوير کردن نمونه هاي عملي متعدد از چنين ساخت و سازهايي در سطح کشور است . بديهي است که رشد اين صنايع در ايران ، علاوه بر کاهش عظيم هزينه هاي توليد و نصب اين تکنولوژي ها در دراز مدت ، زمينه ساز رشد اقتصادي و افزايش ميزان اشتغال نيز خواهد بود.
تحقق اين رويا چندان دور از واقعيت نيست ، چرا که کشور آسيايي چين با سابقه آلودگي و کمبود منابع سوخت فسيلي که بي شباهت به وضع فعلي جامعه ما نيست ، توانسته است در زماني کوتاه به پيشرفت هاي قابل توجهي در اين زمينه نائل شود و بزرگترين بناي خورشيدي جهان را در منطقه اي که پيش از آن جزء مناطق صنعتي و آلوده کننده اين کشور محسوب مي شد، احداث نمايد. آشنايي با اين بنا و تکنولوژي هاي به کار رفته در ساختار آن مي تواند براي صنعت ساخت و ساز فعلي ما الگوي مناسبي باشد.
١- عمارت خورشيد –ماه ( moon mansion –sun ):
عمارت خورشيد ̃nماه ، بزرگترين بناي اداري بلند مرتبه در دنياست که تنها با استفاده از انرژي خورشيدي ادامه حيات مي دهد. محدوده اين ساختمان در حدود ۷۵۰۰۰ متر مربع است وعملکرد هاي متعددي از جمله مراکز نمايشگاهي ، پژوهشگاه هاي علمي ، بخش هاي اداري ، سالن هاي کنفرانس ، سالن هاي ورزشي و يک هتل را در خود جاي داده است . اين بنا که با چشم انداز حفاظت انرژي ، انسانيت ، اکولوژي و به روز بودن (مدرنيته ) طراحي شده است ، استاندارد
۵ستاره معماري سبز را از آن خود کرده است . [۱-سايت اينترنتي China solar valley]'
سازه دو تکه اين بنا به صورت يک کمان شيب دار در قوس شمالي و يک کمان کوچکتر در بخش جنوبي است . رنگ سفيد ساختمان معرف انرژي پاک است . ايده شکل عمارت نه تنها برگرفته از شخصيت تصويري خورشيد و ماه و يادآور جايگاه اسطوره اي اين عناصر در تمدن شرق ، بلکه تداعي کننده يک ساعت آفتابي غول پيکر است که اشاره به پيشروي سريع زمان و فوريت جانشيني انرژي هاي پاک دارد. همچنين به دليل شباهت شکل بيروني سازه آن به استاديوم لانه پرنده در شهر بيجين ، اين عمارت با عنوان « لانه پرنده خورشيدي » نيز شهرت يافته است . [۲- سايت اينترنتي explaning china to the world ̃China today n](شکل شماره١)

شکل شماره ١: عمارت خورشيد –ماه واقع در منطقه دزهو در چين
٢- روشهاي بهره گيري از انرژي خورشيدي در عمارت خورشيد –ماه :
عمارت خورشيد ̃nماه نيز مانند ساير بناهاي خورشيدي از دو روش انفعالي و فعال در جهت حفظ ، ذخيره و مصرف انرژي خورشيد، بهره برده است .
٢-١- روشهاي انفعالي بهره گيري از انرژي خورشيدي :
از جمله روشهاي انفعالي مورد استفاده در اين ساختمان ، استفاده از عايق هاي حرارتي ويژه در پوشش خارجي ، استفاده از مصالح جاذب و تکنولوژي هاي ذخيره انرژي ، [۱- سايت اينترنتي China solar valley] طراحي فضاهاي خورشيدي (گلخانه ها ) و .... است که هر يک به تفصيل شرح داده مي شوند. ۲
٢-١-١- عايق بندي جداره ها :
در بناي خورشيد -ماه ، به منظور عايق بندي جداره هاي بسته خارجي (بام و ديوار ها) از تخته هاي ايزولاسيون پلي استايرن استفاده شده که بسيار کلفت تر از استاندارد ملي فعلي هستند. اين صفحات به خوبي از هر گونه جابجايي حرارت جلوگيري کرده و نرخ استاندارد ذخيره انرژي را تا ۳۰% بالا برده اند. [۱- سايت اينترنتي China solar valley]
٢-١-٢- شيشه هاي ذخيره کننده انرژي وينپين ( WINPIN):
در کليه سطوح شيشه اي اين عمارت ، اعم از درها، پنجره ها، نورگير هاي سقفي ، ديوار هاي شفاف و ...، از شيشه هاي ذخيره کننده انرژي وينپين استفاده شده است . اين روش نيز ميزان انتقال حرارت را به نصف استاندارد ملي کاهش داده است . [سايت اينترنتي China solar valley] اين صفحات از سه لايه شيشه با گاز آرگون در ميان آن ساخته شده و پوشش داخلي شيشه آن از جنس کم انتقال دهنده (low-emissive )است . همچنين در توليد اين شيشه تا سه بار درز گيري اتفاق مي افتد که دو بار پيش از پر کردن با آرگون و يک بار پس از آن ، به وسيله ماشين لاستيک ترکيبي ( bicomponent gum machine) صورت مي گيرد.[۳- سايت اينترنتي Focus on sustainabilitySolar Hi-min] در نتيجه ميزان ذخيره انرژي در شيشه هاي وينپين تا حدود ۷۵% بيشتر از شيشه هاي معمولي است . [۴- سايت اينترنتي bizrice](شکل شماره ٢)
براي مطالعه بيشتر در خصوص ديگر روشهاي انفعالي مي توانيد به کتاب « اصول و کاربرد انرژي خورشيدي » تاليف اصغر حاج سقطي و کتاب «انرژي خورشيدي ، زمين گرمايي و ساير منابع انرژي پاک » تاليف سيد رضا رفيعي طباطبايي مراجعه کنيد.

شکل شماره ٢: مقطع سه لايه در شيشه هاي وينپين
از مزاياي عمومي شيشه winpin مي توان به عايق حرارت ، عايق رطوبت ، عايق صوت ( پايين آوردن فرکانس صدا تا ۳۶ دسي بل ) ضد ميعان و تبخير ، ضد يخ زدگي تا دماي ۴۰- درجه و ضد تابش ماوراء بنفش بودن ( از طول موج ۴.۵ تا ۲۵) تا ۹۰% ، اشاره کرد. مزاياي ويژه اين شيشه نيز پايداري بالا ، حفاظت در برابر دماي بالا ، عبور بالاي نور معمولي ( براي ديدن ) تا ۸۰% و پايين بودن نرخ تابش گرما ( در حدود ۱۰% ) است .
صفحات شيشه اي معمولي ساخته شده با درصد انتقال حرارت پايين در توليدات بين المللي ، ممکن است بعد از يک هفته قرار گيري در معرض هوا آسيب ببينند ، اما پايداري صفحات وينپين تقريبا فوق العاده بوده و اين شيشه ها زمان اين مقاومت را تا ۶-۱۲ ماه افزايش مي دهند و کيفيت بصري آنها نيز در اين مدت تغييري نمي کند. طول عمر معمول اين شيشه ها تا حدود ۳۰ سال است . همچنين اين شيشه ها قادرند تا يک ساعت در دماي ۴۶۸ درجه سانتيگراد (۵۰۰ درجه فارنهايت ) طاقت بياورند ، اما شيشه هاي دو جداره معمولي دماي ۲۶۸ درجه سانتيگراد (۳۰۰ درجه فارنهايت ) را نهايت تا نيم ساعت تحمل مي کنند. [۵-سايت اينترنتي Factory.Dhgate.com ]
٢-١-٣- تعبيه فضاهاي گلخانه اي متعدد :
وجود سطوح شفاف کلکتور هاي خورشيدي بر روي صفحه بام عمارت ، امکان ورود نور خورشيد به فضاهاي داخلي را به راحتي ممکن مي سازد. بنابراين در بسياري از قسمتها به ويژه سالنهاي عمومي امکان ايجاد فضاهاي آفتابگير و يا گلخانه اي ميسر است .
مشکل فضاهاي گلخانه اي در ساختمانهاي معمولي از آنجا ناشي مي شود که حرارت وارد شده در طول روز که در مصالح جاذب کف و ديواره ها ذخيره مي شود، بعد از تاريک شدن هوا و کاهش دماي هواي خارج از ساختمان ، در زمان کوتاهي از طريق سطوح شيشه اي آفتابگير خارج شده و دماي هواي گلخانه مجددا کاهش مي يابد.[۶- اصول و کاربرد انرژي خورشيدي -اصغر حاج سقطي ] اما از آنجا که سطوح شيشه اي به کار رفته در اين عمارت ، از نوع وينپين بوده و از درجه ايزولاسيون حرارتي بسيار بالايي برخوردار است ، مشکل ذکر شده در اينجا به هيچ عنوان جاي برزو نيافته و فضاهاي گلخانه اي امکان بهره مندي بالايي را از انرژي حرارتي خورشيد در طول روز و همچنين در شب که دماي هواي خارج ساختمان کاهش مي يابد، فراهم مي کنند. به علاوه اين گلخانه ها، جلوه زيبا و روحبخشي به فضاي داخلي عمارت مي بخشند. (شکل شماره ٣)

شکل شماره ٣: نمونه فضاي گلخانه اي در عمارت خورشيد –ماه
٢-٢- روشهاي فعال بهره گيري از انرژي خورشيدي :
در مورد تکنولوژي هاي فعال در اين ساختمان بايد به سيستم تابش سقفي ، استخر شناي خورشيدي ، سايبان فتوولتائيک انعطاف پذير، تهويه مطبوع خورشيدي ، سيستم ذخيره انرژي خورشيدي در طي فصول ، سيستم جمع آوري هواي خورشيدي ، تکنولوژي توليد برق در شبکه فتو ولتائيک وسيستم فتوولتائيک يکپارچه با ساختمان (BIPV )
اشاره کرد. [ -سايت اينترنتي Focus on sustainabilitySolar Hi-min]
٢-٢-١- بازتاب سقفي براي سرمايش و گرمايش ( Ceiling Radiation for Heating and Cooling) :
در اين سيستم لوله هاي آب سرد ( به منظور سرمايش ) و يا گرم ( به منظور گرمايش ) در سقف فضا قرار مي گيرند.
در اين تکنولوژي تجهيزات مورد استفاده ( لوله ها )به سازه اصلي سقف اتصال پيدا کرده و پوشش کاذب نهايي از آنها
آويزان مي شود. ( شکل شماره ٤)

رعايت اصول کنترل انتشار حرارت ، (نظير ايزولاسيون مناسب لوله ها و سقف خارجي ) پرت حرارتي را به حداقل رسانده و در عين حال پوششهاي کاذب متنوع ، زيبايي ويژه اي به فضاي داخلي مي بخشند. مزيت ديگر اين سيستم عدم توليد صدا و يا جريان هواي شديد در زمان کار وسرعت بيشتردر مقايسه با سيستم گرمايش ازکف (زميني ) در گرم کردن و سرد کردن است . همچنين سبکي مصالح انعکاس دهنده حرارت -که استفاده از آنها براي کاهش اتلاف حرارت ضروري است - بار سازه اي ساختمان را بسيار کم مي کند.[۸-سايت اينترنتي himin solar sustainability ]
٢-٢-٢- استخر شناي خورشيدي ( solar swimming pool ):
با استفاده از انرژي خورشيدي ، آب داخل اين استخر در طول تغييرات حرارتي فصول مختلف ، در دماي ثابت نگهداشته مي شود. انرژي ذخيره شده در روزهاي معمولي ، در ايام باراني سال مورد استفاده قرار مي گيرد. اين امکان از طريق قطع دريچه اتصال Tشکل که با سيستم کلکتور هاي خورشيدي بر روي بام در ارتباط است ، ممکن مي شود و از اين طريق آب گرم اضافه به مخزن ذخيره انتقال مي يابد. ( شکل شماره ٥) اين روش سبب ذخيره ۴۰% انرژي در مقايسه با استفاده انحصاري از انرژي هاي مرسوم فسيلي مي شود.[۸-سايت اينترنتي himin solar sustainability y]

شکل شماره ٥: نمايش ارتباط دريچه Tشکل با کلکتور ها و مخزن ذخيره در سيستم استخر خورشيدي
٢-٢-٣- سايبان فتو ولتائيک انعطاف پذير (Flexible Photovoltaic Sun Shield):
اين سيستم که از پنل هاي فتوولتائيک به عنوان سايبان استفاده مي کند، يک تحول در توليد سايبان خورشيدي محسوب مي شود. اين سايبان در تابستان فضاي داخل ساختمان را در برابر اشعه هاي قوي خورشيد محافظت نموده و از انرژي آن براي توليد برق استفاده مي کند. توليد برق ، به معني بالاترين راندمان ذخيره و استفاده از روشنايي الکتريکي در تمام طول سال است .
از سوي ديگر امکان تغيير زاويه اين صفحات که به وسيله ميله هاي فشار دهنده در زير آنها اتفاق مي افتد، در فصل زمستان ورود حداکثر تابش را به فضاي داخلي فراهم مي کند. (شکل شماره ۶) اين اتفاق سبب کاهش چشمگير بار وارده بر دستگاه تنظيم درجه حرات در داخل ساختمان مي شود. [۸- سايت اينترنتي himin solar sustainability]