بخشی از مقاله
چکیده
در دنیای امروز توجه به مسئله انرژی و اهمیت سوختهای فسیلی و جلوگیری از آلودگی محیطزیست امری اجتناب ناپذیر است و بهعنوان جایگزین بهتر است از انرژیهای طبیعی استفاده شود. دودکشهای خورشیدی تا حد زیادی به کاهش مصرف انرژی کمک میکنند؛ بهگونهای که از طریق جذب و ذخیره انرژی خورشیدی میتوان در تهویه ساختمان و گرمایش و سرمایش و حتی تولید آب گرم مصرفی از آن استفاده نمود.
عرض جغرافیایی و اقلیم بیشترین عواملی هستند که در عملکرد دودکش خورشیدی تأثیرگذارند. به همین دلیل در اقلیم گرم و خشک، دودکش خورشیدی نرخ تهویه بالاتری ایجاد میکند و هر چه دمای هوای عبوری از دودکش خورشیدی نسبت به دمای محیط گرمتر باشد، کارایی دودکش خورشیدی بیشتر میشود. برای افزایش تهویه بهصورت غیرفعال در ساختمان با انجام بررسیهای دقیق بر آن میتوان دودکشهای خورشیدی با کارایی بالاتری را طراحی کرد. به دلیل محدودیتها و عدم دسترسی به نمونه واقعی از نرمافزارهای رایانهای و شبیهسازی - اکوتک، انرژی پلاس - میتوان برای مدلسازی فرضیات استفاده کرد. پژوهش حاضر به بررسی دودکش خورشیدی و عملکرد آن در تهویه ساختمان میپردازد.
مقدمه
در حال حاضر مسئله انرژی در تمام جهان از اهمیت بسیاری برخوردار است. با توجه به اهمیت سوختهای فسیلی و خطر اتمام این منابع باید به دنبال راهحلهایی برای صرفهجویی هرچه بیشتر منابع طبیعی بود. در اقلیم گرم و خشک ایران برای تهویه و به جریان انداختن هوا از روشهای غیرفعال استفاده میشده است. با مطالعات و بررسیهای بیشتر بر روی راهکارهای گذشتگان میتوان به درک بهتری از آنها نائل شد و با استفاده ازفنّاوریهای روز به کاملتر شدن آنها کمک کرد. یکی از این روشهای غیرفعال، دودکشهای خورشیدی هستند. دودکش خورشیدیمعمولاً از شیشه، حفره و سطح جاذب تشکیلشده است.
هوا در دودکش بهوسیله انرژی خورشیدی گرم شده و به دلیل اثر دودکشی به سمت بالا حرکت میکند. درواقع ترکیب تایش و همرفت در دودکش خورشیدی منجر به حرکت قابلتوجه هوا به سمت بالا و درنتیجه افزایش تهویه میشود. این حرکت به بالا نیروی رانشی قابلتوجهی ایجاد میکند که میتواند تهویه طبیعی را در فضاهای مجاور افزایش دهد - فخاری، حیدری، . - 1392 یکی از مهمترین عوامل مؤثر بر تهویه دودکشی، اختلاف دمای داخل و خارج است.
در تابستان اختلاف دمای داخل و خارج زیاد نیست، درنتیجه بهرهمندی از اثر شناوری در دودکش معمولی که از قوانین تهویه دودکشی استفاده میکنند کافی نخواهد بود. ترکیب تابش و همرفت در دودکش خورشیدی منجر به حرکت قابلتوجه هوا و افزایش تهویه میشود . - khanal et al,2011 - در ساعات روز دیوار جاذب بهعنوان ذخیره حرارت عمل کرده و باعث میشود عملکرد دودکش خورشیدی در ساعات طولانی پس از غروب هم ادامه داشته باشد و یا حتیصرفاً برای تهویه شبانه استفاده شود که این امر در اقلیم گرم و خشک کاربرد زیادی دارد . - pantavou et al, 2011 -
پیشینه تحقیق
اولین مطالعات در حوزه دودکشهای خورشیدی در سال 1993 میلادی توسط بنسال و همکارانش انجام شد. ایشان افزایش تهویه را در صورت استفاده از دودکش خورشیدی و طراحی صحیح سیستم دائمی از طریق مدل ریاضی اثبات کردند . - Bansal,1993 - خداری و همکارانش همچنین انواع مختلف دودکشهای خورشیدی را بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که دودکشها در توالی تهویه و جریان هوا مؤثرند - . - khedari et al, 2000
ساندافورن و بوندیت بهصورت آزمایشی تأثیر دودکش خورشید را بر افزایش تهویه هوای داخل در صورت وجود یا عدم وجود مِبا مرطوب بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که دودکش خارجی، بسته به دمای محیط و میزان تابش خورشیدی می تواند دمای داخل را 1 تا 3/5 درجه کاهش دهد . - Sudaporn, bundit, 2009 - آفوفسو و الیویرا با مقایسه بین دو دودکش خورشیدی و دودکش معمولی تأثیر انرژی خورشید را بر افزایش تهویه تائید کردهاند .
- Afonoso, oliverira, 2000 - چاروت و همکارانش به این نتیجه رسیدهاند که با افزودن جرم حرارتی، سرعت هوا در ساعات شب افزایش میِیابد. همچنین استفاده از دودکش خورشیدی در طول روز، 25 درصد افزایش سرعت هوا را به همراه دارد. - - Charvat, 2004 راکش و چنگ وانگ با بررسی عددی جریان هوا در دودکش خورشیدی نشان دادهاند که نرخ کلی جریان جرمی هوا در یک دودکش خورشیدی با دیوار عمودی، بهشدت تحت تأثیر جریان معکوس و دمای هوا در خروجی کانال است.
- Rakash, chengwang, 2012 - میازاکی و همکارانش به بررسی عملکرد یک دودکش خورشیدی در یک ساختمان اداری در اقلیم ژاپن به این نتیجه دستیافتهاند که با استفاده از تهویه طبیعی ناشی از دودکش خورشیدی، انرژی روزانه موردنیاز در ماههایی از سال در حدود 90 درصد کاهشیافته است - . - Miyazaki,2006 چانتاونگ عملکرد یک دودکش خورشیدی شیشهای را در شرایط آبوهوایی گرمسیر تایلند مورد تجزیهوتحلیل قرار داده است و نتیجه گرفته انتقال گرما از دیوارههای شیشهای به داخل خانه را با افزایش گردش هوا می توان کاهش داد - Chantawong, .2006 -
فونیاسومین و همکارانش عملکرد دودکش خورشیدی را در یک ساختمان چندطبقه در بانکوک بهصورت آزمایشی و عددی بررسی کردهاند و به این نتیجه رسیدهاند که درصورتیکه دودکش خورشیدی به تمام طبقات متصل باشد عملکرد بهتری دارد - . - Punyasompun et al, 2009 چن و همکارانش مطالعاتی در مورد فاصله هوایی و همچنین زاویه تمایل دودکش انجام دادهاند و به این نتیجه رسیدهاند که بیشترین نرخ جریان در زاویه 45 درجه برای فاصله هوایی 200 میلیمتر و ارتفاع 1,5 متر به دست میآید .
- Chen ZD et al, 2003 - مشفق و لند برگ ویژگیهای انتقال جریان و حرارت ناشی از انتقال جابجایی بویانسی را در پشت صفحههای خورشیدی فوتوولتاییک بررسی کردند - . - Moshfegh B, Sandberg M, 1998 رامان و همکارانش یک خانه خورشیدی غیرفعال برای گرمایش و سرمایش و تهویه در آبوهوای مرکب را آزمایش کردهاند. ظرفیت تغذیه هوای دودکشهای خورشیدی بهوسیله محاسبات پیشبینی و بهوسیله اندازهگیری، تائید شد - . - Raman et al, 2009 حیدری و فخاری دودکش خورشیدی را در یک ساختمان چندطبقه مقایسه کردهاند و نتیجه گرفتهاند با افزایش عمق دودکش نرخ جریان هوای خروجی افزایش مییابد - حیدری،فخاری .
ثقفی و فخاری دودکش خورشیدی را در 4 اقلیم ایران با یکدیگر مقایسه کرده و در بهترین اقلیم، چند شهر را با یکدیگر مقایسه کردهاند و نتیجه گرفتهاند در اقلیم گرم و خشک بالاترین بازدهی رخ میدهد. عملکرد دودکش خورشیدی در اقلیمهای مختلف متفاوت است؛ بررسیهای انجامشده بر روی سه شهر اصفهان تبریز و بندرعباس با سه اقلیم مختلف نشان میدهد اصفهان در طول شبانهروز بیشترین نرخ جریان حجمی هوا اتفاق میافتد؛ و کمترین در شهر بندرعباس. نمودار شماره 2 مقایسه بین متوسط نرخ جریان حجمی هوا در اقلیم مختلف را نشان میدهد. بر همین اساس نرخ جریان حجمی. دمای هوای خروجی دودکش خورشیدی و نرخ تهویه و دمای هوا خروجی در اقلیمهای مختلف متفاوت است. - ثقفی،فخاری . - 1391
در روشهای عملکردی به سه روش مشاهداتی، شبیهسازی و محاسباتی می توان استفاده نمود؛ اما به دلیل وجود محدودیتهای عدم اندازهگیری حرارت نمونه واقعی دودکش خورشیدی و بازدید میدانی بایستی در روش تحقیق خود از نرمافزارهای شبیهسازی کامپیوتری - انرژی پلاس - ، محاسبات عدد، اندازهگیرهای آزمایشگاهی، کمیتهایی مانند دما و الگوهای جابجایی هوا با استفاده از تکنیکهای متفاوت و شبیهسازی رایانهای دینامیک سیالات محاسباتی و مطالعات تجربی استفاده نماییم.
سیستمهای تهویه طبیعی
سیستمهای گرمایش، سرمایش و تهویه طبیعی و منابع تجدید پذیر انرژی بر اساس دیدگاه توسعه پایدار در کشورهای پیشرفته و درحالتوسعه موردتوجه قرارگرفتهاند. در بین سالهای 2004 تا 2008، ظرفیت ذخایر خورشیدی به بیش از 16 گیگاوات، ظرفیت نیروهای بادی با رشد 250 درصدی به 121 گیگاوات و کل ظرفیت نیروگاههای وابسته به منابع تجدید پذیر با رشدی 75 درصدی به 280 گیگاوات افزایشیافته است. . - REN21,2009 - سیستمهای تهویه طبیعی از دیدگاه CIBSE، به سه دسته تهویهیکطرفه، تهویه قطری، تهویه دودکشی تقسیم میشود. - CibseT,1997 -
دودکش خورشیدی
در سیستم دودکش خورشیدی جریان هوا بهواسطه نیروی شناوری ایجاد میشود؛ یعنی هوای گرم داخل کانال به طرف بالا حرکت کرده و از آن خارج میشود و بهجای آن هوای خنکتر در یک سیستم بسته جایگزین آن میگرددمعمولاً. بهمنظور افزایش میزان جذب گرما و نرخ تهویه، دیوار جنوبی دودکش خورشیدی را شیشهای و بخش داخلی سایر دیوارها را تیره و بخش خارجی آنها را عایق میکنند. عوامل متعددی باید در طراحی دودکش خورشیدی موردتوجه قرار گیرد. از آن جمله میتوان به شرایط جوی، محل قرارگیری، جهت و اندازه ساختمان اشاره کرد - شمسایی و همکاران . - 1390
