بخشی از مقاله
چکیده
از موارد مهم مصرف انرژی، تامین نور مصنوعی برای روشنایی محیط در روز و شب می باشد. حال آنکه می توان با استفاده از نور طبیعی خورشید در روز، روشنایی را تامین و در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. در این مقاله به بررسی اهمیت استفاده از نور طبیعی و شناخت لوله های خورشیدی، آشنایی با انواع آن و بیان مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت. در نهایت به بررسی فرآیند شبیه سازی یک سوپر مارکت مجهز به لوله خورشیدی در انگلستان با نرم افزار ریلوکس، خواهیم پرداخت.
.1 مقدمه
مسئله گرمایش زمین، شرایط زیست محیطی و محدود بودن منابع سوخت فسیلی محققان را واداشته تا به شناخت، بررسی و به کارگیری انرژی ها نو و تجدیدپذیر بپردازند. اینگونه انرژی ها به راحتی در دسترس بوده و آلودگی محیط زیستی نداشته. از انرژی های نو می توان به انرژی خورشیدی، بادی، آبی و شکافت هسته ای اشاره نمود. از این اقسام انرژی جهت تولید گرما، الکتریسیته و نور استفاده میشود.
با توجه به اینکه تولید نور حتی در روز مستلزم مصرف الکتریسیته می باشد، این سوال مطرح می شود که چگونه از نور خورشید بطور مستقیم برای روشنایی استفاده کنیم؟ از روشنای روز می توان به عنوان یک عنصر حیاتی در طراحی معماری و منبع اصلی روشنایی در ساختمان استفاده کرد.[2] نور طبیعی روز سبب آرامش می شود و همچنین استفاده از این نور می تواند سبب صرفه جویی بسیاری در مصرف انرژی الکتریکی شود که با توجه به مسئله گرم شدن کره زمین، مورد خوبی برای تحقیق و پژوهش می باشد.
استفاده از نور طبیعی روز به عنوان منبع اصلی نور ساختمان باعث کاهش مصرف انرژی در روز و همچنین کاهش انتشار دی اکسید کربن می شود.[3] مصریان باستان حدود 4000 سال پیش از آینه و خورشید برای روشنایی اهرام خود استفاده می کردند.
از سال 1988 این استفاده از آینه و نورخورشید شکل مدرنی به خود گرفت که به نام لوله خورشیدی شناخته می شود.[4] این وسیله می تواند ابزار بسیار مناسبی جهت تامین نور بالاخص در زیر زمین ها، راهرو ها و اماکنی که در روز نور کافی توسط پنجره ها تامین نمی شود، باشد.
.2 مقایسه منابع نور طبیعی و مصنوعی
منابع تولید نور مصنوعی در منازل و فروشگاهها و دیگر محیط هایی که به نور نیاز دارند، لامپ ها هستند. در گذشته از لامپ های رشته ای برای تامین روشنایی استفاده می گردید که مزایا و معایب آن به شرح زیر است.[1] مزایای لامپهای رشته ای:
· نور گرم و آرامش بخش
· نمود رنگ خوب
· امکان نصب و راه اندازی آسان
· عدم تغییر شکل موج ولتاژ شبکه معایب لامپهای رشته ای:
· راندمان بسیار پایین - حدود 12 لومن بر وات -
· انتشار مقدار زیادی حرارت در محیط
· طول عمر نسبتا پایین - متوسط هزار ساعت -
· افت شار نوری زیاد
این لامپ ها به هیچ وجه مقرون به صرفه نیستند.
متداول ترین نوع لامپ در حال حاضر لامپ فلورسنت فشرده می باشد. این نوع لامپ ها دارای راندمان خوب، عمر طولانی و مصرف پایین می باشند. از معایب آنها می توان به خطرات زیست محیطی و تغییر شکل موج ولتاژ شبکه اشاره نمود. همانطور که ذکر شد لامپهای رشته ای مصرف بالایی دارند که سبب مصرف انرژی زیاد و در نتیجه تلفات زیاد می شود. لامپهای فلورسنت نیز با اینکه مصرف کمی دارند اما در گستره مصرف وسیع باعث تزریق هارمونیک به شبکه و مشکلات عایقی خازن ها و کابل ها، خطای نابجای بریکر، خرابی و داغ کردن ترانس و ... می شوند.در نتیجه الزامیست که از مصرف نور مصنوعی تا حد امکان بکاهیم. راه حل پیشنهادی برای تامین روشنایی در طول روز، استفاده از نور طبیعی بوسیله لوله های خورشیدی می باشد.
.3 لوله های خورشیدی
در یک تعریف ساده، لوله خورشیدی یک استوانه منعکس کننده نور طبیعی روز به داخل یک محیط می باشد. از آن می توان برای روشنایی مناطقی از خانه یا فروشگاه که در طول روز نیاز به روشنایی بیشتر از روشنایی نور روز دارند، استفاده نمود. در حال حاضر از این لوله ها به طور گسترده ای در مقیاس خانگی و تجاری استفاده می شود و روز به روز محبوبیت بیشتری پیدا می کنند چرا که سبب کاهش مصرف انرژی الکتریکی و در یک دید کلی تر سبب کاهش آلودگی هوا و انتشار دی اکسید کربن می شوند.[4] پس اگر اتاق شما در وسط ساختمان قرار گرفته و امکان نصب پنجره کلاسیک وجود ندارد یا در زیرزمین هستید، لوله خورشیدی بهترین پیشنهاد برای شماست، انتقال نور طبیعی روز با استفاده از یک لوله حمل کننده اشعه نور به داخل اتاق یا همان لوله خورشیدی.
.4 میزان خروجی لوله های خورشیدی
شرکت ABC در حال حاضر یکی از بزرگترین شرکتهای ایالات متحده می باشد که در زمینه لوله های خورشیدی مشغول به کار است. این شرکت محصولات روشنایی طبیعی Sunpipe، Sunizer و ODL را عرضه می کند. جدول 1 شامل اطلاعاتی نظیر سایز و خروجی لوله های خورشیدی SUNPIPE است. توجه شود که نور طبیعی روز در شرایط آب و هوای مختلف، متفاوت است.
جدول:1 اطلاعات مربوط به محصولات شرکت SUNPIPE
همانطور که در جدول1 مشاهده می شود، یک لامپ 100 وات نوری معادل 170 لوکس تولید می کند. این میزان نور به راحتی توسط لوله های خورشیدی، حتی در روز های زمستان قابل تامین می باشد.
.5 انواع لوله های خورشیدی
اشکال مختلف سقف اعم از صاف یا شیبدار و همچنین جنس پوششی و عایقی سقوف نیازمند اینست که لوله های خورشیدی طراحی های مختلفی داشته باشد. طول ارتفاع استوانه رابط و همچنین زاویه انحنای لوله، دو فاکتور مهم در طراحی این لوله ها می باشد. طول ارتفاع استوانه رابط، بستگی به میزان اختلاف سطح بام با سقف یا دیوارهای منزل دارد. البته هرچه ارتفاع بیشتر شود، بدیهی است که تلفات نور هم خواهیم داشت.
به طور کل تلفات طول حدود %6 در هر متر می باشد. زاویه انحنای لوله بستگی به اختلاف زاویه بین محل نصب کلاهک و محل نصب پخش کننده نور در مکان مورد نظر دارد. از مفصل هایی با زوایای 30 و 45 درجه برای ساختن زوایایی تا 90 درجه استفاده می شود. تلفات زاویه حدود %12 در هر متر برای 30 درجه زاویه مفصل می باشد. تلفات انعکاس هم تنها %2 است یعنی بازده باور نکردند
