بخشی از مقاله
کهن الگوی استفاده ازانرژی خورشیدی درحمام های قدیمی ایران،راهکاری نوین درراستای تأمین انرژی ِبرج های امروزی(نمونه موردی :حمام سلطان امیر احمد کاشان)
چکیده
وابستگی شدید و نیاز جهان به منابع انرژی به عنوان عامل اساسیِ رشد و فعالیت های اقتصادی از یک طرف و محدودیت ذخایر نفتی و سایر سوخت های فسیلی از طرف دیگر، جهان را در سال های اخیر با مسأله ی تأمین انرژی مورد نیاز آینده مواجه ساخته است .تمامی این عوامل به همراه تأمین انرژی ساختمان های در حال ساخت، سبب شد تا بشر را به فکر بهره گیری از سوخت هاو انرژی های تجدید پذیری چون انرژی خورشیدی بی اندازد.انرژی خورشیدی از انرژی های پایدار در طبیعت است که از دیرباز مورد استفاده قرار گرفته است. در حال حاضر می توان با تبدیل این انرژی توسط سلول های خورشیدی به انرژی الکتریکی میزان قابل توجهی از نیاز بشر را تأمین نمود.تحقیق فوق به بررسی انرژی خورشیدی در حمام های خورشیدی هم چون حمام سلطان امیراحمد می پردازیم و آنرا الگویی برای تأمین انرژی برج های امروزی قرار می دهیم.مقاله فوق به تبیین نقش و ضرورت بررسی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر و جایگزین کردن آن با انرژی های تجدیدناپذیر امروزی، پرداخته و از طریق روش های گردآوری اطلاعات کتابخانه ای ومیدانی به سه بعد مصرف بهینه انرژی و ذخیره سازی ،ترویج بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر و کاهش هزینه پرداخته است. امید است با ارائه نظرات سازنده در این زمینه بتوانیم گامی مهم در جهت حفظ محیط زیست و بهره گیری درست از منابع ارزشمند کشورعزیزمان برداریم .
واژه های کلیدی: انرژی خورشیدی، انرژی تجدید ناپذیر،انرژی تجدیدپذیر، حمام های خورشیدی
مقدمه
مسئله ی محدودیت منابع انرژی امروزه در حال تبدیل به یک بحران حاد در دنیایی می باشد که بسیاری از روابط و مناسبات سیاسی و اقتصادی جهان را نیز رقم زده است. بحث محدودیت منابع گری بیانگر کلیه کشورهای صنعتی،توسعه یافته و در حال توسعه است که پیرامون دانش طراحی اقلیمی جهت جلوگیری از اتلاف انرژی مطالعات فراوانی صورت گرفته است .
(Michael Holmes:2007,802)
مسأله ی انرژی در کشور ما سال ها مورد توجه در خور نبوده ولی در سال های اخیر ،به دلایل گوناگون لزوم محاسبه میزان صرفه جویی ،انرژی به عنوان یک ضرورت قطعی و چاره ناپذیر ،پدیدار گشته است.(شعله داریوشی:(1385 در این راستا بهره گیری و توجه به انرژی های نو و تجدیدپذیر بسیار نقش به سزایی می تواند در رسیدن به اهداف بشر امروزی که همان تأمین نیازهایی از جمله سیستم های گرمایشی ،سرمایشی و ... در ساختمان های مرتفع و رسیدن به آسایش حرارتی در حین تثبیت انرژی های تجدیدناپذیرو حفظ محیط زیست سالم برای آیندگان است،داشته باشد.یکی از این انرژی ها که بسیار حائز اهمیت است انرژی خورشیدی می باشد. ستاره ای که بدون هیچ چشم داشت و منتی گرمای وجودی خود را بر ما ارزانی داشته تا ما از این موقعیت و به بهترین شکل برای مصارف خود بهره ببریم .انرژی خورشید یکی از مهم ترین انرژی های نو است.(یزدان پناه ،جعفرزاده:(1383 در ایران نیز از قدیم استفاده های زیادی از انرژی خورشیدی در روند رسیدن به پاسخی برای نیازهایی مثل تأمین روشنایی خانه ها ،گرمایش داخل ساختمان ها با بهره از انواع ابزار معماری می شده است.پنجره ها و بازشوها به عنوان راه ورود نور به ساختمان،می توانند نقش تعیین کننده ای در نحوه ی ورود نور و میزان روشنایی فضاهای داخلی داشته باشند .انواع بازشو هایی که از معماری قدیم ایران تا به حال مورد استفاده قرار گرفته است عبارتند از:پنجره های قدی،دیواری،ارسی،سقفی ،شباک،روزن و... . .(سارا خواجویان:1393،(3 نمونه ی پنجره های سقفی بیشترین کاربرد را در گرمابه ها داشتند بدین جهت که می توانستند هم نور داخلی فضاها را تأمین کنند و هم با راه کارهای مختلف سبب گرمایش آب و هوای مورد استفاده در حمام شوند.
بشر از دیرباز به گونه های مختلفی انرژی خورشیدی را در راه رسین به اهداف و نیازهای خود مورد استفاده قرارداده است .حال یا به صورت مستقیم و تنها با ایجاد راهی برای ورود به فضاها یا با کمک تجهیزات امروزی که انرژی را به صورت های دیگر تبدیل می کند و مورد بهره وری در ساختمان ها و برج ها با کاربری های متنوع قرار می دهد، اما نکته ی مهم این است که با تمامی تلاش های انجام شده برای ارائه ی راه کارها و روش های متفاوت جهت استفاده از انرژی خورشیدی در معماری قدیمی ایران و جهان مثل طراحی روزنه ها و بازشو ها تا ساخت صفحات خورشیدی و به نوعی دیگر ورود منبعی از انرژی در داخل فضاهای برج های امروزی چون گنبد رایشتاگ و ساختمان اداری مرکزی شرکت بیمه ری سوئیس به معماری نورمن فاستر که نمونه ی کاملی از استفاده ی انرژی خورشیدی در معماری معاصر است بحث در مورد این منبع از انرژی به پایان نخواهد رسید.ضرورت و اهمیت استفاده از انرژی های نو و جایگزینی آن با انرژی های تجدیدناپذیر بحثی است که همیشه مهم و قابل بررسی است،مخصوصا با توجه به جمعیت روز افزون و مسأله ی حفظ و نگهداشت انرژی پررنگ تر می شود و نباید از هیچ عملکردی در این راستا کوتاهی کرد چرا که امروزه بحث بر سر تأمین انرژی های لازم در برج ها و ساختمان های عظیم با کاربری های مهم مدنظر است، بالاخص انرژی خورشیدی که از ابتدا در جایگاه ویژه ای قرار داشته است و با روش های مختلف مورد استفاده در ساختمان هایی با عملکرد های متفاوت قرار گرفته است.
لازم به ذکر است با توجه به گسترش بلندمرتبه سازی در شهر تهران، نیاز به ساخت بلندمرتبه پایدار بیش از پیش احساس می شود .با توجه به موقعیت جغرافیایی خاص ایران، امکان بهره گیری از انرژی تابشی فراهم است.(مریم شفیعی و همکاران:2،(1392
مبانی نظری تئوری سوختهای فسیلی(تجدید ناپذیر)
سال های زیادی است که اکثر صنعت جهان روی سوخت های فسیلی (زغال سنگ، نفت و گـاز طبیعـی و...) پایـدار اسـت. سوخت های فسیلی منابع تجدید ناپذیر هستند، یعنی به وجود آمدن آن ها نیازمنـد هـزاران هـزار سـال اسـت. بنـابراین ایـن سوخت مدت زیادی نمی تواند جواب گوی تمام نیازهای انسان باشد و دیر یا زود تمام خواهد شد. استفاده از این منبع انرژی و سوختی در دو سده ی گذشته با رشد زیادی همراه بوده است.با رشد نیاز بشر به انرژی و افزایش مصرف سـوخت هـای فسـیلی ،مواد آلاینده از جمله گازهای گلخانه ای وارد محیط زیست می شوند که اثـرات زیـان بـاری را بـه همـراه دارد.(محمـد حسـن فطرس و همکاران:1391،(52
سوختهای نو(تجدید پذیر)
انرژی تجدیدپذیر عبارت از هر نوع انرژی است که بدون آنکه مخازن تأمین کننده آن رو به زوال روند, مورد استفاده قرار گیرنـد کـه شامل انرژی خورشیدی, باد, بیوماس, زمینگرمایی, دریایی و انرژی آبی میباشد..((GENI 2007 انتظار میرود این منابع انرژی در بلند مدت نقش بسیار مهمی در تأمین انرژی جهان ایفا نماید. انرژی های تجدیدپذیر، بـا طبیعـت و محیط زیست سازگاری بیش تری دارند، تولید و تهیه آن ها آلایندگی زیست محیطی ناچیزی دارد و چون تجدیدپذیرند، بـرای آن ها پایان نزدیکی متصور نیست. از این رو، انرژی های تجدیدپذیر، روزفبه روز سهم بیش تری در سامانه تامین انـرژی جهـان به عهده می گیرند. دسترسی کشورهای درفحال توسعه به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعه اقتصـادی آن هـا اهمیـت دارد. پژوهش های جدید حاکی از آن است که بین سطح رشد و میزان مصرف انرژی یک کشور، رابطه مستقیمی برقرار است.(محمد حسن فطرس و همکاران:53،(1391
انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی منحصربهفردترین منبعفانرژی تجدیدپذیرفدر جهان است و منبع اصلی تمامی انرژیهای موجود در زمین میباشد.فانرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم میتواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گرددفلبطور کلی انرژی متصاعد شده از خورشیدی در حدود 8٫3 در1023 کیلووات در ثانیه میباشدل ایران با داشتن حدود 280 روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان میباشدففلبا توجه به موقعیتفجغرافیای ایرانفو پراکندگی روستای در کشور،فاستفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیردل استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راههای برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدلهای انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه،فحملنقل،ففنگهداری و عوامل مشابه میباشدل با توجه بهفاستانداردهای بینالمللیفاگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از 5٫3فکیلووات ساعتفدر مترمربع(3500فوات/ساعت) باشد استفاده از مدل های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستمهای فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه استلدر بسیاری از قسمت های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بینالمللی میباشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از 7 تا 8فکیلو وات ساعتفبر مترمربعفاندازهگیریفشده است ولی به طور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود 5٫4فکیلو واتفساعت بر مترمربع استفل (www.irses.ir)
استفاده از گرمایش خورشیدی از دیرباز تا کنون
تولید آب گرم مصرفی ساختمان ها از اقتصادی ترین روش های استفاده از انرژی خورشیدی است.می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه ی آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکان هایی که مشکل سوخت رسانی دارند استفاده کرد.چنانچه اگر ظرفیت این سیستم ها را افزایش داد می توان از آن ها در حمام های خورشیدی نیز استفاده نمود لازم به ذکر است این توضیح در مورد نمونه های امروزی حمام ها صادق است ولی در گذشته حمام ها با بهره ی مستقیم از نور و حرارت خورشیدی به وسیله ی روزنه یا پنجره هایی در سقف نیاز گرمایش خود را تأمین می کردند.
در معماری اقلیمی می توان از تابش گرمایی خورشیدی به چند منظور استفاده کرد:اول ،استفاده از گرمای خورشید در زمستان های سرد سال به شیوه ی غیر فعال.دوم،استفاده از گرمای خورشید به عنوان انرژی جایگزین برای تولید گرما یا الکتریسیته به روش فعال.استفاده از تابش گرمایی خورشیدی به شیوه ی غیر فعال به صورت مستقیم و غیر مستقیم امکان پذیر است که دریافت مستقیم نقش مهم تری را ایفا می کند و شامل -1کنترل سایه و آفتاب -2کنترل شدت تابش خورشید روی سطوح ساختمان -3کنترل جنس و رنگ مصالح می شود. .(سارا خواجویان:1393،(6
روش تحقیق
روش تحقیق فوق از نظر هدف ، کاربردی است ، زیرا که قصد ارائه ی راه کار هایی را در جهت استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی به جای انرژی های فسیلی(تجدیدناپذیر) را دارد. به لحاظ ماهیت و ابعاد و نحوه انجام کار، پژوهش فوق به شیوه ی ترویجی – توصیفی،تحلیلی،موردی- تطبیقی صورت گرفته است و در راستای دست یابی به بهترین نتیجه و بیانی درست از معماری گرمابه های قدیمی ایران و به عنوان نمونه حمام سلطان امیر احمد کاشان بهره برده است تا بتواند راه کاری را در جهت استفاده از برخی تکنیک های گذشتگان در برج های امروزی ارائه دهد. حال برای دست یابی به اطلاعات و جمع آوری داده ها از روش کتابخانه ای و میدانی استفاده شده است.
ادبیات موضوع
- پینل وهمکاران در سال 2011 به بررسی نمونه هایی که در آن ها از انرژی خورشیدی استفاده شده بود پرداختند که محتوا و خلاصه ی این بررسی ها بدین شرح است:در اصل مصرف انرژی ساختمان به چگونگی پاسخگویی طراحی به اقلیم وابسته است.برای مثال موقعیت پنجره ها در یک ساختمان دارای اهمیت زیادی است،زیرا بر میزان جذب نور،سرمایش و تهویه اثر گذار است.
- محمد ملاحسینی در مصاحبه اش با روزنامه ی همشهری مورخ 15 اردیبهشت ماه سال 1391در مورد علت گنبدی شکل بودن سقف حمام های قدیمی تصریح کرده است : سقف اتاقهای حمام گنبدی شکل و دارای نور گیرهایی بود که به وسیله دریچههایی شیشهای بسته میشدند تا بدین ترتیب فقط نور آفتاب به داخل حمام بتابد و از ورود هوای سرد جلوگیری و حمام به صورت طبیعی روشن شود.
- مسعود رسولیان ومهسا میر حسینی در تابستان 1393 طی مقاله ای در همایش ملی بهینه سازی مصرف انرژی در مهندسی عنوان کردند در معماری خورشیدی ساختار یک ساختمان شامل یک سیستم گردآوری انرژی خورشیدی و یک سیستم ذخیره
و توزیع انرژی که در نتیجه برای ساکنین ساختمان آسایش حرارتی و روشنایی طبیعی تأمین می نماید ،می گردد.گرمایش فضای درونی ساختمان از طریق ورود انرژی خورشیدی از پنجره های بزرگ یا فضای خورشیدی و یا از طریق گردآورنده های حرارتی که با بام یا نمای ساختمان یکپارچه هستند به دست می آیند.
- سارا خواجویان در تابستان 1393طی مقاله ای با عنوان "نقش طراحی معماری در کاهش مصرف انرژی در ساختمان"استفاده از گرمای خورشیدی در معماری را مورد بررسی قرار داده است:در معماری اقلیمی می توان از تابش گرمایی خورشید به چند منظور استفاده کرد:اول،استفاده از گرمای خورشید در زمان های سرد سال و پرهیز از آن در زمان های گرم سال به شیوه ی غیر فعال و با کمک گرفتن از طراحی.دوم ،استفاده از گرمای خورشید به عنوان انرژی جایگزین برای تولید گرما یا الکتریسیته به روش فعال که معمولا با استفاده از مبدل های انرژی انجام می شود.
- شاهرخ عبداللهی و داوود نیکنام در سال 1393در مقاله ای با عنوان "معماری در بهینه سازی مصرف انرژی"به تأثیر شیوه ی معماری بر کاهش مصرف انرژی پرداختند.و متذکر شدند با طراحی مناسب و انتخاب مناسب فاکتورهای معماری و شهرسازی اثرگذار بر مصرف انرژی ساختمان ،از قبیل جهت گیری و کشیدگی ساختمان ،میزان پنجره ها در جبهه های مختلف ،نوع و اندازه سایبان ها و جانمایی و چیدمان فضاهای داخلی ،تعداد طبقات ،فضاهای واسط حرارتی ،نوع سقف ،ارتفاع کف ساختمان نسبت به سطح زمین ،جهت گیری عرض و ارتفاع خیابان ها و غیره برای هر اقلیم ،میزان مصرف انرژی ساختمان ها را کاهش داد.
- سارا خواجویان طی مقاله ای با عنوان نقش طراحی معماری در کاهش مصرف انرژی در ساختمان(با لحاظ نمودن انرژی خورشیدی) در تابستان 1393 به کاربرد استفاده از انرژی خورشیدی در معماری پرداخته است و اینگونه به موضوع پرداخته است که :
در معماری اقلیمی می توان از تابش گرمایی خورشید به چند منظور استفاده کرد: اول ،استفاده از گرمای خورشید در زمان های سرد سال و پرهیز از آن در زمان های گرم سال به صورت غیر فعال و با کمک از طراحی معماری.دوم،استفاده از گرمای خورشید به عنوان جایگزین برای تولید گرما و الکتریسیته به روش فعال که معمولا با استفاده از مبدل های انرژی انجام می گیرد.استفاده از تابش گرمای خورشید به شیوه ی غیر فعال ،به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم امکان پذیر است که دریافت مستقیم نقش مهم تری را ایفا می کند و شامل موارد زیر می باشد:
1 -کنترل سایه و آفتاب -2کنترل شدت تابش خورشید روی سطوح ساختمان -3کنترل جنس و رنگ سطوح
یافته های تحقیق موقعیت کشور ایران از نظر میزان دریافت انرژی خورشیدی
کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقهای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین ردهها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از 280 روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است.و همین امر سبب شده است تا بتوان از انرژی خورشیدی به نحوه احسن استفاده کرد.نمونه ی بارز آن میتوان به معماری گرمابه های قدیمی اشاره کرد.(علی عزیزی و شهرزاد فریادی:(1391
گرمابه های قدیمی
حمام ها در زیرزمین ساخته میشانده تا اولاً از سرمای زمستان محفوظ باشند و ثانیاً آب سطحی جاری در جویها بتواند در بالاترین مخزن آن جاری شود.در زیر خزینه حمام تون (آتشدان یا آتشخان) قرار داشته و ظرف مسی بزرگی در کف خزینه تعبیه شده و در زیر آن آتش میافروختند تا در اثر عمل کنونسیون رفته رفته آب خزینه در طول شب گرم شده و برای استحمام در صبحگاهان آماده شود.در این میان می توان به گرمابه هایی نظیر گرمابه سلطان امیر احمد در کاشان اشاره کرد.(روزنامه ی جام جم:1392،(11
