گرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان
پایگاه اطلاع‌رسانی تأسیسات نیوز در کنار انتشار اخبار و رویدادهای دنیای تأسیسات، مجموعه مقالات علمی و همچنین تجربی که ماحصل زحمات اساتید و دست‌اندرکاران صنعت عظیم تبردی جهان است را منتشر می‌کند. امید است که این مجموعه یادداشت‌های علمی در راستانی ترویج دانسته‌های فنی و تخصصی مهندسین به‌ویژه علوم مکانیک سیالات مفید واقع شود.
نظرات، پیشنهادات و نکات تکمیلی شما عزیزان بی‌شک ما را در ارائه هرچه بهتر مطالب یاری می‌رساند. امید که در آینده‌ای نزدیک شاهد پرتال جامعی از این مقالات که با همکاری شما مخاطبین گرانقدر در تأسیسات نیوز گردآوری‌شده باشیم.
گرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان یعنی چه؟
هدف همه سیستم‌های گرمایش خورشیدی ذخیره‌سازی گرما توسط مصالح ساختمانی و رهاسازی آن در زمان‌هایی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگامی‌که مصالح ساختمانی گرما را برای استفاده‌های بعدی ذخیره می‌نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می‌نماید.
برای گرمایش خورشیدی پسیو دو اقدام اولیه باید صورت گیرد:
– استفاده از شیشه در وجه جنوبی
– استفاده از جرم حرارتی جهت جذب کردن، ذخیره‌سازی و انتشار گرما
در اینجا ۳ رهیافت برای سیستم‌های پسیو وجود دارد: کسب مستقیم – کسب غیرمستقیم – ایزوله کردن
هدف همه سیستم‌های گرمایش خورشیدی ذخیره‌سازی گرما توسط مصالح ساختمانی و رهاسازی آن در زمان‌هایی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگامی‌که مصالح ساختمانی گرما را برای استفاده‌های بعدی ذخیره می‌نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می‌نماید.
۱) کسب مستقیم
معمول‌ترین سیستم خورشیدی پسیو، کسب مستقیم نامیده می‌شود. کسب مستقیم مربوط به نور خورشید است که از پنجره‌ها وارد ساختمان می‌شود و فضای داخلی منزل را گرم می‌کند.
طی ساعات آفتابی این گرما در جرم‌های حرارتی سقف‌ها یا دیوارهای داخلی با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخیره می‌شود. گرمای ذخیره‌شده در جرم حرارتی در طی ساعاتی که آفتاب‌غروب کرده است به درون منزل منتقل می‌شود.
طراحی یک سیستم کسب مستقیم عبارت است از محاسبه سطح پنجره و میزان جرم حرارتی موردنیاز جهت گرم کردن فضای منزل به‌طورکلی مساحت شیشه در کسب مستقیم باید حداقل ۷ صدم مساحت سقف خانه باشد و از ۱۲ درصد ان تجاوز نکند. در کسب مستقیم شیشه‌های دوجداره نیز توصیه می‌شوند.
در این سیستم فضای منزل ، یک کلکتور خورشیدی، جاذب گرما و سیستم توزیع می‌باشد. شیشه ضلع جنوبی انرژی خورشیدی را به داخل خانه جائیکه جرم حرارتی مانند دیوارها و کف به‌طور مستقیم و غیرمستقیم تحت تابش این نور قرار می‌گیرند هدایت می‌کند. سیستم کسب مستقیم ۷۵-۴۰ درصد از انرژی خورشیدی برخورد کرده به پنجره را مصرف می‌کند.
در سیستم کسب مستقیم دیوارها و کف‌ها به‌عنوان جرم حرارتی بخش‌های عملیاتی خانه هستند. همچنین می‌توان با استفاده از مخازن آب ،گرما ر ذخیره کرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان دشوار می‌باشد .
جرم حرارتی در اثر جذب گرما در طی روز گرم می‌شود و در شب گرما را به فضای منزل هدایت می‌کند اکثر سیستم‌های خورشیدی پسیو با عطف به جرم حرارتی یا موادی با ظرفیت جذب و ذخیره گرمای بالا (آجر،بتون،موزاییک،آب) کار میکنند.
جرم حرارتی را می‌توان در نقشه ساختمان، در قسمت‌های سقف، دیوارهای داخلی، شومینه یا بالکن‌ها بکار برد. این سطوح نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند اما باید رنگ آن‌ها تیره باشد. میزان ذخیره‌سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرمای ویژه و چگالی آن‌ها می‌باشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانایی گرما نیز افزایش می‌یابد. نکات مهمی که در مورد سقف باید به آن‌ها توجه کرد، عبارت‌اند از:
نوع رنگ، رنگ. بتن، آجر، کاشی‌های شیشه‌ای و سرامیک تیره همچنین دیوارهای داخلی و شومینه جهت ذخیره‌سازی گرما به جرم بیشتری نیاز دارند. از نقطه‌نظر انرژی بکار بردن چندین جرم حرارتی در منزل دشوار خواهد بود ولی جرم حرارتی که جهت ذخیره‌سازی حرارت بکار میرود زیاد گران نیست.
قوانین کلی سیستم کسب مستقیم:
۱- تحلیل یک ذخیره‌ساز گرمای خورشیدی که برای رسانش گرما به منزل استفاده می‌شود.
۲- ضخامت مصالح جرم حرارتی از ۱۵,۲۴ سانتی‌متر تجاوز نکند.
۳- کف‌هایی که به‌عنوان جرم حرارتی استفاده می‌شوند نباید توسط فرش‌های سرتاسری کاملاً پوشیده شده و تا حد ممکن کاملاً بدون کف‌پوش باشند.
۴- استفاده از رنگ تیره برای کف‌ها ، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهایی که به‌عنوان جرم حرارتی استفاده می‌شوند .
۵- برای هر۰,۰۹ مترمربع شیشه جنوبی ، ۶۷.۹ کیلوگرم مصالح ساختمانی یا ۱۵.۱۲ لیتر آب به‌عنوان جرم حرارتی استفاده می‌شوند.
۶- حفره‌های بلوک‌های بتنی که به‌عنوان ذخیره‌ساز حرارتی استفاده می‌شوند با بتون پر شوند.
۷- استفاده از جرم حرارتی با ضخامت کم در فضای مسکونی باصرفه‌تر از جرم کلفترسطوح متمرکز کننده می‌باشد .
8- مساحت سطوح جرمی بی‌حفاظ در معرض تابش باید ۹ برابر مساحت شیشه‌ها باشد.
9- دمای خورشیدی [۲] بدون استفاده از جرم حرارتی در کسب مستقیم استفاده می‌شود.
گرمایش خورشیدی پایه‌ترین تکنیک خورشیدی پسیو است که شامل افزایش تعداد پنجره‌ها در وجه جنوبی و جنس پنجره‌ها به‌عنوان جرم حرارتی که اغلب در منازل رعایت می‌شود می‌باشد. در خانه خورشیدی حدود ۲۵% پنجره‌ها روبه جنوب بوده و ۳% آن در سقف خانه‌ها قرار دارد. صرفه‌جویی انرژی در این روش کم بوده اما هزینه پایینی در بردارد.
۲)کسب غیرمستقیم :
در یک سیستم کسب غیرمستقیم، جرم حرارتی بین فضای منزل و خورشید قرار گرفته پرتو خورشیدی که به آن می‌رسد را جذب می‌کند و از طریق رسانش به فضای منزل منتقل می‌کند. سیستم کسب غیرمستقیم ۴۵-۳۰ درصد از انرژی خورشیدی که به شیشه به‌عنوان جرم حرارتی می‌رسد مصرف می‌نماید.
انواع سیستم‌های کسب غیرمستقیم عبارت‌اند از:
۱- سیستم دیوار انباشتگر حرارت (دیوارهای ترومب)
۲- سیستم حوضچه‌ای
۳- دیوار آبی
۱)دیوار ترومب:
در این سیستم، جرم حرارتی تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می‌شود.
دریچه‌هایی در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارند که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می‌دهند. شب‌ها وقتی‌که دریچه‌ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می‌نماید. این دیوار تکنیکی برای گرفتن گرمای خورشید بوده و توسط مهندس فرانسوی فلیکس ترومب ساخته شد. قسمتی از دیوار جنوبی که از مواد جرم حرارتی مثل بتن ساخته شدهاند را با شیشه‌ای که در فاصله ۰,۰۵ متر از سطح واقع‌شده است میپوشانند.
نور خورشید واردشده و گرما توسط شیشه محبوس می‌شود و به دیوار در جذب آن کمک می‌کند. سپس گرما به داخل خانه در ساعات شبانه و غروب تابیده می‌شود. دیوارهای ترومب نیازی به تهویه ندارند زیرا هدف گردش هوای گرم بوده و گرفتن گرما از طریق تابش از دیوار می‌باشد.
دیوار ذخیره‌ساز حرارت باید جامد باشد و هیچ دریچه یا منفد بازی به بیرون یا فضای منزل نداشته باشد. در تابستان دیوار ترومب بازده بهتری نسبت به روش کسب مستقیم دارد. دیوارهای ترومب با پنجرههای روش کسب مستقیم در همان دیوار ترکیب می‌شوند. شیشه‌های دو جداره نیز برای ذخیره حرارت توصیه می‌شوند بین شیشه و جرم حرارتی ۷,۶۲-۲.۵۴ سانتی‌متر فاصله باید باشد.
۲)سیستم‌های حوضچه‌ایی :
در بام‌های مسطح ۰,۳-۰.۱۵ متر آب ذخیره می‌شود. این سیستم بهترین سیستم سرمایشی برای مناطق با رطوبت کم می‌باشد، ولی برای مناطق مرطوب آب باید در مخازن فایبرگلاس یا پلاستیکی بزرگ قرار گیرد که توسط شیشه پوشیده شده و فضای زیر آن توسط تابش گرم می‌شود.
۳)دیوار آبی:
آب در مخازن صلبی نگهداری می‌شود. ظرفیت ذخیره گرمای آب دو برابر بیشتر از جرم حرارتی می‌باشد. بنابراین به نسبت حجم کمتر از جرم حرارتی نیاز می‌باشد. حداقل ۱۳,۲۳ لیتر آب به ازای هر فوت مربع شیشه در مخزن ریخته می‌شود. حتی یک لوله داغ داخل دیوار یا یک استخر نیز به‌عنوان جرم ذخیره‌ساز حرارت استفاده می‌شود.
قوانین کلی سیستم کسب غیرمستقیم برای دیوارهای ترومب:
۱- دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره‌رنگ باشد .
۲- حداقل فاصله ۰,۱ متر بین دیوار جرم حرارتی و شیشه وجود داشته باشد.
۳- دریچه‌هایی که در دیوار جرم حرارتی استفاده می‌شوند، باید هنگام شب بسته باشند .
۱- اگر عایق متحرک شبانه در سیستم دیوار حرارتی استفاده شود، مساحت دیوار جرم حرارتی حدود ۱۵% کاهش می‌یابد.
۲- اگر جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریبی ان ۰,۳۵-۰.۲۵ متر برای بتن۰.۴۵-۰.۳ متر برای خشت خام و سایر مصالح ۰.۳-۰.۲ متر و برای آب حداقل ۰.۱۵ متر باید باشد.
۳)ایزوله کردن خانه :
یک سیستم ایزوله مجموعه بخش‌هایی جدای از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل‌کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشتگر خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم‌ها عایق نمودن منزل مسکونی می‌باشد.
سیستم ایزوله ۳۰-۱۵ درصد از نور خورشید که به شیشه جهت گرمایش فضای منزل می‌رسد را استفاده می‌کند و همچنین انرژی خورشیدی را در اتاق‌های خورشیدی حفظ می‌نماید.
ظاهراً اتاق‌های خورشیدی یا گلخانه‌های خورشیدی ترکیبی از سیستم‌های کسب مستقیم و غیرمستقیم می‌باشند. نور خورشیدی ورودی به اتاق خورشیدی در جرم حرارتی ذخیره می‌شود . نور خورشید توسط رسانش از دیوار جرمی مشترک بین منزل و گلخانه به داخل منزل منتقل می‌شود.
انتهای خبر