روشهای استفاده از انرژی خورشیدی

به گزارش تاسیسات نیوز، به نقل از نشریه سندیکای حرارتی و برودتی  شماره 2 شهریور 71،

روشهای استفاده از انرژی خورشیدی به شرح زیر بررسی می شوند:

تالیف : مهندس اصغر حاج سقطی 

دانشیار دانشگاه علم و صنعت ایران
گرمایش و سرمایش ساختمانها (خانه های خورشیدی)
مقدمه- ساختمانها بدو طریق قادر به تامین نیاز حرارتی خود از خورشید می باشند، انفعالی (Passive) و فعال (Active) در حالت انفعالی، کیفیت و چگونگی معماری ساختمان در میزان دریافت و ذخیره انرژی حرارتی خورشیدی تاثیر مستقیم دارد، در صورتیکه گرمایش خورشیدی بصورت فعال، مستلزم استفاده از کلکتورهای خورشیدی و یک منبع انرژی دیگر جهت انتقال سیال گرم شده به داخل ساختمان می باشد. طراحی و ساخت بناهائی که از انرژی خورشیدی انفعالی استفاده میکرده اند، به حدود 2500 سال پیش بر میگردد، اما بتازگی و مجدداً این امر مورد بررسی معماران و مهندسین قرار گرفته و با تغییرات و اصلاحاتی برای مناطق معتدل و سردسیر، طرحهائی ارائه شده اند.
گرمایش خورشیدی انفعالی (Passive Solar Heating)
یک سیستم گرم کننده انفعالی (غیرفعال) سیستمی است که در آن گرم کردن ساختمان بطور طبیعی و با استفاده از عوامل طبیعی مثل خورشید انجام گیرد، باین معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم می سازد، که ساختمان به انرژی فسیلی یا الکتریکی نیازی نداشته و یا مصرف اینگونه انرژیها در آن بسیار کم باشد بعبارت دیگر « سیستم خورشیدی انفعالی» چیزی جز خود ساختمان نیست، در چنین سیستمی بعضی از عناصر و اجزا مختلف عملکردی چندگانه دارند که بطور مثال دیوارها علاوه بر تشکیل جداره های خارجی ساختمان، عمل جذب حرارت، ذخیره سازی و توزیع حرات را نیز انجام میدهند، بنابراین در طراحی ساختمانهای خورشیدی غیرفعال باید توجه شود که خصلت ، ذات و کالبد ساختمان خورشیدی باشد.
اجزاء مورد نیاز در سیستمهای انفعالی:
1- پرتوگیر – پرتوگیر عبارتست از سطح یا شیشه شفاف که معمولاً در نمای جنوبی ساختمان قرار داده میشود، سطح پرتوگیر را میتوان بصورت عمودی مطابق پنجره ها قرار داد و یا آنکه آنها را به صورت شیب دار مثل نورگیرهای سقفی نصب کرد.
2- جذب کننده – جذب کننده سطحی است که بطور مستقیم یا غیرمستقیم مشرف به پرتوهای خورشیدی است که از طریق پرتوگیرها وارد میشود، جذب کننده ، اشعه خورشید را به انرژی حرارتی تبدیل می نماید که این انرژی بصورت تابش یا هدایت از سطح دور شده و به هوا انتقال می یابد.
3- انباره (ذخیره کننده ) – انباره که متشکل است از مصالح متراکم، حرارت منتقله از جذب کننده را ذخیره میکند، انباره باید اندازه ای متناسب با سیستم داشته باشد و دقت شود که حجم و ضخامت آن متناسب با مقدار حرارتی باشد که لازم است جمع و ذخیره شود، معمولاً انباره در داخل و یا در مجاورت فضائی که گرم کردن آن مورد نظر است قرار داده میشود.
باید توجه داشت که معمولاً جذب کننده و انباره یکی هستند مانند کف یا دیوار بتنی یا آجری
4- توزیع کننده – در یک سیستم خورشیدی انفعالی توزیع کننده عبارتست از روش یا وسیله ای که بوسیله آن، حرارت به ساختمان منتقل میشود.
توزیع حرارت ممکن است بطور طبیعی یعنی تابش و یا جابجائی صورت گیرد، همچنین حرارت را میتوان با استفاده از وانتیلاتور و یا پمپ، از قسمت جمع کننده به داخل ساختمان یا انباره ای در خارج ساختمان هدایت کرد.
5- تنظیم کننده حرارت – تنظیم کننده که گاهی آنرا کنترل کننده نیز میگویند وسیله ایست که در مواقع ابری و یا در شبهای سرد، از تلف شدن انرژی حرارتی ذخیره شده جلوگیری میکند که در اینحال تنظیم کننده عبارتست از یک صفحه عایق حرارتی ، تنظیم کننده میتواند وسیله ای باشد که در مواقع عدم نیاز، جلب حرارت را به حداقل برساند، که در اینصورت سایه بان و یا هواکش را میتوان یک تنظیم کننده محسوب نمود.
روشهای گرمایش خورشیدی انفعالی :
روشهای متعدد در زمینه استفاده از انرژی خورشید بصورت غیرفعال وجود دارند که متداولترین آنها عبارتند از :
• روش دریافت مستقیم
• دیوار ترومب و دیوار آبی
• روش گلخانه ای (گرمخانه)
• استخر یا حوضچه روی بام
• هواکش حرارتی (برج هوا)
شکل 1 چهار روش از گرمایش خورشیدی غیرفعال ساختمانها را نشان میدهد.

روش دریافت مستقیم:
پنجره ها – گلخانه و نورگیر سقفی که معمولاً اجزاء یک ساختمان محسوب میشوند در طرح یک خانه خورشیدی کمک موثری می نمایند. پنجره رو به آفتاب انرژی حرارتی خورشید را به داخل ساختمان هدایت نموده از خروج آن در مواقع تابش آفتاب جلوگیری میکنند، در صورتیکه همین پنجره ها در روزهای ابرای و شبها، بیشتر از آن مقدار گرما را که کسب کرده اند، از دست میدهند. جهت جلوگیری از هدر رفتن حرارت در شب، میتوان از عایقهای حرارتی استفاده کرد. پنجره هائی که فاقد پرده و کرکره و دراپه و امثال آنها باشند، بزرگترین عامل از دست دادن حرارت در ساختمانها، تلفات حرارتی شیشه ها بین 20 تا 50 درصد از کل حرارت از دست رفته را تشکیل میدهد، بنابراین با مجهز کردن آنها به پرده و کرکره میتوان تا حد زیادی از تلفات جلوگیری در ساعات بدون خورشید جلوگیری نمود.
ایده آل اینست که بتوانیم تمامی سطح پنجره های ساختمان را که در جهات غیرآفتابی واقع شده اند، با یک عایق موثر بپوشانیم زیرا ارزش عایقکاری بوسیله پرده های معمولی کم بوده و برای جلوگیری از تلفات حرارتی شیشه ها کافی و مناسب نمی باشد.
یکی از روشهای جلوگیری از تلفات حرارتی پنجره ها، استفاده از سیستم BEADWALL است، در این سیستم، پنجره تشکیل شده است از دو لایه شیشه یا پلاستیک که در حدود 7 سانتیمتر از هم فاصله دارند، در ساعات غیرآفتابی که دریافت حرارت خورشیدی از طریق پنجره متوقف میشود، دانه های پلاستیکی کم وزن بطور اتوماتیک به داخل فضای دو لایه شیشه ریخته میشوند، وقتیکه فضای خالی دو شیشه با این دانه های یونولیتی پر شود، یک پنجره عایق دار مناسب بوجود آمده و از تلفات حرارتی ساختمان جلوگیری میشود، برای برگرداندن یونولیتها در ساعات آفتابی که احتیاج به دریافت و ذخیره انرژی حرارتی داریم میتوان از یک کمپرسور مکنده و یک محفظه مناسب استفاده کرد، این سیستم را متیوان در پنجره هایی که با افق از 40 تا 90 درجه زاویه دارند، اجرا نمود.
استفاده از پنجره ها در سیستمهای گرمایش خورشیدی با روش دریافت مستقیم، دارای معایب و مزایایی است که اهم آنها عبارتند از:
الف- معایب :
1- سطوح شیشه ای، هر شب گرما را از دست میدهند که برای جلوگیری از آن باید تدابیری بکار برده شود.
2- مبلمان داخلی ساختمان، بعلت تابش مستقیم خورشید حالت تغییر رنگ و خشک شدگی پیدا میکنند که بایستی آنها را محافظت کرد.
3- جهت اخذ و ذخیره انرژی حرارتی خورشید، باید سطوحی از مصالح ساختمانی و با منابعی در داخل ساختمان تعبیه شوند.
4- در صورتیکه پنجره ها دارای روکش حرارتی باشند، حداقل دو بار در روز باید توسط ساکنین ساختمان باز و بسته شوند.
5- دریافت حرارت خورشیدی از طریق پنجره ها به تنهائی جوابگوی گرمای سالانه ساختمان نمی باشد.
ب: مزایا:
1- هزینه پنجره ها جزئی از هزینه ساخت یک ساختمان را تشکیل میدهد و لذا از نظر مالی پنجره ها باری برای ساختمان محسوب نمیشوند.
2- پنجره های خورشیدی را میتوان همراه با دیگر سیستمهای گرما خورشیدی، در طرح خانه های خورشیدی منظور کرد.
3- در روز از طریق پنجره ها تمام یا بخشی از انرژی مورد نیاز ساختمان در شبانه روز تامین گردیده و با عایق کردن پنجره ها از تلفات حرارتی ساختمان در شب حتی الامکان جلوگیری میشود.
گلخانه رو به آفتاب که در ارتباط با فضای داخلی ساختمان باشد، علاوه بر اینکه مثل یک کلکتور خورشیدی به کسب انرژی حرارتی خورشیدی کمک میکند، حرارت کسب شده در روز را نیز برای شب ذخیره مینماید و میتوان از آن برای گرم کردن سایر قسمتهای ساختمان استفاده کرد، چون گلخانه در شب احتیاج به گرما ندارد. از تمامی حرارت آن میتوان استفاده نمود. بعلاوه گلخانه یک کلکتور زنده است که از فضای زندگی گلها و گیاهان محافظت کرده و علاوه بر تهیه هوای گرم در زمستان، هوای تازه، رطوبت و خنکی لازم در تابستان را نیز تامین می نماید.
نورگیر سقفی (sky light) یا سقف شکسته که برای ایجاد نور و تهویه در ساختمان بکار میرود میتواند اشعه خورشید و انرژی حرارتی حاصله را در زمستان به تمامی سطوح داخل ساختمان راه داده و در تابستان نیز به تهویه و خنک کردن هوا کمک کنند، چون هوای گرم همیشه در سطوح فوقانی و نزدیک سقف قرار میگیرد، میتوان با استفاده از نورگیرها که در سقف قرار دارند هوای گرم را به بیرون رانده و یک جریان هوا را در ساختمان بوجود آورد.
در ساخت نورگیرها نیز احتیاج به تعبیه پانل و یا صفحات عایق خواهد بود تا از ورود اشعه خورشید در تابستان جلوگیری کرده و در زمستان اجازه دهد تا انرژی حرارتی خورشید به ساختمان وارد شده و ساختمان با دریافت مستقیم اشعه خورشید گرم شود.
شکل 2 موقعیت یک گلخانه و ارتباط آن با فضای داخل ساختمان و شکل 3 یک نورگیر سقفی را که برای گرمایش و تهویه ساختمان طراحی شده است نمایش میدهد.

پایان خبر/