ساختمان های غیرفعال خورشیدی(Passive Solar energy buildings)
ساختمان های غیرفعال خورشیدی(Passive Solar energy buildings)
ساختمان های غیرفعال خورشیدی(Passive Solar energy buildings)
شما میتوانید در اینستاگرام مطالب جدید ما را دنبال کنید
گرمایش و سرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان
الف – گرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان
برای گرمایش خورشیدی پسیو دو اقدام اولیه باید صورت گیرد:
استفاده از شیشه در وجه جنوبی
استفاده ازجرم حرارتی جهت جذب کردن، ذخیره سازی و انتشار گرما
۳ روش کلی برای سیستم های پسیو وجود دارد:
- کسب مستقیم
- کسب غیر مستقیم
- ایزوله کردن
هدف همه سیستم های گرمایش خورشیدی ذخیره سازی گرما توسط مصالح ساختمانی و رها سازی آن در زمانهایی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگامیکه مصالح ساختمانی گرما را برای استفاده های بعدی ذخیره می نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می نماید.
۱) کسب مستقیم :
معمولترین سیستم خورشیدی پسیو، کسب مستقیم نامیده می شود. کسب مستقیم مربوط به نور خورشید است که از پنجرهها وارد ساختمان می شود و فضای داخلی منزل را گرم می کند. طی ساعات آفتابی این گرما در جرمهای حرارتی سقفها یا دیوارهای داخلی با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخیره می شود. گرمای ذخیره شده در جرم حرارتی در طی ساعاتی که آفتاب غروب کرده است به درون منزل منتقل می شود. طراحی یک سیستم کسب مستقیم عبارت است از محاسبه سطح پنجره و میزان جرم حرارتی مورد نیاز جهت گرم کردن فضای منزل بطور کلی مساحت شیشه درکسب مستقیم باید حداقل ۷ صدم مساحت سقف خانه باشد و از ۱۲ درصد ان تجاوز نکند. در کسب مستقیم شیشه های دوجداره نیز توصیه می شوند.
در این سیستم فضای منزل ، یک کلکتور خورشیدی، جاذب گرما و سیستم توزیع می باشد. شیشه ضلع جنوبی انرژی خورشیدی را به داخل خانه جائیکه جرم حرارتی مانند دیوارها و کف بطور مستقیم و غیر مستقیم تحت تابش این نور قرار می گیرند هدایت می کند. سیستم کسب مستقیم ۷۵-۴۰ درصد از انرژی خورشیدی برخورد کرده به پنجره را مصرف می کند.
در سیستم کسب مستقیم دیوارها و کفها به عنوان جرم حرارتی بخشهای عملیاتی خانه هستند. همچنین می توان با استفاده از مخازن آب ،گرما را ذخیره کرد .
جرم حرارتی در اثر جذب گرما در طی روز گرم می شود و در شب گرما را به فضای منزل هدایت می کند اکثر سیستمهای خورشیدی پسیو با عطف به جرم حرارتی یا موادی با ظرفیت جذب و ذخیره گرمای بالا (آجر،بتون،موزائیک،آب) کار می کنند. جرم حرارتی را می توان 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 ذخیره سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرمای ویژه و چگالی آنها می باشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانایی گرما نیز افزایش می یابد.
قوانین کلی سیستم کسب مستقیم:
- تحلیل یک ذخیره ساز گرمای خورشیدی که برای رسانش گرما به منزل استفاده می شود.
- ضخامت مصالح جرم حرارتی از ۱۵٫۲۴ سانتی مترتجاوز نکند.
- کفهایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند نباید توسط فرشهای سرتاسری کاملاً پوشیده شده و تا حد ممکن کاملاً بدون کف پوش باشند.
- استفاده از رنگ تیره برای کفها ، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهاییکه بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند .
- برای هر۰٫۰۹ مترمربع شیشه جنوبی ، ۶۷٫۹ کیلوگرم مصالح ساختمانی یا ۱۵٫۱۲ لیتر آب به عنوان جرم حرارتی استفاده می شوند.
- حفره های بلوکهای بتنی که بعنوان ذخیره ساز حرارتی استفاده می شوندبا بتون پر شوند.
- استفاده از جرم حرارتی با ضخامت کم درفضای مسکونیبا صرفه تر از جرم کلفتر سطوح متمرکز کننده می باشد .
- مساحت سطوح جرمی بی حفاظ در معرض تابش باید ۹ برابر مساحت شیشه ها باشد.
- دمای خورشیدی بدون استفاده از جرم حرارتی در کسب مستقیم استفاده می شود.
گرمایش خورشیدی پایه ترین تکنیک خورشیدی پسیو است که شامل افزایش تعداد پنجره ها در وجه جنوبی و جنس پنجره ها به عنوان جرم حرارتی که اغلب در منازل رعایت می شود می باشد. در خانه خورشیدی حدود ۲۵% پنجره ها روبه جنوب بوده و ۳% آن در سقف خانه ها قراردارد. صرفه جویی انرژی در این روش کم بوده اما هزینه پایینی در بردارد.
۲)کسب غیر مستقیم :
در یک سیستم کسب غیر مستقیم، جرم حرارتی بین فضای منزل و خورشید قرار گرفته و پرتو خورشیدی که به آن می رسد را جذب می کند و از طریق رسانش به فضای منزل منتقل می کند. سیستم کسب غیر مستقیم ۳۰ تا ۴۵ درصد از انرژی خورشیدی که به شیشه بعنوان جرم حرارتی می رسد را مصرف می نماید.
انواع سیستمهای کسب غیر مستقیم عبارتند از:
- سیستم دیوار انباشتگر حرارت (دیوارهای ترومب)
- سیستم حوضچه ای
- دیوار آبی
۱)دیوار ترومب
در این سیستم، جرم حرارتی تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود
دریچه هایی در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارند که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می دهند. شبها وقتیکه دریچه ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید. 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 متراز سطح واقع شده است میپوشانند. نور خورشید وارد شده 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 ذخیره ساز 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 سانتی متر فاصله باید باشد.
۲)سیستم های حوضچه ای :
در بام های مسطح ۰٫۳-۰٫۱۵ متر آب ذخیره می شود. 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 شود.
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 لیترآب به ازای هر فوت مربع شیشه در مخزن ریخته میشود. حتی یک لوله داغ داخل دیوار یا یک استخر نیز بعنوان جرم ذخیره ساز حرارت استفاده میشود.
قوانین کلی سیستم کسب غیر مستقیم برای دیوارهای ترومب:
۱- دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره رنگ باشد .
۲- حداقل فاصله ۰٫۱ متر بین دیوار جرم حرارتی و شیشه وجود داشته باشد.
۳- دریچه هایی که در دیوار جرم حرارتی استفاده می شوند، باید هنگام شب بسته باشند .
الف- اگر عایق متحرک شبانه در سیستم دیوار حرارتی استفاده شود، مساحت دیوار جرم حرارتی حدود ۱۵% کاهش مییابد .
ب- اگر جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریبی آن ۰٫۳۵-۰٫۲۵ متر برای بتن ۰٫۴۵-۰٫۳ متر برای خشت خام وسایر مصالح ۰٫۳-۰٫۲ متر و برای آب حداقل ۰٫۱۵ متر باید باشد.
ج- ایزوله کردن خانه :
یک سیستم ایزوله، مجموعه بخشهایی جدا از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشتگر خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم ها عایق نمودن منزل مسکونی میباشد.
سیستم ایزوله ۳۰-۱۵ درصد از نور خورشید که به شیشه جهت گرمایش فضای منزل می رسد را استفاده میکند و همچنین انرژی خورشیدی را در اتاقهای خورشیدی حفظ می نماید.
اتاقهای خورشیدی یا گلخانههای خورشیدی ترکیبی از سیستم های کسب مستقیم و غیر مستقیم میباشند. نور خورشیدی ورودی به اتاق خورشیدی در جرم حرارتی ذخیره می شود . نور خورشید توسط رسانش از دیوار جرمی مشترک بین منزل و گلخانه به داخل منزل منتقل میشود.
ب – سرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان
انواع روشهای سرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان
تکنیکهای سرمایش طبیعی باعث میشوند بدون استفاده از هر گونه انرژی در تابستان، خانه خنک بماند. سایه از جمله موارد کاربردی و مهم در خانه های خورشیدی پسیو میباشد زیرا همین ساختار در زمستان نور خورشید را جمع آوری میکند. جرم حرارتی و مصالح ساختمانی به همان خوبی که در گرمایش کاربرد دارند در سرمایش نیز مؤثرند. در زمستان گرما را ذخیره میکنند و در تابستان جهت خنکسازی منزل استفاده میشوند. همچنین بکار بردن پنجرههایی که در تابستان با ایجاد سایه، گرمای کمتری به خانه منتقل می کنند از روشهای سرمایش پسیو میباشد.
۱) پنجره های مناسب جهت تهویه:
یک استراتژی اولیه برای سرمایش ساختمانها بدون بکار بردن قطعات مکانیکی در آب و هوای گرم، بکار بردن تهویه طبیعی میباشد. نسیمهای رایج تابستانی با شیشههای بزرگ دیوار جنوبی که برای گرمایش پسیو بکار میروند هماهنگی دارد و به پیروی از استراتژیهای زیر امکان استفاده از تهویه و دریچه خورشیدی را بطور مؤثری کارا میسازند.
وضعیت پنجرهها باید به گونهای باشد که بهترین جریان هوا بوجود آمده و پنجرههای با حفاظ (سایبان دار) بطور کامل باز شود. این پنجره بهترین محافظ در برابر باران بوده و بهتر از پنجرههای دو لنگه (لولایی) عمل میکنند. اگر اتاقی فقط در یک وجه پنجره دارد، میتوان بجای یک پنجره از دو پنجره پهن استفاده نمود.
۲) سایه بان:
وسایل ایجاد کننده سایه قبل از اینکه نور خورشید به ساختمان برسد آنها را متوقف میکنند این وسایل عبارتند از سایبان، صفحات خورشیدی، پرده های غلطان، دیافراگم مخصوص پشت پنجره و بادگیر عمودی.
این وسایل قابل کنترل بوده و توسط صاحبخانه بر حسب نیاز تنظیم میشوند. استفاده از پرده در منزل کم هزینه و مفید میباشد. راه دیگر ایجاد سایه استفاده از یک ایوان یا دالان در قسمتهای شرقی یا غربی ساختمان می باشد.
۳) دیوارهای مؤثر بر هوا :
دیوارهای بالدار در معرض جریان باد قرار دارند و سرعت باد طبیعی را طی اختلاف فشار بوجود آمده توسط این دیوارها زیاد می کند.
دودکش حرارتی :
دودکش حرارتی جهت خروج جریانات بخار و هوا از ساختمان بکار می رود. با قرار دادن یک دریچه خروجی در نواحی گرم و داغ، هوا جهت تهویه ساختمان به درون آن کشیده می شود.
اتاقهای آفتابی به این دلیل طراحی می شوند که گرمای طاقت فرسایی که در طی تابستان در اتاقهای جنوبی پدید میآید را توسط دریچههای بالایی تهویه کنند. دریچههای پایینتر منزل با پنجرههای سمت شمالی باز میشوند و هوای درون فضای منزل از دریچههای بالایی اتاق آفتابی خارج میشود.
دیوار جرمی برای استفاده غیر مستقیم ساخته میشود. دوکشهای حرارتی بصورت بخش باریکی ساخته میشوند (مثل یک دودکش). یک جاذب فلزی شکلی که قابلیت گرم شدن دارد در کنار دودکش پشت صفحه شیشهای قرار میگیرد طوری که به دمای بالایی رسیده و توسط یک عایق از خانه جدا میشود. دودکش به بالای پشت بام محدود میشود و یک توربین چرخان در بالای دودکش قرار گرفته که مخالف جهت باد باز شده و به هوای داغ اجازه خروج میدهد، بدون اینکه برای داخل شدن باد به دودکش مانعی باشد. دودکش حرارتی در خانههای با دهلیز و راه پلههای باز استفاده میشود.
