کاهش مصرف انرژی با معماری خورشیدی
انرژیهای پاک یکی از مهمترین جایگزینهای سوختهای فسیلی هستند؛ انرژیهایی که امروزه در زمینههای مختلفی به کمک بشر آمدهاند.
به گزارش خبرگزاری سیناپرس، در حال حاضر محدود بودن منابع فسیلی و آلودگیهای ناشی از استفاده این گونه منابع، پژوهشگران و دانشمندان جوامع بشری را بدان واداشته به منظور کاهش و صرفه جویی در مصرف انرژی و همچنین کاهش انتشار گازهای آلاینده، به دنبال جایگزینی انرژیهای پاک و تجدید پذیر به جای سوختهای فسیلی باشند؛ انرژیهایی که از سالهای بسیار دور مورد استفاده قرار میگرفتند و در عصر حاضر نیز در زمینههای مختلف به کمک بشر آمدهاند.
یکی از مصارف عمدهای این منابع پاک در ساختمانسازی استفاده میشود. متاسفانه هم اکنون درصد قابل ملاحظهای از انرژیهای اولیه ساختمانها به دلیل ضعف در طراحی، صرف گرم کردن، خنک کردن و نوررسانی میشود. این در حالی است که تنها با اندکی توجه به اصول طراحی و در نظر گرفتن اقلیم هر ناحیه، میتوانیم با استفاده از انرژیهای پاک، مصرف انرژی بناها را تا حد قابل قبولی کاهش دهیم و به معماری پایدار برسیم.
اهمیت این مساله باعث شده تا امروزه معماری خورشیدی در جهان جایگاه ویژهای پیدا کنند؛ معماریهایی که در آن ساختمانهای مسکونی و اداری انرژی خود را از نور خورشید تامین میکنند. ساختمانهایی که میتوانند از انتشار گازهای گلخانهای بکاهند و آب گرم، روشنایی و سیستم گرمایشی و سرمایشی خود را تامین کنند.
تامین آب شیرین
اغلب برای شیرین کردن آب ساختمانها از دو طریق انجماد یا تقطیر و تبخیر استفاده میکنند اما سادهترین آب شیرینکنها، آب شیرینکنهای تقطیری( به دو صورت یک طرفه یا دو طرفه ) هستند.
معمولا در انتهای آب شیرینکنها تشتکی به رنگ سیاه وجود دارد. وقتی تابش آفتاب به شیشه اصابت میکند. این تابش به صفحه سیاه بازتاب شده و سپس تبدیل به انرژی حرارتی میشود و آب شور را گرم میکند.
آب شور به دلیل اینکه فضا بسته است، بخار میشود و به صفحه شیشهای شیبدار برخورد میکند. در نهایت اختلاف هوای بیرون و داخل سیستم باعث میشود که بخار به محض برخورد به سطح شیشهای تقطیر شود.
از آنجا که این شیشهها شیبدار هستند، قطره آب تقطیر شده از شیشهها به سمت پایین سر میخورد. در انتهای این ناودانی ظروف جمع آوری کننده آب شیرین وجود دارد که آب شیرین وارد آنجا میشود.
تامین روشنایی خانه
در حال حاضر از پنلهای خورشیدی میتوانیم برای تامین روشنایی برق ساختمانها استفاده کنیم. در این فناوری پس از تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی، جریان برق با استفاده از اینوتر به برق AC تبدیل میشود؛ پنلها نور خورشید را به برق DC تبدیل میکنند اما اغلب وسایل الکتریکی با برق AC کار میکنند بنابراین دستگاه اینورتر برق DC را به AC تبدیل میکند، در نهایت برق تولید شده توسط پنلهای خورشیدی با استفاده از وسایل ایمنی و ترانسفر سوئیچها میتواند نور ساختمان را تامین کند.
یک پنل خورشیدی توان DC تولید میکند. این توان فقط در طول روز و در صورت وجود نور تولید میشود بنابراین اگر بخواهیم یک بار DC را در طول روز با آن تغذیه کنیم، مشکلی نخواهیم داشت اما این کار مناسب شب نیست زیرا ولتاژ تغذیه اغلب وسایل الکتریکی باید ثابت باشد.
در حال حاضر به دلیل وجود تغییرات جوی و نور خورشید، ولتاژ پنل خورشیدی ثابت نیست بنابراین اگر بخواهیم در شب که نوری در کار نیست از وسایل استفاده کنیم، با مشکل مواجه خواهیم شد اما میتوانیم با استفاده از یک باتری برای ذخیره توان در طول روز این مشکل را حل کنیم. علاوه بر این، باتری یک منبع ثابت، پایدار و قابل اطمینان است.
لازم به ذکر است، در این سیستم با جریان DC سر و کار داریم بنابراین، حتما باید سر مثبت پنل به ترمینال مثبت شارژر و سر منفی آن به ترمینال منفی وصل شود. در صورتی که این اتصالات وارونه انجام شود، ممکن است تجهیز دچار آسیب و حتی آتشسوزی شود. پس باید هنگام اتصال سیمها بسیار دقت کنیم.
تامین آب گرم ساختمان
امروزه آبگرمکنهای خورشیدی برای تامین آب گرم مصرفی منازل، ویلاها، مدارس، رستورانها، هتلها، بیمارستانها، استخرها، حمامها و… کاربرد دارند. این فناوری طی سالهای اخیر وارد ایران هم شده است.
معمولیترین و متداولترین سیستم آبگرمکن خورشیدی متشکل از یک کلکتور(صفحه تخت جاذب و لولههای متصل به آن) و منبع ذخیره آب است؛ در این فناوری کلکتورها، انرژی خورشیدی را جذب کرده و گرمای حاصل از آن را به آب در حال جریان داخل لوله منتقل میکند.
این آب به طور مستقیم ( سیستم باز) یا از طریق یک مبدل حرارتی خورشیدی(سیستم بسته) در داخل مخزن عایق کاری شده ذخیره میشود از اینرو این سیستم قابلیت تامین آب گرم در طول شبانه روز را دارد.
اگر این نوع آبگرمکن ها طراحی مناسب داشته باشد و در مکان مناسب نصب شوند تا چندین سال قابلیت استفاده را دارند؛ معمولا عمر این آبگرمکن ها 10 تا 20 سال است.
هرچند از این منبع پاک به راحتی میتوانیم برای پخت غذا و شست و شو و استحمام استفاده کنیم اما انرژی خورشیدی همیشگی نیست و ممکن است در کلانشهرهایی مانند تهران 3 روز متوالی هوای ابری داشته باشیم. در این مواقع چه باید بکنیم؟
این آبگرمکنها با برق هم کار میکنند یعنی مواقعی از سال که نور خورشید کم است. فقط با فشار دادن یک دکمه این آبگرمکنها به آبگرمکن برقی تبدیل میشوند و آب گرم مورد نیاز شهروندان را تامین میکنند. علاوه بر آن قابلیت اتصال به سیستمهای حرارت مرکزی را نیز دارند.
از سوی دیگر نگهداری این آبگرمکنها بسیار ساده و نگهدای آن حتی از سایر آبگرمکنها نیز راحتتر است. فقط شیشههای کلکتورهای این آبگرمکنها باید هر هفته در نقاط کویری، باد خیز و مناطق با آلودگی هوا تمیز شوند.
اگر به هر دلیلی شیشههای کلکتورهای خورشیدی هم شکسته شوند، به راحتی میتوانند تعویض شوند. همچنین این آبگرمکنها بسیار ایمن هستند و خطراتی مانند آتش سوزی و نشت گاز یا نفت را ندارند.
تامین گرمایش و سرمایش ساختمانها
استفاده از حوضچه یا استخر پشت بام برای گرمایش و سرمایش ساختمانهای یکی از روشهای ساده و ارزان است. در این سیستم به روی پشت بام خانه خورشیدی، یک کیسه پلاستیکی پر از آب به ضخامت تقریبا 20 سانتی متر قرار داده شده که به روی فلز سیاه رنگی در پشت بام تعبیه میشود و به این ترتیب یک سیستم ترکیبی از گرمایش برای زمستان و سرمایش برای تابستان به وجود میآید؛ در این سیستم از روشهای طبیعی برای گرم کردن و سرد کردن ساختمان استفاده میشود.
از وسایل ضروری این سیستم وجود صفحات عایق حرارتی است که در روی ریلی در بالای کیسه آب در پشت بام نصب شده است. در زمستان در روزهای آفتابی صفحات عایق کنار زده میشوند و کیسه آب در مقابل اشعه خورشید قرار گرفته و با دریافت حرارت خورشید، در طی روز آب داخل کیسه گرم میشود. گرمای دریافت شده به سقف برای جلوگیری از تلفات حرارتی سقف، صفحاتی عایق سطح حوضچه آب و پشت بام را میپوشاند و حرارت ذخیره شده در آب و سقف ساختمان، باعث گرم شدن هوای داخل ساختمان میشود.
در تابستان در ایام روز، صفحات عایق بسته شده و از گرم شدن کیسه آب و سقف به وسیله خورشید جلوگیری میکند اما در شب صفحات عایق کنار رفته و حوضچه پشت بام در مقابل هوای آزاد قرار میگیرد و این حوضچه حرارت خود را به وسیله خنکی شب از دست میدهد و با سرد شدن سقف، گرمای ساختمان نیز به این طریق به خارج منتقل و ساختمان خنک میشود.
گرم کردن آب استخر خانهها
از آنجا که کشور ما به علت موقعیت جغرافیاییاش از تابش نور خورشید به مقدار زیادی برخوردار است، میتوان از این منبع عظیم و رایگان برای گرم کردن آب استخر خانهها و ویلاها نیز استفاده کرد. برای گرم کردن آب استخرها توسط نور خورشید، دو نوع سیستم به کار گرفته میشود که عبارتند از سیستم تک گردشی و سیستم دو گردشی.
در سیستم تک گردشی، آب استخر به طور مستقیم از طریق یک پمپ به طرف کلکتورها که اکثرا از مواد پلاستیکی( پلی پروپیلن یا پلی اتیلن به صورت شیلنگ) ساخته شدهاند، فرستاده میشود و پس از گرم شدن به وسیله تابش خورشید دوباره به استخر میریزد.
این سیستم تا زمانی قابل استفاده است که هنوز دمای محیط خارج زیاد سرد نشده باشد. در زمستانهای سرد باید آب داخل سیستم را خالی کرد تا از ترکیدگی لولهها بر اثر یخ زدن جلوگیری شود. از جمله امتیازات به بکارگیری این سیستم میتوان به کم خرج بودن و بالا بودن بازده کاری این سیستمها اشاره کرد.
تنها ضعف این سیستم عدم استفاده آن در زمستان است و نیز برای گردش آب در سیستم نیز نیاز به استفاده از پمپ آب است.
در سیستم دو گردشی، گرم کردن آب استخر به صورت مستقیم انجام نمیشود بلکه تبادل گرما در یک تبادل کننده حرارتی صورت میگیرد. به این ترتیب، کلکتورها میتوانند در تمامی مدت سال به کار مشغول باشند. البته برای این منظور باید از کلکتورهایی با جنس مرغوب استفاده کرد.
گزارش: بیتا اکبری
