بررسی نقش ساختمان هوشمند و کاربرد انرژی های نو در توسعه پایدار

افزایش آلودگی محیط زیست در پی استفاده از انرژي فسیلی لزوم به کارگیري خانه هوشمند و توسعه پایدار را در سال های اخیر، مخصوصاً در بخش ساختمان که بیشتر از ۴۰ درصد از مصرف انرژي کل کشور را به خود اختصاص داده، بیشتر کرده است. بدون تردید مبحث انرژي از چالش برانگیزترین مسائل جاري قرن است. در این مقاله پس از بررسی انواع انرژي هاي نو و مفهوم توسعه پایدار، به بیان راهکار استفاده از خانه هوشمند و روشهاي مختلف تأمین انرژي پاك و تجدیدپذیر پرداخته شده است. بهره گیری از هوشمندسازی ساختمان  با رویکرد توسعه پایدار نمونه مناسبی از ساختمانهایی است که، اساس کار آنها بر مبناي به کارگیري از انرژي هاي تجدیدپذیر استوار است.

مقدمه

با توجه به افزایش جمعیت و کاهش منابع انرژي هاي تجدیدپذیر، نیاز انسان به منابع و روشهای جدید تأمین انرژي افزایش می یابد. نسل فعلی می بایست تحقیق و بررسی جهت روی آوردن به منابع نوینی که عمر و توان بیشتری داشته و از طرف دیگر آلودگی کمتری به محیط زیست وارد می کنند را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای خود در نظر گیرد. علی رغم موقعیت جغرافیایی ایران به لحاظ برخورداری از دشتهای وسیع در معرض باد و آفتاب که این امر گویای توان بالقوه ی ما در استفاده و تولید منابع انرژی تجدید پذیر است، متاسفانه به دلیل بهره گیری از سوخت های فسیلی در ابتدای لیست آلوده ترین کشورهای جهان قرار گرفته ایم. با وجود اینکه قیمت تمام شده سوخت های بیودیزیل در بسیاری از کشور های صنعتی بالاست، بهره گیری از منابع سوخت تجدیدپذیر یک فرهنگ محسوب می گردد. علاوه بر این استفاده از انرژي های نو در احداث ساختمانهای هوشمند و الگوی معماری پایدار یکی دیگر از امکاناتی است که در جهت بهینه سازی مصرف انرژي سهم بسزایی دارد.

با توجه به این که ذخایر سوخت های فسیلی رو به اتمام است . و همچنین با توجه به فرایند تغییر آب و هوایی  بسیاری از کشورهای دنیا تفاهم نامه ای را امضا کرده اند که در آن همه این کشورها باید از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و توربین های بادی استفاده کنند. از طرفی بهینه سازی انجام شده توسط هوشمند سازی ساختمان نیز باعث مدیریت هرچه بهتر منابع انرژی می شود. بنابراین در این مقاله سعی داریم تا در مورد استفاده از انرژی خورشیدی در خانه هوشمند کمی صحبت کنیم.

مصرف و اتلاف انرژی در بیشتر ساختمان های موجود فراتر از حد مجاز است که این نتیجه ی عدم رعایت قوانین موجود و کدهای حرفه ای است. تقریبا تمامی ساختمان های موجود در کشور ها برای غلبه بر گرما و سرما در فصول مختلف سال از سوخت فسیلی بهره می برند و عدم استفاده از پنجره های ایزوله و دو جداره و درزگیر ها و جهت نامناسب ساختمان، مصرف سوخت فسیلی را بالا برده و متناسب با آن شاهد افزایش آلاینده ها و آلودگی هوا هستیم که از نظر اقتصادی، متحمل هزینه های سنگین خواهیم شد. با این حال جامعه پیشرفته نیاز به استفاده از انرژی های پاک و تجدیدپذیر طبیعی را دارد. با توجه به خواص ویژه ی انرژی خورشیدی همچون بهای بسیار پایین و قابلیت اطمینان، این انرژی به عنوان یکی از راه حل های مناسب برای این منظور استفاده می شود.

هوشمندسازی و ساختمان هوشمند

هوشمندی (intelligent) ، باهوش (smart) ،حساس (sensible) و سازگار (adaptive) همه براي تعاریف ساختارها و مصالحی به کار میروند که شامل حسگرها و محركها بوده و توانایی سازگاري با تحریکات خارجی مانند بارها و تحریکات محیط را دارند. کلمنتس کروم هوش را این چنین بیان میکند: “هوش یک ویژگی نیست، اما سلسله مراتب پیچیده ای از مهارت های پردازش شده اطلاعات، بر اساس تعادل تطبیقی بین افراد و محیط زیست آنهاست.” اصطلاح هوشمند که گاهی smart نیز نامیده می شود، اخیراً به اشیايی اطلاق می شود که شبیه انسانها رفتار می کنند و تمایل به ادراک یا پردازش داده ها مانند انسان و واکنش بر اساس یک فرآیند تجزیه و تحلیل (تفکر) را دارند. بسیاري از این ویژگیهای هوشمند قصد و نیت یکسانی دارند، اما در مقیاس و عملکرد متفاوتند.

خانه هوشمند در دنیا با نام های House Intelligent یا House Smart شناخته شده است. خانه ای که نسبت به شرایط محیطی خود و همچنین فرمانهاي صاحبخانه به دلیل دارا بودن یک هوش مصنوعی، عکس العمل نشان می دهد و همچنین این هوش مصنوعی می تواند به صورت اتوماتیک برخی از کارها را انجام دهد. باید دقت داشت که در یک خانه مدرن هوشمند همه توانمنديهای فناوری در جهت کاهش خطر برق، افزایش ایمنی در برابر سرقت و نفوذ افراد غیر مجاز به خانه و امنیت در برابر حوادثی همچون آتش سوزی و… در جهت افزایش ایمنی و آسایش انسان طراحی شده است.

در احداث ساختمانهای هوشمند از مصالح هوشمند استفاده می شود که این یک اصطلاح جدید براي مصالح و فرآورده هایی است که توانایی درک و پردازش رویدادهای محیطی را داشته و نسبت به آن واکنش مناسب نشان می دهند. به بیان دیگر این مصالح قابلیت تغییر پذیري داشته و قادرند شکل، فرم، رنگ انرژي درونی خود را به طرز برگشت پذیر در پاسخ به تأثیرات فیزیکی یا شیمیایی محیط اطراف تغییر دهند.

 

انرژی خورشیدی چیست؟

از نظر تئوری، انرژی خورشیدی که کره زمین در یک ساعت دریافت می‌کند، برای تامین انرژی کل کره زمین به مدت یک سال کافی است. انرژی خورشیدی همچنین فراوان‌ ترین منبع انرژی در کره زمین است

 

استفاده از انرژی خورشیدی در خانه هوشمند

انرژی خورشیدی از انرژی های تجدید پذیر به حساب می آید. استفاده از انرژی خورشیدی به جای سوخت های فسیلی باعث کاهش دی اکسید کربن و دیگر آلاينده ها شده است. به علاوه استفاده از انرژی خورشیدی باعث صرفه جویی در مصرف گاز، برق و پرداخت قبوض انرژی های دیگر می شود. احتمالات استفاده از انرژی خورشیدی تابعی از مناطق مختلف آب و هوایی هستند که بررسی چنین فاکتورهایی همچون ویژگی های تابش خورشید، میزان بارندگی ،رطوبت، شرایط دماء مقدار و شرایط وزش باد و ویژگی های عایق بندی ضروری می باشد. در یک منطقه ی خورشیدی، روش طراحی آن برای به حداقل رساندن میزان اتلاف گرما و استفاده ی بهینه از انرژی حاصله بسیار مهم است. مفهوم انرژی خورشیدی در خانه هوشمند ترکیبی از یک ارتباط قوی بین ساختمان هوشمند یا خانه هوشمند و تحقیقات در زمینه انرژی است. چشم انداز ساختمان های سبز مثال هایی از کاربرد اکولوژی هستند که طراحان اصول اکوسیستمی، تاثيرات معماری، ساختار و سازماندهی آن را به حساب می آورند. طراحان با توجه به این مفاهیم، روش ها و کلام موجود در طبیعت، در موقعیت خلق یک معماری که برطبق آن اساسا یک سیستم طبیعی درگیر است، قرار دارند. به عبارتی برای کاهش مصرف سوخت در ساختمان های سبز استفاده از انرژی تجدید پذیر همچون انرژی باد و خورشیدی و انرژی حاصله از گرمای هسته ی درونی زمین دارای اهمیت بالایی بوده و پیشنهاد می شود.انرژی خورشیدی با داشتن درجه خلوص، فراوانی ودسترسی آسان به طور گسترده به حساب می آید.

روش های دریافت انرژی خورشیدی توسط ساختمان ها

دریافت انرژی خورشیدی توسط ساختمان ها به طور طبیعی متأثر از روش فعال و غیرفعال می باشد

الف) سیستم غیرفعال

در این سیستم به طور طبیعی گرمای ساختمان مد نظر است و به کمک عوامل طبیعی همچون نور خورشید است که نور خورشید باعث کاهش مصرف سوخت فسیلی می شود.در این سیستم دریافت و ذخیره ی انرژی خورشیدی به روش طراحی ساختمان بستگی دارد. روش های غیر فعال گرمایش خورشیدی عبارتند از:

۱- روش مستقیم نور خورشید مستقیما از طریق پنجره وارد ساختمان می شود.

۲- روش غیر مستقیم (دیوارهای ساختمان انرژی خورشیدی را ذخیره می کنند (دیوار thrombus و دیوار آبی)

۳- استفاده از گلخانه های مجاور

۴- وجود استخر یا حوضچه بر روی ساختمان.

 

ب) سیستم فعال

این سیستم از ذخيره ی انرژی خورشیدی استفاده می کند که انواع آن آبی گرمایی و فوتوولتائیک هستند.

 

کاربرد انرژی خورشیدی در ساختمان هوشمند

با توجه به نتایج حاصله، ذخیره کننده ها قابل نصب و استفاده در بالکن ها، نورگیرها و در کنار سقف خانه ها که سیستم خورشیدی بخشی از طراحی ساختمان است. به کمک این سیستم تقریبا حدود ۷۰ درصد انرژی سالانه ی ساختمان، تحت شرایط آب و هوایی مختلف تامین می شود.

انرژی خورشیدی اغلب برای تامین آب گرم مصرفی، سرمایش و گرمایش مورد نیاز و نور مورد استفاده واقع می شود.

 

 

استفاده از انرژی خورشید در ساختمان

ميزان انرژیی كه خورشيد در مدت زمان يك ساعت به زمين ارزاني مي‌دارد، معادل انرژي مورد نياز تمام انسان‌ها در طول يك سال است.

 

موارد استفاده از انرژی خورشید در ساختمان ها:

سیستم های سرمایش خورشیدی

در سالهای ۱۹۳۰ بود که ایده تازه ای درباره گرمايش و سرمايش ساختمانها با استفاده از انرژي خورشيد، مطرح شد و در کمتر از يک دهه به پيشرفتهای قابل توجهی رسيد. در زمينه گرمايش با استفاده از انواع گرمكن هاي خورشيدی مي توان از آب و يا هوا به عنوان سيال ناقل انرژی استفاده كرد. همچنين با افزودن سيستم خورشيدی به سيستم تبريد جذبي علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمايش از اين سيستم‌ها در فصول گرما براي سرمايش ساختمان نيز استفاده می گردد.
بيان ساليانه مصرف انرژی كشور نشان دهنده آن است كه بيشينه ميزان مصرف انرژی در ماه های گرم سال اتفاق مي افتد؛ علت اصلی چنين افزايشی، انرژی بالای دستگاه های سرمايش مي باشد؛ با كمی دقت اين نكته نمايان مي شود كه در اين فصول در كنار چنين افزايش مصرفی، انرژي تابشی خورشيد با قابليت كاردهی بالا در دسترس مي باشد به نظر می رسد كه جايگزينی منابع عظيم انرژي خورشيدی در دسترس در اين فصول راهكار مناسبي براي كاهش ميزان بيشينه مصرف انرژی می باشد.
به منظور تولید سرمایش، استفاده از سیکل های تبرید جذبی و تراکمی مرسوم می باشد. مطابق تحقیقات بعمل آمده، استفاده از سيستم سرمايش جذبي با سيكل هاي بازيافت بسيار مقرون به صرفه می باشد و در مقابل در صورتی كه غير از سيكل های بازيافت از اين سيستم استفاده شود ميزان انرژی بيشتری نسبت به سيستم تراكمی مصرف خواهد شد. البته لازم به يادآوری است كه استفاده از سيستم سرمايش جذبی به جاي سيستم تراكمی تنها از ديدگاه مصرف انرژی مورد بررسی قرار نمی گيرد بلكه از لحاظ ميزان آلاينده های زيست محيطي در مقايسه با سيستم سرمايش تراكمی آلودگي كمتری به محيط زيست تحميل می نمايد.
اما تامین انرژی حرارتی مورد نياز يك سيستم سرمايش جذبی بوسيله دو منبع خورشيدی و فسيلی به صورت موازی راهکار مناسبی است که باتوجه به شرایط آب و هوایی و شدت تابش بالای خورشید در تابستان، پیشنهاد می گردد.
در این حالت ديگ آب داغ موظف به تأمين انرژی مورد نياز چيلر در ساعاتی كه انرژی خورشيد مستقيماَ جوابگوی نياز سيستم نیست، می باشد.

به صورت كلی يك كلكتور خورشيدی يك مبدل حرارتی است كه انرژی خورشيد را به گرما تبديل مي­كند، در مبدل های معمولی انتقال انرژی از طريق يك سيال به سيال ديگر صورت می گيرد ولي در كلكتورهای خورشيدی انتقال انرژی از طريق تشعشع به سيال انتقال مي يابد.
كلكتورهای تخت قابليت توليد دمايی تا حدود  c 100ْ را دارا بوده كه با دريافت تابش های مستقيم و پخش شده خورشيدی به اين دما دست مي يابد. عموما‍ٌ برای اين نوع كلكتورها مكانيزم رديابی در نظر گرفته نمی شود و با تنظيم در جهت مناسب به صورت دايمی نصب می گردند. كلكتورهای تخت عموماٌ شامل يك يا چند لايه محافظ با فاصله هوايی مابين و يك قالب اصلی و يك جذب كننده مي­باشند.
نماي كلی سيستم در شكل زیر نمايش داده شده است:

 

 

در بارهای سرمايی پايين (كمتر از ۱۰۰ تن تبريد) استفاده از سيستمهای سرمايش خورشيدی مقرون به صرفه تر به نظر ميرسد، در اين سيستم ها با توجه به نياز كمتر چيلر جذبی به انرژي گرمايی تعداد كلكتورها و سطح آن به طبع كاهش پيدا مي كند.                                             .
با توجه به اينكه چيلر های ابزورپشن در دماهای پايين تری كار می كنند (حدود ۶۰-۹۰ درجه سانتي گراد) براي سرمايش خورشيدی مناسب تر به نظر می رسند.

در زیر یک نمونه شماتیک از سیستم چیلر جذبی تجمیع شده با سیستم خورشیدی (سرمایش خورشیدی) آورده شده است:

 

 

آبگرمکن های خورشیدی

انواع آبگرمكن­ها: 

آبگرمكن های خورشيدی را مي­توان از نظر نوع كاركرد به دو دسته عمده تقسيم بندی نمود: آبگرمكن های ترموسيفونی ( سيستم با گردش طبيعی) آبگرمكن های پمپی ( سيستم با گردش اجباری يا مدار باز)

الف) آبگرمكن هاي ترموسيفونی ( سيستم با گردش طبيعی)

در اثر تابش نور خورشيد به صفحات جاذب كلكتورها و جذب انرژي گرمايی توسط اين صفحات سيال موجود در كلكتورها در اثر خاصيت رسانايی گرم می شود در اثر وجود اختلاف دما چگالی بين ابتدا و انتهاي رايزر متفاوت است. اين پديده باعث بوجود آمدن خاصيت ترموسيفون در رايزر می شود و بنا به اين خاصيت سيال گرم به بالا حركت كرده و به منبع ذخيره وارد می گردد. درصورتيكه سيستم Direct ( مستقيم ) باشد در اين صورت سيال گرم شده همان آب مصرفی می باشد كه مورد مصرف قرار خواهد گرفت و چنانچه In direct (مخزن دوجداره باشد) سيال گرم شده محلول آب و ضد يخ است كه در جداره بيرونی مخزن را گرم و سپس به كلكتور باز می گردد. شمای كلی اين سيستم در ذيل نمايش داده شده است:

 

 

 

ب) آبگرمكن های پمپی ( سيستم با گردش اجباری يا مدار باز):

در اين دسته از آبگرمكنهای خورشيدی كه معمولا بصورت غير مستقيم ( با تعداد كلكتور بالا و مخزن دو جداره ) می باشد جهت انجام بهتر عمل سيركولاسيون از يك پمپ استفاده مي شود اين آبگرمكن ها معمولا جهت سيستم های بزرگ به كار می رود همچنين در سيستم های خانگی نيز كاربرد دارد.

در اين حالت مخزن ذخيره درهر محلی از ساختمان و نصب به كلكتورها می تواند قرار بگيرد. پمپ را در مسير ورود محلول سرد به كلكتورها قرار می دهند اين محلول پس از گرم شدن توسط صفحات جاذب كلكتورها برگشت مي كند. در اين نوع از سيستم های خورشيدی به دليل افزودن يك پمپ سيركولاسيون به مدار گردش سيال به ميزان قابل توجهي راندمان وتوان خروجی را بهبود می يابد. در اين نوع سيستم منبع ذخيره جدا از كلكتورها و در نزديكترين مكان به محل مصرف نصب می گردد.

همچنين اين سيستم مجهز به يك كنترلر دما می باشد كه اين كنترلر درمواقع نياز به پمپ دستور قطع و وصل می دهد.

روش عملكرد كنترلر به اين ترتيب است كه اختلاف دماي (T∆) بين خروجی كلكتور و خروجی مخزن را اندازه گرفته و پس از مقايسه با T∆ تنظيم شده روی اين كنترلر (بسته به محل نصب كلكتور ميزان T∆ متغيير است) فرمان قطع يا وصل شدن عمل سيركولاسيون ( خاموش يا روشن كردن پمپ ) در مدار را می دهد در ذيل شمای كلی اين سيستم نمايش داده می شود:

 

 

معرفي آبگرمكن های خانگی و عمومی:

موارد مصرف آبگرمكن هاي ترموسيفوني و پمپي در سيستمهاي خانگي و عمومي مي باشد. الف)سيستمهاي خانگي جهت تامين آبگرم مصرفي ۴ -۷ نفر در روز مورد استفاده قرار مي­گيرند. سيستم هاي خانگي را مي­توان از دو نوع ترموسيفوني يا پمپي انتخاب كرد.

آبگرمكن های خورشيدی خانگی:

آبگرمكن هاي خورشيدي خانگي از نظر كاركرد به دو دسته ترموسيفوني و پمپي تقسيم مي شوند:

۱- آبگرمكنهای خانگی توموسيفونی

الف) با مخزن افقي ساختار و عملكرد اين دسته از آبگرمكن هاي خورشيدي نسبتا ساده مي باشد هر آبگرمكن از يك مخزن و تعدادي كلكتور تشكيل شده كه عملكرد آن بستگي زيادي به شرايط زماني و مكاني ( منطقه جغرافيايي) خواهد داشت. صفحات جاذب كلكتورها انرژي تابشي خورشيد را جذب و به گرما تبديل مي كند. لوله­ هاي رايزر متصل به اين صفحات گرماي جذب شده را به سيال عبوري منتقل مي­كند. درصورتيكه سيستم (Indirect) باشد، سيال گرم در مخزن ذخيره مي شود (متشكل از منبع ذخيره دو جداره ) سيال گرم ( محلول آب و ضد يخ ) وارد جداره خارجي شده و آب مصرفي را گرم مي كند.

براي افزايش كارآيي آبگرمكن ها، صفحات جاذب را درون فريمي قرار مي دهند و بخش زيرين آن را با عايق مناسب مي پوشانند تا تلفات حرارتي آن كاهش يابد. همچنين براي پيشگيري از تلفات حرارتي در سطح فوقاني صفحات جاذب، سطح رويه فريم را معمولا با يك يا دو لايه شيشه ( يا مواد شفاف مشابه) مي پوشانند خواص تابشي صفحات جاذب در عملكرد آبگرمكن خورشيدي اثر زيادي دارد براي كاركرد بهتر لازم است صفحات جاذب داراي ضريب جذب بالايي بوده و بر عكس براي اينكه تلفات حرارتي آن كم باشد بايد ضريب صدور پائيني داشته باشد به صفحاتي كه داراي اين ويژگي باشند صفحات منتخب (SelectiveSurface) مي گويند.

تانك ( مخزن):

جداره داخلي تانك از ورق گالوانيزه با ضخامت ۳ ميليمتر و پوسته بيروني آن از ورق گالوانيزه به ضخامت ۲-۳ ميليمتر ساخته مي­شود. همچنين روكش آن از ورق فولادي با ضخامت ۸/۰-۹/۰ ميليمتر همراه با پوشش رنگ الكترواستاتيك مي باشد. عايق بندي تانك معمولاًبا فوم تزريقي انجام شده و ظرفيت آن بسته به ميران مصرف (سفارش خريد) هر اندازه مي تواند باشد. همچنين اين مخزن مي تواند داراي يك سيستم كمكي ( المنت برقي ۱۲۰۰-۲۰۰۰ وات) جهت گرم كردن آب در روزهاي ابري مي باشد.

ب) ترموسيفون مستقيم (Direct):

با سيستم لوله حرارتي استفاده از اين سيستم در جاهايي كه دماي زير صفر دارد توصيه نمي شود چرا كه سيال گردش داخل كلكتور همان آب مصرفي است و ممكن است در اثر پائين آمدن دما در فصول سرد اين آب يخ بزند و سبب تركيدگي لوله هاي كلكتور گردد. مخزن سيستم تحت فشار آب شهري نيست و به همين دليل فشار آب گرم خروجي تابع ارتفاع تانك مي باشد.

تانك ( مخزن):

جداره داخلي تانك از ورق گالوانيزه با ضخامت ۳ ميليمتر و پوسته بيروني آن از ورق گالوانيزه به ضخامت ۲-۳ ميليمتر ساخته مي­شود. همچنين روكش آن از ورق فولادي با ضخامت ۸/۰-۹/۰ ميليمتر همراه با پوشش رنگ الكترواستاتيك مي باشد. عايق بندي تانك معمولاًبا فوم تزريقي انجام شده و ظرفيت آن بسته به ميران مصرف (سفارش خريد) هر اندازه مي تواند باشد. همچنين اين مخزن مي تواند داراي يك سيستم كمكي ( المنت برقي ۱۲۰۰-۲۰۰۰ وات) جهت گرم كردن آب در روزهاي ابري مي باشد.

ب) ترموسيفون مستقيم (Direct):

با سيستم لوله حرارتي استفاده از اين سيستم در جاهايي كه دماي زير صفر دارد توصيه نمي شود چرا كه سيال گردش داخل كلكتور همان آب مصرفي است و ممكن است در اثر پائين آمدن دما در فصول سرد اين آب يخ بزند و سبب تركيدگي لوله هاي كلكتور گردد. مخزن سيستم تحت فشار آب شهري نيست و به همين دليل فشار آب گرم خروجي تابع ارتفاع تانك مي باشد.

آبگرمكنهای خانگی پمپی:

اين سيستم از يك مخزن ، دو كلكتور و يك پمپ تشكيل يافته است توضيح مربوط به كلكتورهاي مخزن اين سيستم دقيقا مشابه توضيحات ذكر شده سيستم ترموسيفوني مي باشد با اين تفاوت كه مخزن اين سيستم در هر جايي از ساختمان مي تواند قرار بگيرد دراينصورت آنرا جدا از كلكتور و در نزديكترين مكان به محل مصرف قرار مي دهند از اين نوع سيستم به عنوان سيستم كمكي يا پيش گرمكن نيز مي توان بهره گرفت افزودن اين پمپ سيركولاسيون به مدار سبب افزايش راندمان و توان خروجي محصول مي گردد.

آبگرمكن های خورشيدی عمومی( سيستم گردش اجباری):

اين دسته از آبگرمكنهاي خورشيدي لزوما به صورت غير مستقيم(In Direct) و با مخزن كويل دار مي باشد و استفاده از پمپ جهت گردش محلول آب و ضد يخ الزامي مي باشد در اين سيستم از تعداد زيادي كلكتور ( تعداد آن بستگي به ميزان مصرف يا تعداد نفرات استفاده كننده از آن دارد) به صورت سري و موازي استفاده مي­گردد كه نماي شماتيك آن نمايش داده شده است اين سيستم براي گرمايش آب مصرفي مورد نياز در حمام­ها، استخرها و صنايع گوناكون بكار مي رود.

اجزای تشكيل دهنده آبگرمكن های خورشيدی عمومی عبارتند از :

۱- كلكتور در تعداد مشخص بر اساس ميزان مصرف آبگرم روزانه

۲- مخازن كويل دار جهت ذخيره آبگرم در حجم زياد

۳- پمپ هاي سيركولاسيون: جهت گردش سيال داخل كلكتورها و تبادل حرارتي با تانك

۴- منبع هاي انبساط : جهت تعادل سيال

۵- تاسيسات مربوطه : جهت تبادل و انتقال حرارت

 

 

هواگرمکن خورشیدی

هواگرمكن خورشيدي وسيله اي است كه ضمن جذب انرژي حرارتي از خورشيد، سبب گرم كردن هواي تازه ورودي به ساختمان ميگردد. در اين صورت ضمن استفاده از انرژي پاك نه تنها محدوديتي در خصوص تامين ميزان هواي تازه وجود ندارد بلكه سيستم مذكور قادر به تامين تمام و يا بخشي از بار حرارتي ساختمان نيز مي باشد.

معرفی اجزای دستگاه هواگرمكن خورشيدی

اجزاء اصلي دستگاه را ميتوان به دو دسته زير تقسيم بندي كرد:

واحد خارجي : شامل فن و سطوح كلكتور جاذب حرارت

واحد داخلي: سيستم انتقال، سيستم كنترل

زمينه های كاربرد هواگرمكن های خورشيدی:

ويژگي اصلي سيستم هواگرمكن هاي خورشيدي تامين مقدار نامحدود هواي تازه و گرم ورودي به ساختمان مي باشد. هواي گرم توليد شده قابليت استفاده در واحدهاي مسكوني و صنعتي را دارا مي باشد. براين اساس عمده كاربردهاي دستگاه مذكور عبارت است از:

واحدهاي مسكوني و اقامتي

انبارهاي ذخيره مواد

كارگاههاي صنعتي، تعميرگاهها و واحدهاي نظامي

مراكز آموزشي و فرهنگي (شامل مدارس، سالن هاي ورزشي و …)

مراكز تجاري (شامل فروشگاههاي بزرگ و …)

مراكز نگهداري و پرورش حيوانات

نگهداري و خشك كردن محصولات كشاورزي

انواع سيستم هاي هواگرمكن خورشيدي:

هوا گرم كن هاي خورشيدي را مي توان بر اساس سيكل عملكرد آن به دو دسته فعال و غيرفعال تقسيم بندي كرد. در سيستم هاي غير فعال عمدتاً جريان هوا بصورت طبيعي و بر اساس اختلاف وزن مخصوص هواي گرم با هواي سرد به چرخش مي افتد. اما در سيستم هاي فعال جريان هوا توسط نيرو محركه خارجي (مثل فن)‌صورت مي پذيرد.
اما وجود سيستم طبيعي ضرورتاً با حذف سيستم مكانيكي همراه نيست، بلكه تركيب اين دو سيستم باعث مي شود در روزهاي ابري كه سيستم طبيعي پاسخ گوي نياز گرمايشي نمي باشد، با استفاده از سيستم كمكي (استفاده از سوخت يا الكتريسيته) شرايط آسايش ساكنين فراهم گردد. همچنين در ساير ايام ميزان مصرف انرژي فسيلي و يا الكتريسيته در ساختمان به حداقل كاهش يابد.

 

 

 

در دسته بندي ديگر هواگرم كن هاي خورشيدي را مي توان بر اساس موقعيت نصب به دو صورت شيبدار و عمودي تقسيم بندي كرد. كلكتور شيبدار عمدتاً داراي ظرفيت گرمايشي پايين و مقدار راندمان بالاتري مي باشند. وموقعيت نصب آنها بر روي پشت بام  و يا زمين مسطح مي باشد.
كلكتورهاي عمودي قابليت نصب بر روي ديوار ساختمان را داشته، داراي ظرفيت گرمايشي بالا و مقدار راندمان پايين تري در مقايسه با نوع شيبدار مي باشند.

 

بررسی معايب و مزايای هواگرمكن خورشيدی:

سيستم هواگرمكن خورشيدي در مقايسه با ساير روش هاي توليد گرمايش ازنظر اقتصادي مرقون بصرفه است. عمده معايب و مزاياي اين دستگاه عبارتند از:

عدم نياز به سوخت فسيلي و به دنبال آن كاهش سرانه مصرف سوخت در ساختمان

هزينه راه اندازي اوليه ناچيز

هزينه تعمير و نگهداري سيستم پايين بوده و فاقد تعميرات دوره ای مي باشد

عدم توليد گازهاي ناشي از احتراق و آلاينده هاي زيست محيطي

كاهش فضاي مورد نياز برای موتورخانه

افزايش كيفيت هوای داخل در نتيجه ورود هوای تازه به مقدار دلخواه

محافظت از سطوح خارجی ديوار در برابر باران و رطوبت هوا

 

خشک کن خورشيدی 

شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظورهاي مختلف شاید به دوران سفالگری و به زمان ماقبل تاريخ باز مي‌گردد.

در آن هنگام روحانيون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائي صيقل داده شده و اشعه خورشيد، آتشدانهای محرابها را روشن مي‌کردند. يکي از فراعنه مصر معبدي ساخته بود که با طلوع خورشيد درب آن باز و با غروب خورشيد درب بسته مي‌شد.
با وجود  آنکه انرژي خورشيد و مزاياي آن در قرون گذشته به خوبي شناخته شده بود ولي بالا بودن هزينه اوليه چنين سيستمهايي از يک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان در كشور ما از طرف ديگر سد راه پيشرفت اين سیستم ها شده است.

خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتي از آب موجود در مواد غذايي و ساير محصولات که باعث افزايش عمر انباري محصول و جلوگيري از رشد باکتريها مي‌باشد. در خشک کن‌هاي خورشيدي بطور مستقيم و يا غير مستقيم از انرژي خورشيدي جهت خشک نمودن مواد استفاده مي‌شود و هوا نيز به صورت طبيعي يا اجباري جريان يافته و باعث تسريع عمل خشک شدن محصول مي‌گردد. خشک کن‌هاي خورشيدي در اندازه‌ها و طرحهاي مختلف و براي محصولات و مصارف گوناگون طراحي و ساخته مي‌شوند.

 

 

انرژی خورشیدی در ساختمان، ارزان تر زندگی کنید!

 

فواید استفاده از انرژی‌های خورشیدی در ایران

بهتر است بدانید تنها تابش ۹۰ دقیقه نور خورشید به زمین می‌تواند انرژی زمین برای یک سال را تأمین کند!

کاهش قبض‌های گاز و برق با انرژی های خورشیدی

به‌طور کلی ۲ سیستم اصلی در دستگاه‌های خورشیدی وجود دارد که به درون‌ شبکه‌ای و بیرون‌ شبکه‌ای معروف هستند. این دو سیستم به منبع برق اصلی متصل می‌شوند. اگر ژنراتورهای خانه بیشتر از میزان مورد استفاده شما انرژی تولید کنند، حرکت مترو نوم کند می‌شود و میزان برق مصرفی پایین می‌آید. شما می‌توانید به‌راحتی با نگاهی دقیق به میزان مصرف برق در قبض ماهانه‌تان این کاهش را مشاهده کنید.استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان می‌تواند خانه شما را گرم کرده و تولید برق کند؛ بنابراین می‌شود گفت شما ملزم به پرداخت پول برق و گاز نخواهید بود. پس چه بخواهید فردی پیشرو و دوستدار زمین باشید و چه بخواهید در مصرف انرژی و پول خود صرفه‌جویی کنید، انرژی خورشیدی مناسب‌ترین انتخاب است.

کاهش آلودگی محیط‌ زیست و مصرف انرژی

نصب پنل‌های خورشیدی روی سقف خانه شما در کاهش هزینه‌های برق مصرفی بسیار مؤثر است و نه‌ تنها ارزش خانه شما را بالاتر می‌برد، بلکه به میزان قابل‌ توجهی دی‌اکسیدکربن هوا را کاهش می‌دهد. انرژی خورشیدی پاک و تجدیدپذیر است؛ به‌علاوه در کشور زیبای ما که آفتاب زیادی دارد، بسیار به‌صرفه است.

کاهش خطرات ناشی از انفجار وسایل گازی

تابه‌حال دقت کرده‌اید در فصول سرد سال چقدر میزان آتش‌نشانی‌ها و آمبولانس‌ها در شهر زیاد می‌شود؛ آمبولانس‌هایی که باوجود ترافیک احتمال رسیدن به‌موقع آنها به مقصد بسیار کم است؛ به‌خصوص که متأسفانه در بیشتر روستاها و حتی شهرستان‌های ایران هنوز از بخاری‌های گازی و نفتی استفاده می‌شود یا دستگاه‌های ایمنی در سیستم لوله‌کشی خود ندارند!

 

استفاده از انرژی خورشیدی در خانه

استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان، در دنیای امروز بسیار گسترده است؛ از تأمین برق لوازم برقی، پمپاژ و گرم کردن آب و آشپزی گرفته تا گرم کردن آب استخر و شارژ لوازم برقی مانند تلفن همراه.

قیمت انرژی خورشیدی

به‌طور کلی قیمت انژی خورشیدی بسته به‌ اندازه پنل، میزان انرژی تولیدی (به واحد وات) و کشور تولیدکننده آن متغیر است اما ۳ مدل اصلی در پنل‌هایی که انرژی خورشید را به خود جذب می‌کنند دیده می‌شود: مونوکریستال، پلی‌کریستال و ترکیبی.

پنل‌های پلی‌کریستال در مناطق گرم‌تر از راندمان بالاتری برخوردارند. این پنل‌ها سطوح بیشتری را اشغال می‌کنند اما قیمت‌شان بسیار مناسب است و بهترین پنل برای استفاده در مناطق گرمسیری مثل ایران محسوب می‌شوند. پنل‌های مونوکریستال‌ بسیار قدرتمندند و حتی ذره‌های خورشید را هم جذب می‌کنند. این پنل‌ها مناسب‌ترین گزینه برای مناطق سردسیر با نور خورشید کم هستند و سطح کمتری را اشغال می‌کنند. همچنین از نظر قیمتی کمی از پنل‌های پلی‌کریستال گران‌ترند.

در پنل‌های ترکیبی به اضافه سلول‌های کریستالی از یک‌لایه نازک فیلم هم استفاده می‌شود که میزان انرژی خورشیدی بیشتری را جذب می‌کند. این تکنولوژی پیشرفته باعث می‌شود که نصب این پنل‌ها به‌صرفه‌تر باشد اما خود این پنل‌ها جزو گران‌قیمت‌ترین مدل‌ها محسوب می‌شوند. در آخر باید گفت انرژی خورشیدی سوخت آینده است و روزی می‌رسد که ماشین‌هایی با سوخت فسیلی از رده خارج شده و ماشین‌های برقی یا خورشیدی جای‌شان را بگیرند و این روز چندان دور نیست.

 

انواع انرژي های تجدیدپذیر

انرژي های تجدیدپذیر خورشیدی:

به روشهاي مختلف می تواند در صنعت ساخت خانه های هوشمند به کارگرفته شود که مهمترین آنها عبارتند از:

۱ .نور طبیعی

۲ .سیستمهاي خورشیدي

۳ .سیستم ذخیره گرما

۴ .گرمایش و سرمایش خورشیدي

ساختمانهای هوشمند به دو طریق قادر به تأمین نیاز حرارتی خود از خورشید می باشند: انفعالی و فعال.

انرژي های تجدیدپذیر سیستم گرم کننده انفعالی (غیر فعال):

سیستمی است که در آن گرم کردن ساختمان های هوشمند به طور طبیعی و با استفاده از نورخورشید انجام می گیرد. این سیستم موجب می شود که ساختمان شما بدون نیاز به انرژی فسیلی یا مصنوعی خارجی با مصرف انرژی های تجدیدپذیر به فعالیت خود ادامه دهد. توجه به دیوارهاي جنوبی و استفاده از انرژي خورشیدي که یکی از مهم ترین منابع انرژی های تجدید پذیر است، براي تأمین حرارت در ساختمان اساس کار بناهایی است که به نام (ساختمانهاي خورشیدي) معروف است.

انرژي های تجدیدپذیر باد:

تابش متفاوت نور خورشید در عرضهاي مختلف کره زمین موجب تغییراتی در فشار و دماي هوا شده که در نهایت منجر به پیدایش باد می شود. مهمترین مزیت بهره مندی از این انرژي تجدید پذیر عبارت است از: به علت اینکه وزش باد در زمستانها سریعتر می باشد ، زمانیکه نیاز بیشتري به برق داریم، استفاده از این روش میتواند بسیار کارآمد باشد. البته لازم به ذکر است پیشرفتهاي علمی اخیر موجب اقتصادي شدن این روش گردیده است.

انرژي های تجدیدپذیر زمین گرمایی:

براي برطرف کردن نیاز انرژي و گرم کردن ساختمان، مخصوصا در فصل زمستان میتوان از گرماي درون زمین به طور مستقیم استفاده کرد. براي این کار می توان از پمپ هاي حرارتی زمین گرمایی استفاده نمود. انرژي زمین گرمایی به تنهایی قادر خواهد بود کلیه نیازهاي انرژي امروز و آینده بشر را تأمین کند.

انرژي های تجدیدپذیر حاصل از زباله:

با پیشرفت علم دیگر به زباله به چشم یک پسماند از زندگی روزمره نگاه نمی شود و بلکه سعی می شود از باقیمانده هاي آن نهایت استفاده صورت گیرد. در دنیاي مدرن امروز، زباله منبعی براي بدست آوردن دوباره مواد و انرژي است. یکی از کاربردهاي استفاده از زباله تامین انرژي الکتریسیته می باشد. به طور متوسط از هر تن زباله ۵۲۵ کیلو وات الکتریسیته تولید می شود که این مقدار معادل انرژي بدست آمده از یک چهارم تن زغال سنگ یا بشکه نفت می باشد.

انرژي های تجدیدپذیر آب:

آب به علت زیاد بودن ظرفیت حرارتی و گرماي ویژه اي که دارد می تواند حرارت خیلی زیادي را در خود ذخیره کند. به طورکلی وجود منابع آب باعث اعتدال دماي هوا می شود و لذا در سواحل دریاها و دریاچه ها، اختلاف درجه حرارت شب و روز بسیار کمتر از مناطقی است که از این سواحل دور هستند. در داخل ساختمان نیز به عنوان یک اقلیم کوچک آب می تواند نوسان درجه حرارت را کاهش دهد. یکی از دلایل عمده وجود حوض آب و درخت در حیاط اغلب خانه هاي حاشیه کویري این است که به رطوبت هوا اضافه شود و فضاي داخل بنا معتدل تر گردد.

توسعه پایدار انرژی های تجدیدپذیر

در یک تعریف کلی می توان توسعه پایدار و استفاده از انرژی های تجدید پذیر را در تمامی زمینه ها بر پایه حفظ محیط زیست و منابع طبیعی براي استفاده نسلهاي آینده معرفی نمود. توسعه پایدار توسعه اي است که محیط زیست را به خطر نمی اندازد و پیشبرد آن مستلزم تخریب منابع پایه اي جهان نمی باشد. دستیابی به چنین توسعه اي مستلزم تحول مثبت عظیم بنیادي در اقتصاد جهان، بهره وري معقول از منابع طبیعی، نیز تغییر جهت اساسی در نگرش انسان به طبیعت و تجدیدنظر جدي در الگوهاي تولید و مصرف است.

 

 

بحث و نتیجه گیری

با توجه به این که انرژی خورشیدی گازهای گلخانه ای و دیگر آلاينده ها را ایجاد نمی کنند و با در نظر گرفتن میزان ایمنی ،درجه خلوص، فراوانی و دسترسی آسان و همچنین توجیه اقتصادی و تجدید پذیری آن با استفاده از این انرژی سبز و بررسی مشکلات موجود، یک گام بیشتر به سوی توسعه ی پایدار برداشته می شود. اميدواريم که با تصویب سیاست های جدید از سوی دولت، شاهد توسعه و افزایش استفاده از انرژی خورشیدی در خانه هوشمند باشیم.