طراحی سامانه غیرفعال خورشیدی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

سیستم غیر فعال خورشیدی سیستمی که قسمت‌هایی از جدارهٔ پوسته خارجی را تشکیل می‌دهد و به گونه‌ای طراحی شده است که به یک مکانیسم غیرفعال انرژی خورشید را در خود جمع‌آوری و ذخیره می‌نماید تا در زمان مناسب به فضای داخلی ساختمان منتقل گردد (مانند فضای گلخانه‌ای).[۱] سامانه فعال و غیر فعال خورشیدی با توجه به محدود بودن منابع فسیلی و الودگی‌های ناشی از استفاده از این گونه منابع، جوامع اندیشمندان را بدان واداشته است که از انرژی‌های تجدید پذیر به جای منابع فسیلی استفاده کنند. در سامانه غیر فعال خورشیدی ساختمان‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که نیازهای سرمایش،گرمایش و نور رسانی در ان‌ها به صورت طبیعی و همساز با اقلیم تامین گردد و به این دلیل سامانه غیر فعال نامیده می‌شوند که نیاز به فعالیت تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به حداقل ممکن می‌رسد. در ۲۴۰۰ سال پیش سقراط دریافته است که: "امروزه با خانه‌های در جهت جنوبی، اشعهٔ خورشید در زمستان‌ها به داخل ایوان نفوذ می‌کند را، اما در تابستان، مسیر حرکت خورشید درست در سمت بالای سرمان یا بالای پشت بام است، به طوری که سایه ایجاد می‌کند؛ بنابراین باید سمت جنوب را برای گرفتن افتاب زمستان بزرگ‌تر وکشیده تر و سمت شمال را برای دوری از بادهای زمستان کوتاه تر ساخت."[۲]

در طراحی ساختمان غیرفعال خورشیدی پنجره‌ها، دیوارها، کف هاطوری ساخته شده‌اند که در زمستان انرژی خورشید را جمع وذخیره می‌کنند و آن را به شکل گرما توزیع می‌کنند ولی در زمستان از ورود آن جلوگیری می‌کنند. این سیستم، سیستم غیر فعال خورشیدی نام گرفته است، زیرابرخلاف سیستمهای فعال خورشیدی از وسایل الکتریکی و مکانیکی استفاده نمی‌کند. کلید طراحی یک ساختمان غیر فعال خورشیدی استفاده موثر از اقلیم منطقه است. عناصری که باید مد نظر قرار گیرند شامل:موقعییت پنجره‌ها، سایز آنها، نوع جداره، عایق حرارتی، جرم حرارتی و سایه است. سامانه غیر فعال خورشیدی به سادگی در ساختمان‌های جدید قابل استفاده است، علاوه بر آن در ساختمان‌های موجود نیز قابل اجرا است.

فواید[ویرایش]

تکنولوژی سیستم غیر فعال از نور خورشید بدون استفاده از سیستم‌های مکانیکی بهره می‌برد.(برخلاف سیستم فعال خورشیدی) این تکنولوژی نور خورشید را به گرمای قابل استفاده در آب، هوا وجرم حرارتی تبدیل می‌کند، که باعث جابجایی هوا برای تهویه یا استفاده بعدی می‌شود. (با استفاده محدود از دیگر منابع انرژی) یک مثال معمولی اتاق آفتابگیر در ضلع آفتابگیر (در ایران ضلع جنوبی) ساختمان است. سرمایش غیر فعال نیز برای کاهش نیاز سرمایشی اصول طراحی مشابهی دارد.

سیستم‌های غیر فعال خورشیدی[ویرایش]

در اغلب ساختمان‌ها به نوعی از ساده ترین روش گرمایش غیر فعال خورشیدی استفاده می‌شود. با تابش خورشید پنجرهای یک ساختمان حرارت در فضاهای داخلی ذخیره شده و باعث گرم شدن فضاهای داخلی می‌شود (پدیده گلخانه‌ای). که این فرایند ساده ترین نوع سیستم غیر فعال است. اما هدف اصلی از طراحی سیستم‌های غیر فعال خورشیدی، جذب حئاکثر حرارت خورشید و ذخیره حرارت جذب شده و پخش ان در فضاهای داخلی است. فضاهای افتاب گیر و گلخانه ای که در جهت جنوب طراحی می‌شوند از ضروریات یک سیستم غیر فعال خورشیدی است.

انواع سیستم‌های غیر فعال خورشیدی[ویرایش]

  • دریافت مستقیم
  • دیوار ترومپ
  • اتریوم
  • اتاقک‌های شیشه‌ای چسبیده به بنا
  • دیوار سنگین
  • پدیده ترموسیفون
  • بالکن‌های شیشه‌ای

سیستم دریافت مستقیم[ویرایش]

ساده ترین سیستم غیر فعال خورشیدی است. در این سیستم نور خورشید از پنجره‌ها و بازشوها و نور گیرها وارد فضای داخلی شده و به وسیله سطوح و مبلمان داخلی جذب می‌شود.[۳] بناهای با جذب مستقیم که به پنجره‌های رو به جنوب که به نام پنجره‌های خورشیدی نامیده می‌شوند وابسته‌اند. نور خورشید با امواج با طول موج کوتاه از شیشه عبور کرده و داخل فضای مورد نظر می‌گردد. این امواج پس از تابیده شدن بر روی سطوح داخلی، ان‌ها را گرم کرده و موجب انتشار امواج با طول موج بلند می‌شوند. این امواج دیگر قادر به عبور نبوده و در داخل فضا حبس می شوندکه این امر به پدیده گلخانه‌ای معروف است.[۴] دیوار سنگین در این سیستم حرارت خورشید به طور مستقیم توسط دیواری که ظرفیت حرارتی بالایی دارد مثل یک (دیوار بتنی) ذخیره شده و در فضاهای داخلی پخش می‌شود.[۵]

دیوار ترومب[ویرایش]

نوشتار اصلی: دیوار ترومب

این سیستم مشابه دیوار سنگین است اما دریچه‌هایی در بالا و پایین دیوار ترومپ تعبیه می‌شود تا گرمای ذخیره شده در دیواره از طریق جابه جایی هوا به فضاهای داخلی انتقال یابد.[۶] از آنجایی که اولین بار فلیکس ترومپ در سال ۱۹۶۶ در فرانسه ازین روش استفاده کرد، این دیوار به این اسم نامیده می‌شود. این دیوار که در فاصلهٔ کمی از شیشه قرارگرفته است از موادی با چگالی بالا مانند سنگ، آجر، خشت یا گالن‌های چرب آب ساخته شده و جدارهٔ آن‌ها رنگ امیزی تیره دارند. فاصلهٔ بین شیشه و دیوار می‌بایست حداقل در حدود ۸ تا ۱۰ سانتی‌متر باشد تا گردش هوا به سادگی صورت پذیرد.[۷]

آتریوم[ویرایش]

نوشتار اصلی: آتریوم

آتریوم یک فضای میانی مثل یک حیاط مرکزی در بنا است که دارای سقف شفاف و آفتاب‌گیر است و بخش‌ها و فضاهای مختلف ساختمان پیرامون فضای آتریوم شکل می‌گیرد. پرتوهای حرارت زای خورشیدی از طریق سقف شیشه‌ای وارد فضای آتریوم شده و بدین طریق (پدیده گلخانه‌ای) انرژی حرارتی در فضای آتریوم ذخیره شده و از طریق بازشوها و جداره‌های پیرامون آتریوم وارد فضای داخلی می‌شود. اما انچه که مهم است برای ممانعت از گرم شدن فضاها در داخل تابستان بایستی فضای آتریوم به نحوی مطلوب تهویه شده و سقف شیشه‌ای ان به طور موثری با سایه‌بان‌های مناسب پوشانده شود.[۸]

پدیده ترموسیفون[ویرایش]

نوشتار اصلی: ترموسیفون

گردش همرفتی یک سیال که در یک سیستم بسته اتفاق بیفتد، جایی که سیال سرد به جای سیال گرم در همان سیستم جایگزین می‌گردد، ترموسیفون نامیده می‌گردد. این سامانه در واقع یک چرخهٔ جابجایی طبیعی است. در این سامانه، مرحلهٔ جذب انرژی می‌تواند به صورت متصل به ساختمان و یا کاملاً در محیطی جداگانه صورت گرفته و حرارت جذب شده توسط کانال به فضای مورد نظر هدایت و در مکان مناسبی مانند دال بتنی یا انبارهٔ سنگی که معمولاً بالاتر از سطح جذب کننده قرار دارد، ذخیره گردد.[۹]

مزایای شیوه‌های غیر فعال خورشیدی[ویرایش]

الف) این شیوه باعث صرفه جویی زیاد در هزینه گرمایش خانه شده و به راحتی قابل تطبیق با ساختمان می‌باشد وجزئی از سفت کاری ساختمان محسوب می‌شود این سیستم اجزاء مکانیکی و الکتریکی توأم با استهلاک را ندارد و داری عمره دراز می‌باشد. از جمله عدم ایجاد صدا، دود وعدم نیاز به لوله کشی از موارد آن است. ب) دیگر مزیت این سیستم، نگهداری حرارت در سطح کف اتاق است در حالیکه در دیگر سیستم‌های غیر طبیعی اختلاف زیادی بین هوای کف و هوای بالای اتاق وجود دارد.[۱۰]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان، وزارت مسکن و شهرسازی معاونت نظام مهندسی و اجرای ساختمان، مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان صرفه جویی در مصرف انرژی، تهران، نشر توسعه ایران، ۱۳۸۱.
  2. مبانی فیزیک ساختمان 2 تنظیم شرایط محیطی زهرا قیابکلو
  3. تنظیم شرایط محیطی ساسان مرادی
  4. مبانی فیزیک ساختمان 2 تنظیم شرایط محیطی زهرا قیابکلو
  5. تنظیم شرایط محیطی ساسان مرادی
  6. تنظیم شرایط محیطی ساسان مرادی
  7. مبانی فیزیک ساختمان 2 تنظیم شرایط محیطی زهرا قیابکلو
  8. تنطیم شرایط محیطی ساسان مرادی
  9. مبانی فیزیک ساختمان 2 تنظیم شرایط محیطی زهرا قیابکلو
  10. معماری پایدارسید احسان صیادی
  • قیابکلو، زهرا."مبانی فیزیک ساختمان ۲ تنظیم شرایط محیطی"

طراحی سامانه غیر فعال خورشیدی[ویرایش]

در طراحی ساختمان غیرفعال خورشیدی پنجره‌ها، دیوارها، کف هاطوری ساخته شده‌اند که در زمستان انرژی خورشید را جمع وذخیره می‌کنند و آن را به شکل گرما توزیع می‌کنند ولی در زمستان از ورود آن جلوگیری می‌کنند. این سیستم، سیستم غیر فعال خورشیدی نام گرفته است، زیرابرخلاف سیستمهای فعال خورشیدی از وسایل الکتریکی و مکانیکی استفاده نمی‌کند.

کلید طراحی یک ساختمان غیر فعال خورشیدی استفاده موثر از اقلیم منطقه است. عناصری که باید مد نظر قرار گیرند شامل:موقعییت پنجره‌ها، سایز آنها، نوع جداره، عایق حرارتی، جرم حرارتی و سایه است. سامانه غیر فعال خورشیدی به سادگی در ساختمان‌های جدید قابل استفاده است، علاوه بر آن در ساختمان‌های موجود نیز قابل اجرا است.

  1. فایده سامانه غیر فعال

تکنولوژی سیستم غیر فعال از نور خورشید بدون استفاده از سیستم های مکانیکی بهره می برد.(برخلاف سیستم فعال خورشیدی) این تکنولوژی نور خورشید را به گرمای قابل استفاده در آب،هوا وجرم حرارتی تبدیل می کند، که باعث جابجایی هوا برای تهویه یا استفاده بعدی می شود. (با استفاده محدود از دیگر منابع انرژی)

یک مثال معمولی اتاق آفتابگیر در ضلع آفتابگیر(در ایران ضلع جنوبی) ساختمان است.سرمایش غیر فعال نیز برای کاهش نیاز سرمایشی اصول طراحی مشابهی دارد.برخی از سیستم های غیر فعال برای کنترل دامپرها(تعدیل کننده ها)،کرکره ها وعایقهای شبانه و وسایل دیگری که جمع آوری،ذخیره و استفاده از انرژی خورشید را افزایش می دهند یا انتقال حرارت نامطلوب را کاهش می دهند، مقدار اندکی از انرژی مرسوم(الکتریکی یا غیره) استفاده می کنند.

تکنولوژی های سیستم غیرفعال خورشیدی شامل:دریافت مستقیم و غیر مستقیم نور خورشید برای گرمایش فضا،آبگرمکن خورشیدی با استفاده از ترموسیفون یا پمپ آبگرم،استفاده از جرم حرارتی یا مصالح متغیر(دارای قابلیت تغییر در خواص،مصالح هوشمند) برای کند کردن نوسانات حرارتی داخلی،خوراک پزهای خورشیدی،دودکش خورشیدی برای ارتقاء تهویه طبیعی و زمین پناه.

مقدمه[ویرایش]

برای طراحی سامانه های خورشیدی غیر فعال منازل باید به این نکته توجه داشت که ذات ساختمان، خورشیدی باشد. در واقع در سیستم خورشیدی غیر فعال از هیچگونه سوخت فسیلی بهره برده نمی‌شود و چیزی جز خود ساختمان نیست. در کلیه منازل این استعداد و امکان وجود دارد که پنجره ها، دیوارها وکف های آن به نحوی طراحی شوند که قابلیت جذب، ذخیره سازی و توزیع انرژی حرارتی خورشیدی را در فصل زمستان دارا بوده و در فصل تابستان منعکس کننده این انرژی به محیط خارج باشند. چنین سیستم هایی را سامانه غیر فعال خورشیدی یا طراحی اقلیمی گویند که دلیل آن این است که برخلاف سیستم های فعال (پویا) فاقد هرگونه ادوات الکتریکی و مکانیکی به جهت به چرخش در آوردن گرمای خورشیدی هستند. به جهت آشنایی با نحوه کارکرد سیستم های خورشیدی غیر فعال، در ابتدا سه نوع عمده انتقال حرارت و رابطه آن باسیستم فوق شرح داده می شود.[۱]

روش های مختلف انتقال حرارت[ویرایش]

به عنوان یک قاعده اساسی و بنیانی قانون دوم ترمودینامیک انرژی گرمایی از مواد گرمتر به مواد سردتر انتقال پیدا کرده و این حالت تا زمانی که درجه حرارت دو جسم تقریباً برابر شود ادامه پیدا می کند. در ساختمان های دارای سیستم انرژی خورشیدی غیر فعال از قانون یاد شده و سه روش عمده انتقال حرارت به منظور توزیع حرارت در ساختمان بهره برده می شود. انتقال حرارت هدایتی مخصوص مواد جامد بوده که مولکول های جسم جامد وظیفه انتقال حرارت را بر عهده دارند. حرارت وارد شده به جسم سبب ارتعاش مولکول ها شده که این حرکت ارتعاشی در جسم پخش می شود و با پیش رفتن در جسم حرارت رانیز انتقال می دهند. به عنوان مثال میتوان به قاشق قرار گرفته در قهوه داغ اشاره کرد که دسته آن با اینکه در بیرون مایع قرار گرفته است،گرم می شود. انتقال حرارت همرفت (جابجایی) مخصوص سیالات مایع و گاز بوده که عامل آن سیرکولاسیون طبیعی مابین جریان گرم سبک تر و جریان گرم سنگین تر می باشد. در سیستم های خورشیدی غیر فعال هوای گرم قسمت جنوبی ساختمان توسط انتقال حرارت همرفتی به سراسر ساختمان منتقل می شود. انتقال حرارت تشعشعی مخصوص گاز ها و محیط خلا بوده که با توان چهارم درجه حرارت مطلق اجسام متناسب می باشد. در سیستم خورشیدی غیر فعال دو روش مهم وعمده تشعشعی وجود داشته که شامل تشعشع خورشیدی وتشعشع فرو سرخ می باشد. پس از برخورد تشعشعات نامبرده به اجسام سه حالت جذب، عبور وانعکاس رخ می دهد که همگی آنها به خواص ماده بستگی دارد.[۲] مواد غیر شفاف بین 40 تا 95 درصد پرتو خورشیدی راجذب می کنند که این مقدار به رنگ اجسام شدیداً وابسته بوده و هرچه جسم کدر تر باشد میزان جذب نیز بالا تر است. به همین دلیل سعی بر این است که مواد جاذب پرتو خورشید از رنگ تیره باشند. از سوی دیگر مواد سفید یا با رنگ های روشن بین 80 تا 98 درصد پرتو خورشد را انعکاس می دهند. شیشه های معمولی منازل به شرط تمیز بودن قادر خواهند بود بین 80 تا 90 درصد پرتو خورشید را از خود عبور داده و تنها میزان 10 تا 20 درصد آن را جذب کرده یا منعکس میکنند. زمانی که پرتو خورشید از شیشه عبور کرده وبه ساختمان وارد می شود، توسط سطوح داخلی جذب شده و مجدداً به واسطه پدیده انتقال حرارت تشعشعی میان سطوح مختلف داخلی منزل مبادله می شود وتمام سطوح و فضای داخلی تقریباً هم دما خواهند شد.اگر چه شیشه اجازه عبور سهم عمده از پرتو تابیده شده را می دهد، با این وجود پرتو ماورابنفش را جذب می کند که پس از سرد شدن محیط داخل، انرژی جذب شده به داخل منزل متشعشع می شود. در واقع در این روش شیشه، قسمتی از انرژی خورشیدی تابیده شده را در خود جذب کرده و به دام می اندازد. ظرفیت حرارتی قابلیت مواد در جذب حرارت بوده و توده حرارتی (انباره)، به موادی گفته می شود که انرژی گرمایی را به واسطه بالا رفتن درجه حرارتشان در خود ذخیره می کنند. عموماً در ساختمان های دارای سیستم انرژی خورشید خودبخودی از مواد مورد استفاده در بنایی همچون بتون، سنگ، شن، آجر و کاشی ها به عنوان توده حرارتی استفاده می شود. همچنین استفاده از آب نیز کاملاً موفقیت‌آمیز بوده است.[۳]

فناوری طراحی منازل خورشیدی خودبخودی[ویرایش]

قسمت اعظم بار حرارتی منازل خورشیدی خودبخودی از پنجره های آنها که رو به جنوب قرار دارند تامین می شود. تفاوت عمده میان منازل دارای سامانه های خورشیدی خودبخودی و منازل دارای تاسیسات معمولی به نحوه طراحی باز می گردد و کلید اساسی در طراحی منازل خورشیدی خودبخودی بالا ترین بهره‌گیری ازشرایط اقلیمی محل منزل می‌باشد. در طراحی سامانه های خورشیدی غیر فعال عناصر اصلی شامل چگونگی قرار گیری و ابعاد پنجره ها. جنس شیشه ها، عایق کاری، بستن راه نفوظ هوا، توده حرارتی، سایه بان ها وبعضی مواقع استفاده ازمنابع حرارتی کمکی می باشد. اجرا این سیستم ها در منازل مسکونی در حال ساخت در مقایسه با منازل ساخته شده به مراتب آسان تر می‌باشد و در صورت تمایل به اجرا آنها در ساختمان های ساخته شده لازم است که فرایند سازگار سازی و دوباره سازی به جهت جمع‌آوری وذخیره گرمای خورشیدی به خوبی انجام گیرد. هر خانه خورشیدی غیر فعال دارای پنج جز اصلی شامل پرتوگیری (کلکتور)، جاذب، توده حرارتی، توزیع کننده و کنترل کننده می‌باشد. با توجه به نحوه تلفیق این 5 جز، سامانه های خورشیدی خودبخودی به سه دسته عمده تقسیم می‌شوند، که شامل استفاده مستقیم، استفاده غیر مستقیم و ایزوله می باشند. همان طور که پیشتر بیان شد در یک طرح کامل سامانه خورشیدی خودبخودی پنج جز اصلی وجود دارد که کارکرد آنها مستقل از همدیگرمی باشد اما به جهت حصول کارکرد موفقیت آمیز و بهینه سامانه این پنج جز باید نحو شایسته ای با هم تلفیق شده باشند.[۴] این پنج جز عبارت‌اند از:

پرتوگیر[ویرایش]

عرصه ای با مساحت نسبتاً بالا از جنس شیشه (پنجره) که از داخل آن نور خورشید عبور کرده و به داخل ساختمان وارد می‌شود. این پنجره شیشه ای با زاویه 30 درجه به سمت جنوب قرار گرفته و درطی ساعت 9 صبح تا 3 بعد از ظهر توسط ساختمان های اطراف و یا درختان نباید سایه ای بر روی آن بیفتد

جاذب[ویرایش]

سطوحی تیره رنگ ومحکم هستند که می‌تواند دیوار، کف، تیغه های داخلی و یا محفظه های محتوی آب باشند که در معرض تابش مستقیم آفتاب قرار می گیرند و اشعه‌های خورشید پس از برخورد به آنها جذبشان می شوند.

توده حرارتی[ویرایش]

موادی که حرارت موجود در پرتو های خورشیدی را در خود جذب و ذخیره می کنند. در مقایسه با جاذب می توان گفت هر دو آنها از دیوار یا کف ساختمان تشکیل شده اند با این تفاوت که جاذب سطح رویی بوده وتوده حرارتی پشت آن قرار گرفته است و وظیفه جذب و ذخیره انرژی خورشیدی را بر عهده دارند.

توزیع کننده[ویرایش]

روش وترفندی که در طی آن پرتو خورشید از نقطه جذب و ذخیره در سایر نقاط ساختمان پخش می شود. دریک طرح خورشیدی انفعالی می توان از سه طریق انتقال حرارت بهره جست که مشتمل بر هدایتی، همرفتی و تشعشعی می باشد. در برخی موارد، بادزن، کانال ها ودمنده ها می توانند بر فرایند توزیع داخلی حرارت موثر باشند.

کنترل[ویرایش]

از سقف های معلق می توان در طول تابستان به جهت ایجاد سایه بر روی پرتوگیر استفاده کرد. از دیگر تجهیزات مورد استفاده در زمان کمبود یا ازدیاد انرژی حرارتی می توان به حسگرهای الکترونیکی اشاره داشت که از جمله میتوان از ترموستات تفاضلی نام برد که به روش سیگنالی خاموش یاروشن شدن بادزن، کارکرد دمپرها، لوله های تهویه و سایه بان ها را کنترل می کند.[۵]

بهره مستقیم[ویرایش]

ساختار این روش در واقع ساده ترین روش طراحی سیستم خورشیدی انفعالی است. از میان پنجره های شیشه ای بزرگ تعبیه شده ای که همچون کلکتور عمل کرده وجهت آنها به سمت جنوب می باشد پرتو خورشید وارد ساختمان شده و پس از برخورد با کف یا دیوار های درونی جذب و در آنها ذخیره می شود. این اجزا را عموماً ازمواد تیره رنگ انتخاب می کنند که علت آن قابلیت جذب مواد تیره رنگ در مقایسه با مواد شفاف است. هنگام شب که درجه حرارت داخل ساختمان پایین می‌آید حرارت جذب شده در توده های حرارتی به سه طریق عمده انتقال حرارت، در ساختمان توزیع شده و باعث بالا رفتن درجه حرارت داخل آن می‌شود. برخی از سازندگان ومالکین منازل به جهت جذب و ذخیره گرمای خورشیدی مجبور به استفاده از محفظه های محتوی آب در داخل ساختمان هستند. این مخازن در مقایسه با مواد رایج بنایی هم حجمشان به میزان دو برابر قابلیت جذب وذخیره انرژی حرارتی را دارند، ضمن اینکه به دلیل چگالی بالای آب مخازن یاد شده باید از شرایط طراحی بسیار مناسبی بهره ببرند. مضاف بر اینکه این مخازن باید دارای حداقل نیاز به تعمییر و نگهداری باشند که این تعمیرات شامل سرویس دوره ای سالانه و همچنین تصفیه آب موجود در آن به جهت زدودن مواد میکروبی می باشد. برده خورشیدی انفعالی که تحت عنوان جز خورشیدی انفعالی نیز شناخته می شود به دو عامل مساحت پنجره های شیشه ای (پرتوگیر) و توده حرارتی وابسته است.[۶] که در این بین پنجره های شیشه ای تعیین کننده میزان قابلیت جذب انرژی خورشیدی هستند. همچنین این توانایی وجود دارد تا در ساعاتی از شبانه روز که هوای داخل خانه بیش از حد گرم می‌شود با کاستن توده حرارتی میزان انرژی ذخیره شده را کاهش داد،با توجه به این نکته مهم که به دلیل کاستن از توده حرارتی نباید به عملکرد کلی سیستم خدشه ای وارد شود. ذکر این نکته نیز ضروری است که نسبت ایده‌آل توده حرارتی و مساحت پنجره با توجه به شرایط آب وهوایی منطقه تعیین می شود. نکته دیگر این است که توده حرارتی باید کاملاً از محیط بیرون جدا شود واگر چنین کاری صورت نگیرد انرژی حرارتی جذب شده توسط توده حرارتی، سریعاً به محیط آزاد تخلیه خواهد شد، مخصوصا زمانی که توده حرارتی به زمین متصل بوده و محیط آزاد بیرون درجه حرارتش نسبت به درجه حرارت توده حراتی کمتر باشد. در خانه های معمولی که دارای پنجره های بزرگ رو به آفتاب باشد بدون بهره بردن از توده حرارتی این استعداد وجود دارد تا از سیستم خورشیدی انفعالی گرمایشی بهره برد که این حالت عموماً تحت عنوان tempering-solar شناخته می‌شود. به جهت دستیابی به بالاترین بازده در این سیستم ها انجام چند کار ساده ضروری است که ازجمله می‌توان به تمیز بودن دائمی شیشه پنجره ها،کاهش میزان تلفات حرارتی در طول شب و اجتناب از گرم شدن بیش از حد خانه در طول تابستان اشاره داشت.[۷]

بهره غیر مستقیم – دیوار ترومپ[ویرایش]

دربهره غیر مستقیم سامانه های خورشیدی انفعالی منازل منبع ذخیره حرارت ما بین قسمت جنوبی پنجره ها وفضاهای مسکونی قرار می گیرد که در این بین استفاده از دیوار ترومپ مرسوم ترین روش در بهره غیرمستقیم می باشد. دیوار ترومپ بین 20 تا 40 سانتیمتر ضخامت داشته و ازجنس مصالح ساختمانی معمولی است که در سمت جبهه جنوبی ساختمان قرار می‌گیرد که قسمت خارجی دیوار فوق را با شیشه یک یا دو لایه که حداکثر ضخامت آن 2.5 سانتیمتر است پوشش می‌دهند. سطح خارجی تیره رنگ، پرتو نور خورشید تابیده شده را جذب ودر در بدنه دیوار ذخیره می‌کند و نهایتاً این انرژی دریافتی از سطح داخلی دیوار به فضای داخل تخلیه می‌شود. دیوار ترومپ حرارت جذب شده توسط خورشید در سطح خارجی را پس از عبور از جداره اش در دوره های زمانی معین به فضای داخل تخلیه می‌کند که این پدیده در طی ساعات پایانی شب تا اولیه صبح رخ می‌دهد. زمانی که درجه حرارت داخل اتاق از درجه حرارت سطح داخلی دیوار کمتر باشد، حرارت از سطح داخل متشعشع شده ونهایتا باعث گرم شدن فضا داخلی می‌شود. علاوه بر این می‌توان میزان حرارت عبوری از داخل دیوار را به ازای یک ساعت به ازای هر اینچ بیان داشت، به عنوان مثال حرارت جذب شده در قسمت بیرونی دیوار بتونی 8 اینچی (20 سانت) در ظهر، پس ازمدت 8 ساعت یعنی حدوداً در ساعت 8 بعد از ظهر به داخل منزل تزریق خواهد شد .[۸]

بهره ایزوله (فضای خورشیدی)[ویرایش]

فضای خورشیدی که عناوینی چون اتاق خورشیدی و اتاق آفتاب پذیر نیز به آن نسبت داده می‌شود.[۹] فراهم آورنده مجالی چند کاره و تطبیق پذیر برای گرمایش سیستم خورشیدی انفعالی می‌باشد که فضای خورشیدی به عنوان جزئی از ساختمان نوساز ویا واحد اضافه شده به ابنیه قدیمی در نظر گرفته می‌شود. ساده ترین طراحی انجام پذیرفته شده برای فضای خورشیدی این است که اقدام به نصب پنجره های عمودی دارای شیشه های صاف و روشن کنیم. فضای خورشیدی این توانایی را دارد که حرارت زیادی را از خورشید دریافت و انباشت نماید و در مواردی که این حرارت به صورت مازاد در آمد، آنها را از طریق همین شیشه ها به محیط آزاد تخلیه کند. اختلاف درجه حرارت ناشی از کسب حرارت خورشیدی و یا از دست دادن آن، توسط توده حرارتی و شیشه هایی با درجه نشر پایین تعدیل می شود . توده ی حرارتی نامبرده شده شامل مصالح ساختمانی بکار برده شده در کف، دیوارهای جانبی ساختمان و یا مخازن آب می باشد. همچنین دریچه های هوارسان سقفی یا کفی، پنجره ها،درها و بادزن ها می‌توانند وظیفه ی توزیع هوای گرم را از داخل اتاق خورشیدی به داخل ساختمان برعهده گیرند،غالب دارندگان منازل و ساختمان سازها به واسطه ی استفاده از در و پنجره اقدام به جداسازی اتاق خورشیدی از خانه می‌کنند و از این رو سطح آسایش داخل خانه به واسطه ی تغییرات درجه ی حرارت داخل فضای خورشیدی دچار تغییر نامطلوب نمی‌شود. از نظر ساختاری و شکل هندسی فضاهای خورشیدی دارای تشابه بسیار زیادی با گلخانه های شیشه ای مخصوص پرورش گل،گیاه و سبزیجات گلخانه ای هستند و به همین منظور در پاره ای موارد لقب گلخانه ی خورشیدی نیز برای اتاق خورشیدی در نظر گرفته شده است.[۱۰]

طراحی تابستانی سامانه های انفعالی[ویرایش]

به شرط اینکه این توانایی در سیستم های انفعالی وجود داشته باشد تا علاوه بر کارکرد زمستانی دارای کارکرد تابستانی نیز باشد، در کنار بالا رفتن کارایی فنی و اقتصادی سیستم های فوق، گامی شایسته در ترغیب افراد جامعه برای استفاده از این سیستم برداشته می‌شود،ضمن اینکه در اکثر شرایط آب وهوایی سیستمهای انفعالی کارکرد تابستانی را نیز دارا هستند. بهترین شیوه جهت رسیدن به این هدف این است که با استفاده از ابزار هایی خاص همچون سایبان سقفی از ورود گرمای خورشیدی به داخل ساختمان جلوگیری شود. ابعاد وموقعیت نصب سایبان سقفی دارای اهمیت زیادی است، که دلیل آن این است که در صورت عدم توانایی سایبان در ایجاد سایه لازم، گرمایش بیش از حد اتفاق خواهد افتاد، در تعیین ابعاد و نحوه قرار گیری سایبان های سقفی عواملی همچون عرض جغرافیایی، شرایط آب وهوایی، پراکنش اشعه خورشیدی، نوع و جنس پنجره ها موثرند.[۱۱]

طراحی گزینه ها و ابعاد اقتصادی[ویرایش]

به تعبیری خانه های خورشیدی انفعالی را می توان خانه های استثنایی به حساب آورد که عمده تفاوت آن ها با ساختمان های معمولی به نحوه ی جمع آوری انرژی حرارتی خورشیدی و طراحی منحصربفرد و دقیق آن ها برمی گردد و گزینه های طراحی آن به کار بستن اصول و روش هایی است که تاکنون توضیح داده شده است، ضمن این که چیره دستی کادر فنی بسیار مهم است. در غالب منازل خورشیدی انفعالی کارا، میزان ورود و خروج هوا در حد صفر بوده و به عنوان یک نتیجه ی کلی می توان گفت آن ها نیاز به سیستم تعویض هوای مکانیکی جهت رسیدن به کیفیت هوای مطلوب داخل دارند.یک بادزن بازیافت حرارت (HRV) را میتوان به عنوان بهترین انتخاب در جهت مصرف بهینه ی انرژی حرارتی موجود در ساختمان به حساب آورد. در واقع HRV میزان حرارت موجود در هوای خروجی ساختمان را دریافت و آن را به هوای ورودی به ساختمان تزریق می کند. در بعد اقتصادی نیز همچون سایر انرژی های تجدید پذیر از مزایای عمده ی زیست محیطی، رایگان بودن سوخت مصرفی، عدم احتراق و ... بهره برده می شود و در کنار آن می توان به موانعی همچون سرمایه گذاری اولیه ی نسبتاً بالا و مشکلات فنی اشاره داشت.[۱۲]

  1. http://en.wikipedia.org/wiki/Passive_solar_building_design
  2. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  3. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  4. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  5. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  6. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  7. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  8. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  9. http://en.wikipedia.org/wiki/Sunroom
  10. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  11. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US
  12. (Krigger, J.; Waggoner, T, Feb. 2001, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO (US