چکیده

با توجه به محدودیت منابع فسیلی، افزایش تقاضا در بازار انرژي و آلودگیهاي ناشی از سوختهاي فسیلی ، بهرهبرداري از منابع انرژي تجدیدپذیر درساختمان امري اجتنابناپذیر است. نظر به موقعیت بسیار مناسب ایران در زمینه برخورداري از منابع انرژي خورشیدي، ضرورت استفاده به عنوان یک انرژي تجدیدپذیر برکسی پوشیده نیست. در این راستا و با توجه به برودت هوا در بخش عمدهاي ازسال در اقلیم سرد، حداکثر استفاده از تابش آفتاب امري ضروري است . استفاده از انرژي پاك خورشید با بکارگیري سیستم هاي غیرفعال خورشیدي میتواند راهکاري مناسب جهت تامین و نگاهداشت انرژي وکاهش هزینه گرمایشی بناهاي این اقلیم باشدتا بتواند ضمن کاهش مصرف انرژي، آلودگیهاي محیطی ناشی ازسوختهاي فسیلی را نیز به حداقل برساند. در این مقاله در قالب پژوهشی تحلیلی با استفاده از منابع کتابخانهاي و مطالعات موردي به تشریح انواع اصلی سامانههاي ایستا(غیرفعال خورشیدي)و نقش آنها در تامین و نگهداشت انرژي درساختمان پرداخته شده است و در نهایت با بررسی شرایط اقلیمی مناطق سرد، بهترین و اقتصادي ترین سیستم هاي غیرفعال خورشیدي جهت تامین آسایش حرارتی براي ساکنین ساختمان هاي این اقلیم معرفی شده است .

واژه هاي کلیدي : انرژي خورشیدي ، سیستم غیر فعال خورشیدي ، بهینه سازي انرژي ، اقلیم سرد .

مقدمه است که بسیار قابل توجه است. [۲] ایران در مجموع کشوري است
انسان در طول تاریخ جهت فراهم نمودن شرایط آسایش بسیار آفتابی واز نظر مقدار و دریافت انرژي خورشیدي در شمار
محیطی در فضاهاي مصنوع (معماري)، به منابع انرژي بهویژه انرژي بهترین کشورها محسوب میشود. با وجود اینکه ایران یکی از
فسیلی متکی بوده است. با انقلاب صنعتی و ظهور جنبش مدرنیسم – کشورهاي نفت خیز جهان به شمار می رود و داراي منابع عظیم گاز
که به ویژگیهاي اقلیمی در الگوي طراحی بنا بیتفاوت بود- مصرف طبیعی نیز میباشد، به علت محدودیت این منابع و شدت تابش
منابع سوختی فسیلی جهت تامین شرایط آسایش حرارتی افزایش خورشید در اکثر مناطق کشور، اجراي طرحهاي خورشیدي و استفاده
یافت. این مصرف بی رویه تا جایی پیش رفت که آلودگی و تخریب از انرژي آن در شهرها و شصت هزار روستاي پراکنده در سطح
محیط زیست، معضلات زیستمحیطی و اخیرا تغییرات اقلیمی کره مملکت، جهت صرفهجویی در مصرف نفت و گاز الزامی میباشد. [۳]
زمین را موجب شده است. حفاظت محیط زیست و بهینهسازي در این مقاله سعی بر آن است که در یک مطالعه پژوهشی-
مصرف انرژي دو دیدگاه اساسی در قرن بیست و یکم است. مصرف تحلیلی با استفاده از منابع کتابخانهاي و مطالعات موردي سیستمهاي
بیرویه سوختهاي فسیلی در قرن بیستم مشکلات و معضلات غیرفعال خورشیدي (سامانههاي خورشیدي ایستا)، تاثیر این
فراوانی را براي بشر امروز بهوجود آورده است که از جمله آنها میتوان سیستمها را در تامین و نگهداري انرژي بررسی کرده و ویژگیهاي
آلودگی محیط زیست و خطر اتمام سوخت هاي فسیلی را نام برد. کالبدي بناهاي اقلیم سرد، بررسی و امکان استفاده از سیستمهاي
این دو مشکل سبب شد تا در قرن حاضر توجه به پیامدهاي استفاده غیرفعال خورشیدي جهت تامین و نگهداري انرژي گرمایشی بنا در
از سوخت هاي فسیلی و مزایاي بهره مندي از انرژي هاي تجدیدپذیر قالب الگوها، ضوابط و روشهاي اجرائی ارائه گردد.
طبیعی (انرژي هاي پاك) در اولویت سیاستهاي اکثر کشورهاي روشهاي استفاده از انرژي خورشید
جهان قرار گیرد. [۱] انتظار می رود که تا سال ۲۰۵۰ مصرف انرژي
جهان به دو برابر افزایش یابد. این مساله تا حد زیادي بازار منابع تامین انرژي در جهان به دو دسته تجدیدپذیر و
سوختهاي فسیلی را رونق می بخشد اما رشد چند درصدي تولید تجدیدناپذیر تقسیم می شوند. از جمله منابع انرژي تجدید پذیر
انرژي از منابع تجدید پذیر را هم در پی خواهد داشت. میتوان به آب، باد و آفتاب اشاره نمود که به نظر می رسد با توجه به
خورشید یکی از منابع تامین انرژي رایگان، پاك و عاري از اثرات حجم انرژي ساطع شده از خورشید در نقاط مختلف کره زمین،
مخرب زیست محیطی میباشدکه از دیرباز به روشهاي گوناگون استفاده از این منبع نامتناهی انرژي می تواند بسیار مؤثر باشد. [۴]
مورد استفاده بشر قرار گرفته است. بحران انرژي در سالهاي اخیر، با توجه به این که استفاده از انرژي خورشید نیازمند فنآوري
کشورهاي جهان را بر آن داشته که با مسائل مربوط به انرژي، پیشرفته و پر هزینهاي نیست، خورشید یکی از منابع مهم انرژي است
برخوردي متفاوت نمایند که در این میان جایگزینی انرژيهاي که باید در طراحی بناها تمهیداتی جهت حداکثر استفاده از آن در
فسیلی با انرژيهاي تجدیدپذیر و از جمله انرژي خورشیدي به منظور نظر گرفت. [۳] خورشید تنها منبع مهم انرژي طبیعی جهت گرم
کاهش مصرف انرژي، کنترل عرضه و تقاضاي انرژي و کاهش انتشار کردن ( غیر فعال ) ساختمان است. [۵] انرژي دو ماه تابش خورشید
گازهاي آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است. به طور متوسط در ایران معادل با کلیه ذخایر نفت و گاز طبیعی در کشور میباشد.
خورشید در هر ثانیه ۱٫۱*۱۰۲۰ کیلووات ساعت انرژي ساطع اگر فقط %۱ مساحت ایران با انواع سیستم هاي خورشیدي پوشانده
میکند. از کل انرژي منتشر شده توسط خورشید، تنها در حدود %۴۷ شود کل انرژي مورد نیاز کشور تامین میگردد. [۲] متاسفانه امروزه
آن به سطح زمین میرسد. این بدان معنی است که زمین در هر استفاده از انرژي خورشید بیشتر در کشورهایی رونق دارد که میزان
ساعت تابشی در حدود ۶۰ میلیون Btu دریافت میکند. یعنی انرژي تابش خورشید در آنها به مراتب کمتر از میزان تابش در کشور ماست
ناشی از سه روز تابش خورشید به زمین برابر با تمام انرژي ناشی از و در کشور ما که در ناحیه گرم و خشک جهان واقع شده به این
احتراق کل سوختهاي فسیلی در دل زمین است و بنابراین میتوان منبع عظیم انرژي توجه کافی نشده است در حالیکه در ایران تعداد
نتیجه گرفت که در اثر تابش خورشید به مدت چهل روز، میتوان روزهاي آفتابی در سال زیاد است و از نظر مقدار دریافت انرژي در
انرژي مورد نیاز یک قرن را ذخیره نمود. شمار بهترین کشورها به شمار میآید. ایران با میزان تابش آفتاب
کشور ایران در بین مدارهاي ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی و در ۳۰۸۰ ساعت آفتاب در سال در یکی از بهترین شرایط جهانی قرار
منطقهاي واقع شده که به لحاظ دریافت انرژي خورشیدي در بین دارد و دو سوم خاك ایران براي استفاده از این انرژي مساعد است.
نقاط جهان در بالاترین ردهها قرار دارد. میزان تابش خورشیدي در بطور متوسط خورشید، ۲۵۰ روز در سال به کشورمان انرژي
ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال میبخشد که معادل انرژي ۴/۸ میلیارد بشکه نفت خام است. [۴]
تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. استفاده از انرژي خورشید در بخش ساختمان سالیان متمادي است
در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از ۲۸۰ روزآفتابی گزارش شده که در اغلب نقاط جهان رواج دارد و در اقلیم سرد کشورمان براي

تامین حرارت ساختمان میتوان از انرژي خورشید استفاده نمود. با توجه به میزان بالاي تابش خورشیدي در مناطق مختلف ایران، میتواند زمینهساز استفاده مناسب از این انرژي جهت صرفهجویی در مصرف سوخت و کاهش آلایندههاي زیست محیطی گردد.

شکل :۱ میزان تابش سالیانه خورشید در جهان، سایت شرکت بهینهسازي مصرف سوخت،(خردادماه (۱۳۹۱

شکل :۲ میزان تابش سالیانه خورشید در ایران ، سایت شرکت بهینهسازي مصرف سوخت، (خردادماه (۱۳۹۱

امروزه با تکنولوژيهاي جدید، استفاده حداکثري از این انرژي را میتوان از طریق بهرهگیري از روشهاي فعال و غیر فعال خورشیدي محقق ساخت. استفاده از سیستمهاي غیر فعال خورشیدي نیاز به صرف هیچگونه هزینه اضافهاي ندارد و اقتصاديترین روش بهرهگیري از انرژي رایگان خورشیدي به شمار میآید که در این مقاله به بررسی سیستم هاي غیر فعال خورشیدي پرداخته شده است.

سیستمهاي غیرفعال خورشیدي ( ایستا )

یک سیستم گرمکننده انفعالی ( غیر فعال )، سیستمی است که در آن گرم کردن ساختمان بطور طبیعی مثلا با استفاده از انرژي خورشید انجام گیرد. به این معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم میسازد که ساختمان بدون نیاز به انرژي فسیلی یا مصنوعی خارجی و حداکثر با مصرف انرژي بسیار کمی کار کند . به عبارتدیگر سیستم خورشیدي انفعالی چیزي جز خود ساختمان نیست . [۳] در سامانه غیرفعال خورشیدي ساختمانها به گونهاي طراحی میشوند

که نیازهاي سرمایش، گرمایش و نوررسانی در آنها به صورت طبیعی و همساز با اقلیم تامین گردد و به این دلیل سامانه غیر فعال نامیده میشوند که در این صورت، نیاز به فعالیت تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به حداقل ممکن میرسد.

اجزاء مورد نیاز و روش کار در سیستمهاي انفعالی :
-۱ پرتوگیر: پرتوگیر عبارتست از سطح شیشهاي شفاف که معمولا در نماي جنوبی ساختمان قرارداده میشود . سطح پرتوگیر را میتوان بصورت عمودي مطابق پنجره ها قرار داد و یا اینکه آنها را بصورت شیبدار مثل نورگیرهاي سقفی نصب کرد.

-۲ جذبکننده: جذبکننده سطحی است که بطور مستقیم یا غیرمستقیم مشرف به پرتوهاي خورشیدي است که از طریق پرتوگیرها وارد میشود. جذب کننده، اشعه خورشیدي را به انرژي حرارتی تبدیل مینماید که این انرژي بصورت تابش یا هدایت از سطح جذب کننده به هوا انتقال مییابد.

-۳ انباره (ذخیرهکننده): انباره عبارتست از مصالحی که حرارت انتقالیافته از جذبکننده را ذخیره میکند. انباره باید اندازه مناسب با سیستم را داشته باشد و دقت شود که حجم و ضخامت آن متناسب با مقدار حرارتی که براي جمعآوري و نگهداري ضروریست باشد معمولا انباره در داخل و یا در مجاورت فضائی که گرم کردن آن مورد نظر است قرار داده میشود. باید توجه شود که معمولا جذبکننده و انباره یکی هستند مانند یک کف، یک دیوار بتنی یا آجري.

-۴ توزیعکننده: در یک سیستم خورشیدي انفعالی توزیعکننده عبارتست از روش یا وسیلهاي که به وسیله آن حرارت به ساختمان منتقل میشود. توزیع حرارت ممکن است با استفاده از پدیدههاي طبیعی یعنی تابش و یا جابجایی صورت گیرد و یا اینکه حرارت را میتوان با استفاده از وانتیلاتور و یا پمپ از قسمت جمعکننده به داخل ساختمان یا انبارهاي در خارج ساختمان هدایت کرد.

– ۵ تنظیمکننده حرارت : تنظیمکننده که گاهی آنرا کنترلکننده نیز میگویند وسیلهاي است که در مواقع ابري و یا در شبهاي سرد از تلفشدن انرژي حرارتی ذخیرهشده جلوگیري میکند که در اینحال تنظیمکننده عبارتست از یک صفحه عایق حرارتی. تنظیمکننده میتواند وسیله اي باشد که در مواقع عدمنیاز، جذب حرارت را به حداقل برساند که در اینصورت سایهبان و یا هواکش را میتوان یک تنظیمکننده معرفی کرد. [۳]

روشهاي موجود درگرمایش خورشیدي غیر فعال( ایستا )

روشهاي متعددي در زمینه استفاده از انرژي خورشیدي بصورت غیرفعال وجود دارد که متداولترین آنها عبارتند از :

-۱ روش دریافت مستقیم
-۲ دیوار ترومب یا دیوار آبی
-۳ روش گلخانهاي (گرمخانه)
-۴ استخر یا حوضچه روي بام

-۵ هواکش حرارتی (برج هوا) [۳] به تهویه هواي ساختمان و خنک کردن آن کمک کنند. به دلیل
-۶ ترموسیفون اینکه هواي گرم همیشه در سطح فوقانی و نزدیک سقف قرار
-۱ دریافت مستقیم میگیرد میتوان با استفاده از نورگیرهائی که در سقف قرار دارند
هواي گرم ساختمان را به بیرون رانده و جریان هوا را در ساختمان
یکی از ساده ترین روش هاي استفاده از انرژي تابشی خورشید، بوجود آورد. [۳]
پنجره آفتابی است. [۶] سامانه پنجرة آفتابی در واقع همان طریقه زمانی میتوان گفت پنجره آفتابی مناسب طراحی شده است
جذب مستقیم است و به پنجرهاي اطلاق میگردد که در نماي که دماي اتاق طی ۲۴ ساعت از سردترین روز سال در حدود ۲۱
جنوبی ساختمان قراردارد و نور خورشید از طریق آنمستقیماً به درجه سانتیگراد بماند. ازآنجاکه در طول روز، حرارت اتاق به تدریج
فضاي داخلی راه مییابد. از پنجره آفتابی فقط براي تامین گرمایش افزایش مییابد و از حد آسایش خارج میشود لذا باید انرژي حرارتی
استفاده میشود. در این سامانه فضاي زندگی خود بعنوان مازاد به نحوي ذخیره گردد که در شب بتواند مورد استفاده قرارگیرد.
دریافتکننده انرژي عمل مینماید.[۷] پنجرهها و نورگیر سقفی که
بهاینمنظور از عناصر خازن گرما استفاده خواهد شد. این عناصر، کف
معمولا جرئی از اجزاء یک ساختمان محسوب میشوند در طرح یک
یا دیوارهاي با مصالح بنایی مثل آجر، بتن، سنگ و خشت هستند که
خانه خورشیدي کمکهاي مؤثري مینمایند. در این شیوه پنجرهاي
ظرفیت حرارتی زیاد دارند. عناصر خازن گرما باید ضریب هدایت
با سطح نسبتا زیاد رو به جنوب قرار میگیرد. [۳] پنجرهاي که به حرارتی( ( k بالا نیز داشته باشند تا حرارت اضافی اتاق سریعتر به
عنوان پنجره آفتابی استفاده میشود غالبا عمودي و رو به جنوب لایه هاي درونی آن برسد. میتوان از مخازن محتوي آب نیز به عنوان
است. میتوان از نورگیرهاي سقفی نیز به عنوان پنجره آفتابی عنصر خازن گرما استفاده نمود. براي افزایش بازده عناصر خازن گرما
استفاده کرد. [۶] بهتر است آنها رنگ تیره داشته باشند و سایر عناصر داخل فضا به