اولين ساختمان خورشيدي در ايران (طرح و محاسبه- پژوهش و اجراي ساختمان)

مقدمه

اولين ساختمان خورشيدي در ايران، در دانشگاه علم و صنعت ايران، بمنظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهينه سازي مصرف انرژي و امكان بررسي روشهاي استفاده از انواع انرژيهاي تجديدپذير به جاي سوختهاي فسيلي، بنا گرديده است. طرح و اجراي آن كه الهام گرفته از معماري سنتي ايران مي باشد در حقيقت تلفيقي از روشهاي ساختمان سازي سنتي و طرحهاي نوين استفاده از انرژي خورشيدي در ساختمان مي باشد.

اين ساختمان تحقيقاتي توسط سازمانهاي بين المللي همچون سازمان تربيتي، فرهنگي و علمي ملل متحد (يونسكو)، IFIA و ديگر مراكز ملي و تحقيقاتي دست اندر كار در مطالعات انرژي و ساختمان در ايران، حمايت و مراسم افتتاح آن همراه با تشكيل سه كارگاه آموزشي و با شركت پژوهشگراني از كشورهاي هندوستان، تركيه و ايران، برگزار گرديد. مراسم افتتاح اين ساختمان در تاريخ 29/2/77 در دانشگاه علم و صنعت ايران، زمينه مناسب جهت تبادل اطلاعات بين محققين و متخصصان در زمينه انرژيهاي نو و بهينه سازي مصرف و بخصوص چگونگي عملكرد يك ساختان خورشيدي را فراهم آورد.

استفاده از انرژي هاي تجديد پذير

در سيستمهاي گرمايش و سرمايش ساختمان خورشيدي

چكيده

با طراحي و كاربرد روشهاي مختلف گرمايش و تهويه مطبوع فعال و غيرفعال خورشيدي در ساختان، در ميزان مصرف سوختهاي فسيلي صرفه جوئي شده و مقدار آلودگي هوا نيز كاهش مي يابد.

با طرح معماري خورشيدي، مي توان حداقل 50 درصد از انرژي مصرفي ساختمان را كاهش داد. اگر چنانچه از روشهاي فعال و غيرفعال خورشيدي تواماً استفاده شود، ميزان صرفه جوئي بطور قابل توجهي افزايش مي يابد. بعلاوه اگر از انرژي خورشيدي براي گرم كردن آب مصرفي و توليد نيروي الكتريكي نيز استفاده شود، در مصرف انرژيهاي تجديدناپذير، صرفه جوئي بيشتر به عمل مي آيد.

در اين كار تحقيقاتي كه با طراحي و ساخت يك ساختمان خورشيدي در عرض جغرافيايي 36 درجه شمالي و طرح و محاسبه تأسيسات مكانيكي و الكتريكي با استفاده از انرژي خورشيدي انجام شده است، نتايج زير حاصل گرديده است:

1- با استفاده از ديوارهاي آجري دو جداره 50 سانتي متري با يك فاصله هوايي 10 سانتي متر و پنجره هاي چوبي با شيشه دو لايه و سقف و كف عايقكاري، به ميزان 50 درصد در مصرف انرژي زمستاني و تابستاني ساختمان صرفه جويي شده است.

2- با طراحي و ساخت دو عدد بادگير به ارتفاع 8 متر و زمهرير در عمق 3 متري كف ساختمان به ابعاد 80*80 سانتي متر و طول 40 متر، بعلاوه گرمخانه اي به حجم 150 مترمكعب در پشت بام با تعدادي ظروف ذخيره آب گرم خورشيدي جمعاً به حجم 2000 ليتر، از ميزان مصرف انرژي در تابستان براي سردكردن و در زمستان براي گرم كردن بيش از 10 درصد صرفه جوئي مي شود.

3- با طراحي و نصب 24 دستگاه گردآور خورشيدي هريك به ابعاد 2*1 متر در پشت بام و دو مخزن ذخيره آب گرم يك و سه كويلي به ضخامت 2000 ليتر و تعداد 6 دستگاه فن كويل در قسمتهاي مختلف ساختمان، گرمايش و سرمايش فعال خورشيدي به اضافه آب گرم مصرفي تأمين و به ميزان 30 درصد ديگر از انرژي مصرفي با سوختهاي فسيلي ساختمان صرفه جوئي مي شود. (جهت ايجاد سرما با استفاده زا آب گرم خورشيدي در تابستان، يك سيستم تبريد جذبي با ظرفيت 5 تن تبريد پيش بيني شده است)

4- جهت كمك به انرژي خورشيدي دريافتي و ايجاد حرارت در روزهاي ابري، از يك دستگاه ديگ آب گرم از نوع گاز سوز استفاده شده است.

5- از اين تحقيق توأم با اجراي ساختمان خورشيدي در دانشگاه، اين نتيجه كلي به دست آمده است كه در چنين ساختماني حدود 90درصد از انرژي مصرفي با سوختهاي فسيلي و منابع انرژي تجديدناپذير، صرفه جوئي شده و به همان نسبت از آلودگيهاي محيط زيست كاسته شده است.

توجه:

سوختهاي فسيلي كه مرسوم ترين منابع توليد انرژي مصرفي امروز مي باشند دو مشكل عمده دارند: محدود بودن منابع زيرزميني، و آلوده كنندگي محيط زيست. به اين جهت محققين در پي منابع ديگر انرژي مي باشند كه از جمله آنها مي توان انرژي لايزال خورشيدي را نام برد كه به اشكال مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد.

خوشبختانه 5/4 الي KWH/m25 در روز مي باشد.

با توجه به پتانسيل بسيار خوب تشعشع خورشيدي در تهران، طراحي، ساخت و تجهيز اولين ساختمان خورشيدي به صورت يك پروژه تحقيقاتي اجرا شده است.

محاسبات انتقال حرارت

ساختمان خورشيدي درجهت شمال- جنوب قرار گرفته است تا تلفات حرارتي كمتري داشته و انرژي خورشيدي بيشتري دريافت نمايد. پنجره ها داراي شيشه دو لايه و ديوارها دو جداره با فاصله هوايي 10 سانتيمتري ساخته شده اند. (شكل 1 پلان ساختمان را نشان مي دهد)

ميزان انرژي دريافتي از خورشيد و تلفات حرارتي ساختمان با استفاده از روابط زير محاسبه شده اند:

H = S . F. I

Q = AV (4T)

كه در آنها:

H = تابش خورشيد بر سطوح پنجره ها و ديوارها

S = ضريب عبور شيشه

F= سطوح پنجره ها

I = شدت تابش خورشيد

U= مجموع ضرايب هدايت حرارتي سطوح خارجي

ΔT = اختلاف دماي داخل و خارج ساختمان

fi, f0 = ضرايب هدايت حرارتي فيلم هواي داخلي و خارجي

X = ضخامت لايه هاي ديوار و سقف

K= قابليت هدايت حرارتي مواد

شكل 1- پلان ساختمان خورشيدي

در جدول 1 با توجه به مقادير k و كاهش مقدار U ميزان كاهش تلفات ديوارهاي دو جداره و شيشه هاي دولايه معلوم و ادعاي صرفه جويي بيش از 50% در انرژي مصرفي اين ساختمان به اثبات مي رسد.

گرمايش و سرمايش غيرفعال

الف- سرمايش

با طرح زمهرير و ساخت كانال زيرزميني، سرمايش غيرفعال به اجرا در مي آيد. در عمق 3 متري كف ساختمان، معمولاً دما ميانگين دماي تابستاني و زمستاني محل مي‌باشد (در حدود 18 درجه سانتيگراد در تهران) و لذا در تابستان حدود 10 درجه سانتيگراد از هواي خارج خنك تر است. با بكارگيري دو بادگير به ارتفاع 8 متر و زمهرير به طول 40 متر در عمق 3 متري، در تابستان هواي گرم خارج به داخل زمهرير فرستاده مي شود و پس از خنك شدن براي خنك كردن هواي ساختمان از روي فواره آب حوضي نيز گذرانده مي شود و به صورت هواي خنك و مرطوب وارد ساختمان مي گردد. (شكل 2)

شكل 2- كانال زيرزميني (زمهرير) و بادگيرها

ب) گرمايش غيرفعال با استفاده از گرمخانه

در پشت بام ساختمان گرمخانه اي به حجم 150 مترمكعب ساخته شده است. گرمخانه داراي 18 متر مربع پنجره با شيشه دو لايه، و ديواره هاي دوجداره و سقف عايقكاري شده مي باشد. در اين فضا پشت پنجره ها 50 مخزن ذخيره آب جمعاً به حجم 2000 ليتر جهت ذخيره انرژي خرارتي خورشيد در زمستان، جاسازي شده است. به علت اختلاف دماي هوا بين گرمخانه و فضاي داخلي ساختمان، هواي گردشي باعث گرم شدن ساختمان مي گردد.(شكل 3)

شكل 3- روش انتقال هواي گرم از گرمخانه

گرمايش و سرمايش فعال خورشيدي

الف) سيستم گرمايش خورشيدي

با بكاربردن سيستم فعال خورشيدي مي توان بيش از 60درصد از انرژي موردنياز گرمايش و سرمايش ساختمان را، تأمين كرد. براي اين منظور از 24 دستگاه گردآور تخت آب گرم خورشيدي، هريك به ابعاد 2 متر مربع و دو مخزن آب گرم يك كويلي و سه كويلي به ظرفيت 2000 ليتر، و يك پمپ استفاده شده است. در اين روش در ايام روز، با تابش خروشيد، آب بوسيله گرد آورها گرم شده و بوسيله پمپ جرياني به داخل مخزن ذخيره اولي هدايت مي گردد. آبگرم از مخزن اولي به مخزن سه كويلي ارسال مي شود و آب گرم ذخيره شده در اين مخزن، بوسيله پمپ ديگري به داخل فن كويلهائي كه در قسم مختلف ساختمان نصب شده اند. جريان يافته و باعث گرم شدن هواي داخل ساختمان مي گردد. (شكل 4)

شكل 4- سيستم گرمايش فعال خورشيدي

ب) سيستم سرمايش خورشيدي

با استفاده از سيستم گرمايش فعال خورشيدي (24 دستگاه گردآور خورشيدي و مخازن ذخيره) و يك دستگاه آب سردكن سيستم تبريد جذبي و يك ديگ كمكي، يك سيستم فعال سرمايش براي فصل تابستان و خنك كردن ساختمان، طراحي شده است.

شكل 5- سيستم سرمايش فعال خورشيدي (سيستم تركيبي)

نتيجه گيري

ساختمان خورشيدي طرحي است كه در آن تلفات حرارتي و برودتي حداقل باشد. در طرح معماري اين ساختمان نيز براي دستيابي باين هدف، دو جداره كردن ديوارها با يك فاصله هوايي بين دو جدار به عنوان عايق و دو شيشه كردن پنجره هاي چوبي و عايقكاري سقف، اعمال گرديده است و در نتيجه بيش از 50 درصد در تلفات انرژي حرارتي ساختمان صرفه جوئي شده است.

در اين ساختمان با طراحي و اجراي سيستمهاي غيرفعال خورشيدي (Passive) و فعال خورشيدي (Active) ، سرمايش و گرمايش سنتي ايران با روشهاي جديد گرمايش و سرمايش خورشيدي درهم آميخته و يك طرح جديد پژوهشي را بوجود آورده است. با اين طرح خورشيدي 40 درصد از 50درصد باقيمانده از انرژي مصرفي ساختمان بوسيله انرژي خورشيدي تأمين شده است. بمنظور كمك به انرژي دريافتي از خورشيد و ايجاد حرارت در روزهاي ابري، از يك ديگ آبگرم از نوع گاز سوز در سيستم گرمايش و سرمايش ساختمان استفاده گرديده است.

محاسبات بارهاي حرارتي و برودتي ساختمان خورشيدي، و مقايسه فني و اقتصادي آن را با يك ساختمان مشابه معمولي

ساختمان در جهت شمال- جنوب قرار گرفته است تا شرايط بهتري براي دريافت انرژي خورشيدي داشته باشد. اين ساختمان داراي ديوارهاي دوجداره بالايه هوايي، پنجره هاي چوبي با دو لايه شيشه، سقف تيرچه بلوك عايقكاري شده، كف داراي 45 سانتيمتر سنگ ريزه جهت كاهش تلفات حرارتي، داراي دو بادگير به ارتفاع 8 متر، زمهرير در عمق 3 متري بطول 40 متر، گرمخانه اي در پشت بام، همچنين داراي 24 دستگاه كلكتور تخت خورشيدي با منابع ذخيره، و كليه تجهيزات و تأسيسات خورشيدي، براي گرمايش و سرمايش ساختمان مي باشد.

براي محاسبه بارهاي حرارتي و برودتي (تلفات حرارتي ساختمان در زمستان و تابستان) ساده ترين روش اينست كه ساختمان را يك جعبه فرض كنيم و كليه تلفات سطوح خارجي و تعويض هوا را يك جا محاسبه، و مجموع بارهاي كل ساختمان را بدست آوريم. همچنين لازم است مقادير انرژيهاي خورشيدي و تجديدپذير دريافتي را محاسبه كنيم و بالاخره مقدار انرژي باقيمانده موردنياز و ميزان مصرف سوختهاي فسيلي را تعيين نمائيم و در پايان مقايسه اي داشته باشيم با يك ساختمان معمولي مشابه، تا مزاياي ساختمان خورشيدي، ميزان صرفه جوئي در مصرف انرژي، ميزان كاهش در مصرف سوختهاي فسيلي، و در نتيجه ميزان كاهش آلودگي هاي محيط زيست با اجراي ساختمانهاي خورشيدي مشابه، حاصل گردد.

طرح تحقيقاتي ساختمان خورشيدي براساس خواسته هاي فوق محاسبه و اجرا شده و از آن نتايج مطلوبي بدست آمده است. چون در اين مقاله امكان درج كليه جزئيات وجود ندارد، نتايج كسب شده از محاسبات و اجراء در دو جدولي كه در آنها شرايط زمستاني و تابستاني بطور جداگانه مورد بررسي قرار گرفته و اين شرايط در دو ساختمان كه يكي خورشيدي و ديگري يك ساختمان مشابه معمولي مي باشد، درج گرديده است تا اختلافات اساسي بين آنها آشكار شود و مقايسه فني و اقتصادي نيز صورت گيرد. به اين جداول و نتايج حاصله بدقت توجه شود:

جدول مقايسه شرايط زمستاني ساختمان خورشيدي، با ساختمان مشابه معمولي

(دماي داخل ساختمان 20 درجه سانتيگراد و دماي هواي خارج 5- درجه سانتيگراد)

مشخصات و عناوين

ساختمان خورشيدي

(عايق شده و بهينه)

ساختمان مشابه معمولي

(بهينه نشده)

محل احداث ساختمان

مساحت

جهت

ضلع شمالي محوطه دانشگاه علم و صنعت ايران

300 متر مربع

شمالي- جنوبي

محل آزاد

300 متر

جهت آزاد مي باشد

ديوارهاي خارجي

بمساحت m2 30

دو جداره بضخامت cm54

عايق هوائي cm 10

Q1 = 715W, U=0.22

يك لايه بضخامت cm35

بدون عايق

Q1 = 5655 W,U = 1.74

پنجره هاي خارجي

بمساحت m2 30

از نوع چوبي با شيشه دوبل

U = 2.5 Q1 =1875 W

فلزي با شيشه تكي

U = 4.5

Q1 = 3375W

سقف (بدون گرمخانه)

بمساحت m 110

تيرچه بلوك با cm10 عايق پوكه صنعتي

Q1 = 2750 W,U=1

سقف از نوع تيرچه بلوك بدون عايق

Q1 = 5625W,U=1.5

كف به مساحت m2 150

كف موزائيك با زيرسازي قلوه سنگ

Q1 = 150 W,U=1

كف موزائيك شده بدون قلوه سنگ

Q1 = 1500W ,U=1

بار تعويض هوا

Q2 = 3800W

Q2 = 5700W

مجموع بارهاي حرارتي ساختمان در زمستان

جمع بارهاي حرارتي سطوح

Q1 = 6.8 kw

جمع بارهاي حرارتي هوا

Q2 = 3.8 kw

QT = 10.6 kw

جمع بارهاي حرارتي سطوح

Q1 = 16.1 kw

جمع بارهاي حرارتي هوا

Q2 = 5.7 kw

QT = 21.8 kw

استفاده از انرژي خورشيدي به روش غيرفعال

با طرح معماري خورشيدي ساختمان و گرمخانه، انرژي حرارتي كسب شده

H = 1 kw/hr

بدون طرح خورشيدي

(گرمخانه ندارد)

استفاده از انرژي خورشيدي به روش فعال

استفاده از 24 دستگاه كلكتور خورشيدي بمساحت m248

H= 5.4 kw/hr

بدون استفاه از كلكتورهاي خورشيدي

H=0

جدول مقايسه شرايط تابستاني ساختمان خورشيدي، با ساختمان مشابه معمولي

(دماي داخل ساختمان 25 درجه سانتيگراد و دماي هواي خارج 35 درجه سانتيگراد در تهران)

مشخصات	ساختمان خورشيدي (عايق شده و بهينه)	ساختمان معمولي
ديوارهاي خارجي	دوجداره با فاصله هوايي Q = 286 W	با ضخامت 35 ميليمتر Q = 2262 w
پنجره ها	چوبي با شيشه دوبل Q = 750W	فلزي با شيشه تكي Q = 1350 W
سقف	تيرچه بلوك با عايق Q = 1100W	تيرچه بلوك بدون عايق Q = 2250W
كف	Q = 0	Q = 1500W
بار تعويض هوا	Q2 = 10980W	Q2 = 10980 W
بارهاي الكتريكي و متفرقه	Q3 = 5000W	Q3 = 5000W
جمع كل بارهاي سرمائي ساختمان	QT = 18116W = 18kw	QT = 23342w=23/3kw
استفاده از انرژي برودتي باد و زمين	بادگيرها و زمهرير Q = 7686w	H = 0
استفاده از كلكتورهاي خورشيدي و سيستم تبريد جذبي	H = 10800w = 10/8kw	H = 0
جمع كل برودت حاصل از انرژيهاي تجديدپذير	HT = 18486w = 18.4w	H = 0

خلاصه و نتيجه محاسبات بارهاي حرارتي ساختمان (زمستاني)

1- مجموع بارهاي حرارتي ساختمان در حالت ساده بودن ديوارها و پنجره ها برابر kw8/21 كيلووات محاسبه شده است.

2- مجموع بارهاي حرارتي ساختمان در حالت دوجداره بودن ديوارها و دو شيشه بودن پنجره ها و با كاهش دفعات تعويض هوا، و عايقكاري سقف، برابر kw 6/10 كيلووات محاسبه شده است.

3- ميزان صرفه جوئي در مصرف انرژي براي گرمايش ساختمان خورشيدي، معادل 50 درصد مي باشد.

4- ميزان انرژي حرارتي كسب شده از خورشيد بوسيله كلكتورها و منابع ذخيره انرژي حرارتي آبي، جمعاً برابر kw/hr4/6 كيلووات بر ساعت براي زمستان محاسبه شده است.

5- از مجموع بارهاي حرارتي ساختمان كه برابر kw6/10 مي باشد، جمعاً kw4/6 آن از انرژي حرارتي خورشيد استفاده شده كه برابر 60% از مجموع تلفات حرارتي ساختمان مي باشد.

6- باقيمانده بار حرارتي ساختمان يعني kw2/4 كيلووات كه برابر با 40% مجموع تلفات حرارتي ساختمان مي باشد، مي بايستي بوسيله سوختهاي فسيلي (ديگ گازسوز كمكي) تأمين مي شود.

7- خلاصه تر اينكه، از مجموع انرژي حرارتي موردنياز براي گرمايش كل ساختمان خورشيدي، بيش از 50% صرفه جوئي شده است. حدود 40% از انرژي حرارتي خورشيدي استفاده شده و باقيمانده از ديگ گاز سوز كمكي با سوخت فسيلي بهره خواهد گرفت.

با چنين طرحي در مجموع 90 درصد از مصرف سوختهاي فسيلي صرفه جوئي شده و به همان نسبت آلودگي محيط زيست كاهش يافته است.

اولين ساختمان خورشيدي در ايران (طرح و محاسبه- پژوهش و اجراي ساختمان)

مقدمه

استفاده از انرژي هاي تجديد پذير

در سيستمهاي گرمايش و سرمايش ساختمان خورشيدي

شكل 1- پلان ساختمان خورشيدي

شكل 2- كانال زيرزميني (زمهرير) و بادگيرها

ب) گرمايش غيرفعال با استفاده از گرمخانه

گرمايش و سرمايش فعال خورشيدي

شكل 4- سيستم گرمايش فعال خورشيدي

نتيجه گيري

مطالب مشابه :

پلان برق ساختمان

موارد كاريردي مورد نياز جهت ارائه نقشه هاي برق به نظام مهندسي ساختمان اصفهان

پلان ساختمان (1)

دانلود کتاب نقشه کشی برق ساختمان

دانلود علائم برق ساختمان (مطابق با استاندارد IEC 60617) بصورت بلوک شده

دانلود کتاب نقشه کشی برق ساختمان

دستور العمل نحوه كنترل طرا ح ي نقشه هاي برق

دستور العمل نحوه کنترل طراحی نقشه های برق

اولين ساختمان خورشيدي در ايران (طرح و محاسبه- پژوهش و اجراي ساختمان)