تنظیم شرایط محیطی

[معمار حانیه]

سلام دوستان. دیدم جای این درس اینجا کمه.

برای همین این تایپک زدم. من مطالب نامرتب زدم.

اگر کسی مطلبی داشت در همین تایپک بگذاره ممنون.

باتشکر

[معمار حانیه]

آبگرمکن خورشیدی


ساختار یا ساختمان
ساده‌ترین آب گرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. شرایط لازم نصب این آب گرمکن
آن است که قسمت فوقانی گرد آور پایین‌تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گرد آور نسبت به سطح افق که برای تحقیقی جریان تومو سیفونی ، در حدود 20 درجه رو به جنوب انتخاب شد.
طرز کار
ابتدا مخزن آب گرم با آب سرد پر می‌شود و آب داخل لوله‌های گردآور ، هنگامی که خورشید روی سطح گرد آور می‌تابد به تدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن از طرف بالا ذخیره می‌شود، آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگربه طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته تا زمانی که تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه می‌یابد


دلایل استفاده از آبگرمکن های خورشیدی
- حفاظت محیط زیست
- جلوگیری از افزایش گرمای کره زمین
- ذخیره منابع انرژی تجدید ناپذیر
- کاهش هزینه های انرژی گرمایی
- افزایش ضریب اطمینان و ایمنی
- کاربرد آسان و راحت
- دسترسی همیشگی به منبع انرژی

اجزاء آبگرمکن خورشیدی
یک آبگرمکن خورشیدی از اجزاء زیر تشکیل شده است:
1- گردآورنده
2- مخزن ذخیره3- مبدل گرمایی
4- کنترل کننده های اتوماتیک
5- پمپ، لوله ها شیرآلات و اتصالات
















آبگرمکن های خورشیدی پمپدار
این دستگاه یک آبگرمکن خورشیدی پمپدار است که به عنوان جبران ساز قابلیت استفاده از سوخت گاز را دارا می باشد. در این آبگرمکن، مخزن ذخیره در پائین و در داخل ساختمان قرار میگیرد و بر روی بام تنها کلکتورهای خورشیدی نصب می شوند.
مهمترین ویژگیهای آن به صورت زیر است:
• مخزن دوطبقه:
مخزن این آبگرمکن به صورت دو طبقه است که در طبقه اول (مخزن خورشیدی) یک مخزن دوجداره و در طبقه دوم (مخزن گازی) یک مخزن تک جداره دودکش دار قرار دارد. جداره دوم مخزن خورشیدی به وسیله لوله های ارتباطی با یک یا دو عدد کلکتور که در بالای ساختمان نصب می شود مرتبط می گردد و به وسیله یک پمپ سیرکولاتور کوچک، سیال عامل مابین کلکتورها و جدره دوم مخزن به گردش در می آید. این دو مخزن به وسیله لوله های رابط به یکدیگر متصل میباشند.

• سیستم جبران ساز (کمکی):
در این آبگرمکن، علاوه بر المنت برقی، در فضای مابین دو مخزن یک مشعل گازی کوچک قرار داده شده است. آب سرد از شبکه لوله کشی شهری ابتدا به مخزن خورشیدی وارد شده و در مجاورت جدار متصل به کلکتورها گرم می شود. هنگام خروج آب گرم از مخزن به مصرف، آب از مخزن خورشیدی بوسیله لوله های ارتباطی وارد مخزن گازی می شود. در این حالت در صورتیکه دمای آب ورودی به مخزن گازی به اندازه کافی توسط بخش خورشیدی گرم شده باشد، سنسور مشعل گازی را گرم نگه داشته و گاز روشن نمیشود. اما در صورت کمبود دمای آب ورودی از قسمت خورشیدی، مشعل گازی به صورت اتوماتیک روشن شده و کمبود دمای مورد نیاز را جبران می نماید.
• سیستم تخلیه (بدون نیاز به ضدیخ و منبع انبساط):
سیال عامل در این محصول آب است. در داخل مخزن خورشیدی یک مخزن مخفی به عنوان مخزن تخلیه تعبیه شده است. آب گردش کننده در کلکتورها در داخل این مخزن قراردارد. در زمانیکه پمپ آب با فرمان کنترلر روشن میشود، بخشی از آب مخزن تخلیه به داخل کلکتورها پمپ شده و پس از عبور جداره دوم مخزن، دوباره به مخزن تخلیه باز می گردد. در زمانیکه گردش پمپ با فرمان کنترلر قطع می شود، آب موجود در کلکتورها به صورت ثقلی به داخل مخزن تخلیه باز می گردد و کلکتورها خالی از آب می شوند. لذا در زمستانها نیازی به ضد یخ نیست و در تابستانها هم سیستم جوش نمی آورد.

ویژگی و مزایا:
• حذف بار مخزن از روی پشت بام
• طول عمر بیشتر و اتلاف دمای کمتر (به دلیل Indoor بودن مخزن)
• کارآیی بالا • زیبایی بیتشر ساختمان (فقط کلکتور بر روی بام است)
• قابلیت استفاده از سیستم جبران ساز گازی
• عدم نیاز به ضد یخ و منبع انبساط

آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی
اصل ترموسیفون حرارتی:در یک سیکل بسته از سیال، درصورتیکه قسمتی از مدار که در ارتفاع پائینتر قراردارد گرمتر از قسمت بالاتر باشد، به دلیل اینکه چگالی کمتری دارد به سمت بالا حرکت میکند و تداوم این اختلاف دما و ارتفاع، باعث ایجاد جریان سیال در این مدار می شود و سیال به صورت طبیعی و بدون نیاز به پمپ به گردش در می آید. به این نوع جریان سیال، جریان ترموسیفونی می گویند.
از اصل ترموسیفون حرارتی، در آبگرمکن های خورشیدی استفاده می شود. بدین نحو که یک مخزن دوجداره ذخیره آب را در بالای کلکتور خورشیدی قرارداده و مابین جدار دوم مخزن ذخیره و لوله های کلکتور خورشیدی یک مدار بسته تشکیل می شود. با تابش خورشید بر روی سطح کلکتور خورشیدی، سیال داخل آن گرم شده و جریان ترموسیفونی مابین کلکتور و مخزن برقرار می شود. گردش آب گرم در جداره دوم مخزن سبب گرم شدن آب داخل مخزن اصلی می گردد و آب گرم با فشار در شبکه جاری می گردد.
حرکت ترموسیفون تا زمانی که انرژی خورشید موجود باشد ادامه دارد. این حرکت با افول خورشید متوقف می شود.
عایق:
مخزن ذخیره در آبگرمکن های ترموسیفونی باید به خوبی عایق شود تا در طول شب، آب گرم ذخیره شده در آن گرم بماند. همچنین لوله های ارتباطی مابین مخزن و کلکتور نیز باید به خوبی عایق شوند.

ضدیخ:
در شرایط آب و هوایی سردسیر که روزهایی از سال دمای هوا زیر صفر میرود، باید برای جلوگیری از یخ زدگی در سیکل بسته کلکتورها از ضدیخ مناسب استفاده نمود.

سیستم جبران ساز

آبگرمکن های خورشیدی به منظور جبران کمبود احتمالی انرژی خورشید، باید دارای یک سیستم جبران ساز باشند. سیستم جبران ساز در آبگرمکن های خورشیدی ترموسیفونی یک المنت برقی است که در داخل مخزن اصلی قرار دارد و در مواقع مورد نیاز به صورت اتوماتیک روشن میشود. این المنت برقی دارای یک ترموستات است که میتوان دمای دلخواه را توسط آن تنظیم کرد.
ویژگی ها و مزایای این نوع آبگرمکن ها:
ساختار ساده و نصب راحت و سریع
کارآیی بالا با سهم خورشیدی روزانه به طور متوسط 60% دارای المنت برقی با تنظیم دمای دلخواه

این سیستمها به دو دسته مدار باز و بسته تقسیم می شوند. در سیستم مدار باز ( سیستم مستقیم ) آب به صورت مستقیم در میان گردآورنده جاری می باشد. این سیستم بسیار ساده، کارا و قابل اطمینان بوده ولی در شرایط آب و هوایی سرد و دماهای زیر صفر درجه کارایی خوبی ندارد، و یخ زدن آب داخل لوله ها ممکن است منجر به پارگی آنها شود. در سیستمهای مدار بسته ( غیر مستقیم ) معمولا سیالی غیر از آب که نقطه انجماد پایین تری دارد ( مانند مخلوط پروپیلن گلایکول و آب ) بکار گرفته می شود.
این سیستمها دو چرخه جداگانه دارند که از طریق یک مبدل گرمایی به یکدیگر متصل شده اند، و این مبدل گرما را از سیال داخل گردآورنده به آب مصرفی منزل منتقل می کند

مزیت رقابتی آبگرمکن های خورشیدی
امروزه کیفیت و کارایی برتر سیستم های آبگرمکن خورشیدی براساس میزان قدرت جذب انرژی تابشی وهمچنین مقدار سطح اتصال ورقه های جاذب و لوله های متصل به آنها سنجیده می شود.
- کارایی بالای کلکتورهای خورشیدی
- راندمان بالای کل سیستم آبگرمکن های خورشیدی
- حداقل اتلاف حرارتی در کل سیستم
- تامین آب گرم متوسط 60 درجه سانتیگراد و بالاتر (در صورت نیاز مشتری)
- استفاده از عایق های حرارتی مناسب و مرغوب
- استفاده از المنت برقی جهت گرم کردن آب در روزهای ابری کامل
- امکان طراحی مطابق با انواع ساختمانهای مهندسی ساز
- قابلیت طراحی بهینه توسط نرم افزارهای کامپیوتری
- مقاومت کامل در برابر خوردگی
- داشتن گارانتی برای کل سیستم

[معمار حانیه]

اجاق هاي خورشيدي ديواري
ترجمه ي : پدرام اصفهاني


Translated by: Pedram Esfehani


Email: pesfahani@aol.com

جاق هاي خورشيدي مقاوم در برابر انواع آب و هوا كه از داخل آشپزخانه هم دردسترس هستند .





دولتمردان جديد آفريقاي جنوبي به تازگي اعلام كردند ، به منظور اسكان دائمي مردم در زمين ها يك ميليون خانه براي مردم فقير ساخته خواهد شد . ما معتقد هستيم كه در ساخت اين خانه ها بايد توجه بسياري به اجاق هاي خورشيدي ديواري شود .به منظور بررسي بر روي نمومه ي آزمايشي اجاق هاي خورشيدي ديواري كه طراحي پيشرفته تري دارد ، يك نمونه از آن بر روي ديوار يك خانه ي كاه گلي در مكزيك نصب شد . پروژه تا به حال بسيار خوب پيش رفته و اجاق جديد از عهده ي كار ها خوب بر آمده و در كنار همه ي اين موفقيت ها نتايج بسيار جالب و مفيدي به دست آمده و پروژه امتحان اجاق خورشيدي به مراحل پاياني خودش نزديك شده است . در طراحي جديد ، اجاق خورشيدي به ديوار آشپزخانه متصل است و از داخل ساختمان به درون اجاق خورشيدي دري وجود دارد كه كار با اجاق را بسيار ساده و راحتتر كرده است ، به شكلي كه آشپز به راحتي مي تواند از داخل آشپزخانه غذا را در اجاق قرار دهد و يا بردارد . در اين طراحي مسائلي چون در خطر نابودي بودن اجاق به دليل شرايط بد آب و هوايي يا انسان و حيوانات ، هذينه و محلي براي نگهداري اجاق حل شده است . " باربارا كر " از محققان در زمينه ي اجاق هاي خورشيدي مي گويد " كار با اجاق هاي خورشيدي ديواري راحتتر از هر نوع ديگر از اجاق هاست و انتخاب من در پايان اين نوع اجاق ها هستند . "
يكي از مشكلات بزرگ اجاق هاي خورشيدي ديواري در گذشته آن بود كه نمي توانسيم با آنها خورشيد را در طول روز دنبال كنيم از اين رو فقط در ساعات مشخصي از روز مي توانستيم از آنها استفاده كنيم ، اما اين مشكل در طراحي جديد كاملا برطرف شده است ، تا جايي كه از طلوع تا غروب مي توان از آنها استفاده كرد .
با افزايش بازتاب كننده هاي داخلي و قرار دادن يك بازتاب كننده ي خارجي بر روي ديواره هاي اجاق مي توان راندماني تا دوبرابر در اجاق داشت .


از ويژگي هاي طرح جديد مي توان به موارد زير اشاره كرد :

1. برتر در مقابل تغيير زاويه ي تابش خورشيد در فصول : در طراحي جديدي كه من داشتم از روشي ساده به كمك بازتاب كننده هاي بيشتر كاري كردم كه چه در فصل تابستان كه زاويه تابش به اجاق عمودي است و چه در زمستان كه نور مايل به اجاق مي تابد ، اجاق بدون هر مشكلي به كار خود ادامه دهد . ( تصوير شماره ي 1 ) علت ضخيم بودن ديوار در شكل كاه گلي بودن آن است ، اين اجاق ها براي خانه هاي مدرن تر همان كاراي خانه هاي كاه گلي را دارد و به خوبي عمل خواهد كرد .
2. برتر در مقابله با شرايط بد آب و هوايي : در طراحي جديد با قرار دادن بازتاب كنند هاي پيشرفته تر و بهتر و با روشي جديد تر حتي در روز هاي ابري در اجاق گرماي كافي وجود دارد و اين اثباتي محكم براي كار كردن اجاق در آب و هواي آلوده و مرطوب است .
3. برتر در برابر تغيير زاويه ي تابش در روز : با بزرگتر و كشيده كردن اجاق در امتداد شرق به غرب علاوه بر بيشتر شدن فضاي اجاق ، سايه ي ديواره ها در زمان طلوع و غروب كمتر مسئله ساز مي شود و براي جبران سايه ي ايجاد شده با قرار دادن بازتاب كنند اين سايه به كلي از بين رفته است . ( تصوير 2 )

توجه ي ويژه و مخصوص :
اجاق هاي خورشيدي ديواري با بازتاب كننده هاي خارجي از انرژي خورشيدي دوبل استفاده مي كنند ، اما با انجام تغييراتي در اجاق حتي با نداشتن بازتاب كننده ي خارجي مي توان راندماني مشابه داشت . براي اين كار به جاي استفاده از شيشه ي معمولي در اجاق مي توانيد از پلاستيك دو جداره ي شفاف با ضخامت 9 سانتي متر استفاده كنيد كه در ساختمان هاي شيشه ي كاربرد دارد . فقط در هنگام نصب بايد دقت داشته باشيد كه پلاستيك ها كاملا در جاي خودشان محكم باشند و كاملا هم ايزوله باشند تا بخار غذا وارد آنها نشود .
هنگامي كه اجاق خورشيدي بخشي از خانه ي فردي است بايد زيبا و با دوام باشد .
با استفاده از تخته چوب چندلايه كه كاملا صيقلي و رنگ شده مي توان اجاق خورشيدي با دوام و زيبايي داشت ، در طرح آزمايشي كه در سوناما انجام شد مشخص شد كه اين مواد از هر ماده ي ديگر بهتر هستند . براي پوشش شفاف هم از پلاستيك هايي كه درباره ي آن در بالا توضيح داده شده مي توانيد استفاده كنيد .

در پايان :
از اجاق هاي خورشيدي انتظار دوام و آسودگي مي رود . طراحي فعلي اجاق هاي خورشيدي ديوار ي به گونه ي است كه فقط در مناطق گرم كار برد دارند . اين اجاق ها را ساكنان نيم كره ي شمالي زمين بايد به ديوار جنوبي و ساكنان نيم كره ي جنوبي آنها را بايد به ديوار شمالي خانه خود متصل كنند . در مورد عمل كرد اين نوع اجاق هاي در دومين نشست بين المللي اجاق هاي خورشيدي بيشتر گفتگو خواهد شد .

شما با " پاول فانك " به نشاني زير مي توانيد مكاتبه داشته باشيد :
دكتر پاول آ.فانك ، مهندس كشاورزي

Address: Dr. Paul A. Funk, Agricultural Engineer
U.S.D.A Agricultural Research Service
Southwest cotton Ginning Research Laboratory
300 East College Drive
PO BOX 578
Mesilla Park, NM 88046
USA

تلفن : (505) 646-6308 , (505) 526-6381
فكس : (505) 525-1076
email: Pfunk@nmsu.edu
همچنين براي مطالعه ي بيشتر مي توانيد به منابع زير مراجعه كنيد .

1. اجاق ها خورشيدي ديواري باربارا كر ( چگونه اجاق خورشيدي بسازيم )
2. نقشه و الگوها
3. سخنان جان سكات درباره ي اجاق خورشيدي ديواريش

آرشيو سايت اجاق هاي خورشيدي
اين متن به وسيله ي سايت اجاق هاي خورشيدي نوشته و ويرايش شده است ، براي اطلاعات بيشتر مي توانيد باآدرس زير مكاتبه كنيد .

[معمار حانیه]

http://uplod.ir/tgxf5q4gbvpm/_______...______.pdf.htm


از اونجایی که این کتاب اکثر معماران میخونند. گفتم شاید خلاصه این کتاب به دردتون بخوره. به همین خاطر لینک دانلودش براتون گذاشتم. امیدوارم. استفاده کنید.

[معمار حانیه]

معرفی سیستم های خورشیدی

ز آنجائیکه انرژی خورشیدی جزء پیوسته ای از زندگی روزانه در روی کره زمین است، بشر از طلوع عصر تکنولوژی سعی کرده است که توان این انرژی را برای اهداف مفید مهار نماید. روش های فنی گوناگونی بوجود آمده و تکمیل شده اند و طرحهای بسیاری با درجات موفقیت متفاوت آزمایش گردیده اند و صنایع جدید و اقتصادی تاسیس گردیده اند. اگر چه که هدف ما در این بخش بحث مبسوطی از این روشهای تکنیکی نیست ( زیر که مراجع عالی بیشماری در این مورد موجود دارند که گزارش کمیته انرژی خورشیدی WEC در سال ۱۹۸۹ و کتاب نیروگاه های خورشیدی از winter از آنجمله اند امابایستی بازنگری مختصری از اساس این موضوع، وضعیت فعلی و آهنگ پیشرفت آن انجام گیرد و درس های مبهمی که در این فرآیند آموخته شده اند، شناخته شوند. در این بخش نگرش کلی ای از تکنولوژی های مختلف و وضعیت توسعه آنها عرضه می شود و پایه ای برای بحث ایجاد می گردد.

بحث بر مبنای گروه های تکنولوژی ترتیب داده شده است و شامل بحث در مورد کاربردهای مربوطه هر تکنولوژی نیزمی گردد. جدول ۳-۲ کلیاتی از مشخصات فنی مهم هر یک از گروه ها و همینطور موقعیت فعلی صنایع تولیدی موجود را نمایش می دهد. در مورد هر یک از انواع تکنولوژی ها، مثال مشخصی از یک سیستم کامل بکار گرفته شده است تا هزینه محاسبه شده و ارقام معرف کارآئی سیستم بدست آیند و هرجائی که لازم بوده است بجای یک رقم، دامنه ارقام داده شده است تا اندازه تغییرات مورد انتظار نشان داده شود. برخی از اعدات تخمینی هستند و بر پایه بهترین اطلاعات در دسترس تخمین زده شده اند.

سیستم های حرارتی خورشیدی
این گروه سیستم هائی را در بر می گیرد که بر پایه گردآورنده های حرارتی با دمای پایین عمل می نمایند. این سیستم ها ازمنبع خورشیدی برای مصرف نهایی حرارتی استفاده می کنند.



از این نوع گردآورنده خورشیدی بیش از هر نوع گردآورنده خورشیدی دیگر استفاده می شود. عنصر اصلی آنها یک ورق است که بوسیله تابشی کلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خورد را به یک سیال جذب کننده حرارت که در حال جریان است منتقل می کند. این سیال معمولا آب یا هوا است. رنگ این ورق همیشه تیره است و ممکن است که دارای پوشش خاصی باشد که ضریب جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر برساند. از ورق های لاستیکی، پلاستیکی و فلزی برای خروجی هائی با دمای فزاینده استفاده می شود.

ممکن است که ورق تنها تشکیل دهنده گردآورنده باشد امابرای رسیدن به دمای بالا معمولا ورق را در داخل یک جعبه عایق شده که روکش شفاف آن دارای کارآیی بالایی است قرار می دهند تا از اثر گلخانه ای استفاده شود. تابش مرئی خورشید از طریق این پوشش نیمه شفاف وارد می شد ولی جزئی از تابش طول موج بلندتر مادون قرمز که بوسیله ورق حرارت دیده داخل جعبه ساطع می شود در درون جعبه به دام می افتد و نمی تواند خارج شود.

کاربردهای سیستم
سیستم معمولا دارای یک بخش ذخیره است تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نماید. اگر سیال سیستم یک مایع باشد که بخش ذخیره یک مخزن عایق دارا است و اگر سیال هوا باشد از مقداری سنگ یا بتون استفاده می شود که این راه حل جاگیر است و موادی که تغییر فاز میدهند راه حل بهتری بحساب می آیند اماحتی با این مواد پیشرفته هنوز هم ذخیره کردن حرارت برای مدتهای طولانی عملی نیست و در نتیجه سیستم های حرارتی خورشیدی از سیستم های ثانویه ای که با انرژی فسیلی کار می کنند بعنوان مکمل سیستم استفاده می کنند.

در سیستم های تک گردآورنده ازگردش طبیعی بر پایه اثر اختلاف دما بین گردآورنده و بخش ذخیره استفاده می شود، اما در سیستم های بزرگتر به گردش اجباری تحت فشار با کمک پمپ یا فن نیاز است اینگونه سیستم ها اغلب برای گردش سریع و ثابت سیال که بوسیله اختلاف دمای بین بخش ذخیره و گردآورند انجام می گیرد، اما سیستم های جدید متناسب با گردش کند و متغیر سیال که متشابه تابش خورشیدی انجام می گیرد ساخته شده اند و بدین ترتیب از کارآئی بیشتر و هزینه کمتری برخوردار هستند. این شیوه طبیعی برای عملکرد سیستم های اختلاف دمائی کوچک است و در سیستم های بزرگتر با کمک پمپ های سرعت متغیر و فن هائی که با انرژی یک مدول کوچک فوتوولتائی تغذیه می شوند انجام می گیرد.

سیستم های گرما خورشیدی بیشتر برای گرمایش اب بطور تجاری بکار می روند. استخرهای شنا یا آب مصرفی خانه های ویلائی، آپارتمانی، هتل ها یا سایر ساختمان ها در بخش های خدماتی یا تجاری به آسانی می توان با کمک انرژی خورشیدی گرم نمود و این کار با زمان بازپرداخت کوتاه سرمایه گذاری انجام می گیرد. با استفاده از یک راندمان سالیانه میانگین ۴۰% تنها به ۲ متر مربع سطح گردآورنده نیاز هست تا ۸۰% تقاضای برای آبگرم یک خانواده در شرایط آب و هوای مدیترانه ای تامین شود. در نواحی ای که از هوای آفتابی کمتری برخوردار هستند به سطح گردآوری بزرگتری (اماهنوز متعادل) نیاز خواهد بود.

این سیستم ها هم چنین می توانند بخش بزرگی از تقاضا برای گرمایش فضای ساختمان را تامین کنند لکن سطوح بزرگتری برای گردآوری انرژی خورشیدی مورد لزوم خواهد بود که بلحاظ زیبائی ساختمانها و جنبه های اقتصادی زیان بار خواهد بود. موفقیت های تجاری تنها در بخش های با گرمایش کمتر خورشیدی و بدون ذخیره حاصل شده است. بنابر این صرفه جوئی در انرژی به سه طریق بدست می آید ( با گرم کردن هوا، کاهش اتلاف حرارتی هوا از دیوارها و با مخلوط کردن هوا در ساختمان های جدیدی که از عایق بندی بهتری برخوردار هستند ازنسبت هزینه به کارآئی کم تری در مقایسه با ساختمان های معمولی سود می برند.

گرمائی که از گردآورنده های گرمای خورشیدی بدست می آید را می توان با تامین انرژی مدارهای پمپ حرارتی جذبی یا امثالهم بمنظور تامین سرمایش فضای ساختمان ها بکار برد. با استفاده از دمای بالائی که در گرآورنده های متمرکز کننده بدست می آید آسانتر می توان مورد بالا را به اجرا در آورد ولی قیمت بالاتر این گردآورنده ها و هزینه افزوده و پیچیدگی دستگاههای سرمایش باعث شده است که هنوز یک بازار تجاری برای سیستم هاشکل نگرفته باشد. تحقیقات اکنون درجهت افزایش کارآئی سیستم های خنک کننده است تا امکان استفاده از گردآورنده های تخت را که ارزان تر می باشند فراهم می آورد.

گرمای فرآیندی برای صنایع
این یکی دیگر از کاربردهای ممکن برای سیستم های گرما خورشیدی است. گردآورنده های تمرکزی طیف وسیع تری از کاربردهای بالقوه در این زمینه را در مقایسه با گردآورنده های تخت فراهم می کنند زیرا این گردآورنده ها دمای بالاتری را تولید می کنند. اما صنایع بسیار انرژی بر هستند و عدم فضای کافی برای نصب گردآورنده های خورشیدی اغلب یک مانع رفع نشدنی است. همانند کاربرد گرمایش فضا که قبلا به آن اشاره شد در این مورد هم موفقیت تجاری محدودی کسب گردیده است آنهم فقط با سیستم هائی که ذخیره ندارند و برای تامین بخش کوچکی از بار حرارتی مورد نیاز فرآیند تولید، طراحی شده اند.

سیستم های گرما خورشیدی هم چنین می توانند گرمای فرآنیدی مورد نیاز کشاورزی را تامین کنند. گلخانه ها میتوانند برداشت محصول را بطور قابل توجهی افزایش دهند و فصل رشد گیاهان را در اب و هوای سرد طولانی تر نمایند. خشک کردن با کمک خورشید کیفیت محصولات را افزایش داده و باعث می شود که محصولات از عمر ذخیره طولانی تری پیش از فساد پیدا کنند و بدین ترتیب ارزش بازاری بالاتری را طلب نمایند. هر دو تسهیلات گلخانه ای و خشک کنی را می توان به آسانی با کمک تابش مستقیم خورشیدی فعال نمود اما افزودن گردآورنده های ( هوا ) تخت باعث خواهد شد که از بخش بمراتب بزرگتری از انرژی خورشیدی استفاده شده و عملیات مستقل تری از شرایط هوا داشته باشیم. این سیستم ها امکانات بالقوه فنی قابل توجهی را در اختیار می گذارند اما مقدار محدود سرمایه ای که در بسیاری از نواحی روستائی در دسترس است باعث محدودیت عمده ای در گسترش بازار بای این سیستم ها شده است.

با ورود گردآورنده های تخت مجهز به سیال کند و متغیر، کنترل سیستم احتمالا با بحال به تکامل تمام رسیده است. اما R&D بر روی مواد پیشرفته هنوز ادامه دارد بطوریکه در آینده گردآورنده های الیاف پلیمری و ترکیبی به درجه ای از کارآئی می رسند که امروزه تنها از گردآورنده های فلزی بر می آید. کاهش هزینه ها یا تولید انبوه مواد جدید براحتی میسر است بطوریکه اگر بازار نسبتا بزرگی شکل پیدا کند آنگاه قیمت های پائین تر ممکن خواهند شد.

محدودیت عمده ای که توسعه بازار با آن روبروست سرمایه گذاری مورد نیاز برای سیستم خورشیدی است. حتی با اینکه قیمت های کنونی انرژی های معمولی پایین هستند، باز هم زمان های بازپرداخت سرمایه فقط در چند سال معمول می باشد. اگر چه از این زمان بسیار کوتاهی برای بازپرداخت سرمایه، برای یک شرکت تولید انرژی محسوب می شود ولی اغلب برای مشتریان فردی بالقوه، زمانی طولانی تلقی می شود.

معماری خورشیدی
در معماری خورشیدی ساختار یک ساختمان شامل یک سیستم گردآوری انرژی خورشید و یک سیستم ذخیره و توزیع انرژی که در نتیجه برای ساکنین ساختمان آسایش حرارتی و روشنائی طبیعی تامین می نماید، می گردد. گرمایش فضای درونی ساختمان از طریق ورود انرژی خورشیدی از پنجره های بزرگ یا فضای خورشیدی و یا از طریق گردآورنده های حرارتی که با بام یا نمای ساختمان یکپارچه هستند بدست می آید. سرمایش فضای درونی بوسیله سایبان ها، تجهیزات تهویه و خنک کننده های تبخیری، تابشی یا جریان هوای خنک – تازه سطحی انجام می گیرد. روشنائی طبیعی با استفاده از هدایت نور خورشید از طریق کانال های ویژه به عمق ساختمان انجام می گیرد.

بیشتر کارهای اولیه در زمینه معماری خورشیدی برای گرمایش فضای خانه های خصوصی با اتکای مطلق به انتقال طبیعی گرما انجام گرفته است. بنابر این واژه خورشیدی غیر فعال برای این سیستم ها ابداع وهنوز بکار برده می شود. اما بسیاری از طرح های امروزی متکی به کنترل های الکترونیکی و یا حتی گردآورنده های خورشیدی فعال هستند تا توزیع گرما بهتر انجام گرفته و انرژی خورشیدی بیشتری جمع آوری شود.

با توجه به اینکه تکنیکهای ساختمانی از منطقه به منطقه خیلی متفاوت هستند، و نیازهای نسبی گرمایش، سرمایش، و نورگیری در روز بشدت تحت تاثیر هوا قرار دارد. طراحی معماری خورشیدی مناسب تمایل به تاثیر پذیری از شرایط خاص محل را دارد. با وجود این می توان اظهار نمود که هزینه افزایشی جهت استفاده از طراحی کاملا غیر فعال در مناطقی که دیوارها و پارتیشن های با جرم زیاد از قبیل بتون و آجر مرسوم است، حداقل می باشد.

هزینه شیشه های بزرگ با کارآیی زیاد که درمقابل آفتاب قرار دارند ( با سایبان درست و امکانات تهویه عرضی جهت اجتناب از گرمایش بیش از حد در تابستان ) تا حدودی توسط سطح کاهش یافته دیوارهای خارجی جبران می شود، و بخشی ازجرم حرارتی ساختمان می تواند بسادگی از طریق تهویه به ذخیره حرارت تبدیل گردد بدین صورت که حرارت خورشیدی زمستانی برای استفاده در شب ذخیره می شود و هوای شب خنک تابستان برای استفاده در روز ذخیره می گردد.

لذا با طراحی خوب می توان بار حرارتی سالیانه را درنواحی سرد و آفتابی به میزان ۸۰% و در نواحی ابری تر به میزان ۵۰% کاهش داد. برای دستیابی به همان میزان گرمایش خورشیدی در ساختمانهای سبک،‌گردآورنده های حرارتی خورشیدی همراه با ذخیره مربوطه لازم است، که هزینه بیشتری را در بر دارد. استراتژی صحیح سایبان و تهویه در ساختمان هی با جرم حرارتی زیاد می تواند ۸۰% از بار سرمایشی سالیانه را اگر شبها به اندازه کافی خنک باشند کاهش دهد، اما درغیر اینصورت تکنولوژی های پیچیده تری بر مبنای تبخیر آب با تونلهای خنک کننده زیرزمینی، نیز مورد نیاز می باشد، نور دهی در روز که از طریق شیشه های بزرگ با راندمان بالا حاصل می شود سبب صرفه جوئی اندک انرژی در منازل می گردد اما می تواند برای دفاتر که کاهش نیاز به نور حاصل از الکتریسیته در کاهش بار سرمایشی اثر دارد، بسیار مهم است.

معماری خورشیدی ساده، که صرفا بر مبنای شیشه های با راندمان بالا و عایق حرارتی خوب ساختمان می باشد، بطور تجاری توسط برخی از معماران مورد استفاده قرار می گیرد و اغلب بدان بصورت صرفه جوئی در انرژی نگریسته می شود. این درست است زیرا میتوان در ساختمانهای موجود با چنین اقداماتی حدود ۲۵% در انرژی صرفه جوئی نمود. اما میزان بالاتر نقش خورشید اشاره شده در بالا فقط می تواند در ساختمانهای جدید که به دقت طراحی شده اند حاصل گردد، و مدلسازی کامپیوتری نورگیری و حرارت یک وسیله اساسی دربهینه کردن کارآیی ساختمان می باشد. تعدادی نرم افزاهای کامپیوتری ارائه شده اند، اما یک برنامه معتبر و جامع و ساده برای استفاده هنوز موجود نیست و این مانع اصلی در توسعه وسیع تر طراحی معماری خورشیدی می باشد. علاوه بر آن فقدان آگاهی عمومی که چنین طراحی هایی می تواند منجر به ساختمانهای با نیاز خیلی کمتر به انرژی شود که درعین حال مکان لذت بخش تری برای زندگی و کار هستند، نیز وجود دارد.




در جوامعی که قبلا مرحله صنعتی را پشت سر گذارده اند،‌مصرف انرژی ساختمان ها خیلی چشمگیر است. بنابر این مشکل معماری خورشید می باید حل گردد، زیر یک پتانسیل واقعی را برای بهبود محیط ارائه می دهد. و این پتانسیل حتی میتواند افزایش یابد مشروط به آنکه توسعه تکنولوژی پیشرفته که در حال حاضر در دست انجام است موفقیت آمیز باشد و به تولید تجاری منتهی گردد. مواد عایق شفاف، ذخیره با استفاده از تغییر فاز در حالت جامد، لوله های نوری، و شیشه های باکنترل الکتروکرومیک ، ترموکرومیک یا هالوگرافیک ( جهت کنترل مستقل حرارت و نور بصورت مطلوب در هر دو جهت ) ممکن است در آینده مورد استفاده قابل ملاحظه ای داشته باشد. بعنوان مثال ساختمانهای با انرژی صفر در کشورهای توسعه یافته.

سیستم های حرارتی – برقی خورشیدی
این گروه به سیستم هائی اتلاق می شود که از گردآورنده های حرارتی برای استفاده از منبع خورشیدی عمدتا یا انحصار برای تولید الکتریسیته از طریق یک چرخه ترمودینامیکی استفاده می کنند. این عمل با استفاده از گردآورنده های کم دما میسر است اما عمدتا بوسیله گردآورنده های خطی یا دایره ای با دمای بالاتر صورت می گیرد.

اگر قرار باشد که سیکل ترمودینامیکی بوسیله یک گردآورنده خورشیدی کم دما تغذیه شود به یک مایع آلی با نقطه جوش پائین نیاز خواهد بود. اما راندمان پائینی که ناشی از طبیعت سیکل های ترمودینامیکی کم دما است، مانع بهر برداری تجاری از گردآورنده های با تمرکز کم یا تخت است. برای تولید برق از انرژی خورشیدی کم دما تنها در مورد برکه های خورشیدی که بصورت گردآورنده غیر متمرکز کننده و مخزن ذخیره انرژی مرکب عمل می نمایند، امیدی بدست امده است.

درنوع گردایان نمک غلظت نمک با افزایش عمق، فزونی پیدا می کند که با غلبه بر شناوری طبیعی آب گرم باعث می شود که دمای بیشتری در عمق ایجاد شود. این سیستم ها ممکن است در نواحی ای که از انرژی دریافتی خورشیدی زیادی برخوردار هستند و در آن نواحی که یک برگه طبیعی وجود دارد یازمین، آب و نمک به وفور وجود داشته و ارزان هستند، کاربرد داشته باشند. آزمایش روی چنین سیستم های نمونه ای در فلسطین اشغالی و چند کشور دیگر انجام گرفته و R&D در زمینه بهبود بخشی به نگهداری مشخصات مطلوب برگه ها در شرایط موجی ( حاصل از وزش باد ) و آلودگی های حمل شده بوسیله باد در جریان است.

متمرکز کننده خطی سهموی
متمرکز کننده خطی سهموی، نوع عمده سیستم های تمرکز خطی است که از ردیف های طولانی ای از تمرکزدهنده هایی که سطح مقطع آنها سهمی است تشکیل شده است. پوشش داخلی منعکس کننده انرژی خورشیدی را بر روی یک لوله سیاه که در طول کانون سهمی امتداد یافته و نصب شده است متمرکز می نماید. آنها معمولا بر ری یک سیستم ردگیری تک محوری سوار شده اند که حرکت سمتی و ارتفاعی خورشید را تعقیب می نماید. مایعی مانند روغن ویژه انتقال حرارت در درون لوله کانونی در گردش است که انرژی خورشیدی را جمع آوری کرده اند و آن را حمل می نماید تا از آن برای کاربرد حرارت فرآیندی استفاده نماید یا آنکه از آن در سیکل توربین تولید انرژی بهره گیرد.

ایــــن سیستم ها بطور تجاری بوسیله چندین تولید کننده ساخته می شوندو Luz International بزرگترین و سرشناس ترین انها است تمرکز بیشتر این سیستم ها در مقایسه با سیستم های کم دما که قبلا مورد بحث قرارگرفت باعث دمای بالاتر و کارآئی بیشتر می شود لکن دما که قبلا مورد بحث قرار گرفت باعث دمای بالاتر و کارآئی بیشتر می شود لکن نیاز به ردگیری خورشید دارد و تنها از مولفه تابش دریافتی مستقیم استفاده می کند. R&Dهایی که بر روی مواد ارزان تر و افزایش قابلیت اعتماد سیستم و افزایش حجم تولید انجام می گیرد هزینه تولید انرژی بوسیله این سیستم ها کاهش خواهد داد.

LUZ از تاریخ تاسیس آن در سال ۱۹۷۹ تاکنون با استفاده از بیش از یک میلیارد دلار سرمایه بخش خصوصی و اعتبارات مالیاتی خورشیدی، این تکنولوژی را بوجود آورده و توسعه داده است و در حال حاضر بیش از Mwe 350 توان تولیدی فعال در جنوب کالیفرنیا را در اختیار دارد. طراحی درچندین مرحله ( نسل )‌صورت گرفته و تکمیل شده است و سیستم های موجود روغن داخل لوله سیاه کانونی را تا ۴۴۰ درجــــه سانتیگراد ( 735 درجه نارنهایت ) گرم می کنند و این لوله کانونی درون یک لوله شیشه ای که بوسیله خلاء عایق شده است قرار دارد. آینه های شیشه ای سهمی شکل از سیستم های کامپیوتری برای ردگیری خورشید استفاده می کنند. یک مولد بخار که بوسیله روغن گرم می شود و یک سیکل بخاری معمولی رانکین که دارای کارآیی بالایی است با سیستم سوپر هیترگازسوز و منبع تامین حرارت پشتوانه برای حصول اطمینان از ظرفیت حداکثر مورد استفاده است. LUZ پیش از اعلام ورشکستگی در سال ۱۹۹۱ مشغول توسعه یک گردآورنده که مستقایما با بخار خنک می شد و همچنین طراحی تسهیلات خورشیدی برای شماری از دیگر کشورها بود.

با ایجاد تمرکز در دو محور به جای یک محور، گردآورنده های مدور می توانند به تمرکزها و دماهای بالاتری در مقایسه با گردآورنده های خطی دست یابند. شدت انرژی حداکثری که در این سیستم ها بدست می آید با سیستم های احتراقی معمولی قابل مقایسه است و می توانند در کاربردهای مشابه بسیاری به کار گرفته شوند.

بشقابک سهموی
یک نوع مدولی از گرآورنده ها تحت عنوان بشقاب سهموی یک سطح فضایی است که از دوران یک سهمی بوجود می آید و کانون آن یک نقطه است. برای اینکه چنین سیستمی کاملا موثر باشد لازم است که این گردآورنده تمام مدت بطرف خورشید نشانه گیری شود و در نتیجه به مکانیسم ردگیری دو محوری نیاز دارد. انرژی حرارتی را می توان با کمک یک سیال مناسب در ناحیه کانونی جمع‌ آوری کرد و این انرژی را یا به یک سیکل ترمو دینامیکی جدا از گردآورنده منتقل نمود و یا اینکه در یک موتور کوچک ( در حدود Kwe 25 که در پشت نقطه کانونی سوار می شود،‌بکار برد.

موتورهای استرلینگ نیز برای این کاربرد تحت توسعه بوده اند و موتورهای رانکین و برایتون هم برای این کاربرد ارزیابی شده اند. نمونه های کامل این سیستم های گردآوری – الکتریکی ساخته و آزمایش شده اند . ترکیب گردآورنده – استرلینگ با راندمان تبدیل نور خورشید به برق از قرار تقریبا ۳۰% درتحت شرایط واقعی ساخته و آزمایش شده اند. به R&D بیشتر در زمینه موتور استرالنیگ، مبدل های حرارتی کانونی و سطوح بازتابنده ارزان قیمت نیاز هست تا بتوان کارآئی دراز مدت و توجیه اقتصادی سیستم را افزایش داد.

دریافت کننده مرکزی، معادل یک بشقابک بزرگ سهموی است. مجموعه ای از آینه هائی که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را منعکس و متمرکز می کنند هلیوستات نامیده می شوند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می ود جذب می شود. یک کامپیوتر هر یک از هلیوستات ها را طوری کنترل می نماید که زاویه بین خورشید و گیرنده راهمیشه نصف می کند. اندازه و درجه حرارت این سیستم ها به آسانی با بویلر های بخار صنعتی و نیروگاهی قابل قیاس هستند. این سیستم ها تا معادلMwe 200 با ضریب ظرفیت سالیانه ۵۰% و با دستگاههای تولید قدرت معمولی قابل استفاده هستند.

یک نیروگاه نمونه Mwe10 که از بخار / آب بعنوان سیال ناقل حرارت استفاده می کند ساخته و آزمایش شده است و چندین تاسیسات کوچکتر دیگر هم ساخته شده اند. اجزاء نمونه برای سیستم های نسل دوم که بر پایه نمک مذاب نیترات پتاسیم / سدیم بعنوان سیال ناقل حرارت بنا شده اند نیز ساخته و آزمایش شده اند. R&Dدر زمینه گیرنده های پیشرفته و جنس مواد ذخیره و همچنین سطوح بازتابنده ادامه دارد. طرحی برای گنجاندن تکنولوژی نسل دوم ( نمک ) در یک نیروگاه نمونه با ظرفیت Mwe 10 درحال حاضر در دست است.

دودکش خورشیدی
یک سیستم بمراتب ساده تر ولی با کارآئی بمراتب کمتر سیستم دودکش خورشیدی است. مجموعه دایره ای هلیوستات ها را با یک ناحیه دایره ای زمین که پوشش شیشه ای دارد و برج گیرنده مرکزی را با یک دودکش که یک توربین بادی در آن قرار دارد جایگزین می نمائیم. هوائی که در زیر شیشه بوسیله خورشید گرم می شود توسط دودکش کشیده می شود و در اثر این جریان توربین، ژنراتور را به گردش وا می دارد. یک نمونه Kwe 100 در اسپانیا ساخته شده است.

انرژی حرارتی که بوسیله برکه های خورشیدی تولید می شود را می توان از طریق خطوط توزیع ناحیه ای بر گرمایش و سرمایش فضای ساختمانی بکار برد. از دمای بیشتری که توسط متمرکز کننده ها ایجاد می وشد می توان برای گرمای فرآیندی در صنایع همراه یا ذخیره حرارتی در مخزن استفاده نمود. اگر کمبود جا یک محدودیت به حساب نمی آمد، این سیستم ها می توانستند تا ۸۰% بار گرمائی را در نواحی بسیار افتاب خیز و تا ۵۰% همین بار را در نواحی ای که شرایط هوا نامساعد تر است تامین نمایند، همراه با انرژی معمولی پشتیبان جهت تامین بقیه بار، اما قیمت انرژی گرمائی کمتر از قیمت انرژی برقی است و بنابر این یک بازار تجاری هیچگاه برای این نوع انرژی شکل نگرفته است.

سقوط قیمت نفت که بدنبال بحران نفت صورت گرفت حتی باعث جلوگیری از موفقیت تجاری سیستم هائی شده است که انحصارا برای تولید الکتریسیته طراحی شده اند. سیستم سهموی خطی تنها تا زمانی دوام آورد که اعتبارهای مالیاتی خورشیدی دوام آوردند و سیستم های گردآورنده دایره ای هنوز از مرحله نمایشی گذر نکرده اند. تا زمانیکه قیمت انرژی همینطور پائین باقی بماند، گردآورنده مدور و خطی با شار فوتونی بسیار زیاد تنها در کاربردهای سم زدائی ممکن است بکار آیند ( سیستم های گرما شیمیایی و نور شیمیایی ).



سیستم های فوتو ولتائی
سیستم های فوتو ولتائی که در اصل برای کاربردهای فضایی ابداع و تکمیل شده بودند انرژی نوری را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی (( اثر فوتوالکتریک )) است که اولین بار بوسیله اینشتین توضیح داده شده که نور باعث می شود الکترون ها از ماده جدا شوند. مکانیسم های فوتوولتائی – سلول های خورشیدی – کریستال های صافی هستند که از لایه های نازک از جنس نیمه هادی ای ساخته شده اند که خصایص الکترونیکی متفاوت دارند و این امر بموجب پیدایش میدان های الکترونیکی قوی درون آنها می شود. هنگامی که نور وارد کریستال می شود، الکترون هائی که بوسیله نور تولید می شوند بوسیله این میادین جدا می شوند و اختلاف پتانسیلی بین وجوه بالائی و پائینی سلول بوجود می آید. در صورتیکه مدار کامل شود آنگاه این اختلاف پتانسیل جریان مستقیمی را بوجود می آورد.

برای حفاظت سلول ها در برابر محیط، سلول های فوتو ولتائی به یکدیگر متصل شده و بصورت مدول در آورده می شوند. مدول هائی که در روی یک صفحه نصب شده و از زاویه و جهت صحیح برای حداکثر گردآوری فصلی و سالی به آنها داده شده و پانلPV یا شبکه PV نامیده می شوند. پانل های تک مدولی یا مجموعه های عظیم شبکه های PV قابل تشکیل هستند و ولتاژهای DCمتفاوتی را که با کمک تبدیل کننده های الکترونیکی حالت جامد به هر ولتاژDC یاAC مطلوبی قابل تبدیل می باشند، تولید می نمایند. یک سیستم PVنوعی معمولا شامل باتری های ذخیره الکتروشیمیائی برای کاربردهای مستقل می شود.

توسعه PV برای کاربردهای زمینی در زمان اولین بحران نفت در دو جهت خیلی متفاوت آغاز گردید. یکی در جهت تکنولوژی های تمرکزی است که درآن کاهش هزینه ها بوسیله جایگزین سطحPV بوسیله سطح عدسی صورت می گیرد و دیگری در جهت کاهش هزینه های مدول های PV با استفاده از ساخت صنعتی با حجم زیاد است.

هدف اصلی R&D در تکنولوژی های تمرکزی بدست آوردن راندمان بالاتر است. سلول های سلیکونی با تماس نقطه ای به حداکثر راندمان ۳۰% ای رسیده اند. با رویهم قرار دادن مواد سیلیکونی و گالیمی ( پایه گالیم ) ( با سایر مواد نیمه هادی مثل فسفیدایندیم ) بمنظور تشکیل سول های چند پیوندی ای که هر یک از لایه های آنها جزء متفاوتی از طیف فرکانسی خورشیدی را جمع آوری می نماید، می تون به ارقام بالاتری برای کارآئی نیز رسید. رکوردی که تاکنون با این روش بدست آمده است ۳۷% می باشد.

این سلول ها در مدول های با تمرکز بالا ( در حدود 100) و یا خیل بالا (‌در حدود ۱۰۰۰) که معمولا از عدسی های فرنل ساخته شده اند، قرار داده می شوند. کارآیی سلولی همراه با افزایش دمای سلول کاهش می یابد و تمرکز کننده خیلی قوی به سیستم خنک کننده فعال نیاز دارند که این خود بعنوان یک منبع انرژی گرمائی کم دما قابل بهره برداری است. به سیستم های ردگیری دو محوری بسیار دقیق نیاز است تا کانون را بر روی سلول ها نگهدارد و همچنین پیشنهاد شده است که این سلول ها را بر روی برج گیرنده تابش مستقیمی که توسط مجموعه هلیوستات ها منعکس شده است، نصب گردد.

این خیلی به سیستم حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی شبیه است، ام سیستم های PV با تمرکز بالا در واقع به دو طریق به این سیستم شبیه هستند: پیچیدگی مکانیکی این سیستم ها را تنها برای نیروگاههای مرکزی مناسب می سازد و عدم توانایی آنها در استفاده از تابش افقی پراکنده این نیروگاهها را بالقوه محدود به نواحی می کند که دریافت تابش خورشیدی بسیار زیاد است و اگر نه از درجه کارآئی بالائی برخوردارنخواهند بود . و درست مانند تکنولوژی های تولید برق حرارتی خورشیدی هنوز یک بازار تجاری واقعی برای آنها پیدا نشده است.

سیستم های PV های با تمرکز کم که بر مبنای تمرکز دهنده های هونوگرافی یا درخشنده غیر مجازی استوار هستند نیز تحت بررسی بوده و توسعه آنها دنبال می شود، در حالیکه شاخه اصلی صنعت PV متوجه تکنولوژی های غیر متمرکزی است تا بازار سیستم های مستقل را که حاضر به تقبل هزینه های بالاتری برای الکتریسیته هستند، تغذیه کند.



تکنولوژی های نسل دوم
این تکنولوژی ها مستقیما از تکنولوژی نسل اول قضایی زاده شده اند. هدف نهائی آنها جایگزینی تمام فرآیندهای اولیه بوسیله معادل های صنعتی که با حجم زیاد تولید می شوند،‌است. بعلت اصتفاده از ماسه یا ماده دیگری که غنی از سیلیکون است، مراحل خالص سازی که به سیلیکون های نیمه هادی منتهی می شود می تواند با یک فرآیند ساده تری که منتهی به سیلیکونهای خورشیدی می شود جایگزین گردد. رشد گروهی شمش از یک وان مذاب با رشد پیوسته شمش جایگزین شده است. که بصورت بلوک های مقطع مستطیلی بریده شده و سپس بصورت ویفرهای مستطیلی برش داده می شود.

این فرآیند نیز بوسیله فرآیند انجماد بلوکی جایگزین شده است که در نتیجه برش اولیه از شمش به بلوک نیز حذف شده است. با رشد نواری که مستقیما به ویفرهای مستطیلی باریک منتهی می شود این مرحله قبلی را نیز حذف نموده اند. پخش حرارتی در ویفرها برای عمل پیوند و شکل دادن به سطح پشتی، که بصورت گروهی انجام می گرفته است بوسیله پخش حرارتی تفاله ای جایگزین شده است،‌ یا حتی از کاشت یون و باز پخت لیزری که خیلی سریع تر است برای این کار استفاده می شود. تمام عملیات مربوط به تعمیر سطح سلول و ویفر که با مواد شیمیائی انجام می شد بوسیله معادل های پلاسمائی خود جایگزین شده اند. و در نهایت ، مدل سازی سلول ها که قبلا با دست انجام می گرفت اکنون بطور اتوماتیک انجام می گیرد.

با کمک طراحی دقیق، تمام فرآیندهای بالا میتوانند موجب افزایش چشمگیر راندمان حداکثرشوند. ارقام بالاتر راندمان با استفاده از مدول های سلول تک کریستالی بدست می آید که تاکنون به رقم ۲۰% دست یافته شده است. اما رشد سریع تر کریستال، کلید اصلی کاهش هزینه هاست و این راهی است که برای تکنولوژی های بلوک ونوار انتخاب شده است.

این روش به سلول های چند کریستالی که از حداکثر کارآئی پائین تری بعلت اتلاف در مرزدانه ها برخوردارهستند منج می گردد. اما خنثی سازی با پلاسمای هیدروژن این مکان را بوجود می آورد که به ارقامی نزدیک به ارقام مربوط به تک کریستال نزدیک شویم و تاکنون مدول های کارآمد با راندمان ۱۷% بدست آمده اند.
این فرآیندها هنوز تکنولوژی نسل دوم جا افتاده قلمداد نمی شوند،‌ عمدتا بدلیل اینکه هنوز بوفورسیلیکون مناسب نیمه هادی که از صنایع الکترونیک خریداری می شود بکار برده می شود این باعث می شود که بازپرداخت انرژی خورشیدی مورد بحث تقریبا ۱۰ سال طول بکشد.

منبع: سایت خبری معماری نیوز
کد خبر :5484

[معمار حانیه]

دیوار ترومب و فضای خورشیدی چیست؟



فضای خورشیدی:

فضای خورشیدی نوعی سیستم گرمایشی خورشیدی ایستا است که از اتاق شیشه ای(آتریوم،گلخانه،...) واقع در ضلع جنوبی یک ساختمان تشکیل شده و از دیگر فضاهاتوسط یک دیوار مشترک جدا شده است.

نکاتی در مورد سیستم فضای خورشیدی:

1- عملکرد یک فضای خورشیدی،بستگی به زاویۀ جهت گیری شیشه های اصلی آن نسبت به جهت جنوب دارد.
2-استفاده از جرم حرارتی ؛
نقاط مناسب قرار دادن جرم حرارتی:
- دیوار ذخیره ساز حرارتیِ جداکننده ساختمان

-مخازن آب درامتداد دیوارمشترک

-می تواند یک کف بنایی هم باشد

3-نسبت سطح جرم حرارتی به مساحت تصویرشده شیشه 3 به 1 است.
4- شکل مخزن آب طوری باشد که نسبت سطح به حجم بیشتر باشد؛به دلیل دریافت بیشتر تشعشعات خورشید و آزاد کردن گرمای بیشتر
5-در دیوارهای انتهایی از شیشه استفاده نشود؛بهتر است دیوارهایی عایق بندی شده باشند و چند تا بازشو برای تهویه در تابستان ایجاد کنیم.
6-بام طوری طراحی شود که جرم داخلی این فضابه هنگام تابستان سایه اندازی شود و در عین حال امکان تابش را در زمستان فراهم کند.

7-دیوار مشترک؛فضای خورشیدی باید از فضای نشیمن جدا باشد.

8-ایجاد منافذ در دیوار مشترک؛چون شیوۀ اصلی در اتصال حرارتی فضای خورشیدی و ساختمان مجاور از طریق جابجایی است.
9-پهنای فضای خورشیدی؛عملکرد با زیادشدن پهنا افزایش می یابد
10-گیاهان ودیگراشیاء سبک وزن دارای این خاصیت می باشند که انرژی خورشیدی را سریعآبه هوای گرم شده انتقال می دهند.

دیوار ترومپ:

نوعی دیوارذخیره ساز حرارتی که از یک دیوارتیره رو به جنوب ازجنس مصالح بنایی تشکیل یافته که باشیشه های عمودی پوشانده می شود.
درهنگام شب ،دمای سطح جذب کننده دیوارو لایه های مجاور آن به پایین تراز دمای هوای اتاق سقوط می کند.این امر باعث می شود که با متراکم تر شدن هوای سرد در فضای شیشه ای،هوای سرد از پایین وارد فضای خانه شده و هوای گرم از دریچۀ بالا وارد محفظۀ بین دیوار و شیشه می شود. لذا عملی ترین شیوه کنترل منافذ، صفحه ای سبک وزن است که روی منفذ بالایی دیوار ترومپ لحاظ می شود.

معایب دیوار ترومپ:

1- با توجه به اینکه در این سیستم دیوار و شیشه ای که در جلوی آن قرار دارد فاصلۀ خیلی نزدیکی دارند،تمییز کردن این شیشه از داخل،مشکل ساز است.
2- ترموسیرکولاسیون معکوس در شب ( هوای گرم ازمنفذ بالایی خارج و هوای سرد از پایین وارد فضای داخلی می شود.
3-انباشته شدن گردوغبار روی شیشه از داخل،که همان بحث تمییز کردن است که در بالا گفته شد.
4-نصب و راه اندازی و نگهداری عایق شبانه در این دیوارها دشوار می باشد.
5-هزینۀ بالا


محاسن دیوار ترومپ:

1- به عنوان یک سپر محافظ کننده بین ساکنین و تغییرات دمای سطح جذب کننده 2-گرما را از طریق ذخیره سازی حرارتی به کندی منتقل می کنند؛به همین دلیل دما را هم تعدیل و هم به تاخیر می اندازند.


سیستم جذب مستقیم:

نوعی سیستم گرمایشی ایستا است که از پنجره های رو به جنوبی تشکیل شده است که در زمستان،نور خورشید را مستقیمآ به داخل ساختمان هدایت می کنند این انرژی را توسط مصالحی با جرم حرارتی بالا ،جذب می شود.

محاسن :
نور طبیعی – دید به جنوب – کم بودن هزینه های اضافی – تامین گرمایش ایستا
معایب:
-محدودیت در شیوه های اجرا وانتخاب مصالح
-نور زیاد خورشید،ایجاد سایه روشن هایی با کنتراست بالا
-از بین بردن حریم خانه
-عملکرد دستی عایق های شبانه که در هنگام غیبت طولانی مدت مشکل ساز می شود.

[معمار حانیه]

منطقه آسایش : به منطقه ایی گفته می شود که انسان در آن احساس آرامش کند نه احساس گرما و نه احساس رطوبت و سرما کند- و دمای محیط آن بین 26 و 21 باشد. (دمای داخل بدن انسان 37 و بیرون بدن انسان 32) بیرون بدن 38 ناراحت کننده و پائین 32 در بیرون بدن ناراحت کننده است.
* منطقه آسایش محدوده ای است که فرد در آن احساس آسایش می کند بر اساس دمای هوا و میزان رطوبت.
تأثیر عوامل اقلیمی بر منطقه آسایش : تابش آفتاب و باد. همچنین رطوبت هوا در محدوده منطقه آسایش تأثیر می گذارد.
تابش آفتاب :
* در شرایطی که دمای هوا کمتر از 21 باشد تابش آفتاب باعث گسترش منطقه آسایش می شود. اما اگر دما بیش از این باشد مثلاً c 29 بالا باشد چون هوا گرم است باعث کم شدن محدوده آسایش می شود.
تأثیر رطوبت هوا در منطقه آسایش : رطوبت باعث کاهش دمای هوای خشک می شود. در رطوبت نسبتی 30% با دمای هوای c 32 آزاردهنده می شود. (هوای شرجی) اگر رطوبت 10% افزایش کند با همین دما قابل تحمل تر می شود.
تأثیر باد بر منطقه آسایش :
(باد غربی در کشور ما در مناطق سرد نامرغوب می باشد.)
(باد غربی در کشور ما در مناطق مرطوب نامرغوب می باشد.)
(باد غربی در کشور ما در گرم با رطوبت بالا تقریباً مرغوب است.)
آفتاب صبح یعنی تا ساعت 10 چون گرم نیست بهتر است به آشپزخانه که وسایل گرم کننده دارد تابیده شود . اتاق خواب چون بیشتر وقت در آن سپری می کنیم در قسمت جنوب استفاده شود.
* زاویه تابش خورشید در هر ساعت 15 می باشد. چون شبانه روز 24 ساعت است و خورشید 360 درجه حرکت می کند.
1. معتدل و مرطوب شمال
2. سرد و کوهستانی کردستان
3. گرم و مرطوب جنوب- دزفول-خوزستان
4. گرم و خشک یزد- کاشان
معتدل و مرطوب : باید روی سکو قرار بگیرند تا به رطوبت زمین برخورد نکند. یا سکوها به صورت چهار پایست یا به صورت دیوار یکپارچه که دو سوراخ در شمال و جنوب (بیشتر) به سمت بادهای غالب قرار می دهند که به آن گربه روی می گویند. - - استفاده از رنگ روشن در نمای ساختمان – (دمای شب با روز اختلاف زیاد باهم دارند. به خاطر ظرفیت گرمایی ، ظرفیت گرمایی آب بیشتر از خاک است.)
نیم دریا و خشکی : هنگام روز هوای روی خشکی گرمتر از هوای روی دریاست بنابراین این اختلاف دما باعث می شود هوای روی خشکی که گرمتر است بالا رود و هوای روی دریا به سمت خشکی آمده و جای آن را بگیرد.
در شب هوای روی دریا گرمتر از هوای روی خشکی است در شب دریا گرمتر از خشکی است در نتیجه هوا از سمت خشکی به سمت دریا است.
- برون گرا هستند. – زیر زمین ندارند. – پنجره های بزرگ و قدیدارند. – مصالح از چوب و سفال و سنگ و ساقه گیاهان. – پلان های مستطیل شکل و دایره می باشد. – استفاده از ایوان های سرتاسری و بزرگ در دور تا دور خانه برای جلوگیری از عبور باران به داخل. – خانه ها با فاصله های زیاد از هم ساخته می شوند یعنی هر خانه در وسط زمین زراعی خودشان است برای اینکه هوا بین خانه ها عبور کند تا رطوبت را از بین ببرد.
- سقف ها بیشتر شیروانی از جنس هلب یا سفال های 40×50 می باشد و در مواقعی از ایزوگام استفاده می شود. – خانه بیشتر در طول است تا طبقات.
منطقه سرد و کوهستانی : از نظر آب و هوای هوای گرمترین ماه سالش میانگین بیش از 10 درجه و میانگین حداقل هوای سرد ترین ماه سال کمتر از 3- می باشد.
- به دلیل وجود کوه های بلند یعنی منطقه کوهستانی مانع ورود بادهای مدیترانه می شود.
- تابش بیشتر به صورت مایل است و در فصل زمستان سراسر فصل پوشیده از برف و یخبندان است. فصل سرما از اوایل آذر تا اواخر فروردین بهار بسیار کوتاهی دارد. مثل همدان ، سنندج ، ارومیه ، تبریز ، یاسوج
- بافت های به هم پیوسته ، ساختمان های معمولاً بازشوها بسیار کم و کوچک تر دارند. معمولاً سقف های شیروانی دارند و یا اگر مسطح باشند باید کاملاً ایزوگام باشند. سطح پلان بسیار کم است. شکل پلان ها مربع است و رنگ نما تیره است. مصالح با ظرفیت حرارتی بالا استفاده می شوند مثل بتن ، سنگ ، آجر. ارتفاع طبقات نسبت به مناطق دیگر کمتر است. 7/2.

مناطق گرم و مرطوب : به دلیل وجود رطوبت و گرما هوا خیلی شرجی است و غیر قابل تحمل است. تابستان طولانی تر و زمستان کوتاهتر است. پلان ها گسترده ارتفاع طبقات بسیار زیاد است برای حرکت هوا. مصالح ظرفیت حرارتی کم دارند. سفال و آجر خانه برون گرا است. از بادگیر استفاده می کنند برای صرفه جویی در مصرف و برای خنک کردن این خانه ها هم سایبان دارند برای جلوگیری از ورود آفتاب به داخل. تهویه خیلی اهمیت ندارد به دلیل گرمی هوا. رنگ نما روشن.
گرم و خشک : بیشترین فصل گرما و تابستان است. و بادش سوز دارد. گرم گرم است. باران ندارد. پوشش گیاهی کم است. ارتفاع سقف 30/3 بلند است. پلان ها گسترده. درون گرا هستند. بادگیر دارند. و شکل پلان مربع و مستطیل است.
پنجره های قدی با بازشو کم با شیشه های رنگی. به بیرون پنجره ندارند و همه پنجره ها به داخل حیاط مرکزی است. از مصالح با ظرفیت حرارتی کم . معمولاً سقف ها به صورت گنبدی است به خاطر کم بودن چوب. بیشتر اسکلت ساختمان از خشت است. رنگ ساختمان سفید است. خانه ها به هم چسبیده در کوچه های باریک معمولاً دورتادور حیاط ایوان دارند. تابستان نشین و زمستان نشین دارند. پنجره ها زیاد ولی باریک هستند به دلیل جلوگیری از ورود گرما به داخل. جهت قرارگیری خانه ها بیشتر به سمت جنوب شرقی می باشد به دلیل اینکه تازه آفتاب درآمده.

گرم و مرطوب	معتدل و مرطوب	سرد و کوهستانی	گرم و خشک	نوع اقلیم
ظرفیت حرارتی کم	ظرفیت حرارتی کم	ظرافیت حرارتی ساده	ظرفیت حرارتی پائین	نوع مصالح
گسترده	گسترده	فشرده (بافت شهری فشرده)	گسترده (بافت شهری فشرده)	نوع پلان
مسطح	شیبدار	شیبدار بیشتر مسطح	گنبدی	نوع بام
جنوب شرقی تا جنوب	شرق تا غرب	جنوب شرقی تا جنوب غربی	جنوب و جنوب شرقی	جهت قرارگیری
روی زمین	روی کرسی	روی زمین	روی زمین	نحوه ارتباط ساختمان با زمین
متوسط	زیاد	کم	تعداد کم سطح کم	تعداد پنجره و سطح پنجره
متوسط	زیاد	کم	کم	میزان استفاده از تصویر طبیعی
پراکنده	پراکنده	فشرده	متراکم	بافت مجموعه
روشن	آزاد	تیره	روشن	نوع رنگ نما

میزان تأثیر عوامل اقلیمی بر ساختمان : تابش خورشید : انرژی خورشیدی جذب شده در دیوارها : مقدار انرژی جذب شده خورشید در دیوارها به رنگ مسطح دیوارها و جنس آنها بستگی دارد. رنگ سفید براق حدود 15% انرژی خورشید را جذب می کند رنگ های روشن عمومی مثل کِرِم و خاکستری روشن 40 تا 50 % انرژی خورشید را جذب می کنند. رنگ های تیره خاکستری تیره سبز و قرمز 60 تا 70 % و رنگ سیاه 80 تا 90 % انرژی خورشیدی را جذب می کنند.
انرژی خورشیدی جذب شده توسط پنجره ها : به عمق سایبان ، ارتفاع پنجره و جنس و رنگ شیشه ، کره کره داخلی بستگی دارد. سایبان خارجی فقط 10 % پرتوها را به پرتاب می کند. سایبان داخلی (کرکره) 40 تا 70 % پرتوها را به داخل پرتاب می کند اگر اصلاً سایبان نداشته باشیم و شیشه معمولی باشد 90% داخل خانه می شود. بنابراین با استفاده از سطوح خارجی سفید رنگ و دیوارهای ضخیم ، پنجره های کوچک و مجهز به سایبان می توان دامنه نوسان هوای داخلی را به میزان 10% و حداکثر هوای داخبی را تا 50% دمای هوای خارجی را کاهش داد.
* سرعت جریان هوای داخلی : با ایجاد کوران مؤثر (دو پنجره مقابل هم ، در دو جعبه رو به روی هم)
در داخل اتاق می توان میانگین سرعت جریان هوای داخل را به 60% و حداکثر سرعت آن را تا 120% سرعت باد افزایش داد. اگر کوران اتفاق نیافتد و فقط پنجره ها باز شود سرعت هوای داخلی به 15% و حداقل سرعت آن تا 10% سرعت باد کاهش می یابد.
* فشار بخار هوای داخلی : اگر ساختمان به صورت طبیعی و تهویه بشود فشار بخار هوای داخل برابر فشار بخار هوای خارج است. در ساختمان های پر جمعیت در فصل زمستان هنگامی که پنجره در طول روز بسته باشد فشار بخار هوای داخل به میزان 7 میلی متر جیوه نسبت به هوای خارج افزایش می یابد.
انواع تابش : تابش مستقیم- تابش پراکنده- تابش انعکاسی که برای تعادل محیط خارجی باید از آنها استفاده نمود.
تابش حقیقی : عبارت است از مقدار تابش خورشید که در فعالیت به سطح کره زمین می رسد مقدار تابش حقیقی خورشید ، چند عامل بستگی دارد :
1. زاویه تابش : زاویه ی بین شعاع تابش و صفحه افق
مقدار زاویه تابش بستگی به عرض جغرافیای آن منطقه و همچنین زاویۀ انحراف محور کره زمین دارد.
زاویه انحراف محور کره زمین :
محور شمال جنوب کره زمین با خط عمود بر صفحه مسیر حرکت زمین به دور خورشید برابر با 5/23 درجه است که آن را زاویه انحراف زمین می نامند.
2. شرایط جوی هوا : شامل مقدار بخار آب موجود در هوا ، میزان گرد و خاک و دود در هوا از شدت تابش خورشید می کاهد. هرچه زاویه تابش کمتر باشد شعاع خورشید مسیر بیشتری را طی می کند در نتیجه باعث کاهش تابش می شود.
3. بلندی روز : که در طول سال متغیر است.
- زاویه سمت الرأس 6 : زاویه بین تصویر شعاع تابش بر صفحه افق و جهت جنوب واقعی .
- جهت تابشی : : عبارت است از زاویه بین شعاع تابش و جهت شمال واقعی .
نکته : در هر ساعت زمین 15 درجه به دور خود می چرخد و چون شبانه روز 24 ساعت است 360 درجه می چرخد.
- تابش خورشید بر انواع سطوح : افقی و عمودی :
1. در روزهای گرم تابستان مقدار انرژی تابیده شده به سطح افقی تقریباً دو برابر سطوح عمودی است.
2. سطوح افقی و بام مسطح در تابستان بیشترین و در زمستان کمترین مقدار تابش دریافت می کند.
3. تابش به روی سطوح افقی در زمستان از مقدار تابشی که در همین فصول به دیواره های جنوب شرقی و جنوب غربی می تابد کمتر است.
تأثیر اقلیم و محیط بر ساختمان : چهار عاملی که باید در طراحی معماری مورد توجه قرار گیرد عبارتند از : تابش خورشید ، جریان هوا ، رطوبت و دمای هوا .

- تبادل حرارتی بین بدن انسان با محیط پیرامون :
تولید گرما در بدن انسان: فعالیت های روزانه ی انسان خوابیدن ، خوردن ، حرف زدن، راه رفتن همواره با تولید گرما همراه است .
دفع حرارت از بدن : دمای متوسط بدن 37 درجه سانتی گراد است برای اینکه انسان قادر به فعالیت روزانه باشد و دمای بدن خود را ثابت نگه دارد باید گرمای اضافه را دفع نماید و همچنین گرمای جذب شده را به محیط پس دهد . بدن انسان تقریباً 40 درصد گرمای اضافه را به صورت جابجایی (مثل حرکت هوا) و 40% به صورت تشعشع به محیط انتقال می دهد و 20% بقیه به صورت تبخیر گرما (وقتی باد به بدن می خورد) از دست می دهد. به عبارتی دیگر می توان گفت تعادل گرما در بدن انسان به شکل زیر تأمین می شود :
1. کم کردن گرما به وسیله ی تبخیر ، تابش ، هدایت و جابجایی و جذب گرما از طریق تابش و تشعشع هدایت و جریان هوا
تأمین شرایط راحتی انسان به چهار عامل بستگی دارد :
1. دمای هوا
2. رطوبت
3. جریان هوا
4. تابش خورشید
1.نکته : دفع گرما به طریق جابجایی با افزایش دمای محیط اطراف به شدت کاهش می یابد.
2. نکته : با افزایش رطوبت محیط دفع گرما توسط تبخیر صورت می گیرد .
- واحد راحتی از نظر گرما : مقیاس حرارتی : مقیاس حرارتی ترکیبی است از مجموع تأثیرات عوامل گرمایی که به وسیله ی مشاهدات و اندازه گیری هایی که در آزمایشگاه انجام شده صورت می گیرد.
تابش : مقدار تابش خورشید در خارج از اتمسفر زمین بر روی یک صفحه ی عمود بر شعاع خورشید تابش خورشید نامیده می شود .
نکته : حرارت حاصل از تابش آفتاب به ارتفاع محل از سطح دریا بستگی دارد . به همین دلیل در نقاط مرتفع چون اشعه خورشید فاصله ی کمتری را در اتمسفر طی می کند حرارت بیشتری را طی می کند .
نکته : در ظهر به دلیل نزدیک شدن زاویه ی تابش به زاویه ی قائم گرم ترین تابش وجود دارد .
1. بادگیر یک طرفه : در بادگیرهای یک طرفه دریچه ی بادگیر در جهت وزش بادهای خنک و نسیم های مطبوع است زیرا اگر دهانه ی بادگیر در جهت بادهای گرم کویر باشد زندگی سخت و غیرممکن خواهد شد . نمونه ی بادگیرهای یک طرفه را در شهرهای طبس و اطراف آن می توان یافت در بعضی مواقع بادگیر یک طرفه پشت به باد و طوفان های آزار دهنده ساخته می شود . این نوع بادگیرها باد را از درون سرداب ها به وسیله ی کانال هواکش به اتاق ها هدایت می کند و بدین ترتیب مل تهویه و تخلیه ی هوا انجام می شود .
2. بادگیرهای چهار طرفه : درشهر کاشان و یزد دیده می شود و معمولاً مرتفع هستند زیرا به طور مثال در کاشان وجود بادهای خنک که از ارتفاعات زاگرس می وزد وجود بادگیرهای مرتفع و چهار طرفه سبب می شود تا هر نوع حرکت نسیم که به دیواره ها و دریچه ی کانال برخورد می کند را به درون هدایت کند.
در بعضی مواقع در محل سرداب در زیر کانال بادگیر چاهی حفر می شود ، تا باد به طرف آب هدایت شود و سبب خنکی شود .
3. بادگیرهای چند وجهی : (معمولاً در یزد) در شهرستان یزد و قسمت های مرکزی ایران و گاهی مدور ساخته می شود. به دلیل وجود بادهای مطلوب این نوع بادگیرها باد را از هر طرف که وزش داشته باشد گرفته و به داخل کانال هدایت می کند .
مسیر کانال به اتاق های سه دری یا پنج دری همچنین به سرداب ها رسیده و باعث خنک شدن هوای فضاها می شود .

حوضخانه : به اتاق و ایوان و زیرزمینی گفته می شود که در آن یک آب گیر قرار دارد و معمولاً برای خنک نگه داشتن مواد غذایی از آب استفاده می کردند .
ایوان : به فضایی گفته می شود که از یک یا دو یا سه طرف باز باشد .
جهت استقرار ساختمان در اقلیم های مختلف :
اجزای ساختمان در اقلیم های مختلف
1. گرم و خشک : بخش زمستان که بخشی از خانه است که با وسعت زیاد و با پجره های وسیع روبه جنوب که اشعه های خورشید را به خوبی دریافت می کند که از همان آغاز صبح گرم می شود . دیوارها ، سقف و کف در این بخش از خشت خام ساخته شده، ضخامت دیوارها 1 تا 5/1 متر و بدین ترتیب دیوارها دارای ظرفیت حرارتی بالایی هستند. حرارت و گرمای روز در بدنه ی دیوارها ذخیره می شود و شب که هوا سرد است گرما را به فضاهای داخلی پس می دهد و سبب تعدیل سرمای شب می گردد .
تابستان نشین : شامل فضاهایی مانند : تالار ، بادگیر ، حوضخانه ، می باشد خانه های تابستان نشین در جبهه ی جنوبی ساختمان ایجاد می شود و دارای بازشوهایی روبه دیوار است به همین دلیل کمترین میزان انرژی خورشید را در فصل تابستان دریافت می کند .
شاه نشین : بزرگترین و زیباترین فضاهای اقلیم گرم و خشک است به وسیله ی چند پله از سطح مین به راهرویی مرتبط می گردد . معمولاً درها و پنجره های آن منبت کاری شده اند، سقف اتاق با قاب سازی های چوبی یا گچ بری یا آینه کاری و نقاشی تزئین شده است. این اتاق براساس تعداد پنجره ها نامگذاری می شود مثل (پنج دری، هفت دری)
هشتی : فضایی که ارتباط بین داخل و خارج ساختمان را برقرار می کند . معمولاً ابعادی متناسب با m² 3×3 و برای جلوگیری از چشم انداز مستقیم به درون حیاط ساخته می شود . هشتی معمولاً از دو قسمت داخلی تشکیل شده که به اتاق مستخدم وصل می باشد.
گودال باغچه : گاهی عمق گودال باغچه به 3 الی 4 متر می رسد دلیل استفاده از گودال باغچه عبارت اند از : 1. تسهیل در دسترسی به آب قنات جهت آبیاری باغچه ، 2. افزایش ارتفاع دیواره ی حیاط و در نتیجه افزایش ارتفاع سایه در حیاط جهت حفظ خنکی در عمق حیاط در طول روز ، 3. با ایجاد گودال باغچه میزان مجاورت افراد و فضاها به حیاط مرکزی با شاخ و برگ درختان و رطوبت و سایه ی حاصل از آنها افزایش می یابد.
بادگیر : بادگیر به منظور تهویه و خنک سازی هوا مورد استفاده قرار می گیرد . در بناهای حواشی کویر یا در جنوب یا نقاط مرکزی ایران از بادگیر با شکل های مختلف استفاده می شود .
استقرار بادگیر در جهت باد : انواع بادگیرها: 1. یک طرفه 2. چهار طرفه 3. چند وجهی (8 طرفه) و 4. مدور

در طراحی معماری شرایط برای استفاده از حداکثر انرژی خورشید عبارت است از :
1. استفاده از رنگ تیره
2. مصالح با ظرفیت حرارتی بالا
3. استفاده از شیشه
4. استفاده از ارتفاع کم
5. کشیدگی پلان در جهت شرق به غرب پنجره ها در سمت جنوب بافت متراکم ، ضخات پروفیل ها کم
شرایط لازم برای مقابله با آفتاب در معماری :
1. استفاده از مصالح با رنگ روشن
2. ابعاد بازشوها کم
3. استفاده از سایبان
4. استفاده از گیاهان
5. استفاده از آب در حیاط
6. استفاده از ارتفاع زیاد در ساختمان
7. استفاده ز پنجره های شمالی
8. سقف های گنبدی
مهره گیری از نوسان دمای هوا :
1. احداث قسمتی از بنا در داخل زمین
2. استفاده از پنجره های روبه روی هم
3. استفاده از دیواره های ضخیم
4. پوشاندن حیاط با فضای سبز
5. استفاده از ساختمان های زیرزمینی
راه های انتقال حرارت به داخل ساختمان :
1. هدایت : در این روش حرارت موجود در یک اتاق بدون عایق حرارتی دفع می شود و یا حرارت هوای بیرون که در اثر تابش آفتاب در سطح خارجی دیوار ایجاد شده به فضای داخل انتقال پیدا می کند هرچه مصالح دیوار متراکم تر باشد حرارت سریع تر به صورت هدایت از آن عبور می کند . مثل بتن که متراکم تر از چوب است ضریب هدایت بیشتری نسبت به چوب دارد .
2. جابجایی : جریان هوا می تواند حرارت را از سطوح گرم به سطوح سرد منتقل کند . زیرا هوای گرم سبک است بالا می رود پس از مدتی حرارت خود را از دست می دهد دوباره سرد شده و به طرف پایین حرکت می کند.
3. تابش : حرارت مانند نور مانند امواج منتقل می شود در نتیجه حرارت از طریق تابش از یک جسم گرم به یک جسم سرد منتقل می گردد. بدون آنکه تأثیری در دمای هوای بین دو سطح بگذارد .
4. تبخیر : عبارت است از تغییر دما و انتقال حرارت در اثر تغییر مایع به بخار که این تغییر شکل باعث دفع حرارت می شود. مثل قطرات آب جمع شده پشت پنجره اتاق وقتی که هوای بیرون خیلی سرد باشد .
دیوارها :
هرچه ضخامت کمتر باشد انتقال حرارت بیشتر است و هرچه جنس دیوار ضریب انتقال حرارت بالاتری داشته باشد دیوار کارآیی مناسبی ندارد مانند دیوار آهنی نسبت به آجری .
- دیوار آجر سفالی نسبت به دیوار آجر معمولی ضریب انتقال حرارت کمتری دارد.
- دیوارهای دو جداره انتقال حرارت کمتری دارند .
نکته : اثر باد و رطوبت به ضخامت دیوار بستگی ندارد .
عایق های حرارتی : یونولیت و پشم شیشه جزء بهترین عایق های حرارتی می باشند .
نکته : تأثیرپذیرترین جزء ساختمان در برابر عوامل اقلیمی بام آن است .
انواع بـــــام :
1. بام های یکپارچه با ترکیبی سنگین
2. بام های یک لایه یا دو لایه ، سبک که به وسیع هوا از یکدیگر جدا می شوند (دوجداره)
تابش آفتاب بر بام : تابش آفتاب در تابستان و بارش برف و باران در زمستان بیشتر بر بام ساختمان تأثیر می گذارند . در زمستان عمده ترین عامل اتلاف حرارت داخل بام ساختمان است میزان انتقال حرارت نیز به مقاومت حرارتی مصالح بام بستگی دارد.
همچنین در هوای گرم نیز هوای داخل ساختمان تحت تأثیر گرمای بام قرار می گیرد. میزان تأثیر این نوسانات تا حدود زیادی به نوع بام و رنگ سطح خارجی آن بستگی دارد.
ویژگی بام های یکپارچه با ترکیبی سنگین : 1. در دو نوع مسطح و شیبدار 2. از جنس آجر یا بتنی می باشد .3. انتقال حرارت در این نوع بام ها از نوع انتقال هدایتی است .
نکته : عمده ترین عامل تعیین کننده ی خصوصیت بام های یکپارچه عبارت است از :
1. رنگ سطح خارجی
2. مقاومت حرارتی
3. و ظرفیت حرارتی مصالح آن است .
بام های سبک : مانند بام هایی که مانند مصالحی نظیر آزبست و سیمان و آهن گالوانیزه و آلومینیوم همراه با پوشش گچ و ورقه های چوبی
بام های سبک دو لایه : تبادل و انتقال حرارت بدین صورت است که مقداری از انرژی خورشید جذب شده و به اطراف پخش می شود و بقیه به صورت تابش به لایه های داخلی و سقف انتقال پیدا می کند .
عوامل مؤثر در ویژگی بام دو لایه عبارتند از :
1. رنگ سطوح ، 2. مصالح ، 3. وضعیت تهویه ی هوای بین دولایه، 4. و مقاومت حرارتی مصالح هر دو لایه .
تأثیر ارتفاع در دمای داخل ساختمان :
1. کاهش ارتفاع سقف ها یا افزایش آن ممکن است باعث کاهش هزینه ی گرمایش یا سرمایش در ساختمان شود .
2. ایجاد فضای خصوصی تر و ملموس تری با کم کردن ارتفاع خواهیم داشت .
3. ضرورت اقتصادی کردن ساختمان با اجزای پیش ساخته تا ارتفاع کم
انواع پنجره ها و جهت آنها :
1. پنجره بازشو به طرف داخل که هوا وارد می شود . هوای سرد جایگزین هوای گرم می شود . جهت ورودی هوا در این نوع بازشوها قابل تغییر است .
2. پنجره بازشو از خارج : روبه خارج باز شده ، ورود هوا کم می شود و قابل تنظیم نیست .
3. بازشو به بالا : سرویس های بهداشتی، روبه بالا باز می شود معمولاً هوا خارج می شود و برای تهویه مناسب است .
4. بازشو روبه پایین : باد قابل کنترل است و هوای گرم در بالا محبوس می شود.
5. بازشوی کشویی : از پهلو باز می شود و عوامل اقلیمی قابل کنترل است .
کاربرد پنجره :
1. تهویه
2. تأمین نور
3. زیبایی
4. اشکال : انتقال صوت ، تبادل حرارتی
نکته : میزان مدت نورگیری در پنجره های افقی بیشتر از پنجره های عمودی است .
نکته : مقدار نور وارد شده در پنجره های عمودی بیشتر از پنجره های افقی است .
نکته : وقتی آفتاب به سطوح شفافی مثل شیشه برخورد می کند بخشی از آن جذب شده و بخشی به صورت انرژی حرارتی به اطراف منتقل می شود و قسمتی از آن منعکس می گردد .
معایب پنجره در سیستم گرمایشی :
1. سطوح شیشه ای در شب گرما را از دست می دهد .
2. به دلیل تابش آفتاب در طول روز به داخل اتاق مبلمان تغییر رنگ می دهد .
تأثیر باد بر ساختمان عبارت است از :
تأثیر بر تهویه ی طبیعی ساختمان که به اختلاف فشاری که وزش باد در جداره ی خارجی ساختمان به وجود می آورد بستگی دارد و بطورکلی می توان گفت وزش باد در چگونگی تهویه ی طبیعی و دمای هوای داخلی ساختمان و در نتیجه آسایش ساکنین تأثیر می گذارد .

روش های مقابله با باد در ساختمان یا معماری :
1. ساختمان پشت به باد طراحی می شود .
2. سطوح دیوارها صاف باشد .
3. ابعاد پنجره کوچک باشد .
4. استفاده از بادشکن که می تواند درخت یا دیوارهای کوتاه باشند .
5. استفاده از فضای حائل (قرار دادن فضایی کم مصرف در جهت وزش باد) .
6. فرورفتگی و برجستگی در جهتی ایجاد شود که باد را در خود حبس نکند .
7. فرورفتگی بام به حداقل ممکن برسد .
8. پنجره در خارجی ترین نقطه ی دیوار قرار گیرد .
9. از پنجره دوجداره استفاده شود .
10. ارتفاع جان پناه به حداقل ممکن برسد .
نکته : رنگ مصالح در مقابل ساختمان با باد تأثیری ندارد .
حالت های مختلف ساختمان و نقش باد :
هرچه د سطح جانبی ساختمان کمتر باشد تأثیرپذیری ساختمان در مقابل باد کمتر است و هرچه قدر سطح ها بر جهت باد عمودتر باشند تأثیرپذیر در مقابل باد بیشتر خواهد بود هرچه قدر ارتفاع سطح ها بیشتر باشد تأثیرپذیر در مقابا باد بیشتر خواهد بود .
عملکرد تهویه در ساختمان :
1. سلامت 2. آسایش 3. خنک سازی
1. تهویه برای سلامت : تأمین هوای قابل تنفس در ساختمان به صورتی است که اکسیژن و سوخت مورد نیاز داخل بدن را تأمین و از انباشته شدن دی اکسید کربن و ایجاد بو جلوگیری می کند .
2. تهویه برای ایجاد آسایش : ایجاد آسایش فیزیکی را از طریق بالابردن میزان کاهش دمای اضافی بدن با تبخیر عمق همچنین از طریق برطرف کردن ناراحتی ناشی از خیش شدن سطح بدن از عرق و سرعت مطلوب جریان هوا برای ایجاد آسایش در داخل ساختمان به دمای آن هوا بستگی دارد در حقیقت هرچه هوا گرمتر باشد سرعت جریان هوای بیشتری مورد نیاز است .
نکته : اثر نهایی سرعت باد بر بدن به رطوبت هوای در حال جریان ، نوع لباس و قدرت متابولیکی بدن بستگی دارد .
3. تهویه ساختمانی یا تهویه برای خنک سازی ساختمان : این نوع تهویه به معنی خشک نمودن داخل ساختمان به وسیله ی تعویض هوای گرم داخل با هوای خنک خارج است . در واقع پایین بودن ظرفیت حرارتی هوا باعث می شود زمانیکه در اتاق تهویه صورت نپذیرد و هوای داخلی تعویض نگردد هوای داخل گرم شده و دیگر قابل تحمل نباشد . گرم یا سرد بودن اتاق به رنگ سطوح خارجی دیوارهای اتاق بستگی دارد هرچه تیره تر باشد هوای اتاق گرم تر است ولی میزان نوسان دمای هوای داخلی به ظرفیت و مقاومت حرارتی مصالح و میزان نوسان دمای سطوح خارجی دیوار بستگی دارد . بطور مثال: ساختمان هایی که رنگ سطح خارجی آنها سفید یا نزدیک به سفید باشد دارای مصالح ساختمانی با ظرفیت و مقاومت حرارت متوسط، پنجره های نسبتاً کوچک و مجهز به سایبان های موثر می باشد ولی در ساختمان هایی که رنگ سطح خارجی دیوارها تیره رنگ است یا داراب پنجره های بزرگ بدون سایبان هستند هنگام روز هوای داخلی آنها نسبتاً به هوای خارج گرم تر است .
2. در مناطق گــــرم : وظیفه ی اصلی تهویه این است که با به جریان انداختن هوا در اطراف بدن عرق جمع شده بر روی پوست به سرعت تبخیر شود و به ویژه در مناطق گرم و مرطوب از طریق تبخیر عرق باعث کاهش دمای مؤثر شده و شرایط آسایش را فراهم می سازد . در مناطق گرم و خشک باید میزان تهویه در روز را به حداقل ممکن رساند تا حدی که بتوان از آلودگی هوای داخلی جلوگیری کرد . در مناطق گرم چون هوا در شب خنک می شود سرعتی در حدود 1m/s یک متر برثانیه برای جریان هوای داخل ساختمان کافی است .
نکته : در مورد مناطق سردسیر سرعت مورد نیاز جریان هوا بستگی به دما ، رطوبت و فعالیت فیزیکی بدن دارد .
معیار ارزش یابی شرایط تهویه در داخل ساختمان
1. اتاق نشیمن : اتاق نشیمن بهترین معیار ارزش یابی شرایط تهویه در این حالت میانگین سرعت هوا در ارتفاع یک متری تا 20/1 از کف اتاق است .
2. اتاق خواب : باید شرایط تهویه ی طبیعی و عبور جریان هوا با سرعت مطلوب در ارتفاع تخت ها فراهم شود .
3. اتاق کار یا کلاس : در مورد کلاس ها و اتاق کار سرعت زیاد جریان هوا در سطح میزها اختلال ایجاد می کند و به همین دلیل جریان اصلی باید در ارتفاع 20/1 تا 150 سانتی از کف در نظر گرفته شود .
نکته : وزش باد عامل مؤثر و تعیین کننده ی حرکت هوا در داخل ساختمان محسوب می شود.
ایجاد تهویه ی طبیعی کوران در داخل ساختمان :
حرکت هوا هنگامی که به یک ساختمان برخورد می کند در اطراف و بالای ساختمان شکسته و پخش می شود در این صورت اگر یک ساختمان را به شکل مربع یا مستطیل در نظر بگیریم هنگام وزش باد بطور عمود بر ساختمان دیوارهای مقابل باد تحت فشار و دیوارهای پشت باد تحت مکش هستند .
اگر باد به شکل مایل به ساختمان بوزد دو سطح مقابل باد تحت فشار در سطح دیگر تحت مکش هستند . در نهایت اختلاف فشار در سطوح دیوار ایجاد می گردد که از این اختلاف فشار می توان برای تهویه استفاده نمود .
نکته : بام ساختمان در تمامی حالات منطقه مکش محسوب می گردند .
موقعیت پنجره و تأثیر آن در وضعیت تهویه ی طبیعی :
مهمترین اصل ایجاد شرایط تهویه موثر و قابل استفاده این است که بازشوها در دو سمت روبه باد و پشت باد قرار گیرند مناسب ترین تهویه ی زمانی صورت می گیرد که جهت وزش باد نسبت به سطح پنجره مایل باشد . اگر اتاقی دارای پنجره ی روبه باد و پشت به باد باشد ، وقتی که باد بطور عمود به پنجره بوزد هوا از یک پنجره وارد و بدون تغییر جهت از پنجره پشت به باد خارج می گردد. در نتیجه قسمت هایی که تحت تأثیر باد قرار ندارند هیچ تغییری در آنها حاصل نمی گردد. اما هنگامی که جهت وزش باد نسبت به پنجره مایل باشد باد به حالت دایره ایی در داخل اتاق جریان پیدا می کند و تهویه به خوبی صورت می گیرد .
اندازه ی پنجره در تهویه ی ساختمان : اندازه ی پنجره در شرایط تهویه تأثیر خود را زمانی نشان می دهد که کوران هوا وجود داشته باشد . در اتاق هایی که فقط در یک دیوار پنجره داشته باشند اندازه ی پنجره تا حد بسیار کمی در سرعت جریان هوا تأثیر دارد . اما در اتاق هایی که دارای دو پنجره در دو جبهه باشند افزایش اندزه های پنجره های روبه باد و پشت باد باعث افزایش سرعت هوا شده و در فعالیت ترکیب یک پنجره روبه باد کوچک و یک پنجره پشت به باد بزرگ باعث می شود حداکثر سرعت هوا در منطقه ای کوچک از اتاق متمرکز شده و در بقیه ی نقاط اتاق سرعت جریان هوا کاهش یابد.
نکته : سرعت جریان هوا در ارتفاع مختلف بسته به محل قرارگیری پنجره ثبات بیشتری دارد.
نکته : نوع و نحوه ی بازشدن همچنین نوع و محل سایبان پنجره ها تأثیر فراوانی در شکل و سرعت هوا در داخل اتاق دارد .
جهت و مساحت سطح شبکه بندی پنجره ها در تمامی اقلیم ها
جهت و مساحت سطح شبکه بندی پنجره ها در تمامی اقلیم ها و شرایط آب و هوایی از اهمیت زیادی برخوردار است به خصوص در جاهایی که امکان استفاده از سایبان وجود ندارد . با کاهش میزان مساحت پنجره ورود نور به داخل ساختمان از طریق شیشه ها و مقدار حرارت انتقال یافته به فضاهای داخلی نیر کم می شو . برای رسیدن به این هدف از شیشه های رنگی ، مات و شیشه های جاذب حرارت یا شیشه هایی با حفره هایی پر از آب استفاده می گردد. از آنجایی که اگر در داخل بنا تهویه وجود نداشته باشد ، افزایش های شیشه و انتقال قسمت اعظم این گرما از سمت داخل شیشه به درون ساختمان سبب بالا رفتن دمای بنا می گردد و بایستی برای کنترل این گرما از طریق بازشوها یا سایبان ها و مواردی مانند آنها تمهیدات لازم صورت پذیرد .
انواع سایبان
1. سایبان متحرک 2. سایبان ثابت
- سایبان متحرک قابل کنترل بوده و می تواند انتقال نور خورشید را به دلخواه کنترل کند .
- سایبان های ثابت عملکرد مشخص دارند که به جهت و شکل هندسی ساختمان و تغییر موقعیت خورشید در فصل های مختلف بستگی دارد .
ویژگی های سایبان های متحرک :
1. معمولاً به شکل افقی یا عمودی است
2. در دو نوع داخلی و خارجی که نوع خارجی آن کاراتر است
3. به رنگ های مختلفی است که هرچه رنگ آن تیره باشد اختلاف بین کارایی آنها بیشتر است
4. سایبان های نوع پنجره های کرکره ایی ، چوبی از کارایی بالاتری برخوردارند.
ویژگی های سایبان های ثابت :
1. در تمام فصول سال ثابت است
2. کارآیی آن به موقعیت ساختمان تغییرات روزانه و سالانه موقعیت خورشید بستگی دارد
3. معمولاً مؤثرترین آنها برروی پنجره های جنوبی یا جنوب شرقی یا جنوب غربی قرار می گیرد .
نقش سایبان
1. کنترل تابش مستقیم آفتاب داخل
2. کنترل نور
3. منظره ی طبیعی و دید در ساختمان
4. جلوگیری از بارش باران به دیواره
سایبان های طبیعی شامل درخت ، مهمترین ویژگی رخت این است که در وضعیت حرارتی ساختمان تأثیر به سزایی دارد . از جمله درختان موثر می توان از سرو و کاج نام برد که :
1. میزان فشار باد بر ساختمان را کاهش می دهند .
2. از اتلاف حرارت ساختمان در فصل زمستان جلوگیری می کند .
3. در فصل تابستان باعث ایجاد هوای خنک بین درخت و ساختمان می شود .
4. رطوبتی که به علت وجود درخت در محیط ایجاد شده باعث هدایت هوای مطبوع به داخل ساختمان می گردد .
5. به علت داشتن برگ های نوک تیز نور خورشید به داخل می تابد اما باد و بوران به واسطه ی وجود این درختان از شدت آنها کاسته می شود .
نکته : درختی که به عنوان سایبان مورد استفاده قرار می گیردد هنگام کاشتن باید توجه شود که ارتفاع آن پس از گذشت چندین سال به 5/4 الی 6 متر برسد .
راه های مقابله با بارندگی :
1. سقف شیبدار
2. پیش آمدی جلوی ساختمان
3. ایوان های عریض و سقف دار
4. پنجره در منتهی الیه داخل دیوار
5. پیش بینی شیب مناسب برای اطراف ساختمان
6. پنجره در جهت کج باران نباشد (جبهه ی غربی ساختمان در ایران)
7. زیر ساختمان به صورت گربه رو تعبیه شود .
تعریق در ساختمان :
اگر دمای توده ی هوا ، هوایی خنک کمتر از نقطه ی شبنم (دمایی که هوا در آن اشباع می شود) شود چون دیگر قادر به نگهداری تمام بخار آب موجود در خود نیست بخار آب اضافی به شکل قطرات آب بر سطوحی که دمای آن کمتر از نقطه ی شبنم است تشکیل می شود .
تعریق در سطح دیوارها :
هنگامی که هوای اشباع نشده به سطح خنک تر برخورد می کند لایه ی هوای نزدیک به سطح به سرعت اشباع شده رطوبت اضافی آن باعث تعریق در بین سطح می شود. در نتیجه فشار جزئی بخار در نزدیکی این سطح کمتر از میانگین فشار بخار داخل اتاق شده و باعث حرکت بخار آب به سمت منطقه ایی که تعریق در آن صورت گرفته می شود.
تعریق در داخل دیوار :
در زمستان که معمولاً پنجره ها بسته و هوای بیرون سردتر از هوای داخل است ، کاهش مداومی در دمای دیوار از سطح داخلی به سطح خارجی وجود دارد ، که باعث می شود در عمق مشخصی در داخل دیوار فشار بخار از حد اشباع بیشتر شود و در داخل دیوار تعریق صورت پذیرد . تجمع قطرات آب در داخل دیوار باعث مرطوب شدن دیوار از داخل می شود .
عوامل مؤثر در تعریق :
1. فشار بخار هوای داخلی
2. دما
3. نفوذپذیری سطوح داخلی
4. قابلیت انتقال بخار در دیوار
نکته : دمای سطوح داخلی ساختمان به کمیت وسایل گرم کننده ، دمای هوای داخل و خارج ساختمان ، مقاومت حرارتی مصالح دیوارهای خارجی بستگی دارد .
نکته : سردترین قسمت دیوار که عمل تعریق را انجام می دهد پل سرد گفته می شود که شامل تیر و ستون بتنی است .
رفتار مصالح گوناگون در اقلیم های مختلف :
1) آجر نسبت به آهن و شیشه و آلومینیوم تبادل گرمایی کمتری دارد ولی آجر رطوبت را از خود عبور می دهد. در حالیکه شیشه رطوبت را از خود عبور نمی دهد.
2) احتمال خطر پوکی آجر به علت انبساط غیرعادی آب هنگام یخ زدن بیشتر از آهن است .
3) بعضی از مصالح در مقابله با بعضی از عوامل موفق و مقابله با عوامل دیگر ناموفق هستند .
4) آلومینیوم تبادل گرمایی بسیار خوبی دارد اما گران قیمت است .
کاهش اتلاف حرارت ساختمان (اقلیم سرد کوهستانی)
1. پیش بینی ساختمان های فشرده و متراکم از نظر پلان ساختمان
2. پیش بینی بافتی بهم پیوسته و متراکم و استفاده از دیوارهای مشترک
3. پنجره ها کوچک تر و اجتناب از بکارگیری یا تعبیه ی پنجره در جبهۀ شمالی ساختمان
4. پیش بینی ساختمان های دو طبقه که فضاهای زندگی در طبقه ی دوم قرار دارد .
5. استفاده از ارتفاع کم در ساختمان
6. اجتناب از احداث ساختمان در شیب های منفی یا فرورفتگی ها

7. پیش بینی فضاهای گرمازا در مراکز پلان ساختمان
8. پوشاندن حاشیه ی خارجی ساختمان با بوته ها و گیاهان همیشه سبز
9. استفاده از ورقه های عایق حرارتی در داخل بازشوها یا پشت پنجره ها
10. استفاده از عایق حرارتی در دیوارهای خارجی یا فضاهای زیرشیروانی
11. پوشاندن نماهای روبه باد به حداقل رساندن تعداد بازشوها ، استقرار ساختمان در بخش های میانی شیب های روبه جنوب
بهره گیری از نوسان روزانه ی هوا :
1) استفاده از زیرزمین
2) احداث قسمتی از ساختمان در داخل زمین
3) پوشاندن دیوارهای خارجی با خاک
4) پیش بینی بعضی از فضاهای زندگی در پناه دیوارهای سنگین به منظور استفاده از تأخیر عکس العمل مصالح در برابر شرایط آب و هوایی
5) پیش بینی فاصله ی مناسب بین دو لایه ی دیوار خارجی
6) استفاده از پلان های باز ، گسترده و
راه های افزایش رطوبت :
1) استفاده از آب نما و فواره
2) استفاده از فضای سبز و گیاهان در حیاط و اطراف ساختمان
3) استفاده از حیاط
راه های جلوگیری از افزایش رطوبت :
1) اجتناب از پیش بینی آب نما در قسمت هایی که در معرض وزش باد قرار دارند
2) جلوگیری از باقی ماندن آب در محوطه ی ساختمان یا زه کشی
3) ایجاد تهویه ی کامل در فضاهایی که با آب کم سروکار دارند مثل آشپزخانه، سرویس ، حمام
4) کنترل رطوبت حاصل از گیاهان با ایجاد جریان هوا (گربه رو یا ایجاد کرسی چینی ، ایوان ها)
صرفه جویی در مصرف انرژی :
ساختمان ها در عین اقتصادی بودن در ساخت باید به صورتی طراحی شوند که مصرف انرژی در آنها کاهش یابد. صرفه جویی در مصرف انرژی بر دو پایه استوار است :
1) استفاده حداکثر از انرژی مصرف شده از طریق انتخاب سیستم های کم مصرف و پربازده مثل لامپ های کم مصرف
2) رعایت قواعدی در طراحی و اجرای ساختمان و انتخاب مصالح مصرفی که اولاً نیاز به گرمایش و سرمایش را کاهش می دهند ثانیاً از هدر رفتن گرما و سرمای ایجاد شده مثل خنکای کویر جلوگیری بعمل آید .
مدیریت مصرف انرژی :
1) عایق بندی
2) الگوی مسکن
3) استفاده از سایبان برای پنجره ها
4) استفاده از پنجره های دوجداره
5) استفاده از مصالح مناسب

[معمار حانیه]

گرمایش و سرمایش ساختمانهای خورشیدی

ازآنجا که روزانه انرژی بسیاری صرف گرمایش و سرمایش ساختمان ها می شود، طراحی و اجرای ساختمانهایی که بتواندازانرژی خورشیدی حداکثراستفاده را ببرد بسیارحائزاهمیت و مفید است .
ساختمانها به دو طریق قادر به تأمین نیاز حرارتی خود از خورشید می باشند.
۱- سیستم فعال ( َActive)
2- سیستم غیر فعال (انفعالی) ( Passive)

کاربردهای انرژی خورشید
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از: • استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
• تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتاییک.

برای دانلود و توضیحات بیشتر به ادامه مطلب مراجعه نمائید…


کاربردهای نیروگاهی
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی حرارتی جذب شده خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شوند. در حقیقت انرژی حرارتی جذب شده از خورشید نقش انرژی حرارتی تامین شده توسط بویلر در نیروگاه‌های با سوخت فسیلی را دارد. این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
انرژی گرمایی توربین ژنراتور الکتریسیته
۱- نیروگاه‌های حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی
در این نیروگاه‌ها، از منعکس کننده‌هایی که به صورت سهموی خطی هستند، جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آن‌ها استفاده می‌شود و گیرنده به صورت لوله‌ای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ می‌گردد.
روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار تبدیل و به مدارهای مرسوم در نیروگاه های حرارتی انتقال می دهد تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.
در این نیروگاه‌ها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که توسط آن آینه‌های شلجمی دائماً خورشید را دنبال نموده و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می‌نماید. تغییرات تابش خورشید در این نیروگاه ها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران می‌شود.
۲- نیروگاه‌های حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
در این نیروگاه‌ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه‌ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده به نام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته‌است متمرکز می‌گردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست می‌آید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می‌شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می گردد. در برخی از سیستم‌ها نیز، سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می‌شود.
۳- نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی
در این نیروگاه‌ها از منعکس کننده‌هایی که به صورت شلجمی بشقابی هستند، جهت تمرکز نقطه‌ای پرتوهای خورشیدی استفاده می کنند و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار می‌گیرند، به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل می‌کند.
دودکش‌های خورشیدی
روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌ خورشیدی است. در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرمخانه‌ خورشیدی که در اطراف آن است، هوای گرمی بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گرمخانه‌ قرار دارد، هدایت می‌شود.
این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و باعث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده‌است می‌گردد و سبب تولید برق در ژنراتور می‌شود.
مزایای نیروگاه های خورشیدی
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت
ب) عدم آلودگی محیط زیست
پ) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای
ت) استهلاک کم و عمر زیاد
ث) عدم احتیاج به متخصص
کاربردهای غیر نیروگاهی
الف – آبگرمکن‌ خورشیدی و حمام خورشیدی
ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
پ – آب شیرین‌کن خورشیدی
ت – خشک کن خورشیدی
ث – اجاق های خورشیدی
ج – کوره خورشیدی
چ – خانه‌های خورشیدی
الف – آبگرمکن‌ خورشیدی و حمام خورشیدی
ساده‌ترین آبگرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. شرایط لازم نصب این آبگرمکن آن است که قسمت فوقانی گردآور پایین‌تر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گردآور نسبت به سطح افق که برای تحقیقی جریان ترمو سیفونی، در حدود ۲۰ درجه رو به جنوب انتخاب شود.

بخشی از جزوه تنظیم شرایط محیطی:
بشر از زمانی که ساختن سرپناه را آغاز کرد همواره کوشیده است که در سرپناهش تا آنجا که ممکن است رفاه وآسایش بوجود آورد . بشر سرپناهش را طوری ساخت که او را در مقابل شرایط نامساعد اقلیم نظیر سرما و گرما و رطوبت محافظت کند و حتی نیروی خلاقیتش را طوری به کار انداخت که از کوچکترین امکانات محیطی برای تنظیم شرایط محیطی مکان زیست خود استفاده نماید .
در دورانهای مختلف تاریخ معماری در جایجای دنیا ما شاهد معماری های هوشمندانه انسان در جهت سازگاری با شرایط اقلیمی و استفاده از امکانات طبیعی جهت ایجاد بهترین شرایط زیستی در بنا بوده ایم . در قرن اخیر و امکان استفاده از نیروی برق به اشکال مختلف به بشر قدرت ساختن انواع بناها در انواع مکان ها و اقلیم داد . به طوری که دربیابانهای داغ سوزان و در یخچالهای بسیار سرد بشر قادر به ایجاد سرپناه برای زیستن شد .
اکنون با پیش کشیدن قضیه محدود بودن منابع انرژی این سئوال پیش می آید که آیا نباید به فکر صرفه جویی در منابع خود باشیم ؟ آیا نباید در طراحی ساختمان هایمان همچون گذشتگانمان به سازگاری با شرایط سخت اقلیم بیندیشیم نه به ستیزه با آن به وسیله انرژی های دیگر ؟ پرداختن به این قضیه چندان مشکل نیست، پیشینیان ما به تجربه و مرور سالیان دراز روش هایی برای مقابله با شرایط سخت در ساختمان های خود بکار می گرفته اند که تحسین برانگیز است و می تواند به عنوان سرمشقی برای ما باشد همچنین دانش تنظیم شرایط محیطی به ما کمک می کند که به جای به کار گیری اسراف آمیز انرژی فسیلی و برق ازتمهیدات دیگری برای ایجاد آسایش محیطی استفاده نماییم .

1- شناخت عوامل اقلیمی
۱-۱- تابش آفتاب
منشا انرژی خورشید
نخستین مرحله در ایجاد خورشید، شکست جاذبه ای (ادغام هسته ای)اتم های هیدروژن بود. زمانی که در نقطه ای شکست جاذبه ای موجب تصادم شدید میان اتم های هیدروژن شد. گرمای کافی جهت گداختن هسته هیدروژن و به دنبال آن آزاد شدن، انرژی تولید شد.
با عمل ادغام(Fusion) اتم های هیدروژن اتم هلیم پدید می آید. جرم این اتم هلیم جدید کمتر از مجموع چهار اتم هیدروژن می شود. بنابراین در اینجا طی واکنش ادغام مقداری از جرم تبدیل به انرژی می گردد. آزاد شدن این انرژی موجب ادغام هسته¬ای هیدروژن های بعدی و بعدی می شود. اولین واکنش ادغام در این ابر، تولید خورشید محسوب می شود.
تشعشعات خورشیدی
حرارت هسته ای در درون خورشید، انرژی به شکل تشعشعات الکترومغناطیسی آزاد می کند. این انرژی که از طریق فضا سیر می کند از تشعشعاتی با طول موج های مختلف تشکیل شده است.آفتاب اشعه ای الکترو مغناطیسی است که از خورشید ساطع می شود. این اشعه دارای طول موج های مختلفی می باشد. با وجود آنکه حداکثر شدت تابش در قسمت اشعه قابل رویت آن است ولی بیش از نیمی از انرژی آن مربوط به اشعه مادون قرمز است.تشعشعات الکترومغنایسی مطابق طول موجشان طبقه بندی می شوند. هرچه طول موجشان کوتاه تر باشد، دارای انرژی بیشتری هستند. طول این موج ها از ۰٫۲۹ میکرون تا ۳ میکرون می باشد . طول موج ها به ۳ صورت :
۱- طول موج بلند یا مادون قرمز(Infrared) (49 درصد از تشعشعات انتشار یافته از خورشید در نوار مادون قرمز میباشد.)
۲- طول موج کوتاه یا ماورا بنفش (Ultra violet)
3- موج های به طول ۰٫۳۶ تا ۰٫۷۶ میکرون نور مرئی یا نور سفید هستند.چشم انسان قادر به دیدن طول موج بین قسمت ماورا بنفش و مادون قرمز می باشد.(نورمرئی ۴۶درصد کل انرژی انتشار یافته از خورشید را تشکیل می دهد. در واقع نور مرئی فقط قسمتی از تابش خورشید می باشد و این دو ، دو کمیت متفاوتند و مصالح مختلف ساختمانی عکس العمل های متفاوتی در برابر این دو کمیت نشان می دهند)
ثابت خورشیدی
مقدار تابش خورشید در خارج اتمسفر زمین بر روی یک صفحه عمود بر شعاع خورشید. این مقدار برابر با ۴۲۹٫۲ (Btu.ft.h) (1.94 کالری در سنتی متر در دقیقه).تغییرات ثابت تابش خورشید :
۱- ۲ درصد به علت تغییرات در سطح خورشید
۲- ۳٫۵ درصد به علت تغییر فاصله زمین و خورشید
تابش حقیقی
مقدار تابش خورشید که در نهایت به سطح زمین می رسد. مقدار تابش حقیقی خورشید در هر نقطه از کره زمین به عوامل زیر بستگی دارد:
۱- زاویه ای که شعاع تابش خورشید با سطح زمین در آن نقطه می سازد
مقدار این زاویه به عوامل زیر بستگی دارد :
۱- عرض جغرافیایی آن نقطه
۲- زاویه انحراف محور کره زمین
محور کره زمین با خط عمود بر صفحه مسیر حرکت زمین به دور خورشید زاویه ای برابر با ۲۳٫۵ درجه می سازد.زاویه انحراف محور زمین تنها عامل وجود فصول مختلف در سال است .
۳- مقدار تابش خورشید بر سطحی که عمود بر شعاع تابش قرار گرفته بیشتر از سطحی که به طور افقی قرار گرفته می باشد .
۴- هر چه زاویه تابش کمتر باشد خورشید مسیر بیشتری را در اتمسفر طی میکند و باعث کاهش تابش خورشید در سطح زمین می شود
۲- شرایط جوی هوا
هوای ابری باعث انعکاس تابش حقیقی خورشید به خارج از جو می گردد حتی در روزهای آفتابی و بدون ابر تا ۱۰ درصد تابش حقیقی به صورت تابش پراکنده یا انعکاسی می باشد . در روزهای کاملا ابری تنها تابش پراکنده به زمین می رسد.
۳- مقدار بخار آب موجود در هوا
۴- میزان گرد و خاک و دود در هوا
ذرات غبار و بخار آب موجود در هوا تشعشع خورشید را جذب و یا پراکنده می کند .
۵- طول روز

تشعشعات و جو زمین
مهمترین عواملی که در تعیین مقدار تشعشعات خورشیدی رسیده به سطح زمین نقش دارند می توان به دو عامل اصلی زیر اشاره کرد:
۱- ترکیب اتمسفر؛
۲- طول اتمسفر.
- ترکیب اتمسفر
آفتاب اشعه ای الکترو مغناطیسی است که از خورشید ساطع می شود.حدود ۳۵% از کلیه تعشعات دریافتی توسط زمین (بادر نظرگرفتن جو) به فضا انعکاس می یابد. (بازتاب انرژی از یک شی ضریب انعکاس یا قابلیت انعکاس آن شی خوانده می شود.) ضریب انعکاس زمین به طور کلی به میزان ۳۵ تا ۴۰ درصد می باشد. بیشترین قسمت این انرژی از ابرها و غبارهای جویی به فضا بازتاب می یابد. اما بازتاب هایی نیز در سطح زمین از سطوحی از قبیل آب، برف و خاک صورت می پذیرد.
قسمتی از بخش باقیمانده از تشعشعات خورشیدی در موقع عبور از جو زمین با برخورد به مولکول های هوا و ذرات غبار در کلیه جهات پراکنده می شوند. در نتیجه برخی از این تشعشعات به صورت پراکنده شده از سراسر قسمت های آسمان به زمین می آید. وقتی ذرات و ملکول های موجود در هوا اشعه های باطول موج کوتاهتر را که مربوط به نور آبی و بنفش هستند به اطراف پراکنده نمایند آسمان آبی به نظر می رسد.(تشعشعات پراکنده شده اصولا در بخش آبی رنگ نوار مرئی قرار دارند.) اما وقتی در آتمسفر ذرات بزرگتری از گرد و غبار وجود داشته باشد، بیشتر اشعه هایی با طول موج بلدتر که مربوط به نورهای زرد و قرمز هستند در هوا پراکنده شده و در نتیجه آسمان رنگ سفیدتر به خود می¬گیرد. ابرها و غبارها در حدود یک سوم انرژی وارده را پخش می کنند. بخار آب، اکسید کربن و اوزون موجود در جو ۱۰الی۱۵ درصد را جذب می کند. در لایه های بالایی جو، اوزون موجود کلیه اشعه های ماورای بنفش با فرکانس بالیی رسیده به جو را جذب می کند. این مسئله برای ما بسیار اهمیت دارد زیرا تشعشعات ماورای بنفش می توانند باعث سوختن پوست و آسیب رساندن به چشم شود. بخار آب و دی اکسید کربن موجود در لایه پایین اتمسفر بخش هایی از اشعه ها را که عمدتا مربوط به طیف های مادون قرمز باشد، جذب می کنند.
- طول اتمسفر: طول پیموده شده در تعیین مقدار تشعشعات رسیده به زمین اثر می گذارند که دو عامل مهم موثر در آن:
۱- ارتفاع از سطح دریا: هرچه ارتفاع افزایش یابد، مقدار اتمسفر که تشعشعات باید از آن عبور کنند، کاهش می یابد.
۲- زاویه تابش خورشید: به سبب کج بودن محور چرخش زمین( این محور نسبت به امتداد قائم به مدار حرکت زمین به حول خورشید دقیقا ۲۳٫۴۷ درجه زاویه دارد) طول جوی که اشعه ها باید از آن عبور کنند با تغییر موقع روز، ماه و سال تغییر خواهد کرد. کج بودن محور زمین باعث به وجود آمدن تنوع فصلی در آب و هوا می گردد.در هنگام چرخش این محور ثابت می ماند. لذا زمانی که نیمکره شمالی ساعات بیشتری رو به خورشید است و اشعه ها به عمود نزدیک تر است در نیمکره جنوبی ساعات کمتری در معرض تابش خورشید قرار دارد. وقتی خورشید با زاویه کمتری نسبت به افق بتابد:
- طول عبور شعاع تابش افزایش می یابد
- انرژی بیشتری از شعاع تابش جذب جو زمین می گردد.
- شدت تشعشعات بر یک سطح
زاویه ای که اشعه های خورشید با یک سطح می سازند، تعیین کننده مقدار انرژیی خواهد بود که آن سطح دریافت می کند.از آنجا که اشعه های خورشید به صورت موازی به سطح می رسند، سطحی که نسبت به امتداد آنها قائم باشند بیشترین مقدار انرژی را دریافت می کنند. همین که امتداد اشعه ها نسبت به آن سطح شروع به کج شدن و کم شدن زاویه کند، انرژی مورد دریافت سطح نیز کاهش خواهد یافت.
سطحی که ۲۵ درجه نسبت به امتداد قائم انحراف داشته باشد هنوز می تواند بیش از ۹۰ درصد تابش مستقیم را دریافت کند.
تابش خورشید و مقدار انرژی تابشی دریافتی یک سطح شامل سه قسمت می باشد :
۱- تابش مستقیم
۲- تابش پراکنده: تشعشعات پراکنده یا انرژی پخش شده توسط جو و بازتاب شده به سطح زمین، در زمانی که خورشید در ارتفاعی پایین باشد به میزان ۵۰ درصد کل تشعشعات و حتی در روزهای کاملا ابری به میزان ۱۰۰درصد کل تشعشعات برسد.
۳- تابش انعکاسی (از بناها و محیط اطراف): شدت تشعشعات رسیده به یک سطح از جسم بازتابنده بستگی به جنس سطح آن ماده و زاویه بین برخورد پرتو خورشید و سطح بازتابنده خواهد داشت. هرچه زاویه برخورد بزرگتر باشد اشعه های بازتاب شده بیشتر خواهد بود.
گردآوری تشعشعات خورشیدی به مساحت سطوح گردآور نیز بستگی داردمحتوی انرژی تشعشعات خورشیدی با خارج شدن از خورشید تثبیت می شود. برای گردآوری مقدار معینی از خورشید، وسعت کافی یک سطح برای گردآوری لازم و ضروری است. این امر در مورد کلیه سیستم های خورشیدی از شیشه های رو به جنوب تا گردآور ها به کار می رود.
به محض برخورد اشعه های خورشید به سطح سه حالت روی می دهد؛ بازتاب، انتقال و جذب
در بازتاب با توجه به سطح ماده، تشعشعات بازتاب شده مشخصا پراکنده یا منعکس خواهد شد.زاویه امتداد اشعه های برخوردی به یک سطح بازتابنده برابر زاویه اشعه های بازتاب شده با سطح خواهد بود. یا به گفته دیگر، زاویه برخرود با زاویه انعکاس برابر خواهد بود.
آنچه که ما به عنوان رنگ مشاهده می کنیم به واسطه بازتاب تشعشعات مرئی در طول موج های معین می باشد، در عین حال تمام طول موج های دیگر عیور می کنند یا جذب می شوند.از آنجایی که بیشترین مقدار اشعه های رسیده از خورشید شامل تشعشعات مرئی یا تشعشعات نزدیک به طیف مرئی است، ملاک قابلیت انعکاس، بستگی نزدیکی با ارزش رنگ ها دارد. چنانچه یک شی تقریبا همه تشعشعات مرئی را به خود جذب کند، به رنگ سیاه دیده می شود. چنانچه بیشترین مقدار تشعشعات بازتاب یابد به رنگ سفید دیده می شود.
ماده ای که بیشترین مقدار تشعشعات مرئی برخوردی را عبور دهد، ماده شفاف می باشد. بهترین تصور برای عیور مستقیم نورخورشید از یک ماده شیشه معمولی پنجره ها است.یک پنجره با شیشه قائم تک جداره در حدود ۸۵ درصد و چنانچه شیشه دو جداره باشد در حدود ۷۵ درصد از انرژی خورشید برخوردی را از سطح خود عبور می دهد. مقداری از اشعه ها توسط شیشه بازتاب و جذب می شوند. تلفات بازتابی بستگی خیلی زیادی به زاویه برخورد تشعشعات به سطح شیشه دارد.(زاویه بیشتر، میزان انعگاس بیشتر). جذب اشعه ها توسط شیشه نیز بستگی به محتوای آهن موجود در شیشه دارد. شیشه با محتوای آهن بالا، قابلیت انتقال کمتری خواهد داشت.این امر را می توان با مشاهده لبه شیشه دریافت. شیشه هایی که لبه آنها سبز رنگ دیده می شوند از میزان اهن بیشتری برخوردار هستند.
۱-۲- دمای هوا :
مقدار انرژی خورشیدی که در طول سال به هر نقطه از سطح زمین می رسد به شدت و دوام تابش آفتاب در آن نقطه بستگی دارد و میزان گرما و سرمای سطح زمین عامل اصلی تعیین کننده درجه حرارت هوای بالای آن است.جریان هوا و باد نیز باعث تمای بیشتر توده های عظیم هوا با سطح زمین و در نتیجه گرم شدن هوا می شود. درشب ها و در فصل زمشتان که سطح زمین سردتر از هوای بالای آن است عکس این عمل اتفاق می افتد. بنابراین میزان تغییرات روزانه و سالانه درجه حرارت هوا به تغییرات درجه حرارت سطح مورد تماس آن بستگی دارد. سطح دریاها خیلی آهسته تر از سطح زمین تحت تاثیر تابش آفتاب گرم می شوند و به همین دلیل اختلاف زیادی بین درجه حرارت سطح خشکی و دریا وجود دارد. میانگین درجه حرارت هوای بالای خشکی در تابستان بیشتر و در زمستان کمتر از میانگین درجه حرارت هوای بالای دریاست.
۱-۳- رطوبت هوا :
منظور از رطوبت هوا مقدار آبی است که به شکل بخار در هوا وجود دارد.بخار آب بوسیله تبخیر آب سطح اقیانوسها و دریاها و همچنین سطوح مرطوبی چون گیاهان وارد هوا می شود. این بخار بوسیله جریان هوا و باد به بقیه قسمتهای سطح زمین منتقل می گردد. هرچه هوا گرمتر باشد بخار آب بیشتری را در خود نگه می دارد. بنابراین به دلیل اختلاف دمای هوا در مناطق مختلف، میزان رطوبت هوا نیز در مناطق مختلف زمین به یک اندازه نیست. حداکثر میزان رطوبت هوا در نواحی خط استوا است که با حرکت به سمت قطبین کاهش می یابد.
رطوبت مطلق: وزن بخار آّ موجود در هر متر مکعب از هوا و واحد آن g/m3 گرم بر متر مکعب است.
رطوبت مخصوص: وزن بخار آب موجود در هر کیلوگرم هوا که برحسب گرم بر کیلوگرم g/kg نشان داده می شود.
فشار بخار: فشاری است که در اثر بخار آب در هوا به وجود می آید و بر حسب میلی متر جیوه اندازه گیری می شود.
رطوبت نسبی: رطوبت نسبی عبارت است از مقدارواقعی رطوبت موجود در هوا به مقدار رطوبتی که آن هوا می تواند در همان دما در خود نگه دارد که به صورت درصد بیان می شود .رطوبت هوا به تنهایی مفهومی ندارد بلکه با دمای هوا مفهوم پیدا می کند.وقتی رطوبت نسبی هوا زیاد و دمای هوا پایین باشد در این صورت دمای هوا تنها عامل موثر در راحتی خواهد بود.وقتی رطوبت زیاد و دما نیز زیاد باشد در این صورت باد یا سیستم مکانیکی برای تنظیم محیط راحت استفاده می شود .
کاربرد اطلاعات به دست آمده از رطوبت :
۱- حفظ و تنظیم محیط داخلی راحت
۲- در طراحی معماری به منظور خنک کردن بنا با روش تبخیر
رطوبت نسبی بیان قابل استفاده تری است چون نشانه مستقیمی از تبخیربالقوه است.مقدار رطوبتی که هوامی تواند در خود نگه دارد(رطوبت در حد اشباع ) به دمای هوا بستگی دارد. فشار بخار و رطوبت نسبی تاحدبسیار زیادی با توجه به زمان و مکان های مختلف تغییر می یابند. فشار بخار در فصل های مختلف نیز متغیر است و اغلب در تابسات بیشتر از زمستان است. ولی تغییرات روزانه آن کم است و حتی در مناطق ساحلی که تحت تاثیر دریا و نسسیم آن قرار دارد از حد چندین میلی متر جیوه تجاوز نمی کند. اگر در سطح زمین هوا جریان نداشته باشد، فشار بخار نزدیک ظهر به حداکثر میزان خود می رسد، در طول روز با جابجایی لایه های عمودی هوا فشار بخار در لایه های اطراف زمین کاهش می یابد و در عصر با پایان یافتن این حرکت دوباره فشار بخار زیاد می شود. رطوبت نسبی با یک فشار بخار ثابت به دلیل تغییرات ناشی از نوسانات روزانه و سالانه درجه حرارت هوا که ظرفیت پذیرش بخار آب را تعیین می کند، تغییر می کند.
۱-۴- بادها :
بادها اساسا جریانهای همرفت در جو زمین هستند که سعی در ایجاد تعادل حرارتی بین مناطق مختلف دارند . الگوی حرکت این جریان ها به وسیله چرخش زمین تعدیل می شود .در گرمترین منطقه هوا به وسیله سطح داغ زمین گرم , منبسط و فشار آن کم می شود و بطور عمودی بالا رفته در ارتفاع بالا به طرف منطقه خنکتر جریان مییابد. علت اصلی وجود نقاط و کمربندهای فشارهوا،تقسیم نامتعادل پرتوهای خورشید بر روی زمین است که باعث ایجاد اختلاف دما در نقاط مختلف سطح زمین می¬شود.
- در مناطق نیمه استوایی هر نیم کره بین عرض های جغرافیایی ۲۰تا۴۰ کمربندی با فشار زیاد وجود دارد. این دو کمربند در تابستان به سمت قطبین و در زمستان به سمت خط استوا حرکت می کند.توده هوای گرم از کمربند کم فشار استوایی بالا می رود در نقاط بالایی جو تقسیم می شوند و به سمت قطبین حرکت می کنند و در عرض های ۲۰ ات ۴۰ و در تابسات در عرض های ۳۰ تا ۴۰ شرد می شوند و دوباره به سمت پایین می آیند این عمل باعث بالا شدن فشار در این قسمت ها و ایجاد کمربند فشار در این مناطق می شود.
- مناطق قطبی از مناطق ثابت و پرفشار هستند ولی فشار آن ها از فشار مناطق نیمه استوایی کمتر است.
- مناطق سرد آسیا، آفریقا، استرالیا و آمریکای شمالی در زمستان از مناطق پر فشار هستند
- کمربند خط استوا از جمله مناطق ثابت کم فشاری است که در تمام طول سال وجود دارد.
حرکت از منطقه پرفشار به کم فشار در یک جهت مستقیم نیست و تحت تاثیر نیروی کوریولیس که در اثر حرکت دورانی زمین به وجود می آید قرار می گیرد و از مسیر خود منحرف می شود. انحرافی که در اثر این نیرو در جهت حرکت توده های هوا به وجود می آید در نیمکره شمالی در جهت عقربه های ساعت و در نیمکره جنوبی در خلاف جهت عقربه های ساعت است، این نیرو در استوا صفر بوده و در جهت حرکت به قطبین افزایش می یابد.
مقیاس بیوفورت
قدرت باد با مقیاس بیوفورت اندازه گیری می‌شود. این سیستم ۱۳ درجه دارد که شامل صفر نیز می‌شود.
نیروهای صفرتا ۲ : سرعت باد تا ۱۱ کیلومتر (صفر تا ۷ مایل) در ساعت، هوا آرام یا دارای حرکت آهسته بوده و همراه با غبار و حرکت آهسته برگها می‌باشد.
نیروهای ۳تا۴: سرعت باد از ۱۲ کیلومتر(۸ مایل)در ساعت تا ۲۹ کیلومتر(۱۸ مایل)در ساعت می‌باشد.نسیم یا باد متوسط وجود دارد که پرچمها را به هم می‌زند، و برگهاو شاخه‌های کوچک درختان را حرکت می‌دهد.
نیروهای ۵ تا۶: سرعت باد از ۳۰ کیلومتر (۱۹ مایل) در ساعت تا ۵۰ کیلومتر (۳۱ مایل) در ساعت است. باد نیمه قوی یا قوی وجود دارد و درختان کوچک و شاخه‌های بزرگ به حرکت در می‌آیند و اشیاء سبک در سطح زمین به اطراف پرتاب می‌شوند.
نیروهای۷ تا ۹: سرعت باد از ۵۱ کیلومتر (۳۹ مایل) تا ۸۷ کیلومتر (۵۴ مایل) در ساعت است. تند باد یا طوفان شدید وجود دارد. تمام درختان تکان می‌خورند، شاخه‌ها می‌شکنند و دودکشها و سقفهای خانه‌ها از جا کنده می‌شوند.
نیروهای ۱۰ تا۱۲ :سرعت باد از ۸۸ کیلومتر (۵۵ مایل) در ساعت تا بیش از ۱۱۸ کیلومتر (۷۴ مایل) در ساعت می‌باشد. طوفان یا طوفان شدید وجود دارد. درختها از ریشه کنده می‌شوند و خرابیهای گسترده ایجاد می‌شود.
به طور کلی در هر نیم کره زمین سه سیستم کلی باد وجود دارد: -بادتجاری، -بادهای غربی و قطبی و- بادهای موسمی علاوه بر این سه سیستم بادهای دیگری هم وجود دارد که یکی از آنها بادهای محلی است که در مناطق کوهستانی و دره ها جریان دارد و همچنین نسیم شب و ورز که در سواحل می وزد.
۱-۵- بارندگی :
هرچه هوا گرمتر باشد مقدار رطوبتی که می تواند در خود نگه دارد بیشتر می شود. بنابراین اگر مقدار مشخصی ازهوا با درصد مشخصی از رطوبت نسبی به مرور سرد شود و رطوبت نسبی آن افزایش یافته و در یک درجه حرارت که به آن نقطه شبنم می گویند رطوبت نسبی هوا به ۱۰۰ % می رسد. اگر این هوا بازهم هم سردتر شده و دمای آن به پائین نقطه شبنم برسد دیگر قادر به نگهداری تمام رطوبت موجود در خود نبوده و مقدار بخار آب اضافی به شکل قطرات آب بر روی سطوحی که دمای آنها از نقطه شبنم کمتر است تشکیل می گردد. این پدیده دلیل عمده بوجودآمدن بارندگی است.
۱-۵- قسمت های مختلف جو زمین
فضای بین زمین و خورشید اتمسفر نامیده می شود و همان قدر اهمیت دارد که زمین یا خورشید اهمیت دارد. اتمسفر زمین را بر حسب چگونگی روند دما، اختلاف چگالی، تغییرات فشار، تداخل گازها و سرانجام ویژگیهای الکتریکی به لایه‌های زیر تقسیم کرده‌اند:
- تروپوسفر (Troposphere)
تروپوسفر پایین ترین لایه اتمسفر است که خود از لایه های کوچکتری تشکیل شده است. وجه تمایز این لایه با دیگر لایه های اتمسفر، تجمع تمامی بخار آب جو زمین در آن است؛ به همین دلیل بسیاری از پدیده های جوی که با رطوبت ارتباط دارند و عاملی تعیین کننده در وضعیت هوا به شمار می آیند (از قبیل ابر، باران، برف، مه و رعد و برق) تنها در این لایه رخ می دهند. منبع حرارتی لایه تروپوسفر انرژی تابشی سطح زمین است. از این رو با افزایش ارتفاع با کاهش دما مواجه خواهیم بود.
ضخامت تروپوسفر، از شرایط حرارتی متفاوتی که در عرضهای جغرافیایی مختلف حاکم است تبعیت می کند. این ضخامت معمولاً از ۱۷ تا ۱۸ کیلومتر در استوا به ۱۰ تا ۱۱ کیلومتر در مناطق معتدل و ۷ تا ۸ کیلومتر در قطبها تغییر می کند.
- استراتوسفر (Stratosphere)
لایه استراتوسفر بر روی لایه تروپوسفر قرار دارد و ضخامت متوسط آن حدود ۲۳ کیلومتر است. در ۳ کیلومتر اول استراتوسفر، دمای هوا ثابت است اما در قسمتهای بالاتر دمای هوا با ارتفاع افزایش می یابد. در استراتوسفر به ندرت ابر تشکیل می شود و تنها در شرایط ویژه ای ممکن است ابرهای کوهستانی به نام ابرهای مرواریدی در ارتفاع ۲۱ تا ۲۹ کیلومتری از سطح زمین ظاهر شوند که علت وجود آنها حرکات موجی شکل هوا از سوی موانع می باشد. از دیگر ویژگیهای مهم استراتوسفر وجود ازن در این لایه است که بخصوص در ارتفاع ۲۰ تا ۳۰ کیلومتری سطح زمین بر اثر واکنشهای مختلف فتوشیمیایی بدست می آید. مقدار ازن در این لایه معمولاً روند فصلی دارد حداکثر آن در بهار و حداقل آن در پاییز مشاهده می شود.
- مزوسفر (Mesosphere)
در بالای لایه گرم ازن لایه مزوسفر قرار دارد که دما در آن متناسب با افزایش ارتفاع با آهنگ ۳/۰ سانتیگراد به ازای هر ۱۰۰ متر کاهش می یابد به طوریکه دما در مرز فوقانی آن در ارتفاع ۸۰ تا ۹۰ کیلومتری به ۸۰- درجه سانتیگراد می رسد. و نتیجه این دمای پایین انجماد بخار آب ناچیز موجود در این لایه است که باعث بوجود آمدن ابرهای شب تاب می شوند. این ابرها درتابستان و در عرضهای بالا دیده می شوند. مزوسفر سردترین لایه اتمسفر تلقی می شود.
- یونوسفر (Ionosphere)
از بخش فوقانی مزوسفر تا ارتفاع تقریبی ۱۰۰۰ کیلومتری اتمسفر زمین، بار الکتریکی شدیدی حاکم است که زاییده وجود یونها و الکترونهای آزاد است. در حقیقت پرتوهای پر انرژی خورشید که از فضای خارج به طبقات بالایی اتمسفر وارد می شوند باعث گسستگی پیوند یا یونیزاسیون مولکولها و اتمها می شوند. بر اثر یونیزاسیون، الکترون آزاد می شود و باقی مانده اتم به صورت یون در می آید؛ به همین علت این لایه از جو را یونوسفر نامیده اند. شدت یونیزاسیون در تمام ارتفاعات یونسفر یکسان نیست؛ بنابراین لایه های متفاوت با تراکم الکترون و یون متفاوت با ارتفاعات مجاور خود در یونسفر وجود دارد؛ این لایه ها در ارتباطات رادیویی اهمیت بسیاری دارند. این لایه ها عبارتند از لایه های D,E,F
- اگزوسفر (Exosphere)
شرایط موجود در یونوسفر در این لایه نیز حاکم است؛ بدین معنی که گازها در این لایه همچنان قابلیت هدایت الکتریکی خود را حفظ می کنند. سرعت ذرات در این لایه بسیار زیاد است و در مواردی به ۲/۱۱ کیلومتر در ثانیه می رسد. لایه گذار جو به فضای کیهانی به شمار می آید که بخش فوقانی آن را در ارتفاع بیش از سه هزار کیلومتری از سطح زمین برآورد کرده اند.
۱-۶- ترکیب شیمیایی اتمسفر
از نظر شیمیایی، جو زمین از ترکیب چند گاز پایدار تشکیل شده که این ترکیب هوای خشک نامیده می شود. البته مقداری مواد دیگر ارگانیک و غیر ارگانیک مانند ذرات بخارآب و گرد و غبار و دود نیز در جو به صورت پراکنده موجود است.هوای خشک خالص از ۷۸٪ گاز نیتروژن،۲۱٪ گاز اکسیژن و ۱٪ گاز آرگون و گاز دی اکسید کربن و همچنین مقدار ناچیزی از گازهای دیگر تشکیل شده است.
وجود گاز دی اکسید کربن در هوا از نظر تنظیم طبیعی اقلیم مناطق گوناگون حائز اهمیت است. اهمیت بخار آب در هوا خیلی بیشتر از آن است که مقدارش در هوا نشان می دهد. بخار آب در هوا نه تنها منشا اصلی ابر و باران است، بلکه مقدار قابل ملاحظه ای از تشعشع دفع شده از سطح زمین را هم جذب می کند.
۲- منطقه آسایش ) جدول منطقه آسایش در ایران: (
نسبت بین درجه حرارت ورطوبت نسبی هوا در تعیین احساس آسایش انسان نقش موثری دارد . البته عکس العمل بدن در برابر شرایط اقلیمی یک پدیده تجربی است و در فرهنگ ها و مناطق جغرافیایی مختلف متفاوت می باشد .
مثلا درجه حرارت مطلوب در آلمان از درجه حرارت مطلوب در مناطق استوایی به مراتب کمتر است .
“منطقه آسایش”محدوده ای است که روی تغییرات ارقام رطوبت نسبی بر محور افقی و درجه حرارت بر محور عمودی آن مشخص گردیده است. این منطقه مشخص کننده وضعیت هایی است که فرد در آن احساس آسایش می¬نماید. اولگی دمای ۲۱٫۱تا۲۷٫۸ درجه سانتی گراد را برای تابستان ودمای۲۰-۲۴٫۴ درجه را برای زمستان و رطوبت نسبی ۳۰ تا ۶۵ % را بعنوان شرایط مطلوب هوا پیشنهاد نموده است.
این جدول را می توان باتغییراتی در مناطق دیگر نیز مورد استفاده قرار داد. بنابراین می توان حدود منطقه آسایش را برای ایران که بین ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض جغرافیایی قرار دارد از نظردمای هوا در تابستان بین ۲۱٫۵ تا۲۹درجه و در زمستان بین۲۰ تا۲۵٫۷ فرض نمود .محدوده رطوبت نسبی در این دو فصل نیز ۳۰ %تا ۶۵ % فرض میشود . برای اینکه انسان در محیط کار و زندگی احساس راحتی و آسایش نماید دو گروه عوامل می بایست بررسی شود. گروه اول : ویژگی فردی، نوع لباس، فعالیت فیزیکی و تطابق انسان با محیط اطراف خود می باشد.گروه دوم که (عناصر اقلیمی ) خوانده می شود شامل شرایط آب و هوایی از قبیل درجه حرارت، رطوبت نسبی، جریان هوا و میزان تابش خورشید است که نسبت به عرض های مختلف جغرافیائی، متفاوت می باشد.
در منطقه آسایش تغییرات رطوبت هوا بیشتربرای انسان قابل تحمل است تا تغییرات دمای آن و به همین دلیل لازم است که دمای هوای داخلی یک ساختمان با دقت بیشتری کنترل شود . البته میزان رطوبت نسبی هوا نیز باید مورد توجه قرار گیرد چون رطوبت بیش از حد در زمستان باعث ایجاد تعرق بروی سطوح داخلی مثل شیشه پنجره ها و رطوبت کم نیز باعث ایجاد الکتریسیته ساکن می شود منطقه آسایش پیشنهادی در جدول مقابل در شرایط ثابت بودن جریان هوا و در سایه صادق است . حال اگر دو عامل تابش آفتاب و باد نیز دخالت داده شوند هرکدام به نوعی در محدوده های منطقه آسایش تاثیر می گذارند .همچنین اگر با وسایل مکانیکی بطور طبیعی میزان رطوبت هوای مورد نظر افزایش داده شود حدود منطقه آسایش تغییر خواهد یافت . در بخشهای زیر تاثیری که هر کدام از عوامل فوق بر انسان و در نتیجه بر منطقه آسایش می گذارند مورد بررسی قرارخواهد گرفت .
۲-۱- تاثیر تابش آفتاب بر منطقه آسایش
تابش آفتاب دو اثر بیولوژیکی و حرارتی بر انسان می گذارد که اثر بیولوژیکی آن نتیجه تابش اشعه ماوراء بنفش و اثرحرارتی آن نتیجه تابش اشعه مرئی ومادون قرمز بر بدن انسان است . آنچه در این قسمت مورد نظر است تاثیر حرارتی تابش آفتاب بر منطقه آسایش ، که قبلا بوسیله دو عامل درجه حرارتو رطوبت نسبی هوا مشخص شده است ، می باشد .در شرایطی که دمای هوا کمتر از ۲۱ درجه سانتی گراد است تابش آفتاب می تواند باعث گسترش منطقه آسایش گردد .بدین ترتیب که در دماهای پایین که بدن گرمای خود را از دست می دهد ، اگرگرمای تلف شده با اثر حرارتی تابش آفتاب جبران شود ، راحتی انسان تامین گردیده و شرایط فوق نیز در محدوده منطقه آسایش قرار خوا هد گرفت . البته جبران گرمای تلف شده بدن با تابش آفتاب محدودیت هایی نیز دارد . محاسبات و آزمایشاتی که در این مورد انجام شده نشان داده اند که هر ۱۲٫۵کیلوکالری در ساعت انرژی خورشیدی می تواند۱٫۸ درجه سانتی گراد کاهش دمای هوا راجبران نماید . جدول زیر میزان گسترشی که تابش آفتاب در منطقه آسایش بوجود می آورد را نشان داده است .
۲-۲- تاثیر رطوبت هوا بر منطقه آسایش
رطوبت باعث کاهش دمای خشک می شود .منحنی های نشان داده در جدول زیر تغییراتی که با افزودن ۵ گرم رطوبت در هر پوند ۴۵۴ گرم در هر دفعه در دمای هوا بوجود می آید نشان می دهند . این کاهش دمای هوا که در اثر تبخیر رطوبت اضافه شده به آن ایجاد می شود باعث می گردد که محدوده بالای منطقه آسایش گسترش یابد .
بطور مثال اگر دمای هوای مورد نظر ۳۲ درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی آن ۳۰ % باشد چنین شرایطی خارج از منطقه آسایش و در نتیجه غیر قابل تحمل خواهد بود. (حال در چنین شرایطی اگر به میزان ۱۰ گرم درپوند به هوای مورد نظر رطوبت اضافه کنیم دمای هوای فوق در حد قابل تحمل تقلیل خواهد یافت) .خنک نمودن هوا بوسیله افزایش رطوبت به آن می تواند با وسائل مکانیکی یا بطور طبیعی با گیاهکاری یا ایجاد آبنما و فواره ها صورت گیرد .
۲-۳- تاثیر باد بر منطقه آسایش
سرعت جریان هوا بدو طریق بدن انسان را تحت تاثیر قرار می دهد. جریان هوا از یکطرف مشخص کننده مقدار تبادل حرارتی از طریق کنوکسیون (جابجایی هوا در اثر اختلاف دما) بوده و از طرف دیگر تعیین کننده ظرفیت تبخیر شدندر هوا و در نتیجه میزان خنک شدن بدن از طریق تعرق می باشد .
تاثیر سرعت و دمای هوا درتبادل حرارتی از طریق جابجایی به یکدیگر بستگی دارند، چون مبادله حرارت ازطریق جابجایی خود دراثر سرعت هوا و اختلاف دمای پوست و هوای اطرافش بوجود می آید. تاثیر سرعت جریان هوا بر بدن از طریق تعیین ظرفیت تبخیر شدن در هوابه وسیله رطوبت آن بستگی دارد ، چون افزوده شدن سرعت هوا ظرفیت تبخیر پذیری در آن را افزوده و در نتیجه اثر رطوبت زیادی هوا را تقلیل می دهد.
وقتی هوا سردتر از پوست بدن است افزایش سرعت هوا باعث خنک شدن بدن می شود .البته این اثر با کاهش دمای هوا شدت بیشتری پیدا می نماید اما وقتی هواگرمتر از پوست باشد اثرات جریان هوا درجهت عکس یکدیگر عمل میکنند . در چنین حالتی افزایش سرعت هوا از یکطرف باعث افزوده شدن اثرجابجایی و در نتیجه گرمتر شدن بدن و از طرف دیگر باعث افزایش ظرفیت تبخیر شدن در آن هوا و در نتیجه باعث سردتر شدن پوست می شود .
وقتی پوست بدن مرطوب و راندمان تعرق و تبخیر آن کمتر از ۱۰۰ % است افزوده شدن سرعت هوا بیشتر درراندمان تعرق و تبخیر تاثیر می گذارد تا در اثر جابجایی و در نتیجه بدن خشک می شود .همزمان با این عمل ، سرعت بیشتر جریان هوا باعث می شود سطح خیس بدن خشک شده و احساس راحتی بوجود آید . اما این تاثیر تنها تا زمانی ادامه خواهد داشت که پوست بدن خشک شود و از این به بعد افزوده شدن سرعت هوا اثری در خنک شدن بدن از طریق تاثیر در میزان تعرق و تبخیر نداشته ولی اثر گرمایی آن از طریق جابجایی ادامه خواهد داشت .بنابراین در دماهای بالا ، یک حداکثر مطلوب سرعت باد وجود دارد که در آن حالت حداکثر میزان خنک شدن بدن صورت می گیرد . کم شدن سرعت هوا از این حد باعث افزایش دمای پوست و زیاد شدن آن باعث گرمتر شدن بدن از طریق جابجایی خواهد شد . این حد مطلوب سرعت باد یک مقدار ثابت نداشته و به عواملی چون دما و رطوبت هوا ، قدرت بیولژیکی بدن و پوشش لباس بستگی دارد .در اینجا لازم است به اثراتی که سرعتهای مختلف باد بر انسان می گذارد اشاره شود . عکس العمل های انسان در برابرسرعت های مختلف باد وقتی جریان داشته باشد ، نشان داده شده است . در مطالبی که قبلا در مورد اثرات دما و رطوبت هوا بر منطقه آسایش نقل گردید بااین موضوع اشاره شد که وقتی رطوبت نسبی هوا ۷۵ % یا بیشتر باشد شرایط گرمایی هوای مورد نظر از محدوده آسایش خارج خواهد گردید . اما اگر در چنین وضعیتی هوا جریان داشته باشد این شرایط می تواند در منطقه آسایش قرار گیرد . بطور مثال وقتی بادی با سرعت ۶۰ متر در دقیقه وزش داشته باشد دمای ۲۹ درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی ۳۰ تا ۶۰ درصد کاملا مطلوب خواهد بود. بنابراین وزش باد نیز می تواند باعث گسترش منطقه آسایش گردد ، تغییراتی که در سرعت های مختلف باد درمنطقه آسایش بوجود می آورد در جدول زیرنشان داده شده است.
۲-۴- جدول بیوکلیماتیک
اگر کلیه اطلاعاتی که در مورد تاثیر عوامل اقلمی بر انسان ارائه گردید به جدول زیر اضافه شده و محدوده های آنها مشخص گردند ، جدولی بدست خواهد آمد که آنرا “جدول بیوکلیماتیک ” میگویند . با استفاده از این جدول می توان پی به چگونگی شرایط اقلیمی مناطق گوناگون برده و این مناطق را برحسب نوع اقلیمی که دارند گروه بندی نمود

2-5- نمودار سایکرومتریک
پارامترهای مختلف هوا مانند درجه حرارت ، رطوبت و ….نسبت به یکدیگر روابط خاصی دارند که از طریق فرمولهای مربوطه محاسبه و یا به وسیله آزمایشات تعیین می گردند . برای سهولت در این امر ، نمودار مشخصات هوا در شرایط استاندارد با واحدهای متفاوت ، توسط مؤسسات تحقیقاتی معتبر ارائه گردیده است . این نمودارها بر اساس خواص مختلف هوا که عبارتند از ؛ دمای خشک ، دمای مرطوب ، رطوبت نسبی ، مقدار رطوبت ، حجم مخصوص و آنتالپی طراحی شده اند که با داشتن دو پارامتر از خواص فوق ، سایر پارامترها قابل محاسبه خواهند بود .
درجه حرارت خشک (D.B.)‌ :
درجه حرارت خشک عبارتست از درجه حرارت هوای مخلوط با بخار آب که توسط یک ترمومتر معمولی اندازه گیری می شود، واحدهای آن درجه سانتیگراد (C°) و فارنهایت (F) می باشد .
درجه حرارت مرطوب (W.B.) :
درجه حرارت مرطوب به درجه حرارت هوئی مربوط میشود که تبادل حرارت با بیرون نداشته باشد و آنرا از بخار آب اشباع نماییند . این درجه حرارت بوسیله یک ترمومتر که مخزن آن توسط پنبه مرطوب پوشده شده و در معرض جریان هوا قرار گیرد نشان داده می شود، واحدهای آن مانند درجه حرارت خشک می باشد، دمای مرطوب همواره از دمای خشک کمتر است مگر در حالت اشباع که با یکدیگر مساوی هستند .
نقطه شبنم (D.P.):
هنگامیکه هوا سرد شود در یک درجه حرارت خاصی شروع به تقطیر نموده و قطرات آب ظاهر می گردد ، آن درجه حرارتی را که شامل این تحولات می گردد نقطه شبنم می گویند .
درجه حرارت موثر: درجه حرارتی است که با ثابت ماندن آن آسایش افراد تغییر نمی کند، به عبارتی بحث کیفی آسایش را به بحث کمی درجه حرارت تبدیل می نماییم که به آن درجه حرارت موثر می گویند. برای افراد مسن، خردسال و زنان درجه حرارت موثر۲-۱ درجه بیشتر در نظر گرفته می شود. برای افراد ساکن در مناطق سردسیر و مناطق با فعالیت زیاد ۲-۱ درجه کمتر در نظر گرفته می شود. برای ایران که حدوداً بین ۲۵ تا ۳۹ درجه عرض جغرافیائی نیمکره شمالی قرار دارد می توان محدوده آسایش را برای درجه حرارت خشک (DB) ، در فصل تابستان بین ۷/۰ تا ۲/۸۴ درجه فارنهایت و در فصل زمستان بین ۶۸ تا ۳/۷۸ درجه فارنهایت در نظر گرفت . محدوده رطوبت نسبی( RH ) نیز بین ۳۰ تا ۶۵ درصد مطلوب می باشد .
۳- اقلیم ساختمان + ( صفحه ۲۳ الی ۴۲ کتاب اقلیم و معماری کسمایی)
در این بخش تاثیری که هرکدام از عوامل اقلیمی(تابش آفتاب ، رطوبت ، باد)بر ساختمان میگذارد مورد مطالعه قرارمی گیرد. در بین عوامل فوق تابش آفتاب که بوجود آورنده نور و حرارت طبیعی است، مهمترین عامل محسوب میگردد و به همین دلیل قسمت اعظم مطالب این بخش به بررسی اثرات این عامل بر ساختمان اختصاص داده شده است.
۳-۱- موقعیت خورشید
همانگونه که بیان شد مقداری از اشعه خورشید در اثر برخورد با سطح ابرها دوباره به طرف بالا منعکس گردیده وقسمتی نیز بوسیله اکسید کربن بخارآب و اوزون موجود در اتمسفر جذب می شود . همچنین مقدار مشخصی از اشعه خورشید در اثر برخورد به مولکولهای هوا به اطراف پخش می شود که البته دوباره به زمین تابیده می شود.در نیمکره شمالی خورشید در مدت سه ما تابستان در بالاترین وضعیت خود در آسمان به سر می برد. بعد به تدریج از فصل پاییز به زمستان حرکت می کند و سه ماه زمستان در پایین ترین وضعیت خود در اسمان به سر می برد.. به منظور آگاهی یافتن از تاثیرات خورشید در مکان یابی و طراحی ساختمان ها، دانستن اینکه در هر لحظه معین خورشید از چه وضعیتی در آسمان برخوردار است، اهمیت پیدا می کند. این اطلاعات برای محاسبه دریافت حرارت خورشیدی و استقرار ساختمان ها، فضاهای خارجی، نحوه آرایش فضاهای داخلی، سایه بان پنجره ها و گردآوری خورشیدی ضرورت فراوان دارد.
نسبت به هر نقطه از زمین، مسیر حرکت خورشید در آسمان در روزهای مختف سال متفاوت است.بطور مثال حرکت خورشید نسبت به ساختمانی که در نیمکره شمالی و در جهت شمال جنوب قرار گرفته بدین طریق است که درتابستان خورشید از شمال شرقی محوطه این ساختمان طلوع و در شمال غربی آن غروب می نماید . در زمستان طلوع خورشید از جنوب شرقی و غروب آن در جنوب غربی محوطه صورت می گیرد و تنها در اول فروردین و اول مهر ماه خورشید کاملا از شرق طلوع کرده و در غرب غروب می نماید.
عرض جغرافیایی
زاویه عرض جغرافیایی محل است و مقدار آن از ۹۰- تا ۹۰+ متغیر بوده و برای تعریف آن می توان گفت اگر دو خط از مرکز زمین بع امتداد نقطه مورد نظر وصل کنیم زاویه بین این خطوط عرض جغرافیایی نامیده می شود.
طول جغرافیایی
طول جغرافیایی یک نقطه در سطح زمین عبارت است از زاویه ای که بین صفحه نصف النهار عبوری از آن نقطه و صفحه نصف النهار مبدا گرینویچ قرار دارد و مقدار آن از ۱۸۰- تا ۱۸۰+ متغیر می باشد. موقعیت خورشید را در هر منطقه و در هر زمان می توان به وسیله دو زاویه ” زاویه تابش ” و دیگری” جهت تابش “مشخص نمود”. اولین عامل موثر در محاسبه زوایای موقعیت خورشید، زاویه چرخش زمین است. این زاویه زاویه ای است که بین صفحه ای که از خط استوا می گذرد و خطی که مرکز زمین را و خورشید را به هم وصل می کن، ایجاد می شود. و در طول سال از ۲۳٫۵ درجه به طرف بالالی صفحه استوا تا ۲۳٫۵ درجه به طرف پایین تغییر می کند. دیگر عامل موثر در تعیین زاویه تابش و جهت تابش، عرض جغرافیایی و زمان مورد نظر است.
زاویه تابش
عبارت است از مقدار زاویه ای که میان امتداد اشعه خورشیدو تصویر آن در روی افق تشکیل می شود . هرچه به ظهر نزدیک می شویم این زاویه زیادتر می شود.
= زاویه تابش
= زاویه انحراف( میل)
= عرض جغرافیایی
= زاویه ساعت
جهت تابش
عبارت است از زاویه ای که بین امتداد تصویر اشعه خورشید روی زمین با محور شمال واقعی ( در نقاله های خورشیدی استوانه
- زاویه انحراف(میل)
عبارت است از زاویه بین اشعه خورشید در ظهر خورشیدی با صفحه استوا. در این معادلهn شماره روز از اول بهار است.
- زاویه ساعت
مبدا اندازه گیری آن ظهر خورشیدی است و علامت آن به سمت صبح مثبت و مقدار آن از ۱۸۰- تا ۱۸۰+ درجه متغیر است.
در این معادله t زمان مورد نظر است.(منفی در قطب جنوب در نظر گرفته می شود.)
زاویه ورود( زاویه برخورد)
برابر با زوایه ای بین اشعه خورشید در راستای عمود بر صفحه می باشد و مقدار آن از ۰ تا ۹۰ متغیر است و داشتن زاویه برخورد برای به دست آوردن ضریب کسب آفتاب ( ) ضروری است.
- موقعیت خورشید
با شناخت محورهای جهت تابش و زاویه تابش می توان خورشید را در هر موقعیتی که در آسمان داشته باشدمکان یابی و مشخص کرد.
- مسیر خورشید
با وصل کردن نقاط مربوط به محل خورشید در آسمان در خلال زمان های مختلف روز، مسیر حرکت خورشید مربوط به آن روز را می توان ترسیم کرد.
نتایج این محاسبات را می توان به شکل های گوناگون ارائه داد. بهترین شکل نمودار مسیر خورشید است. در این نمودار افق به شکل دایره ای است که ساختمان در وسط آن قرار رگفته و مسیر حرکت خورشید در آسمان به شکل منحنی هایی ترسیم شده که از شرق دایره افق به غرب آن کشیده شده است. روش دیگر به صورت استوانه خورشیدی است که افق باز شده و به صورت استوانه ای نمودار حرکت خورشید در آن به نمایش گذاشته می شود.با استفاده از ایننمودارها می توان موقعیت خورشید را در هر روز و هر ساعت تعیین نمود.

[معمار حانیه]

آنچه باید درباره شیوه ساخت، کارکرد و استفاده از سلول های خورشیدی بدانیم

سلول خورشیدی یکی از عباراتی است که بسیار آن را می شنویم و همیشه به عنوان یکی از راه حل های دنیای آینده برای تامین انرژی روی آن تاکید می شود. اما در قدم اول لازم نیست آن را چیز چندان پیچیده ای بدانیم. حتما شما ماشین حساب های با سلول خورشیدی را دیده اید. ابزارهایی که هیچ گاه به باتری و چیزهایی مانند این نیازی پیدا نمی کنند و دکمه خاموش و روشن هم ندارند. تا زمانی هم که نور کافی در محیط باشد، آنها برای همیشه به کار خود ادامه می دهند. شاید هم پنل های بزرگتر خورشیدی را دیده باشید. مثلا روی علائم و تابلوهای جاده ای و چراغ های سه رنگ راهنمایی سر چهارراه ها.

اگر چه این پنل های بزرگتر در دور اطراف ما همانند ماشین حساب های خورشیدی زیاد نیستند و عمومیت ندارند، اما اگر بدانید کجا دنبال آنها بگردید، به راحتی می توانید یکی از آنها را ببینید. در حقیقت ابزارهای فتو ولتائیک که زمانی منحصرا در فضا و برای تامین نیروی سیستم های الکتریکی ماهواره ها مورد استفاده قرار می گرفتند (از سال ۱۹۵۸) روز به روز استفاده های معمولی و ساده تری پیدا می کنند. تکنولوژی همیشه راه خود را به ابزارهای بیشتری باز می کند، از عینک های افتابی گرفته تا ایستگاه های شارژ ماشین های الکتریکی.

و اکنون چند دهه است که انسان با امید به یک «انقلاب خورشیدی» و ایده اینکه روزی ما خواهیم توانست تمام انرژی الکتریسیته مان را از خورشید تهیه کنیم، زندگی می کند. این یک وعده اغوا کننده است، زیرا در یک روز روشن و آفتابی، امواج خورشید تقریبا ۱۰۰۰ وات برمتر مربع انرژی را روی سطح زمین رها می کنند. اگر روزی بتوانیم تمام این انرژی را جمع آوری و مهار کنیم، نیروی لازم برای تمام خانه ها و ادارات ما به طور رایگان تامین خواهد شد.

در این مقاله قصد داریم به توضیح چگونگی تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته توسط سلولهای خورشیدی بپردازیم. پس در ادامه مطلب با نارنجی همراه باشید.

سلول های فتو ولتائیک: تبدیل فتون ها به الکترون ها

سلول های خورشیدی که در ماشین حساب ها و ماهواره ها می بینید، با نام سلول های photovoltaic یا «قدرت زای نوری» هم شناخته می شوند. این نام از آنجا نشات گرفته که photo به معنی نور و voltaic به معنی الکتریسیته است، این سلول ها قرار است که نور خورشید را مستقیما تبدیل به الکتریسیته کنند. یک ماژول از گروهی سلول های متصل الکتریکی تشکیل شده و در یک فریم قرار گرفته است که بیشتر به عنوان یک پنل خورشیدی شناخته می شود. این پنل ها در گروه های بزرگ آرایه های خورشیدی در کنار یکدیگر قرار می گیرند و همگی همانند یک جسم واحد عمل می کنند.

سلول های فتو ولتائیک از مواد ویژه ای ساخته شده اند که آنها را semiconductor یا نیمه رسانا می نامیم. از این مواد می توان به سیلیکون اشاره کرد که اکنون بسیار پرکاربرد است. در اصل هنگامی که نور با سلول برخورد می کند، مقدار مشخصی از آن توسط مواد نیمه رسانا جذب می شود. این یعنی انرژی جذب شده از نور به نیمه رسانا منتقل می شود. انرژی به الکترون های سست ضربه می زند و اجازه می دهد که آنها آزاد شده و به گردش در آیند.

سلول های فتو ولتائیک همچنین دارای یک میدان الکتریکی هستند که به عنوان یک اجبار برای الکترون های آزاد شده توسط نور جذب شده عمل می کند و آنها را در جهت معینی به جریان می اندازد. این گردش الکترون ها یک جریان ایجاد می کند و با قرار دادن اتصال های فلزی در پایین و بالای سلول فتو ولتائیک می توانیم این جریان را برای مصارف مختلف بیرون بکشیم. این جریان، به همراه ولتاژ درون سلول ها (که در نتیجه میدان یا میدان های الکتریکی درونی سلول ایجاد می شود) قدرت یا ولتاژ تولیدی توسط یک سلول خورشیدی را تعریف می کنند.

این فرآیند اساسی است که در یک سلول خورشیدی اتفاق می افتد، اما واقعیت بسیار پیچیده تر و بیشتر از آن است. در ادامه به شکل دقیق تر و عمیق تر نگاهی به یک سلول فتو ولتائیک می اندازیم: یک سلول سیلیکونی تک-کریستال.

چگونه سیلیکون تبدیل به سلول خورشیدی می شود؟

سیلیکون برخی خصوصیات شیمیایی ویژه و منحصر به فرد دارد. به ویژه اینکه در حالت کریستالی باشد. یک اتم سیلیکون ۱۴ لکترون دارد که در سه پوسته مختلف مرتب شده اند. دو لایه اول که دو و هشت الکترون دارند کاملا پر هستند. لایه یا پوسته بیرونی تنها نیمی از ظرفیتش با چهار الکترون پر شده است. اتم سیلیکون همواره به دنبال راهی است تا لایه آخر خود را کامل کند. و برای انجام این کار الکترون های خود را با چهار اتم کناری اش به اشتراک می گذارد. مانند اینکه هر اتم با اتم های کناری دست به دست هم داده و با چهار همسایه اش متحد شوند. این همان چیزی است که آن را ساختمان متبلور یا کریستالی می خوانند و این ترکیب است که در این نوع از سلول فوتو ولتائیک اهمیت فراوانی پیدا می کند.

تنها مشکل این است که سیلیکون کریستالی خالص رسانای الکتریسیته ضعیفی است، زیرا بر خلاف مواد رسانایی همچون مس، هیچ یک از الکترون های آن برای انتقال الکتریسیته آزاد نیستند. برای حل این مشکل، سیلیکون مورد استفاده در سلول خورشیدی با برخی اتم های دیگر ترکیب شده و ناخالصی موجود کمی شیوه کار اتم های سیلیکون را تغییر می دهد. سیلیکون را با تعداد کمی اتم های فسفر تصور کنید. شاید یک اتم به ازای هر یک میلیون اتم سیلیکون. فسفر در لایه بیرونی خود بر خلاف ۴ الکترون سیلیکون، ۵ الکترون دارد. اما هنوز با سیلیکون های همسایه اش باند شده و تشکیل اتحاد می دهد. اما به شکلی منطقی، فسفرها هنوز یک الکترون آزاد دارند که به هیچ جا متصل نیست. و عضو هیچ اتحادی هم نیست. اما در هسته فسفر پروتون مثبتی قرار دارد که آن را در جای خود نگه می دارد.

هنگامی که انرژی به سیلیکون خالص اضافه می شود، برای مثال به شکل فوتون، باعث می شود که برخی الکترون ها باندها و ارتباطات شان را شکسته و آزاد شوند. و در پس هر یک از این موارد شکست، یک حفره باقی می ماند. این الکترون ها «حاملان آزاد» نامیده می شوند و سپس به صورت تصادفی درون شبکه متبلور و کریستالی سرگردان خواهند بود و به دنبال حفره دیگری هستند تا درون آن افتاده و جریان الکتریکی را هدایت کنند. به هر صورت در سیلیکون خالص تعداد کمی از اینها وجود دارد که نمی توانند چندان مفید باشند.

اما سیلیکون ناخالص همراه با اتم های فسفر داستان متفاوتی دارد. این ترکیب به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد تا یکی از الکترون های اضافی فسفر را از دست دهد. زیرا آنها به جایی وصل نبوده و در اشتراک با دیگر اتم ها نیستند. در نتیجه بسیاری از این الکترون ها به سادگی می شکنند. در نتیجه نسبت به سیلیکون خالص، تعداد بسیار بیشتری حامل آزاد خواهیم داشت. فرآیند اضافه کردن ناخالصی را تغلیظ می نامند و هنگامی که این کار توسط فسفر انجام شود به سیلیکون تولید شده توسط این فرایند N-type می گویند که حرف n از کلمه negative گرفته شده است. زیرا این کار باعث از دست دادن الکترون می شود. سیلیکون تغلیظ شده N-type رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است.

بخش دیگر سلول های خورشیدی معمول، سیلیکون تغلیظ شده با عنصر بور است. بور در لایه بیرونی خود تنها سه الکترون دارد. در این حالت سیلیکون تولیدی را P-type می نامند که از کلمه Positive گرفته شده است. زیرا این سیلیکون در لایه آخر خود جای خالی برای یک الکترون داشته و با جذب حامل ها بار مثبت پیدا می کند.

حال بگذارید ببینیم هنگامی که این دو بخش در کنار هم قرار گرفته و به تعامل با هم می پردازند چه اتفاقی می افتد.

آناتومی یک سلول خورشیدی

اکنون می دانیم که دو بخش سیلیکونی ما به صورت مجزا ماهیت و طبیعت الکتریکی دارند. اما بخش جالب ماجرا وقتی شروع می شود که آنها را در کنار هم قرار دهید. زیرا بدون یک میدان الکتریکی، سلول کار نمی کند. و این میدان هنگامی شکل می گیرد که سیلیکون های P-type و N-type در ارتباط با هم باشند. ناگهان، الکترون های آزاد تمام حفره های خالی را پر می کنند؟ خیر. اگر چنین اتفاقی بیفتد، دیگر این دم و دستگاه چندان مفید و بدرد بخور نخواهد بود. البته درست در محل اتصال، آنها با هم ترکیب شده و یک سد می سازند. در نتیجه هر لحظه عبور الکترون ها از سمت N و رسیدن آنها به سمت P سخت تر و سخت تر می شود. سرانجام موازنه برقرار می شود. ما یک میدان الکتریکی مجزا در دو سو داریم.

این میدان الکتریکی همچون یک «دیود» عمل می کند و به الکترون ها اجازه می دهد (و آنها را مجبور می کند) تا از سمت P به سمت N جریان پیدا کنند. اما در خلاف این جریان حرکتی نخواهیم داشت. این درست مانند یک تپه است که الکترون ها می توانند به راحتی از آن پایین بیایند (سمت N) اما امکان بالارفتن از آن را ندارند (سمت P).

هنگامی که نور به شکل فوتون به سلول خورشیدی برخورد می کند، انرژی آن جفت های الکترون-حفره را از هم می شکند. هر فوتون با انرژی کافی معمولا می تواند یک الکترون را آزاد کند. اگر این اتفاق به اندازه کافی نزدیک به میدان الکتریکی باشد، یا اینکه الکترون و حفره آزاد شده سرگردان باشند، میدان الکتریکی موجود الکترون آزاد شده را به سمت N و حفره را به سمت P می راند. حال اگر یک مسیر جریان خروجی تهیه ببینیم، الکترون ها از سمت P به واحد الکتریکی جریان می یابند و کاری را که ما می خواهیم انجام می دهند. گردش الکترون ها تولید جریان می کند و میدان الکتریکی سلول باعث تولید ولتاژ می گردد. با جریان و ولتاژ، ما نیرو را خواهیم داشت که محصول هر دو است.

البته هنوز برقی قطعات دیگر باقی مانده اند تا ما واقعا بتوانیم از سلول خورشیدی مان استفاده کنیم. سیلیکون ها مواد بسیار درخشانی هستند که می تواند قبل از اینکه فوتون ها کارشان را انجام دهد باعث بازتاب آنها شوند.

یک پوشش ضد انعکاس لازم است تا تلفات را به حداقل برساند. مرحله آخر هم نصب چیزی است که از سلول ها در برابر محیط محافظت کند. این محافظ اغلب یک روپوش از طلق شیشه ای است. ماژول های فوتو ولتائیک معمولا از اتصال چندین سلول مجزا به یکدیگر برای دستیابی به سطح قابل قبولی از کاربردپذیری و میزان جریان و ولتاژ ساخته می شوند. و با قرار دادن آنها در یک فریم محکم و قوی به همراه ترمینال های مثبت و منفی داستان را کامل می کنند.

اکنون این سلول فوتو ولتائیک ما چه میزان انرژی خورشید را جذب می کند؟ متاسفانه شاید این میزان چندان زیاد نباشد. برای مثال در سال ۲۰۰۶ اغلب پنل های خورشیدی تنها بازده ۱۲ تا ۱۸ درصدی داشتند. آنچه که امروزه به عنوان بهترین راندمان سلولهای خورشیدی مطرح می شود و رکوردی برای بازده است، ۴۰ تا 40.7 درصد است.

اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی

نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است. تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه ای از طول موج های مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد.

نور را هم می توان به طول موج های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می بینیم. از آنجایی که سلول ما توسط فوتون هایی با دامنه انرژی های متفاوت مورد اصابت قرار می گیرد، لذا برخی از آنها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون-حفره را ندارند. آنها به سادگی از درون سلول می گذرند، درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده اند. در حالی که برخی دیگر از فوتون ها انرژی بسیار زیادی دارند. تنها میزان مشخصی از انرژی، که با الکترون ولت اندازه گیری شده (و میزان لازم برای مواد درون سلول ما هم مشخص است) می تواند بر الکترون های اتم های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثر گذارد. ما این را band gap energy می نامیم. اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد، پس انرژی اضافی هدر می رود. مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریبا ۷۰ درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می شود و کارایی ندارد.

چرا نمی توانیم موادی را انتخاب کنیم که band gap پایینی داشته باشند و از فوتون های بیشتری بهره ببریم؟ متاسفانه band gap ما توسط قدرت یا ولتاژ میدان الکتریکی مان هم محدود شده است و اگر بسیار پایین باشد، جریانی که توسط جذب فوتون های بیشتر تولید می شود، ولتاژ بسیار پایین تری تولید خواهد کرد. و شیوه کار فعلی بهینه ترین حالت ممکن برای تولید ولتاژ و جریان مناسب است.

ما همچنین تلفات دیگری هم در این میان داریم. الکترون های ما توسط یک مدار بیرونی از یک سوی سلول به سوی دیگر جریان پیدا می کنند. ما می توانیم بخش پایینی را با فلز پوشانده و رسانایی مناسبی را تامین کنیم. اما اگر بخش بالایی را کامل بپوشانیم، آنگاه فوتون ها نمی توانند از درون رسانای مات عبور کنند و ما تمامی جریان را به کلی از دست می دهیم. در برخی از سلول های خورشیدی در بالا از رساناهای شفاف استفاده می شود. اگر هم نقاط تماس مان را در دیواره های سلول قرار دهیم. الکترون ها راه واقعا طولانی را لازم است برای رسیدن به نقاط تماس طی کنند. به خاطر داشته باشید که سیلیکون یک نیمه رسانا است و همانند فلز از پس عبور جریان بر نمی آید. و مقاومت داخلی آن نسبتا بالا است. و مقاومت بالا به معنی اتلاف انرژی بالا است. برای به حداقل رساندن این اتلاف، سلول ها را توسط شبکه فلزی می پوشانند که فاصله سفر الکترون ها تا نقاط تماس را به حداقل می رساند. البته این مورد هم باعث بلوکه شدن برخی فوتون ها می شود که اگرچه خیلی کم نیست، اما از مقاومت داخلی نیمه رساناها بسیار کمتر است.

اکنون می دانیم که یک سلول خورشیدی چگونه کار می کند. اجازه دهید ببیینیم چگونه می توان انرژی یک خانه را با این تکنولوژی تامین کرد.

تامین انرژی خانه با سلول خورشیدی

برای تامین انرژی خانه مان با انرژی خورشیدی به چه چیزی نیاز داریم؟ اگر چه کار به سادگی نصب چند ماژول بر روی پشت بام خانه نیست. و البته چندان هم متفاوت با آن نیست.

اول از همه، تمامی پشت بام ها جهت مناسب یا زاویه و شیب لازم برای استفاده کامل از نور خورشید را ندارند. سیستم های فوتو ولتائیک ثابت که امکان رهگیری نور خورشید را ندارد، باید در جهت مناسبی نصب شوند که بیشترین مدت روز و بیشترین مدت سال از نور مستقیم خورشید بهره مند شوند. البته هنگام نصب این نکته هم باید در نظر گرفته شود که شما می خواهید حداکثر برق را در صبح تولید کنید یا هنگام عصر آن را در اختیار داشته باشید. از خانه در زمستان بیشتر استفاده می شود یا تابستانه است. و مطمئنا پنل ها نباید توسط سایه درختان اطراف خانه یا خانه های همسایه ها پوشانده شوند.

اگر هم پشت بام شما در جهت مناسبی قرار ندارد، اکنون لازم است درباره اندازه سیستم انتخابی تان تصمیم گیری کنید. این موضوع وقتی پیچیده تر می شود که حقایق دیگری را هم در داستان دخالت دهیم. مثلا اینکه تولید الکتریسیته بستگی به آب و هوا هم دارد که اصلا نمی توان آن را پیش بینی کرد. یا اینکه میزان مصرف الکتریسیته شما کاملا متغیر است.

خوشبختانه این موانع به سادگی قابل حل هستند. اطلاعات هواشناسی به ما امکان سنجش میزان تابش ماهیانه خورشید را می دهند. همچنین دیگر فاکتورهای مهم چون روزهای بارانی، ابری و میزان رطوبت را هم برای مان پیش بینی می کنند. شما باید سیستم را بر اساس بدترین ماه طراحی کنید، پس از آن در تمام سال انرژی کافی و حتی اضافی در اختیار خواهید داشت. با در اختیار داشتن این اطلاعات و دانستن میانگین نیاز خانه تان، به راحتی می توانید محاسبه کنید که به چه تعداد ماژول فوتو ولتائیک نیاز دارید. همچنین باید در خصوص ولتاژ سیستم هم از همان ابتدا تصمیم گیری کنید. این چیزی است که با تعداد ماژولی که به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند کنترل می شود.

البته در این میان مشکلاتی هم وجود دارند. اول از همه، هنگامی که خورشید نمی تابد باید چه کنیم؟

حل مشکلات سیستم تامین نیروی خورشیدی

زندگی کردن بر اساس حدس و گمان های یک هواشناس احتمالا چندان جذاب و خواستنی به نظر نمی رسد. اما شما چند گزینه اصلی دیگر را پیش رو دارید تا هنگامی که خورشید با شما همراهی نمی کند، از تامین انرژی لازم خانه تان اطمینان داشته باشید. اگر می خواهید کاملا ارتباط تان را با شبکه برق قطع کنید، اما به پنل های خورشیدی هم به طور کامل اعتماد ندارید، پس باید یک جانشین هم برای آنها داشته باشید. برای مثال می توانید از یک ژنراتور کوچک (موتور برق خانگی) استفاده کنید تا هنگام کم شدن برق پنل های خورشیدی به کمک تان بیاید. دومین راه حل استفاده از سیستم ذخیره انرژی به شکل باتری است. متاسفانه باتری ها می توانند هزینه و دردسر نگهداری زیادی را به سیستم فوتو ولتائیک وارد کند، اما در حال حاضر آن را می توان یک ضرورت دانست.

یک راه حل دیگر اتصال خانه به شبکه برق شهری است. هنگامی که برق نیاز دارید، آن را می خرید و هنگامی که برق اضافی تولید می کنید آن را می فروشید. با چنین سیستمی شما در واقع از یک سیستم ذخیره بی انتها بهره می برید که هزینه نگهداری چندانی هم ندارد. البته این موضوع بستگی به قوانین و آیین نامه های دولتی و موقعیت مکانی شما هم دارد.

در صورتی هم که تصمیم دارید از باتریها استفاده کنید، به خاطر داشته باشید که باتری به نگهداری و سرکشی دائمی و همچنین جایگزینی دوره ای نیاز دارند. پنل های خورشیدی معمولا عمر ۳۰ ساله دارند، اما عمر باتری ها بسیار کمتر است. از سویی هم به دلیل استفاده از الکترولیت های اسیدی باتری ها به تهویه خوب نیاز داشته و باید از فلزات دور نگه داشته شوند.

پیشرفت های تکنولوژی سلول خورشیدی

تا به اینجای کار بیشتر درباره شیوه کارکرد یک سلول خورشیدی یا سیستم فوتو ولتائیک معمولی صحبت کردیم. اما مشکلات و نگرانی ها در زمینه هزینه تمام شده و به صرفه نبودن این سیستم باعث شده که همچنان تحقیقات پایان ناپذیری در خصوص پیدا کردن راه های جدیدی برای مهار انرژی خورشید در جریان باشد تا به آن، امکان رقابت با دیگر منابع انرژی متداول را بدهد.

برای مثال سیلیکون تک-کریستال تنها ماده مورد استفاده در سلول های فوتو ولتائیک نیست. سیلیکون های پلی کریستال هم محصول دیگری هستند که برای کاهش هزینه تولید، مورد استفاده قرار می گیرند. البته سلول های تولیدی به اندازه سیلیکون تک-کریستال بازده ندارند. دومین نسل تکنولوژی سلول خورشیدی را با نام سلول های خورشیدی فیلم-نازک می شناسیم. در این سلول ها راندمان قربانی شده، اما محصول تولیدی ارزان تر از کار در آمده و ساخت آن آسان تر شده است. و در نتیجه به طور کلی بازده بهتر می شود. این نسل جدید از سلول های خورشیدی را می توان از مواد مختلفی تولید کرد. از این مواد می توان به سیلیکون غیر متبلور، ارسنیک گالیوم، ایندیوم مس و تلوریوم کادمیوم اشاره کرد.


یک استراتژی دیگر برای افزایش راندامان استفاده از دو یا چند لایه مختلف مواد با band gap های متفاوت است. به یاد دارید که بسته به ساختار، فوتون های با انرژی های مختلف را می توان جذب کرد. لذا با قرار دادن مواد با band gap بالاتر بر روی سطح می توان فوتون های با انرژی بالا را جذب کرد و فوتون های با انرژی کمتر را توسط لایه های پایین تر و مواد با band gap کمتر جذب کرد. این گونه کارایی و راندمان بسیار بهتر خواهد بود. به چنین سلول هایی، سلول چند تقاطعی می گویند. این سلول ها می توانند بیش از یک میدان الکتریکی داشته باشند.

تکنولوژی فوتو ولتائیک متمرکز یکی دیگر از میادین کاری برای توسعه شیوه دریافت انرژی خورشیدی است. به جای شیوه ساده جمع آوری و تبدیل هر میزان از نور خورشید که به زمین می تابد و تبدیل مستقیم آن به الکتریسیته، در سیستم های فوتو ولتائیک متمرکز، از تجهیزات نوری اضافی همانند لنزها و آیینه ها استفاده می شود تا میزان بیشتری از انرژی خورشید برای راندمان بیشتر بر روی سلول های خورشیدی متمرکز شود. علاوه بر اینکه تولید این سیستم ها گران تر از کار در می آید، آنها برخی مزیت ها هم نسبت به سیستم های مرسوم دارند و همین باعث شده که تحقیقات همچنان بر روی آنها ادامه یابد.

همه این نسخه های مختلف تکنولوژی سلول های خورشیدی توسط شرکت های مختلفی حمایت شده و آنها محصولات مختلفی را بر این پایه تولید می کنند. از هواپیماهای مجهز به پنل های خورشیدی تا ایستگاه های فضایی مجهز به سلول خورشیدی و کاربردهای روزمره ای چون پرده ها، لباس ها و کیس های کامپیوتر مجهز به سلول های فوتو ولتائیک. و حتی محققان همچنان به دنبال کشفیاتی جدید تر همچون سلول های خورشیدی اورگانیک هستند.

هزینه های انرژی خورشیدی

شاید تا اینجا شما هم ایده استفاده از انرژی خورشیدی را در سرتان پرورانده باشید. درست است که نور خورشید رایگان است، اما الکتریسیته تولیدی توسط سیستم های فوتو ولتائیک این گونه نیست. فاکتورهای زیادی در نصب سیستم های فوتو ولتائیک تاثیر دارند که مهم ترین آنها قیمت است.

اولین سوال این است که شما در کجا زندگی می کنید. افرادی که در شهرها و مناطق آفتابی زندگی می کنند، مزیت های بیشتری داشته و انرژی بیشتری هم نسبت به مناطق ابری تولید خواهند کرد. البته قیمت تجهیزات اگر چه در مناطق مختلف متفاوت است، اما در همه جا مهم ترین گزینه است.

اما بگذارید به قیمت بپردازیم. با توجه به قیمت های سال ۲۰۰۹، هزینه راه اندازی پنل های خورشیدی خانگی تقریبا ۸ تا ۱۰ دلار به ازای هر وات است. سیستم های بزرگ تر، هزینه بر وات کمتری دارند. اما این را هم باید به خاطر داشت که تقریبا هیچ سیستم انرژی خورشیدی پوشش ۱۰۰ درصدی را برای تان فراهم نمی آورد. لذا هنوز هم شما باید قبض برق را پرداخت کنید، اما میزان آن بسیار کمتر خواهد شد.

البته سیستم های خورشیدی هنوز راه درازی دارند تا بتوانند با شرکت های توزیع برق رقابت کنند. اما به لطف تحقیقات و بهبود تکنولوژی قیمت ها دائما کاهش می یابند. و روزی خواهد آمد که سیستم های فوتو ولتائیک از نظر قیمت در مناطق شهری به صرفه خواهند شد. یکی از مشکلات کارخانه ها این است که حجم تولید باید بسیار بالا رود تا هزینه ها به صرفه شود. و فعلا چنین درخواستی برای فوتو ولتائیک وجود ندارد و قیمت هنوز به سطح رقابتی نرسیده است. اما جهان روز به روز بیشتر نگران مشکلات زیست محیطی پیش آمده توسط منابع انرژی معمول می شود و توجه بیشتری به انرژی های تجدید پذیر چون نور خورشید دارد. و در اینده این داستان جدی تر هم می شود.

داستان انرژی خورشیدی در ایران

تحقیقات روی انرژی های تجدید پذیر و به خصوص انرژی خورشید در ایران هم روز به روز جدی تر شده و اکنون به مرحله ای رسیده است که تولید پنل های خورشیدی هم در ایران انجام می شود. و جالب اینکه مراکز مختلفی هم به این کار مشغول هستند. از سوی دیگر، امسال از نظر حمایت دولتی هم یک نقطه عطف برای انرژی خورشیدی در ایران بود.

طبق آیین نامه ها و قوانین فعلی هر کاربر خانگی در ایران اکنون می تواند از وام های خاص بانکی برای راه اندازی نیروگاه خورشیدی خانگی استفاده کرده و به تولید انرژی مورد نیاز خود بپردازد. و جالب تر اینکه وزارت نیرو، برق مازاد تولیدی را هم با قیمت مناسبی از کاربران خانگی خریداری می کند. اگر چه به عنوان یک درآمد بر روی این کار نمی توان فکر کرد، اما شاید بتواند گوشه ای از هزینه ها را جبران کند.

[hossien]

آیا تا به حال با توجه به اینکه خودتون هم معماری می خونید این مسایل را در طرح یتان پیاده نموده اید؟
یا در سبک معماری ایرانی این موارد را دنبال نموده اید ؟
یا در خانه ها ی این دوره زمونه تو ایران چقدر به این نکات دقت میشه؟

چه راهکاری برای ارائه دارین که از این شرایط در منازلمان استفاده کنیم.