برای گرمایش خورشیدی پسیو دو اقدام اولیه باید صورت گیرد:
- استفاده از شیشه در وجه جنوبی
- استفاده ازجرم حرارتی جهت جذب کردن، ذخیره سازی و انتشار گرما
در اینجا ۳ رهیافت برای سیستم های پسیو وجود دارد:
کسب مستقیم
کسب غیر مستقیم
ایزوله کردن
هدف همه سیستم های گرمایش خورشیدی ذخیره سازی گرما توسط مصالح ساختمانی و رها سازی آن در زمان هایی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگامی که مصالح ساختمانی گرما را برای استفاده های بعدی ذخیره می نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می نماید.
معمول ترین سیستم خورشیدی پسیو، کسب مستقیم نامیده میشود. کسب مستقیم مربوط به نور خورشید است که از پنجره ها وارد ساختمان میشود و فضای داخلی منزل را گرم میکند. طی ساعات افتابی این گرما در جرم های حرارتی سقف ها یا دیوارهای داخلی با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخیره میشود.
گرمای ذخیره شده در جرم حرارتی در طی ساعاتی که آفتاب غروب کرده است به درون منزل منتقل میشود. طراحییک سیستم کسب مستقیم عبارت است از محاسبه سطح پنجره و میزان جرم حرارتی مورد نیاز جهت گرم کردن فضای منزل بطور کلی مساحت شیشه درکسب مستقیم باید حداقل ۷ صدم مساحت سقف خانه باشد و از ۱۲ درصد ان تجاوز نکند. در کسب مستقیم شیشه های دوجداره نیز توصیه میشوند.
در این سیستم فضای منزل، یک کلکتور خورشیدی، جاذب گرما و سیستم توزیع می باشد. شیشه ضلع جنوبی انرژی خورشیدی را به داخل خانه جایی که جرم حرارتی مانند دیوارها و کف بطور مستقیم و غیر مستقیم تحت تابش این نور قرار می گیرند هدایت می کند. سیستم کسب مستقیم ۷۵-۴۰ درصد از انرژی خورشیدی برخورد کرده به پنجره را مصرف می کند.
در سیستم کسب مستقیم دیوارها و کف ها به عنوان جرم حرارتی بخش های عملیاتی خانه هستند. هم چنین می توان با استفاده از مخازن آب، گرما ذخیره کرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان دشوار می باشد.
جرم حرارتی در اثر جذب گرما در طی روز گرم می شود و در شب گرما را به فضای منزل هدایت می کند اکثر سیستم های خورشیدی پسیو با عطف به جرم حرارتی یا موادی با ظرفیت جذب و ذخیره گرمای بالا (آجر، بتون، موزائیک، آب) کار میکنند. جرم حرارتی را میتوان در نقشه ساختمان، در قسمت های سقف، دیوارهای داخلی، شومینه یا بالکن ها بکار برد. این سطوح نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند اما باید رنگ آن ها تیره باشد. میزان ذخیره سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرمای ویژه و چگالی آن ها میباشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانایی گرما نیز افزایش مییابد.
نکات مهمی که در مورد سقف باید به آنها توجه کرد، عبارتند از:
نوع رنگ، رنگ. بتن، آجر، کاشی های شیشه ای و سرامیک تیره هم چنین دیوارهای داخلی و شومینه جهت ذخیره سازی گرما به جرم بیشتری نیاز دارند. از نقطه نظر انرژی بکار بردن چندین جرم حرارتی در منزل دشوار خواهد بود ولی جرم حرارتی که جهت ذخیره سازی حرارت بکار می رود زیاد گران نیست.
قوانین کلی سیستم کسب مستقیم:
۱- تحلیل یک ذخیره ساز گرمای خورشیدی که برای رسانش گرما به منزل استفاده می شود.
۲- ضخامت مصالح جرم حرارتی از ۱۵,۲۴ سانتی مترتجاوز نکند.
۳- کف هایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند نباید توسط فرش های سرتاسری کاملاً پوشیده شده و تا حد ممکن کاملاً بدون کف پوش باشند.
۴- استفاده از رنگ تیره برای کف ها، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهایی که به عنوان جرم حرارتی استفاده می شوند.
۵- برای هر ۰,۰۹ مترمربع شیشه جنوبی ۶۷.۹ کیلوگرم مصالح ساختمانی یا ۱۵.۱۲ لیتر آب به عنوان جرم حرارتی استفاده می شوند.
۶- حفره های بلوک های بتنی که به عنوان ذخیره ساز حرارتی استفاده می شوند با بتون پر شوند.
۷- استفاده از جرم حرارتی با ضخامت کم درفضای مسکونی با صرفه تر از جرم کلفت تر از سطوح متمرکز کننده می باشد.
۹- مساحت سطوح جرمی بی حفاظ در معرض تابش باید ۹ برابر مساحت شیشه ها باشد.
۱۰- دمای خورشیدی بدون استفاده از جرم حرارتی در کسب مستقیم استفاده می شود.
گرمایش خورشیدی پایه ترین تکنیک خورشیدی پسیو است که شامل افزایش تعداد پنجرهها در وجه جنوبی و جنس پنجره ها به عنوان جرم حرارتی که اغلب در منازل رعایت میشود می باشد. در خانه خورشیدی حدود ۲۵% پنجرهها روبه جنوب بوده و ۳% آن در سقف خانه ها قراردارد. صرفه جویی انرژی در این روش کم بوده اما هزینه پایینی در بردارد.
۲)کسب غیر مستقیم:
در یک سیستم کسب غیر مستقیم، جرم حرارتی بین فضای منزل و خورشید قرار گرفته پرتو خورشیدی که به آن می رسد را جذب می کند و از طریق رسانش به فضای منزل منتقل می کند. سیستم کسب غیر مستقیم ۴۵-۳۰ درصد از انرژی خورشیدی که به شیشه بعنوان جرم حرارتی می رسد مصرف می نماید.
انواع سیستم های کسب غیر مستقیم عبارتند از:
۱- سیستم دیوار انباشتگر حرارت (دیوارهای ترومب)
۲- سیستم حوضچه ای
۳- دیوار آبی
۱)دیوار ترامب:
در این سیستم، جرم حرارتی تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود.
دریچه هایی در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارند که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می دهند. شب ها وقتی که دریچه ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید. این دیوار تکنیکی برای گرفتن گرمای خورشید بوده و توسط مهندس فرانسوی فلیکس ترومب ساخته شد. قسمتی از دیوار جنوبی که از مواد جرم حرارتی مثل بتن ساخته شدهاند را با شیشهای که در فاصله ۰,۰۵ متراز سطح واقع شده است میپوشانند. نور خورشید وارد شده و گرما توسط شیشه محبوس میشود و به دیوار در جذب آن کمک میکند. سپس گرما به داخل خانه در ساعات شبانه و غروب تابیده میشود. دیوارهای ترومب نیازی به تهویه ندارند زیرا هدف گردش هوای گرم بوده و گرفتن گرما از طریق تابش از دیوار میباشد.
دیوار ذخیره ساز حرارت باید جامد باشد و هیچ دریچه یا منفد بازی به بیرون یا فضای منزل نداشته باشد. در تابستان دیوار ترومب بازده بهتری نسبت به روش کسب مستقیم دارد. دیوارهای ترومب با پنجرههای روش کسب مستقیم در همان دیوار ترکیب میشوند. شیشههای دو جداره نیز برای ذخیره حرارت توصیه میشوند بین شیشه و جرم حرارتی ۷,۶۲-۲.۵۴ سانتی متر فاصله باید باشد.
۲)سیستم های حوضچه ایی :
در بام های مسطح ۰,۳-۰.۱۵ متر آب ذخیره می شود. این سیستم بهترین سیستم سرمایشی برای مناطق با رطوبت کم می باشد، ولی برای مناطق مرطوب آب باید در مخازن فایبرگلاس یا پلاستیکی بزرگ قرار گیرد که توسط شیشه پوشیده شده و فضای زیر آن توسط تابش گرم می شود.
۳) دیوار آبی:
آب در مخازن صلبی نگهداری میشود. ظرفیت ذخیره گرمای آب دو برابر بیشتر از جرم حرارتی میباشد. بنابراین به نسبت حجم کمتر از جرم حرارتی نیاز میباشد. حداقل ۱۳,۲۳ لیترآب به ازای هر فوت مربع شیشه در مخزن ریخته میشود. حتی یک لوله داغ داخل دیوار یا یک استخر نیز بعنوان جرم ذخیره ساز حرارت استفاده میشود.
قوانین کلی سیستم کسب غیر مستقیم برای دیوارهای ترومب:
1- دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره رنگ باشد .
2- حداقل فاصله ۰,۱ متر بین دیوار جرم حرارتی و شیشه وجود داشته باشد.
3- دریچه هایی که در دیوار جرم حرارتی استفاده می شوند، باید هنگام شب بسته باشند .
4- اگر عایق متحرک شبانه در سیستم دیوار حرارتی استفاده شود، مساحت دیوار جرم حرارتی حدود ۱۵% کاهش می یابد .
5- اگر جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریبی ان ۰,۳۵-۰.۲۵ متر برای بتن۰.۴۵-۰.۳ متر برای خشت خام وسایر مصالح ۰.۳-۰.۲ متر و برای آب حداقل ۰.۱۵ مترباید باشد.
۳)ایزوله کردن خانه :
یک سیستم ایزوله مجموعه بخش هایی جدای از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشتگر خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم ها عایق نمودن منزل مسکونی می باشد.
سیستم ایزوله ۳۰-۱۵ درصد از نور خورشید که به شیشه جهت گرمایش فضای منزل می رسد را استفاده می کندو هم چنین انرژی خورشیدی را در اتاق های خورشیدی حفظ می نماید.
ظاهراً اتاق های خورشیدی یا گلخانه های خورشیدی ترکیبی از سیستم های کسب مستقیم و غیر مستقیم می باشند. نور خورشیدی ورودی به اتاق خورشیدی در جرم حرارتی ذخیره می شود . نور خورشید توسط رسانش از دیوار جرمی مشترک بین منزل و گلخانه به داخل منزل منتقل می شود.
پمپ های حرارتی با استفاده از انرژی مکانیکی، انرژی حرارتی را از یک محل به یک منبع حرارتی منتقل می کنند. پمپ های حرارتی که بوسیله الکتریسیته راه اندازی می شوند در مقایسه با گرمکن های الکتریکی یا سوخت های گران قیمت دارای دو مزیت هستند:
ضریب عملکرد (COP) این پمپ ها به اندازه ای بالاست که می توانند بازای هر کیلووات ساعت انرژی تغذیه شده به کمپرسور، ۱۱ تا ۱۵ مگاژول گرما بدهند که این امر موجب صرفه جویی در هزینه های تامین انرژی می شود. پمپ های حرارتی آب به هوا، که از آب گرم شده توسط خورشید به عنوان منبع انرژی اواپراتور استفاده می کنند را می توان به عنوان منابع کمکی گرمایی استفاده کرد. استفاده از آب مشکلات یخ زدگی را دارد که باید مد نظر قرار گیرد. سیستم های خورشیدی که از سیال مایع استفاده می کنند در دمایی کمتر از سیستم های متداول کار می کنند و از تجهیزات بیشتری برای هدایت گرما به ساختمان استفاده می کنند.
اصفهان - بزرگراه شهید میثمی، ابتدای بلوار کشاورز، برج آزاد، طبقه 7 ، واحد شماره 8 ، پرتال جامع انرژی
info(@)energyenergy.ir