info@enef.co Call Us 0912 0 28 81 28

میزان انرژی تابشی خورشید و پتانسیل استفاده از سیستم های خورشیدی

مولف: دکتر فرشاد نصراللهی

نقشه های زیر بترتیب میزان انرژی تابشی کل خورشید (Global Horizontal Solar Radiation) و انرژی مستقیم خورشید (Direct Horizontal Solar Radiation) بر روی سطح افقی را در برخی از کشورهای دنیا نشان می دهد. میزان انرژی کل خورشید، مجموع انرژی مستتقیم و پراکنده (Diffuse Solar Radiation) می باشد. مقایسه این تصاویر نشان می دهد که میزان انرژی کل خورشید در جنوب شرقی چین، کشورهای شمال اروپا و محدوده خط استوا بیشتر از انرژی مستقیم خورشد می باشد و در بقیه مناطق تفاوت عمده ای بین این دو میزان نیست. این امر بدلیل میزان زیاد انرژی پراکنده خورشید، که غالبا ناشی از بالا بودن رطوبت نسبی هوا است، در محدوده های مذکور می باشد.

 

همچنین تصاویر زیر بترتیب میزان انرژی تابشی خورشید در کشور ایران و آلمان را نشان می دهد. میزان انرژی تابشی خورشید در مناطق مختلف کشور بین 1200 و 2200 کیلوواتساعت بر مترمربع در سال می باشد که این میزان در کشور آلمان بین 940 و 1200 کیلوواتساعت بر مترمربع در سال متغیر است. این مقایسه نشان می دهد حداقل میزان تابش در کشور ما که در حاشیه دریای خزر اتفاق می افتد برابر با بیشترین میزان انرژی تابشی خورشید در کشور آلمان است که در بخش کوچکی از حاشیه جنوبی این کشور رخ می دهد. بالا بودن نسبی میزان انرژی تابشی خورشید در کشور، حاکی از اهمیت تابش خورشید در طراحی معماری ساختمان ها و اهمیت استفاده از راهکارهای غیرفعال گرمایشی و سرمایشی در اقلیم های کشور است. همچنین این مساله نشان می دهد که استفاده از سیستم های خورشیدی شامل سلول های خورشیدی فتوولتاییک (Photovoltaic) و کلکتورهای حرارتی خورشیدی (Solar Thermal Collectors) در ایران می تواند نسبت به کشور آلمان منجر به تولید بسیار بیشتری برق و حرارت گردد.

 

 

 

 

 تصاویر زیر میزان استفاده از سیستم های خورشیدی فتوولتاییک و حرارتی خورشیدی را در کشور آلمان در سال های مختلف و روند افزایشی آنرا نشان می دهد. مقایسه استفاده از سیستم های خورشیدی در کشور آلمان و بویژه روند افزایشی چشمگیر این سیستم ها در این کشور به رغم تابش بسیار اندک آن در مقایسه با ایران و همچنین میزان بسیار ناچیز تولید انرژی از طریق منابع تجدیدپذیر همچون خورشید در کشور، حاکی از عدم استفاده از این پتانسیل عظیم در ایران می باشد.

 

 استفاده از هر سیستمی زمانی مورد استقبال عموم قرار می گیرد که سرمایه گذاری برای آن از نظر اقتصادی برای استفاده کننده برگشت پذیر باشد و استفاده از سیستم های خورشیدی نیز از این مساله مستثنی نیست. با توجه به قیمت پایین انرژی در ایران به رغم هدفمند سازی یارانه ها و بویژه بدلیل قیمت بالای سیستم های موثر در کاهش مصرف انرژی نهایی همچون سیستم های خورشیدی در ایران، برگشت پذیری سرمایه گذاری استفاده از این سیستم ها را از نظر زمانی طولانی نموده و لذا اینگونه سرمایه گذاری ها را غیر اقتصادی می نماید. در چنین شرایطی نمی توان از مردم انتظار استفاده از سیستم های خورشیدی یا راهکارهای هزینه بر دیگر برای بهینه سازی مصرف سوخت در کشور را داشت و این مسئولیت بر عهده تصمیم گیران و قانونگذاران و سازمان های دولتی است که وظیفه دارند شرایط استفاده از چنین سیستم هایی را فراهم نمایند. فراهم نمودن شرایط اقتصادی استفاده از راهکارهای مذکور برای کاهش مصرف انرژی که ا توجه به شرایط مختلف و بویژه آلودگی بسیار زیاد هوای شهرهای بزرگ کشور بسیاز ضروری و حتی حیاتی می باشد با اقتصادی نمودن استفاده از این روش های تولید یا بهره وری انرژی با راهکارهایی همچون پرداخت یارانه به سیستم های تولید انرژی از منابع تجدد پذیر همچون سیستم های خورشیدی و افزایش قیمت حامل های انرژی امکان پذیر است. هرچند افزایش بیشتر قیمت حامل های انرژی با توجه به شرایط اقتصادی کشور، تنها با فراهم کردن شرایط اقتصادی مناسب آن در جامعه پیشنهاد می گردد. برای پرداخت یارانه به سیستم های خورشیدی می توان از منابع کاهش یارانه های انرژی استفاده نمود.

پرداخت یارانه به سیستم های هزینه بر کاهش دهنده مصرف انرژی یا تولید کننده انرژی از منابع تجدیدپذیر یکی از موثرترین و ساده ترین راهکارهای افزیش استفاده از چنین سیستم ها و گسترش کاربرد آنها می باشد. این روش از جمله روش هایی است که کشورهای مختلف از جمله آلمان از آن طی سالیان متمادی استفاده نموده تا با توسعه تکنولوژی این سیستم ها و کاربرد بیشتر آنها، استفاده از چنین سیستم هایی اقتصادی و فراگیر گردد. همین مساله است که باعث می گردد استفاده از سیستم های خورشیدی در کشوری همچون آلمان با میزان تابش بسیار اندک نسبت به ایران، چنین گسترش یابد.

 

مبدل حرارتی زیرزمینی و صرفه جویی انرژی - در ساختمان اداره فدرال محیط زیست آلمان

نویسنده: دکتر فرشاد نصراللهی

مجموعه مقالات دومین کنفرانس بين‌المللي گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع

چکيده

یکی از راه های کاهش مصرف انرژی ساختمان ها، استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی می باشد. مبدل های حرارتی زیرزمینی از اختلاف دمای عمق زمين و دمای هواي خارج برای پیش گرمایش و پیش سرمایش هواي ورودي به ساختمان استفاده می نمایند.

در این مقاله که به بررسی استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی، میزان انرژی صرفه جویی شده توسط آنها و میزان اقتصادی بودنشان می پردازد، یک نمونه مبدل حرارتی زیرزمینی در اقلیم شهر تبریز مدلسازی شده است.

نتایج این بررسی ها نشان می دهد، استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی می تواند باعث صرفه جویی میزان قابل توجهی انرژی گردد. بعنوان مثال، میزان صرفه جویی انرژی توسط یک نمونه موردی مبدل زیرزمینی به طول 52 متر، که می تواند در یک ساختمان مسکونی کوچک استفاده گردد، در زمستان 3/2409 و در تابستان 4/450 کیلووات ساعت  می باشد.

تحلیل اقتصادی استفاده از این مبدل ها، نشان می دهد که برپایه قیمت حامل های انرژی در ایران در سال 2006، استفاده از یک مبدل حرارتی زیرزمینی، اقتصادی نمی باشد. هرچند بر اساس متوسط قیمت انرژی در کشورهای دیگر، ساخت مبدل حرارتی زیرزمینی برای ساختمان ها در ایران اقتصادی می باشد، چراکه دوره بازگشت چنین سیستمی 2/18 سال و نرخ سود سرمایه گذاری برای ساخت یک مبدل حرارتی زیرزمینی 7/20% است.

 

مقدمه

برای کاهش قابل توجه مصرف انرژی ساختمان ها، بویژه در کشوری همچون ایران که در آن بخش ساختمان و مسکن بزرگترین مصرف کننده انرژی است، تنها استفاده از یک خط مشی و یا راه حل امکان پذیر      نمی باشد. چراکه چنین امری، حتی در صورت موفقیت، تنها بخش کوچکی از مصرف انرژی ساختمان ها را کاهش می دهد. لذا در کنار راه هایی از قبیل صرفه جویی انرژی توسط طراحی معماری، استفاده از مصالح مناسب و عایقکاری پوسته حرارتی ساختمان، استفاده از سیستم های سرمایشی و گرمایشی مناسب، استفاده از منابع انرژی های تجدید پذیر در ساختمان ها و غیره؛ استفاده از تکنولوژی و سیستم های جدید برای کاهش مصرف انرژی ساختمان ها نیز ضروری می باشد. یکی از این راه ها، استفاده از  مبدل حرارتی زیرزمینی است.

برای کاهش مصرف انرژی ساختمان ها بایستی میزان تعویض هوا از طریق نشت از پوسته حرارتی ساختمان ها، به حداقل میزان ممکن کاهش یابد.

در ساختمان های هوابندی شده، برای تامین هوای تازه مورد نیاز ساکنین، ناگزیر بایستی از یک سیستم تهویه مکانیکی استفاده نمود. وجود یک سیستم تهویه مکانیکی در یک ساختمان، نه تنها امکان استفاده از یک مبدل حرارتی هوا به هوا برای بازیافت انرژی هوای خروجی را امکان پذیر  می نماید، بلکه امکان استفاده از یک مبدل حرارتی زیرزمینی برای صرفه جویی انرژی و افزایش بازدهی ساختمان از نظر انرژی را نیز فراهم می کند.

البته استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی تنها به خانه های دارای سیستم تهویه مکانیکی منحصر نمی گردد، بلکه از آنها می توان در ساختمان های دارای سیستم حرارتی هوایی هم استفاده نمود.

دمای عمق زمين در زمستان بيشتر و در تابستان كمتر از دمای هواي خارج مي باشد و از اين اختلاف دما و ويژگي مي توان جهت پیش گرمایش هواي سرد ورودي در زمستان و براي پیش سرمایش هواي گرم ورودي در تابستان و كمك به تامين شرايط آسايش حرارتي بدون صرف انرژي استفاده نمود. از اينرو یکی از راه های كاهش مصرف انرژي ساختمان ها، استفاده از مبدل های زيرزميني است كه هواي تازه بيرون را وارد ساختمان مي كنند.

 

مبدل حرارتي زيرزميني

مبدل حرارتی زیرزمینی، لوله ها و کانال های هوایی هستند که در زیر زمین قرار گرفته و هوای تازه را پس از عبور از آن، وارد ساختمان         می کنند. هوای عبوری از لوله های زیرزمینی از طریق تبادل انرژی با زمین، تغییر دما داده و با دمایی نزدیک تر از دمای هوای بیرون به دمای آسایش، وارد ساختمان می گردد.

طول و قطر لوله های مبدل حرارتی زیرزمینی به اندازه ساختمانی که مبدل در آن استفاده می گردد و به میزان انرژی مورد نیاز بستگی دارد. به عنوان مثال مبدل حرارتي زيرزميني یک ساختمان مسکونی کوچک     می تواند دارای قطری حدود 20 سانتی متر و طولی حدود 40 متر باشد.

[در مبدل های حرارتي زيرزميني ساختمان های کوچک، در زمستان]، هواي سرد بيرون به درون لوله اي به طول 20 تا 50 متر كه در عمق حدود 1 متري زير ساختمان قرار دارد مكيده مي شود ‌‌[1] و بدينصورت دماي هواي سرد بيرون حتي در سردترين روزهاي زمستان قبل از اينكه وارد ساختمان گردد، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در تابستان نيز دماي هواي گرم بيرون با عبور از سيستم مذكور، قبل از اينكه وارد ساختمان گردد، به حد قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد.

عوامل متعددی بر میزان تبادل انرژی بین زمین و هوای عبوری از مبدل حرارتی و درنتیجه بر میزان صرفه جویی انرژی توسط آن موثرند.

نوع خاک، چگالی خاک، ظرفیت حرارتی و ضریب انتقال حرارتی خاک، اختلاف دمای سالانه خاک، فاصله مبدل تا ساختمان های مجاور، سطح آبهای زیرزمینی، نوسان جریان هوای مورد نیاز تهویه و میزان تعویض هوا، دمای هوای بیرون و فاکتورهای مربوط به مبدل حرارتی زیرزمینی از قبیل تعداد لوله های مبدل، طول لوله ها، قطر لوله ها، فاصله بین لوله ها و عمق لوله ها، از جمله فاکتورهایی هستند که بر میزان تبادل انرژی در این مبدل و صرفه جویی انرژی آن موثرند.

 

 نمای داخلی ساختمان اداره فدرال محیط زیست آلمان

 

سیستم تهویه مکانیکی و مبدل حرارتی زیرزمینی

 

ایده های جدید ساختمان های انرژی کارا

نویسنده: دکتر فرشاد نصراللهی - استاد، دانشگاه هنر برلین

بخشی از مقاله پایداری و صرفه جویی انرژی در طراحی پروژه پایلوت ساختمان اداری نسل جدید

ساختمان اداری نسل جدید

با توجه به نتايج شبيه ­سازي و تجزیه و تحليل‌های انجام شده، تحقيقات تئوري و نيز برنامه فيزيکي انجام شده، ساختمان اداري نسل جديد بصورت اولیه طراحی شد. طراحی اولیه این ساختمان بر اساس نتایج مطالعات انجام شده برای هر یک از فاکتورهای معماری از قبیل جهت گیری بهینه، میزان بهینه پنجره‌ها، فرم بهینه، سایبان‌های مناسب و غیره انجام شده است. اين طرح اوليه از جنبه­هاي مختلف بویژه از نظر بهره‌وری انرژی مورد ارزيابي واقع شده و توسعه یافت.

نه تنها نتایج همه شبیه‌سازی‌ها و تحلیل‌های مربوط به بهره‌وری انرژی در ساختمان‌های اداری در طراحی ساختمان‌ اداری نسل جدید به‌کار رفته است، بلکه ایده‌های خاص دیگری نیز برای کاهش مصرف انرژی این ساختمان استفاده شده است.

پنجره‌ سقفی

از جمله ایده‌های بکار رفته در این ساختمان، استفاده از پنجره‌ای سقفی است که استفاده از تابش جبهه جنوبی را برای راهرو‌ها و اتاق‌های شمالی طبقه آخر بنا فراهم می‌کند و بدینگونه منجر به کاهش بیشتر انرژی گرمایشی و روشنایی ساختمان می‌گردد. از آنجا که این پنجره سقفی، بصورت عمودی و رو به جبهه جنوبی است، در زمستان تایش قابل ملاحظه‌ای را برای فضاهای مرتبط با آن فراهم کرده، درحالیکه میزان تابش نفوذی از طریق آن در تابستان اندک بوده و با استفاده از سایبان‌های افقی این پنجره سقفی قابل کنترل می‌باشد.

 

 

تابش گیر سقفی برای افزایش دریافت انرژی تابشی اتاق‌های شمالی

رفلکتور

از دیگر ایده‌های بکار رفته در ساختمان اداری نسل جدید، استفاده از یک رفلکتور برای افزایش دریافت انرژی تابشی فضاهای واقع در جبهه شمالی ساختمان است. این رفلکتور که متشکل از دو صفحه فلزی است و بر روی سقف و در گوشه شمالی ساختمان قرار می‌گیرد، تابش خورشید را در زمستان بر روی جداره و پنجره‌های اتاق‌های شمالی منعکس می‌نماید. زوایای این رفلکتور بگونه‌ای تعیین شده که تابش خورشید را تنها در فصل زمستان به درون فضاهای شمالی منعکس می‌نماید و در تابستان این امر رخ نمی‌دهد. لذا استفاده از این رفلکتور باعث کاهش مصرف انرژی گرمایشی ساختمان شده درحالیکه انرژی سرمایشی ساختمان افزایش نمی‌یابد.

 

استفاده از رفلکتور برای افزایش دریافت انرژی تابشی اتاق‌های شمالی

 

همچنین به منظور اینکه تابش خورشید منعکس شده از صفحات رفلکتور با زاویه بیشتری به سطع جداره شمالی ساختمان برخورد کرده و بخش بیشتری از آن به درون ساختمان وارد گردد، جبهه شمالی ساختمان بصورت عمودی قرار نگرفته، بلکه با 5 درجه شیب به سمت داخل منحرف شده است.

 

افزایش بهره وری انرژی به واسطه ی شاخص های مرفولوژی شهری

افزایش بهره وری انرژی به واسطه ی شاخص های مرفولوژی شهری - گامی به سوی طراحی شهری انرژی کارا

 

نویسندگان: گلناز مرتضایی،  دکتر محمود محمدی،  دکتر فرشاد نصراللهی

  

چکیده:

رشد روز افزون جمعیت،وابستگی به انرژی های تجدید ناپذیرو به تبع آن افزایش رشد مصرف انرژی به ویژه انرژی های فسیلی، که یکی از مهمترین منابع انرژی مصرفی در ساختمانها می باشد،آسیبهای زیست محیطی فراوانی را به دنبال داشته است. در سال های اخیر افزایش نگرانی ها در خصوص تبعات زیست محیطی مصرف انرژی و گرم شدن کره زمین، اصلاح راندمان و بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان ها را تبدیل به یک ضرورت نموده است.اگرچه در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی استراتژی های مختلفی وجود دارد اما با توجه به محدودیت منابع فسیلی و شرایط اقتصادی ایران،طراحی شهری انرژی کارا یکی از کاربردی ترین تمهیداتی است که می تواند در ارتقا عملکرد زیست محیطی بافت های شهری و کاهش مصرف انرژی ساختمان تاثیر بسزایی داشته باشد. در واقع، بررسی و کنترل اثر تجمعی شاخص های مرفولوژیکی شهر،پیشنیازی جهت طراحی بافت های شهری انرژی کارا به شمار می رود که لازم است در مراحل اولیه طراحی، مورد توجه طراحان شهری قرار گیرد. امااغلب پژوهش هایی که تا کنون در ایران در زمينه بهينه سازی مصرف انرژی انجام گرفته است، در مقیاس های جزیی (تک بنا) بوده است، اگر چه اين امربسيار حایز اهمیت است، اما بررسی اثر متقابل ویژگی های مرفولوژیکی را شامل نمی شود، باید توجه داشت آنچه امروزه کمتر در کاهش مصرف انرژی در ساختمانها بدان پرداخته شده است ویژگیهای معماری ساختمانها نمی باشد , بلکه تاثیری است که مرفولوژی شهری در بهینه سازی مصرف انرژی به همراه دارد. از اینرو پژوهش حاضر با به کاربردن روش توصیفی-تحلیلی، در پی آن است که با بررسی تاثیر شاخص های مرفولوژی شهری بر مصرف انرژی ساختمان، درکی عمیق و روشن برای طراحان شهری ازمصرف انرژی را در ارتباط با شاخص های مرفولوژی شهری فراهم آورد ، همچنین نقشی حیاتی در فرآیند تلاش برای نجات محیط زیست شهری و کاهش آثار زیست مخرب زیست محیطی در ایران  داشته باشد.

استفاده از مطالب، تصاویر و جداول این مقاله تنها با ذکر ماخذ مجاز می باشد.

 

مقدمه

در مراحل اولیه شهر نشینی ،انسان می کوشید تا زندگی خود را با محیط پیرامون هماهنگ سازد و از قابلیت های آن به گونه ای بهره گیرد تا آسیبی به طبیعت وارد نگردد. تا اینکه از قرن نوزدهم میلادی با پیشرفت سریع تکنولوژی و متعاقب آن افزایش روند شهرنشینی این رابطه ی دیرینه میان انسان و طبیعت گسسته شد و بشری که تا مدت های زیادی تعادلی را بین خود و محیط پیرامونش حفط نموده بود ، امروز خود به عنصر مخرب طبیعت تبدیل شده است.

 با پیشرفت سریع فناوری و در پی آن رشد روزافزون جمعیت شهری ، توسعه ی مسکن و محلات مسکونی امری اجتناب ناپذیربوده است.به گونه ای که این رشد با سرعتی شتابان ، متخصصان و غیرمتخصصان زیادی را در راستای پاسخ گویی به نیازهای مربوطه به خدمت گرفته است. دخل و تصرف نابجا در طبیعت ، سازهای غیراصولی و خارج از ضابطه ، کمبود انرژی و منابع آن  و متناسب نبودن طراحی محلات و واحدهای مسکونی با شرایط اقلیمی پیامده های منفی فراوانی را به همراه داشته است به گونه ای که جهان امروز رابا مخاطرات زیست محیطی نظیر، گرم شدن کره زمین و تغییرات اقلیمی روبه روکرده و حیات بشری را بیش از پیش تهدید نموده است.

به دلیل افزایش روز افزون اهمیت موضوع محیط زیست و نگرانی ها ی زیست محیطی نظیر گرم شدن کره زمین، که رابطه ای تنگاتنگ با مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای  داردو بخش اعظمی از آن تحت تاثیر شکل و ساختار محلات شهری می باشد، طراحی شهرهای انرژی کارا ، محبوبیت بسیاری در میان برنامه ریزان و طراحان شهری به دست آورده است، که این موضوع اهمیت درک ارتباط بین مرفولوژی شهری و مصرف انرژی را به طور فزاینده ای آشکار می سازد.

 

انواع انرژهای مصرفی در محیط های شهری (Troy et al.,2003)

تحولات بافت های شهری و افزایش معضلات زیست محیطی:

بر اساس گزارش هیئت بین دول تغییر اقلیم، تغییرات اقلیمی ناشی از عوامل انسانی، افزایش غلظت گازهای گلخانه ای (GHG) را در اتمسفر به دنبال داشته است.تحقیقات نشان داده است که دی اکسید کربن (CO2)  مهم ترین گاز گلخانه ای حاصل از فعالیتهای بشر است و افزایش جهانی غلظت CO2 در درجه اول به دلیل استفاده از سوخت های فسیلی و تغییر کاربری اراضی می باشدIPCC,2007).). اگرچه گازهای گلخانه ای سبب بروز پدیده ی تغییر اقلیم  و گرمایش زمین  می شوند و از بعد جهانی حائز اهمیت می باشند و ممکن است به طور مقطعی بی ضررباشند اما در بلند مدت تاثیراتی مخربی بر محیط زیست   .

امروزه افزایش قابل توجه مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای، درشهرهایی در حال وقوع است ،  که با وجود رشد سریع جمعیت شهری، ازاستانداردهای بالای کیفیت زندگی و وفورامکانات بهره مند هستند (Fong et al.,2007). بنابراین، در برخورد با مسائل مربوط به مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه ای CO2، تمرکز بر بخش شهری ، امری ضروری است از این روبرنامه طراحی شهری نقش مهمی را درکاهش گرمایش کره زمین، یا در یک مقیاس کوچکتر، درفرو نشاندن پدیده جزیره گرمایی (حرارتی) (Urban Heat Island) به عهده دارد.

 تلفن:     345  91  377 - 031

تلفکس: 344  91  377 - 031

تلفن همراه: 28  81  028  0912

اصفهان، بلوار کشاورز، سه راه سیمین، ساختمان آرش، واحد 501

ساعات کار

ساعات کار و دسترسی تلفنی با شماره های ثابت

شنبه تا چهارشنبه: 8:00 تا 18:00

پنج شنبه: 8:00 تا 16:00

زمان دسترسی تلفنی با تلفن همراه

شنبه تا پنجشنبه: 8:00 تا 20:00

  

پرسش از کارشناس

درباره ما

 فعالیت غالب مهندسین مشاور آرشیدز انجام پروژه های پژوهشی و اجرایی معماری و شهرسازی بصورت عام و بویژه با رویکرد بهره وری انرژی و همچنین آموزش شبیه سازی انرژی در   ساختمان ها از جمله با نرم افزار مدلسازی دیزاین بیلدر می باشد.  

از دیگر فعالیتهای مهندسین مشاور آرشیدز، مشاوره به شرکتهای مشاور معماری در پروژه های بزرگ معماری برای دستیابی به بهره وری انرژی و طراحی ساختمانها با مصرف انرژی کم و یا انرژی صفر می باشد.

دریافت خبرنامه

برای دریافت خبرنامه و اطلاع از زمان دوره های مدلسازی با نرم افزار دیزاین بیلدر، ایمیل و یا شماره تلفن همراه خود را وارد کنید