معرفی هفت سیستم گرمایشی ایستا Passive heating systems

به روش ها و ابزارهایی که با استفاده از انرژی های رایگان قابل حصول از خورشید، باد و ... به گرمایش و سرمایش ساختمان به طور طبیعی کمک می کنند، سامانه ی ایستا اطلاق می شود.

بحران انرژی امروزه به صورت یکی از مسائل روز جهانی در آمده است. نظر به اینکه یکی از پرمصرف ترین عرصه های انرژی ساختمان است ، این عرصه توجه زیادی به خود مبذول داشته است. در این راه از راهکارهای متنوعی استفاده می شود که یکی از بهترین آنها استفاده از سامانه های ایستا می باشد که جزء کالبد بنا بوده و از نظر نگهداری در طول زمان بسیار به صرفه است.

این منبع مناسب از انرژی های موجود در اطراف بنا و میان آن استفاده می کند و پسماندی برای طبیعت ندارد.

در هر اقلیم با توجه به مشکلات عمده ای که دارد از سامانه های خاص آن منطقه استفاده میشود. به همین دلیل در ابتدا باید ویژگی های اقلیمی منطقه مورد نظر را شناخت تا بتوان سامانه ایستا برای آن طراحی نمود .

فرآیند انتقال انرژی در سامانه های ایستا شامل سه مرحله می باشد :

• دریافت انرژی تجدید پذیر
• انبار آن در محل مناسب
• توزیع به فضای زندگی

دو نوع کلی سیستم غیر فعال (ایستا) Passive :

• گرمایش ایستا Passive heating
• سرمایش ایستا Passive cooling

انواع سیستم های گرمایشی ایستا Passive heating systems  :

1. جذب مستقیم انرژی خورشید با پنجره خورشیدی (Solar window)
2. دیوار ترومب Trombe wall (جذب غیر مستقیم)
3. دیوار آبی Water wall (جذب غیر مستقیم)
4. سقف آبی Water pond    (جذب غیر مستقیم)
5. گلخانه خورشیدی Green house (جذب مجزا)
6. ترموسیفونThermosiphon (جذب مجزا)
7. بنا در پناه خاک (Earth sheltering building)

در این پاورپوینت این هفت سیستم گرمایشی ایستا مورد بررسی کامل قرار گرفته است .

• 1- جذب مستقیم انرژی خورشید با پنجره خورشیدی :

نخستین و ساده ترین سیستم گرمایشی ایستا ، استفاده از سیستم های دریافت مستقیم می باشد  . در این سیستم ها تابش خورشید از طریق پنجره ها وارد فضای داخل می شود و توسط مصالح سنگین ساختمان جذب شده و به تدریج آزاد می شود.

در روش دریافت مستقیم از این فضای داخل به عنوان فضای زندگی ، گردآور خورشیدی و سیستم ذخیره و توزیع گرما به طور یکجا استفاده می شود.  به این ترتیب در این سیستم ها هر پنجره رو به جنوب به عنوان یک سیستم دریافت مستقیم عمل می کند. در حالی که در پنجره های واقع بر جهت های دیگر ، در اکثر موارد ، دریافت انرژی خورشیدی بیش از اتلاف حرارت است.

• 2- دیوار ترومب :

دیوار ترومب پس از آن که فلیکس ترومب آن را در سال ۱۹۶۶ در فرانسه ابداع نمود، به این نام نامگذاری شد .  این دیوار نوعی سیستم غیر فعال خورشیدی است که در پنجره های رو به جنوب اجرا می شود.

دیواری با جرم حرارتی بالا که با فاصله ۹ سانتی متری دیوار جنوبی ساخته می شود. در روز انرژی خورشید در آن ذخیره می شود و در شب به داخل فضا منتقل می شود.  در شب دریچه های دیوار بایستی بسته شوند.

در دیوار ترومب سطحی از دیوار که رو به خورشید قرار گرفته است یا با یک پوشش انتخابگر (ورقه سیاه رنگ ) پوشانده شده و یا با رنگ تیره , رنگ می شود ، این سطح در طول روز نسبتا گرم شده و باعث جریان گرما به سمت دیوار می گردد.

از انجا که دیوار ترومب نسبتا ضخیم می باشد. اغلب 12 اینچ(30 سانتیمتر)- و تاخیر زمانی گرما در ان نسبتا طولانی است ، گرما تا هنگام عصر به سطح داخلی دیوار نمی رسد. شبها تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید.

دیوار ترومب با رسانایی گرما را منتقل می کند و وقتی دریچه دارد جریان همرفتی هم اضافه می شود.

• 3- دیوار آبی :

در دیوار آبی به جای بتن یا مصالح بنایی از آب استفاده می شود . ظرفیت گرمایی آب از ظرفیت گرمایی اکثر مصالح ساختمانی بیشتر است. در نتیجه این دیوار قابلیت ذخیره سازی بسیار بالایی دارد . البته در اینجا باید به این نکته اشاره کرد که از طرفی ساخت دیوارهای آبی با مشکلات اجرایی همراه است و از طرف دیگر جریان آب در دیوار ، انتقال گرما به عمق جدار را سرعت می بخشد، و تأخیر زمانی دیوار به حداقل می رسد.

آب با خاصيت گرمايي متفاوت از مصالحي چون آجر و بتن ، ظرفيت حرارتي بيشتري دارد و در نتيجه با داشتن حجم فضايي محدود بازده بيشتري براي ذخيره گرمايي از خود نشان مي دهد .

• 4- سقف آبی :

سقف ابی یک سامانه ی جذب غیرمستقیم سازگار با اقلیم گرم و خشک با کاربری برای سرمایش و گرمایش فضای داخلی است. این سیستم دارای مشابهت هایی با دیوار ترومب است و در آن آب در کیسه های پلاستیکی سیاه رنگ بر روی یک بام تخت فلزی ذخیره می شود.

در اقلیم های گرم و معتدل از بام مسطح برای انتقال حرارت به فضای زیرین استفاده می شود.

در اقلیم های سردتر استفاده از حوضچه ها در اتاق زیرشیروانی زیر بام شیبدار با شیشه ی رو به جنوب موثرتر خواهد بود.

• 5- سیستم گلخانه ای Green house :

فضای گلخانه در قسمت جنوبی یا مرکزی ساختمان واقع میشود که در اثر پدیده گلخانه ای گرم شده و می تواند به عنوان منبع حرارتی مورد استفاده قرار گیرد.

سیستم گلخانه ای یا فضای خورشیدی یکی از انواع سیستم های غیر فعال خورشیدی است که تابش خورشید را به طور مستقیم دریافت می کند و آن را در دیوارهای خود جذب و ذخیره می نماید. سپس در زمان های مناسب گرمای جذب شده را به فضاهای مجاور خود انتقال می دهد.

در یک فضای خورشیدی یا گلخانه (Sunspace) بر خلاف سیستم های جذب مستقیم و دیوار ترومپ یک اتاق به ساختمان اضافه می شود .

از آنجایی که وظیفه یک فضای خورشیدی فراهم کردن گرما برای بقیه ساختمان است ، میتواند نوسانات دمایی زیاد روزانه را تحمل کند ، بنابراین همیشه دارای شرایط آسایش نیست. در مواقع آفتابی بسیار گرم بوده و در هنگام شب کاملا سرد و معمولا فرض می شود که یک گلخانه دارای نوسان گرمایی از 7-35 درجه سانتیگراد است.

بازدهی گرمایشی گلخانه در مقایسه با اکثر سیستم های غیر فعال خورشیدی بیشتر است ،  زیرا در روزهای آفتابی انرژی خورشیدی جمع آوری و به فضاهای مجاور منتقل می شود و در هنگام شب و روزهای سرد به عنوان یک فضای کنترل نشده عمل می کند و اتلاف گرما را کاهش می دهد .

عمل ذخیره سازی در گلخانه می تواند در دیوار ، کف ، مخازن آبی و یا انباره های سنگی صورت پذیرد.

• 6- سامانه ترموسیفون :

گردش همرفتی یک سیال که در یک سیستم بسته اتفاق بیفتد جایی که سیال سرد به جای گرم در همان سیستم جایگزین می گردد ترموسیفون نامیده می شود. ساختمان و روش کار این سیستم بسیار مشابه دیوار ترمب است. تفاوت اصلی این سیستم ها در صفحه جاذب فلزی است که در فاصله 2 سانتیمتری از شیشه خارجی قرار گرفته است.

• 7- بنا در پناه خاک (Earth sheltering building)

در این روش بخشی از ساختمان یا تمام آن توسط خاک پوشیده می شود تا تبادل حرارتی میان ساختمان و هوای خارج به حداقل برسد.از این روش برای خنک کردن ساختمان هم استفاده می شود.

این سامانه مخصوص مناطقی است که دارای اقلیم گرم و خشک بوده و یا زمستان های بسیار سرد و تابستان های بسیار گرم دارند.

تقریباً ۳ متر خاک مورد نیاز خواهد بود تا مقاومتی به اندازه یک دیوار عایق معمولی ایجاد کرد.

مزیت استفاده از این روش به دلیل بالا بودن مقاومت حرارتی خاک R  نیست ، بلکه به دلیل بالا بودن زمان تاخیر انتقال حرارت آن (6 ماه) در ضخامت های زیاد است.