سامانه های گرمایشی و سرمایشی ایستا یا غیرفعال خورشیدی

-انرژی رایگانی که خورشید در اختیار بشر می گذارد ، می تواند به بهترین نحو به گرمایش و سرمایش ساختمان ها کمک کند.

دو راه برای استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان وجود دارد :

• سیستم های فعال active method
• سیستم های غیر فعال passive method

سيستم هاي فعال :

سيستم هاي فعال خورشيدي ، به سيستم هايي گفته مي شود كه انرژي خورشيد را به كمك تجهيزات مكانيكي و انرژي هاي ديگر (معمولا الكتريكي ) جمع آوري و ذخيره مي كنند ، تا در زمان مناسب به فضاي داخلي ساختمان انتقال دهند.

سيستم هاي غیر فعال :

 سيستم هاي غير فعال خورشيدي به سيستم هايي گفته مي شود كه انرژي خورشيدي را بدون استفاده از سيستم هاي مصرف كننده انرژي نظير دمنده، پمپ يا كنترل كننده هاي پيچيده ، جمع آوري ، ذخيره و توزيع مي كنند. با اين شيوه ، اجزاي مختلف يك ساختمان به طور همزمان ، انتظارات مختلف مطرح در زمينه هاي معماري ، سازه و انرژي را برآورده مي سازند .

به روشها و ابزارهايي 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 ي ايستا اطلاق مي شود

در صورت استفاده از سامانه های ایستا ، کیفیت و چگونگي معماري ساختمان مهمترین عامل اثر گذار بر سرمایش و گرمایش می باشد.

سامانه های ایستا به دو دسته قابل تقسیم هستند :

• سامانه های گرمایشی ایستا  Systems Passive Heating
• سامانه های سرمایشی ایستا passive cooling systems

سامانه هاي گرمايشي ايستا :

به روش ها و ابزارهایی که به گرم کردن ساختمان به طور طبیعی و با استفاده از عوامل طبيعي مانند خورشید و خاصیت مصالح مي پردازند و وابستگي به انرژي هاي فسيلي را براي گرمایش کاهش می دهند ، سامانه هاي گرمايشي ايستا گفته مي شود.

اصلی ترین سامانه های گرمایشی ایستای خورشیدی عبارتند از:

• 1-جذب مستقیم ( پنجره خورشیدی – اتریوم )
• 2-جذب غیر مستقیم ( دیوارسنگین - دیوار ترومب - پانل ترموسیفون – دیوار آبی – حوضچه های بام )
• 3- جذب مجزا ( بالکن های شیشه ای- گلخانه خورشیدی – بستر سنگی – جذب از راه دور )

دریافت مستقیم خورشیدی direct sun light  :

نور خورشید از طریق بازشوهاي جبهه ي جنوبي به طور مستقیم وارد ساختمان مي شود . در واقع هر پنجره ای رو به جنوب یک سامانه جذب مستقیم ایجاد می کند .در حالی که پنجره های واقع بر جهت های دیگر, بیش از آنکه گرما را جذب کنند ، در زمستان آن را از دست می دهند. جرم حرارتی در داخل ساختمان گرما را جذب می کند ، تا هم مانع از بر افروختگی ساختمان به هنگام روز شده و هم آن را برای استفاده در شب ذخیره سازد.

نخستین و ساده ترین روش دستیابی به گرمایش خورشیدی 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.

• آتریم Atrium :

آتریم یک فضای میانی در بنا است مانند یک حیاط مرکزی که مسقف است و اطراف آن را بخش هایی از ساختمان در بر گرفته است.  یک آتریم آفتابی ، آتریمی است که سقف شیشه ای دارد. انرژی خورشیدی از طریق سقف شیشه ای به فضای داخلی وارد می شود . در فضای داخلی جمع می شود و بخشی از آن به فضاهای داخلی اتاق ها وارد می شود ، فضاها گرم می شود و بخشی از گرما در مصالح ساختمانی ذخیره می گردد .

• جذب غیر مستقیم :

توده ي حرارتي در این روش میان پنجره هاي جنوبي و فضاي زندگي قرار گرفته و در نتیجه حرارت مستقیم خورشید وجود نخواهد داشت.  از این رو به این سامانه جذب غیر مستقیم گفته مي شود.

• دیوار سنگین thermal mass wall :

حرارت خورشید را به طور مستقیم دریافت کرده و با ظرفیت حرارتی بالای خود آن را ذخیره می نماید و سپس در فضای داخلی پخش می کند .

• دیوار ترمب wall Trombe :

دیوار ترمب سیستمی مشابه دیوار سنگین است. تنها تفاوت آن با دیوار سنگین این است که دیوار ترمب دارای دریچه هایی در روی دیوار سنگین در بالا و پایین به داخل فضا می باشد.  دریچه ها در داخل فضا دمپرهایی برای باز یا بسته شدن و کنترل جریان هوا دارند.

این دیوار نوعی دیوار خورشیدی است که در بالا و پایین آن دریچه های تهویه قابل کنترل در نظر گرفته می شود تا انتقال گرما از طریق همرفت امکان پذیر گردد.  با تابش خورشید به دیواره ، گرما در فضای بین جدار و شیشه محبوس می شود و باعث افزایش جذب گرما توسط دیوار می گردد. شب هنگام دریچه ها بسته میشوند و در اثر تأخیر زمانی ، تابش گرما از دیوار به فضای داخل صورت می گیرد  .

• پانل ترموسیفون thermo siphon :

ساختمان و روش کار این سیستم بسیار مشابه دیوار سنگین است. تفاوت اصلی این سیستم ها در صفحه جاذب فلزی است ، که در فاصله 2 سانتیمتری از شیشه خارجی قرار گرفته است.  بر اساس جریان همرفتی ،  همواره هوای گرم از پایین به بالا می رود که به آن خاصیت دودکش می گویند. خاصیت تر موسیفون نیز بر این اساس استوار است .

• 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 .

• حوضچه های بام :

یک سامانه ي جذب غير مستقیم سازگار با اقلیم گرم و خشک با کاربری برای سرمایش و گرمایش فضای داخلی است.  در این سامانه آب با ارتفاع 10 تا 20 سانتیمتر در کیسه هاي پلاستيکي روی یک عرشه فلزي صاف روی بام قرار مي گيرد.

 در اقلیم های گرم و معتدل از بام مسطح برای انتقال حرارت به فضاي زیرین استفاده می شود. در اقلیم های سردتر استفاده از حوضچه ها در اتاق زیر شیرواني زير بام شیب دار با شیشه ی رو به جنوب موثرتر خواهد بود.

 نکته ی مهم در مورد سقف ها در این سامانه ، مجهز بودن به عایق رطوبتي است . ولي براي تبادل حرارت نباید عایق حرارتی داشته باشد .

• جذب مجزا :

در این سامانه چون عمل گردآوری جذب و ذخيره ي انرژي در فضايي مجزا از فضاي زندگي صورت مي گيرد ، این سامانه جذب مجزا نام دارد. در این سامانه گردآور می تواند مستقلاً در هر مکان مناسب و سازگار با ساختمان برای جذب انرژي خورشيدي بيشينه قرار بگیرد.

• بالکن های شفاف balcony Transparent :

شیشه ای کردن یک بالکن به معنای این است که دور بالکن را با شیشه بپوشانیم در حالی که بالکن از اتاق پشتی نیز با یک جداره شیشه ای جدا شده است .  بالکن شیشه ای بایستی دارای بازشوهایی باشد تا از پیش گرمایی در فصل تابستان جلوگیری شود.  این سیستم سیستم خوبی برای استفاده از حرارت خورشید جهت گرمایش در زمستان است.

• فضای آفتابگیر green houses :

فضای آفتابگیر فضای بسته شیشه ای است که به دیواره خارجی بالاخص در جهت جنوبی می چسبد .

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.

این سیستم به وسیله دیوار سنگین یا دیوار ترمب  ( بدون قسمت شیشه ای ) و یا به صورت ترکیبی ، یعنی دیوار سنگین و در و پنجره های شفاف میتواند پاسخ مناسبی باشد.  نور خورشید پس از تابیدن به فضای آفتابگیر به حرارت تبدیل می شود.

• بستر سنگی :

بستر سنگي روشي است براي افزايش توده ي حرارتي و به تبع آن افزایش توان ذخيره ي انرژي در ساختمان.  حرارت جذب شده از دیگر سامانه ها بوسيله ي دمنده يا بطور طبيعي براي ذخيره شدن به بستر سنگی وارد میشود .  گرمای ذخیره شده در بستر سنگی معمولاً کف بتنی با تأخیر زمانی چند ساعته از طریق رسانش و تابش به فضاي داخلي منتقل مي شود .

• جذب از فاصله ی دور :

این سامانه حتماً به ساختمان متصل نیست و نوعی گردآور است که در دو نوع بدون انباره و با انباره وجود دارد.

سامانه های سرمایشی ایستا :

روش ها و ابزارهایی که به سرد کردن ساختمان به طور طبيعي و با استفاده از عوامل طبیعی مانند باد، خاک آب و خاصیت مصالح مي پردازند و وابستگي به انرژي هاي فسيلي را براي سرمایش کاهش مي دهند، سامانه هاي سرمايشي ايستا گفته مي شود.

1- سرمایش تبخیری :

از آنجا که تغییر حالت آب از مایع به بخار ،  تبخیر،  با جذب حرارت قابل توجه از محیط پیرامون همراه است ، گرمای نهفته ی تبخير ، سرمایش تبخيري به عنوان يکي از سامانه هاي ايستا براي ايجاد آسایش در فصل گرم سال مطرح می شود.

سرمایش تبخیری می تواند به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم مطرح شود .

مشهورترین انواع سرمایش با تبخیر غیر مستقیم :

• حوضچه های روی بام
• اسپری کردن بام

2- سرمایش با جریان هوا :

میزان تأثیر تهویه در تغییر دماي هواي داخل ساختمان به رنگ سطح خارجي ديوارهاي آن ، ویژگی مصالح ساختمان ، اندازه ي پنجره ها و کیفیت سایبان آنها بستگی دارد .