روش های جایگزینی روشنایی مصنوعی با روشنایی خورشید در ساختمان ها

-استفاده از روشنایی خورشید برای روشن کردن فضاهای کم نور در طول روز با تجهیزات نسبتا ساده و کم هزینه از کاربردهای جدید این انرژی است که تا کنون به اندازه دیگر موارد توسعه نیافته است. در این مقاله سعی میشود با بررسی و مرور منابع و ماخذ مختلف ، پیشرفت ها و نوآوری های انجام شده در این مسیر مورد بررسی قرار گیرد.

-ابتدا موارد استفاده ، اثرات و مزایای استفاده از این منبع بزرگ انرژی با تکیه بر منابع موجود ، مورد بررسی قرار می گیرد و سپس به روش های انتقال نور پرداخته می شود. در نهایت روش انتقال با لوله نور به عنوان یک راه حل مورد توجه قرار گرفته و برای انتقال نور طبیعی روز به داخل ساختمان ها و فضاهای بسته بررسی می شود.

-آمارها نشان می دهد مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی و تجاری در حدود ۳۷ کل مصرف سوخت کشور می باشد ، که این بخش در مقایسه با سایر بخش ها نظیر صنعت کشاورزی ، حمل و نقل سهم قابل توجهی را به خود اختصاص داده است. این در حالی است که روشنایی ، خنک سازی و تهویه مطبوع فضا مهمترین عوامل مصرف الکتریسیته در ساختمان ها هستند.

-اگر اقدامات و تدابیر خاصی برای استفاده از نور طبیعی خورشید در ساختمانها به کار گرفته شود ، با وجود آنکه در زمان اجرا موجب افزایش هزینه ساخت می شود ، اما به میزان قابل ملاحظه ای هزینه مصرف انرژی را کاهش می دهد. به نحوی که پس از طی چند سال بهره برداری از ساختمان هزینه اضافی ساخت جبران شده و به کارگیری آن توجیه پذیر خواهد بود.

• مشکل ساختمانهای با طراحی گسترده :

از نظر راندمان انرژی در ساختمانها یک ناحیه غیر فعال ، ناحیه ای در ساختمان است که به روشنایی روز و تهویه طبیعی دسترسی دارد.  عمق ناحیه غیر فعال به دو برابر ارتفاع سقف محدود میشود .  به ساختمانی که وسعت طبقات آن بیشتر از ناحیه غیر فعال باشد ، ساختمان با طراحی گسترده گفته میشود. این گستردگی باعث ایجاد یک ناحیه فعال می شود که به نوردهی و تهویه مصنوعی نیاز دارد  .

-استفاده از نوردهی الکتریکی و تهویه مکانیکی در طراحی و ساخت ساختمانهای با طراحی گسترده به علت عدم دسترسی به نور روز مناسب رواج و گسترش یافته است .

-در مناطق تجاری ساختمانها با بیشترین زیربنای ممکن ساخته می شوند، نتیجه آن ساختمانهای گسترده با نواحی جانبی کم برای دسترسی به نور طبیعی خواهد بود.  مجاورت ساختمانهای بلند با یکدیگر نیز موجب ایجاد سایه و محدود شدن رسیدن نور طبیعی مستقیم به نماهای خارجی ساختمانها می شود. قرار گیری اتاقهای کوچک در نواحی پیرامون ساختمان نیز باعث جلوگیری از ورود نور به نواحی داخلی می شود  .

• انتقال نور به عمق داخلی ساختمان :

برای ساختمانهای با طراحی گسترده که فاصله قسمت های مرکزی از پنجره ها بیش از ۱۰ متر می باشد ، تنها میتوان به وسیله سیستم های انتقال نور ، نور طبیعی را به قسمت های مرکزی انتقال داد .  سیستمهای انتقال نور یا سیستمهای با منبع دور ، سیستم هایی هستند که می توانند نور خورشید را از طریق کانالهای مخصوص به آن نواحی از ساختمان که روشنایی طبیعی کمی دارند و معمولا از اطراف ساختمان دور هستند انتقال دهند.

• جمع آوری نور برای سیستم های انتقال نور :

سیستم های جمع آوری به طور کلی شامل ابزارهای بازتابنده یا شکست نور می باشند.  هدف اصلی آنها گرفتن نور خورشید و هدایت آن از طریق دریچه کوچک به داخل می باشد.  جمع آوری و رساندن نور روز به یک موقعیت مشخص را می توان به  وسیله سیستم های فعال یا غیر فعال انجام داد .

• سیستم هاي جمع آوري غیرفعال :

یک سیستم جمع کننده غیر فعال ، هیچ قسمت متحرکی ندارد . جمع کننده های غیر فعال در یک موقعیت ثابت نصب می شوند. از آن جا که یک سیستم ثابت قابلیت ردیابی نور خورشید در طول روز و سال را ندارد ، به فضای بیشتری برای جمع آوری نور به نسبت سیستم های دارای قابلیت ردیابی نیاز دارد.  افزایش عملکرد سیستم به افزایش اندازه بخش های سیستم جمع آوری و انتقال بستگی دارد.

• سیستم هاي جمع آوري فعال :

سیستم جمع آوری فعال ، مستلزم دستگاه های ردیاب خورشید می باشد تا به طور پیوسته جمع کننده در جهت تابش خورشید قرار گیرد. برتری یک سیستم فعال این است که در هر زمانی ، بیشترین نور روز موجود را جمع آوری کرده و مقدار زیادی از نور روز را از میان یک مقطع عرضی کوچک از سیستم انتقال دهنده عبور می دهد . یک سیستم دنبال کننده به نرم افزار ، سخت افزار و اطلاعات هر منطقه برای دنبال کردن مسیر خورشید نیازمند است.

• فیبرهای نوری :

فیبرهای نوری ، پربازده ترین سیستم ها برای انتقال نور به وسیله بازتاب های داخلی هستند.  آنها معمولا از شیشه سیلیکات یا پلاستیک ساخته می شوند. استفاده از آنها به خاطر هزینه بالا در کاربردهای تزیینی و نورهای مصنوعی محدود شده است.  نور ورودی به فیبر نوری باید بسیار متمرکز باشد؛ زیرا روزنه ورودی آن بسیار کوچک است. بنابراین برای استفاده از فیبرهای نوری در کاربردهای نور طبیعی ، هلیوستاتهای پیچیده برای متمرکز کردن نور ، مورد نیاز است .

• لوله هاي منشوري :

لوله های منشوری تو خالی دارای دیواره های شفاف اکریلیک هستند که به وسیله بازتاب های داخلی ، نور را انتقال می دهند.  معمولا این لوله ها با یک لایه نازک شفاف پلاستیکی از جنس 3M  ساخته می شوند که بازده سیستم را افزایش می دهد.  زاویه نور ورودی به لوله برای هدایت از میان آن باید در گستره خاصی باشد . برای این کار یک دستگاه جمع کننده پیچیده مورد نیاز است. تحقیقات نشان می دهد که این سیستم برای کاربردهای روشنایی روز حدود ۲۰ درصد بازده دارد .

• آرايشی از عدسی ها و آينه ها :

آرایشی از عدسی ها و آینه ها نیز برای انتقال نور استفاده می شود . عدسی ها خواص انتقال دهندگی خوبی دارند و می توانند ، پرتوهای متمرکز نور را به خوبی انتقال دهند و نیز به محیط هادی مانند لوله نیاز ندارد.  سیستم عدسی ها البته هزینه زیادی دارد و علاوه بر این نصب عدسی ها بسیار پیچیده است و دقت زیادی لازم دارد.

• توزیع نور سیستم های انتقال نور :

آخرین بخش تکنولوژی انتقال نور ، سیستم توزیع نور می باشد که نور را برای روشنایی فضا هدایت می کند. نور می تواند در انتهای لوله ، در چند نقطه در طول لوله و یا به طور پیوسته در طول لوله استخراج شود.  علاوه بر این برای روشنایی مناسب همه فضا ، به دستگاهی برای پخش یکنواخت نور در کل فضا نیاز می باشد . وقتی نور از میان لوله نور عبور می کند ، نسبت های معینی از آن باید در فواصل خاصی برای روشنایی طبقات ( لوله نور عمودی ) استخراج شود ، یا در طول یک فضا به صورت یکنواخت پخش شود (لوله نور افقی ) .

• جمع بندی سیستم های انتقال نور طبیعی :

استفاده از سیستم های انتقال نور طبیعی ، نقش به سزایی در افزایش ایمنی و سلامت محیط دارند. به علاوه در کاهش استفاده از منابع تجدید ناپذیر انرژی نیز می توانند بسیار موثر باشند.

به عنوان یک جمع بندی کلی می توان گفت که در سیستم های انتقال نور کوچک ، مانند فیبرهای نوری ، نور ورودی باید بسیار متمرکز و موازی باشد و همچنین به دستگاه های پیچیده تر برای پخش نور در فضا نیاز دارند.

برای سیستمهای انتقال نور بزرگتر ، لوله های منشوری بهترین راه حل برای انتقال و پخش نور می باشند ، زیرا در آن عمل انتقال و پخش ترکیب شده و نسبت به موارد مشابه به نگهداری کمتری نیاز دارند .

با توجه به اینکه کشور ما از برخوردارترین کشورها از روشنایی خورشید است و با توجه به مزایای زیاد استفاده از نور خورشید، انتظار می رود این طرح ها توسط اساتید و دانشجویان مورد بررسی همه جانبه فنی و اقتصادی قرار گرفته و توسط مهندسین معماری در طراحی ساختمان ها مورد توجه قرار گیرد.

در این مقاله ضرورت و اهمیت استفاده حداکثری از نور روز در روشنایی ساختمانها و معایب استفاده از نور مصنوعی بررسی شده است.  همچنین روشهای مختلف انتقال نور روز به قسمتهای داخلی ساختمان و مزایا و معایب هر یک از آنها ارائه شده اند.

برای دیدن لیست کامل مطالب داخل این پاورپوینت قسمت "اطلاعات بیشتر" را ملاحظه نمائید.

منبع اولیه و اصلی تهیه این پاورپوینت :  فایل پی دی اف با همین عنوان و نوشته مهندسین سید ابراهیم موسوی و مهیار ابراهیمی ؛ ارائه شده در نشریه انرژی ایران . که این فایل منبع نیز ، همراه با پاورپوینت برای دانلود قرار داده شده است  .