خانه /
مدیریت اتلاف انرژی برای رسیدن به سیستمی بدون آسیب

مدیریت اتلاف انرژی برای رسیدن به سیستمی بدون آسیب

تاریخ: ۱۴۰۰/۰۲/۰۶

موضوع:

مدیریت اتلاف انرژی برای رسیدن به سیستمی بدون آسیب

گرداوری و تدوین : کسری امیری،

پاییز و زمستان 1394 _دانشگاه پارس_تهران_ایران

 

مقدمه:

انواع انرژی ها در ایران به قیمت ارزان و بسیار قابل دسترس و کنترل نشده میباشد و در حال مصرف اند این امر موجب مصرف بی رویه ما از این موهبت الهی شده است.

حال با عنایت به پیشرفت های روز افزون،ایران به عنوان یکی از غنی ترین منابع انرژی تجدید پذیر در جهان ، صنعت ساخت و ساز (خرد و کلان) دیدگاه نوین و مدیریت بهتری را طلب میکند.

لذا با علم بر این که منابع فسیلی رو به اتمام و تخریب محیط زیست میباشد باید تدابیر انعطاف پذیری در این راستا متوجه شویم.با انقلاب کشاورزی و پس از ان انقلاب صنعتی در بازه زمانیه 1700_1850م انسان به صورت بی حد و مرز از منابع طبیعی استفاده کرده است و بدون در نظر گرفتن جایگزین منابع برای نسل های اینده و به هم ریختگی عادات طبیعی موجودات در اکوسیستم و همچنین تخریب ان همه باعث گسیختگی منابع طبیعی شده است.

حال با پا گذاشتن انسان به دوره ی تکنولوژی، آسیب های وارد شده به محیط زیست و مشکلات حاصل از این آسیب ها به دنیای پیرامون، مورد توجه دلسوزان و سران محیط زیست قرار گرفته تا جایی که مسئولین و متخصصین با ایجاد ارتباطی بین توسعه و محیط زیست (ترویج و باز پرداخت محیط زیست)مبحث توسعه پایدار را با هدف استفاده درست از منابع طبیعی به اندازه توان محیط، و برای آیندگان مطرح نموده است.

برای مثال زمستان ها در هوای گرم خانه با لباس های تابستانی هستیم و در تابستان ها از سرمای کولر شکایت میکنیم همه ی این مسائل ناشی از عدم کنترل انرژی سبب ضرر های جبران ناپذیری به کره زمین و خود ماست. که شاید امروز کمتر با ضرر های ان رو به رو شویم و از دیده نهان باشد. پروسه خلق ارزش و تغییر رفتار مردم در رابطه با اصلاح عادات و رفتارشان در مواجهه با انرژی زمان بر و طاقت فرسا خواهد بود اگر تنها با اطلاع رسانی باشد.با نگاهی نوین برای رفع این مشکلات در سیستم های ساختمانی چه داخلی و چه خارجی بسیار سریع تر به اهداف حفظ محیط زیستی خواهیم رسید، نگاهی به انرژی هایی که روزانه در اطراف ما وجود دارند و کمک به پیشبرد کار های ما میکند مثل آفتاب (تابش نور خورشید)،  باد های غالب و منطقه ای ،زمین گرمایی ، انرژی حاصله از امواج دریا ها، و... و یا حتی مواد زائد خوراکی هایمان همه و همه میتوانند به پیشبرد این نظریه ها و محیطی پاک و پایداربه ما و نسل های اینده کمک کنند.

 

اگر مقداری پودر تالک تهیه کنیم، انگاه یک لامپ 100w روشن کنیم، وقتی لامپ گرم شد و اطراف خود را گرم کرد.مقداری از ان پودر تالک را از فاصله ی نیم متری روی لامپ بریزیم،پودر قبل ان که روی لامپ بریزد به طرف بالا بر میگردد. حال اگه فاصله را بیشتر کنیم و دوباره پودر تالک را روی ان بریزیم پودر در هوا قبل رسیدن به میز به سمت لامپ کشیده میشود ، و به این ترتیب جریان هوا که نامرئی بوده برایمان قابل رویت میشود.

در سطح بسیار وسیع تراز کره ی زمین همین اتفاق رخ میدهد و بادی مناسب با جا به جایی هوا در تمام فصول سال جریان پیدا میکند.

به بیان دیگر: باد از خورشید حاصل میشود، در اثر تابش خورشید زمین گرم میشود و هوای اطراف آن گرم و سبک میشود و به سمت بالا حرکت میکند و هوای سرد و سنگین اطراف جای آن را فرا میگیرد که و این عمل همرفت یا جا به جایی هوا در مقیاس بزرگ کره ی زمین باعث تولید باد میشود .

جالب است بدانیم جریان های همرفتی و جابه جایی ، از تاریخ های دور و دراز استفاده های زیادی می شده .مثلا برای به حرکت در آوردن قایق ها از چادر های محکم و نخی استفاده میکردند که با برخورد باد به پشت آن سبب حرکت قایق ها و کشتی های بزرگی در اقیانوس بی کران می شده است، در این جا در می یابیم که باد نیز میتواند انرژی باشد یا حتی میتواند انرژی تولید کند اما چگونه؟!

باد در مناطق مختلف با توجه با ارتفاع از سطح زمین بسته به پوشش طبیعی و دست انداز ها می تواند جریان و شدت های متفاوتی داشته باشد، حال باتوجه به این مطلب میتوانیم این انرژی پاک و خدادادی را به کار بگیریم با قرار دادن توربین در مسیر حرکت آن یا قرار دادن باد شکن مسیر باد را تغییر دهیم و ان را به جای دیگر برای بازدهی بهتر استفاده کنیم .خود باد یک نیروی مکانیکی بزرگ و قوی می باشد یا باد یک بازوی عضلانیه قوی میباشد که میتواند سبب تبدیل انرژی های دیگر یا پیشبرد کار های مکانیکی ما شود ، مثال بارز ان اسیاب های بادی که انرژی باد را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند ، هلند کشوری است که اسیاب های بادی بسیاری دارد و از قرن ها پیش از ان در جهت اسیاب غلات، زه کشی و بریدن چوب استفاده میشده است و مزرعه های بادی ، مزرعه هایی اند که در انجا توربین های بادی انرژی باد را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. و ما با این تفکر و زمینه های فکری از آسیب به زیستگاهمان زمین جلوگیری می کنیم

حال راهکارها و روش هایی برای کنترل و مقابله با این از هم گسیختگی انرژی و منابع طبیعی در منازل مسکونی خواهیم داد.

  1. امروزه تکنولوژی استفاده از انرژی باد در بسیاری از کشور ها در دسترس بوده و ارزان ترین راه برای تهیه الکتریسیته از مشتقات انرژی خورشید تشخیص داده شده است (شبکه ملی مدارس سایت رشد) شایان به ذکر هستم که باید به عنوان طراح و معمار در تخصص پایداری انرژی به چرخه ی مقابل توجه کنیم .

Screenshot (41) copy

حال با قرار دادن توربین بادی به هر طرح و مشخصه ی فنی ، باتوجه به اقلیم و ارتفاع و کار بری ساختمان در طول شبانه روز میتوانیم در محوطه یا بام ساختمان ان را قرار دهیم نحوهی عملکرد ان به این گونه است ، توربین بادی یک قسمت چرخان تیغه دار دارد که به یک میله متصل است، وقتی باد به تیغه ها برخورد کند قسمت چرخان به حرکت در امده و در نتیجه میله متصل به ان شروع به چرخش میکند از چرخش میله میتوان برای انجام کار های مختلف  تولید انرژی مکانیکی و الکتریکی استفاده کرد هرچه باد شدید تر باشد میله سریع ترمی چرخد و انرژی وانرژی تولیدی بیشتر خواهد شد .

با این حساب یکیاز روش های تولید انرژی الکتریکی را پیدا کردیم . حال ما میتوانیم با ذخیره ی ان در منبع ذخیره انرژی حاصله از باد را در منازل مسکونی به کار گیریم ، حتی با براورد و محاسبات فنی دقیق تر امکان دارد انرژی ذخیره شده بیش از حد نیاز ساختمان مسکونی باشد و در اخر منجهر به فروش ان به همسایه های مجاور باشیم که خود این هزینه بدست امده از فروش انرژی تولید شده توسط ساختمان، برای همان ساختمان دوباره خرج شود .

  1. خورشید: خورشید راکتور هسته ای بسیار عظیم است ،  که ماده درانجا براثر همجوشی هسته ای به انرژی تبدیل میشود دمای داخلی ان حئود 15 میلیون درجه سانتی گراد است. انرژی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فروسرخ، و فرابنفش، به ما میرسد 1 کیلو وات بر مترمربع است. خورشید به توپ بزرگ اتشین شباهت دارد که 100 بار بزرگ تر از زمین است.

البته تمام این انرژی به سطح زمین نمیرسد و مقداری از ان جذب لایه های اتمسفری می شود با این حال ان مقداری که به سطح زمین به دریا ، کوه ها، دشت ها، و شهر ها میتابد قابل استفاده میباشد و نبود ان باعث از بین رفتن این کره خاکی خواهد شد .

ما انسان ها برای زندگی کردن حتی انجام کوچک ترین کاردر زندگی نیاز به انرژی داریم اما باید بگوییم که نه فقط انسان ها و موجودات بلکه دستگاه ها و ماشین الات و حتی خانه های ما هم برای این که عملکرد های خود را درست و کامل ایفا کنند نیاز به انرژی دارند و نباید که فقط از سوخت های فسیلی برای رفع نیاز خود بهره بگیریم . خداوند این منبع نورانی و انرژی را در اختیار ما گذاشته که بهره بجوییم حال که موضوع بحث ما راجب ساختمان های مسکونی میباشد بیاییم از انرژی خورشید و تابش و گرمای ان برای گرم کردن اب ، برای تئلید برق ، و گرم کردن فضا های داخلی بهر بگیریم یکی از تدابیری که میتوان راحت توضیح داد این است که انرژی و تابش خورشید را در نقطه هایی جمع اوری و متمرکز کنیم و نگذاریم که فرار کند و بتوانیم در طول روز و شب بدون تخریب زیست بوم و بدون تولید الاینده ، و نگرانی  زندگی خودرا در منازل مسکونی بگذرانیم .

استفاده از دستگاه های فتوولتائیک یا سولار پنل ها میباشد.

عبارت فتوولتائیک ترکیبی از فتو به معنای نور با ولت به معنای تولید الکتریسه نور است.

اجزای این سیستم پانل های خورشیدی ، باتری های ذخیره، مبدل برق مستقیم، دستگاه کنترل کننده، و کابل ها یارتباطی می باشند.

و نحوه ی کار ان به این گونه است: در یک کریستال، پیوند ها ( بین اتم های سیلیکون) از الکترون تشکیل شده که بین اتم های کریستال تقسیم میشند. وقتی نور به سطح کریستال می تابد جذب میشود و این نور باعث تحریک یکی از الکترون ها در یکی از اتم ها میشود و ان را به سطح بالاتر انرژی هدایت میکند. این الکترون با این انرژی و با استفاده از میدان الکتریکی موجود در یک مسیر مشخص و با ازادی بیشتر نسبت به حالت قبلی که دربند بود حرکت میکند. و حرکت ازادانه الکترون به معنی ایجاد جریان میباشد، با وصل کردن سیم مسی به بالا و پایین تین سلول خورشیدی میتوان جریان تولید شده را به تسخیر در اورد (سایت علم فردا )

وسپس برق تولید شده را ذخیره و توضیع میکنیم .

 

 

) پتانسیل واقعی انرژی خورشید متاثر از عوامل متعددی نظیر زمان تابش، فصول مختلف سال ساعت های مختلف در روز، مناطق جغرافیایی و شرایط آب و هوایی است. کشور ایران در بین مدار های 25 تا 45 درجه شمالی قرار گرفته و به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط مختلف جهان در بالاترین رده قرار دارد. میزان تابش خورشید در ایران بین 1700 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است .

امروزه در خانه هایی با جهت گیری جنوبی تابش خورشید در زمستان ها به داخل ایوان نفوذ میکند و فضای ایوان را گرم میکند که خود میتواند نوعی پرده حرارتی به حساب اید ، اما در تابستان مسیر حرکت خورشید درست در بالای سرمان و یا بالای پشت بام است ، به طوری که سایه ایجاد میکند ، بنا بر این سمت جنوب را برای افتاب گیری زمستانی بزرگ تر و کشیده تر و سمت شمال را برای دوری از باد های زمستان کوتاه تر ساخت .معماران با در نظر گرفتن شرایط چرخش و تابش خورشید میتوانند در خلق معماری بنا، ساختمان هایی را به وجود اورند که برای تمام فصول فضای مناسبی برای سکونت داشته باشد. یک خانه طراحی شده با گرمایش طبیعی خورشید، صورت حساب مصرف انرژی را میتواند تا 75% کاهش دهد.

در شرایط ایده ال طویل ترین دیوار خانه بایدرو به جنوب خورشیدی باشد، تا حد اکثر جذب گرمای زمستان و حداقل مقدار در تابستان را داشته باشد، به هرحال دیوار جنوبی میتواند 30درجه شرقی با غربی نسبت به جنوب خورشید قرار گیرد که بستگی به اقلیم منطقه دارد. در مناطق سرد چرخش به سمت غرب و در مناطق گرم چرخش به سمت شرق مطلوب است.

به دلیل توجه ما به سیستم های غیر فعال خورشیدی، ضرورت است که تعریف کوتاهی از سیستم های فعال و غیر فعال خوشیدی و تفاوت ان ها بپردازیم.

  • سامانه غیر فعال: ساختمان ها به گونه ای طراحی میشوند که نیاز های گرمایش ، سرمایش و نوررسانی در آن ها به صورت طبیعی و همساز با اقلیم تامین گردد، و نیاز به فعالیت و تجهیزات گرمایی و سرمایی به حداقل میرسد.

 

  • سامانه فعال: سیستم هایی که قادر به ذخیره انرژی میباشندو در نتیجه در زمان دلخواه قادر به استفاده از ان هستیم .

 

روش های خورشید غیر فعال در 3 دسته بندی زیر قرار میگیرند.

1) دریافت مستقیم: این روش به وسیله تابش خورشید است که مستقیم به داخل نفوذ میکند، در این روش برای استفاده بهینه از تابش خورشید میتوان از راهکار های زیر استفاده کرد

1_1 جهت گیری ساختمان: جهت گیری به سمت جنوب در بهره گرفتن انرژی خورشید مناسب است و ساختمان به نحوی قرار گیرد که طول سال از باد های نامطلوب محفوظ و ضمنان در فصل گرم سال بتوان از نسیم ها و باد های مطلوب برای تهویه طبیعی استفاده کرد.

1_2 نحوه ی جانمایی و استقرار از فضا ها: فضا های داخلی به 2 دسته ی اصلی و حایل تقسیم میشوند، فضا های اصلی بیشتر زمان افراد در ان جا مشغول فعالیت اند و فضا های حایل ساکن ندارد و به صورت مستمر کسی در انجا قرار نمیگیرد ، بهتر است فضا های حایل و اصلی طوری قرار گیرند که فضای  حایل بین فضای اصلی و جبهه های نا مطلوب ساختمان ( از نظر حرارتی ) قرار گیرند تا انتقال حرارت از فضا های اصلی به خارج در اوقات سرد سال به حد اقل برسند.

و فضا های اصلی باید حتی الامکان رو به جبهه های مطلوب ساختمان قرار داشته باشند . و جبهه های مطلوب به ترتیب اهمیت جنوبی، شرقی، شمالی ، با استقرار فضا های اصلی رو به جنوب در اوقات سرد بخشی از گرمای مورد نیاز ساختمان از طریق تابش افتاب به داخل تامین میشود.

1_3 جذب مستقیم: بنا های با جذب مستقیم به پنجره هایی رو به جنوب نیاز دارند، که پنجره های خورشدی نامیده میشوند وابسته اند.

نور خورشید با امواج تول موج کوتاه از شیشه گذر کرده و به سطح اجسام داخل فضا می تابد و آن هارا گرم میکند و موجب انتشار امواج با طول موج بلند مشوند. و دیگر قادر به عبور از شیشه نیست و داخل خانه حبس میشود که پدیده گلخانه رخ میدهد . لازم به ذکر است که صرفا پنجره های جنوبی و سقففی در جذب مستقیم کارایی دارند و در غیر این صورت در فصول سرد سایر پنجره ها به جای این که انرژی کسب کنند ، ان را هدر میدهند ، پنجره ها باید دو جداره باشند مگر این که اقلیم مورد نظر گرم و معتدل باشد.همچنین کلیه جداره های خارجی ساختمان باید دارای عایق حرارتی باشند. میزان ارزش پنجره های آفتابی مرتبط با اقلیمی است که طراحی میشود .

2)دریافت غیر مستقیم: با به کارگیری برخی مصالح جاذب حرارتی، تابش خورشید را ذخیره کرده و پخش می کنند. برای استفاده بهینه از انرژی گرمایی حاصل از تابش خورشید ، در شب زمانی که تابش وجود ندارد می توان ار راهکار های زیر استفاده کرد.

2_1 افزودن جرم حرارتی جداره ها

2_2 دیوار ترومب

2_3 دیوار آبی

2_4 حوضچه های سقفی

3)دریافت ایزوله شده: سیستم های دریافت ایزوله گرمای حاصل از تابش خورشید را در یک محفظه جمع اوری میکنند و در موقع نیاز از ان استفاده میشود در این روش برای استفاده بهینه از انرژی گرمایی حاصل از تابش خورشید در شب و در زمانی که تابش وجود ندارد نیز میتوان از راهکار های زیر استفاده کرد .

3_1 گلخانه: گلخانه ها با سامانه جذب مجزا کار کرده و به ان ها فضای خورشیدی نیز گفته میشود . دلیل نام گذاری جذب مجزا این است که عمل جذب حرارت و ذخیره انرژی هردو در یک فضای  جداگانه ای مانند گلخانه صورت میگیرد.

3_2سامانه ترموسیفون : گردش همرفتی یک سیال که در یک سیستم بسته اتفاق می افتد ، جایی که سیال سرد به جای سیال گرم در همان سیستم جایگزین میگردد ترموسیفون نامیده میشود.

که هرکدام از این راهکار های سه گانه نیاز به مطالعات فنی تر و مهندسی تری در به کار گیری سیستم های انرژی در معماری پایدار دارند.