گلخانه خورشیدی

افزایش مصرف انرژی در ساختمان بسیاری از محققان را به سمت بررسی راه های کاهش مصرف سوخت های فسیلی سوق داده است، یکی از اقدامات برای استفاده مقرون به صرفه تر و منطقی تر از منابع انرژی در ساختمان های مسکونی، استفاده از سامانه های خورشیدی غیرفعال یا فضای خورشیدی است. در این مقاله اثرات معیارهای مختلف گلخانه خورشیدی بر میزان دریافت انرژی و کاهش هدر رفت انرژی ارائه شده است. برای رسیدن به اهداف موردنظر مدل هایی از یک واحد مسکونی دارای گلخانه خورشیدی با تغییراتی بین مدل ها مورد بررسی قرار گرفت. انرژی مورد نظر با استفاده از مدل سازی پارامتریک در نرم افزار گرس هاپر و مشاهده مدل در نرم افزار راینو و شبیه سازی انرژی با استفاده از انرژی پلاس محاسبه شد. شبیه سازی ها طبق معیارهای هواشناسی شهر سنندج انجام گرفت. متغیرها در حالت های زیر بیشترین میزان دریافت انرژی را داشتند: جهت گیری در حالتی که نزدیک به جنوب بوده و با 20 درجه چرخش به سمت غرب و یا شرق، درصد جدار نورگذر در دیوار خارجی به جدار کدر (در گلخانه خورشیدی الحاقی که دیوار خارجی طرفین بازشو نداشته و جبهه جنوبی آن کاملا شیشه است) برابر با 50% نسبت به سایر حالت ها مطلوب تر بود. بیشترین طول یعنی 5 متر به دلیل افزایش جبهه رو به جنوب بیشترین میزان دریافت انرژی را داشت، اما عمق مطلوب برابر 1متر بوده و با کاهش یا افزایش آن از انرژی خورشیدی جذب شده کاسته می شود. همچنین عملکرد عایق حرارتی از جنس پلی یورتان با ضخامت 10 سانتی متر کمترین کارایی را از لحاظ کاهش اتلاف انرژی در فضای گلخانه داشت، در حالی که سایر عایق های حرارتی مورد بررسی با اختلاف اندکی کارایی مشابهی را در هدررفت انرژی داشتند.

بهبود آسایش حرارتی، از جمله مسائل مهمی است که در ساختمان های امروزی مورد تأکید است. با توجه به روند رو به رشد مصرف انرژی،  تلاش برای صرفه جویی در ساختمان های کشور یک ضرورت انکار ناپذیر است. از طرفی استفاده بهینه از انرژی رایگان خورشیدی، محیطی مطلوب را برای ساکنین ساختمان فراهم می آورد و از سوی دیگر، سبب کاهش میزان انرژی مصرفی ساختمان در فصول سرد سال خواهد شد. از آنجا که روند کلی ساخت و ساز های مسکونی در کشور به سمت توسعه واحدهای آپارتمانی سوق پیدا کرده است؛ استفاده از راهکارهای اقلیمی که بتواند در چنین بناهایی به عنوان واقعیت موجود شهرسازی کشور مورد استفاده قرار گیرد، نیاز مهمی است که کمتر مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از فضاهای نیمه باز همچون بالکن، مهتابی و ایوان تحت عنوان «فضای نیمه باز» در واحدهای آپارتمانی مورد تأکید مقررات ملی ساختمان ایران است و در اکثر ساختمان های امروزی وجود دارد. درصورت طراحی هوشمندانه، این دسته از فضاها قابلیت تبدیل به یک گلخانه خورشیدی به عنوان یک سامانه ایستا برای جذب و بهره برداری از انرژی خورشیدی را فراهم می کنند.  هدف از این پژوهش، استفاده از هوش مصنوعی و بهینه سازی الگوریتمی به منظور یافتن ابعاد، فرم مشخصات فنی بهینه فضاهای نیمه باز آپارتمانی در اقلیم گرم و خشک، در جهت تبدیل آن ها به یک گلخانه خورشیدی برای استفاده در مواقع سرد سال است. روش تحقیق در این پژوهش شبیه سازی و استدلال منطقی است. از این رو با به خدمت گرفتن روش شبیه سازی فضایی مسکونی در شهر شیراز، پارامترهای فضای نیمه باز ساختمان (ابعاد فضای نیمه باز، ابعاد پنجره متصل به فضای داخل، نوع فضای نیمه باز، جنس شیشه و تهویه) به منظور ایجاد قابلیت تبدیل به گلخانه خورشیدی مورد بررسی قرار گرفت  و شرایط بهینه هریک از این پارامترها برای شهر شیراز تعیین شد. نتایج حاکی از آن است که چنین فضایی در حالت بهینه می تواند تا 54 درصد از مصرف انرژی گرمایشی ساختمان را کاهش دهد. در این میان بهترین پاسخ را فضای نیمه باز مهتابی  با استفاده از پوشش شیشه دوجداره، از خود نشان داد.

گلخانه های خورشیدی در زمره راه کارهای غیرفعال نگهداشت انرژی در ساختمان محسوب می گردند. در این پژوهش تعیین مدل بهینه گلخانه خورشیدی در شهر کرمانشاه به عنوان یکی از شهرهای ناحیه اقلیمی سرد و کوهستانی کشور که استفاده از گلخانه خورشیدی در آن توجیه پذیر می نماید مدنظر قرار گرفته است بر این اساس و با استفاده از نرم افزار انرژی پلاس با چند متغییر اساسی در عملکرد حرارتی گلخانه همچون جهت گیری، ابعاد و زاویه شیب سقف، جداره نورگذر و عایق بندی حرارتی، شرایط بهینه به صورت قیاسی تحلیل شده است. در این تحقیق، از بارگذاری داده های آب و هوایی ایستگاه هواشناسی فرودگاه کرمانشاه در نرم افزار استفاده گردیده است. به منظور اعتبارسنجی، نسبت به ساخت نمونه واقعی اقدام و عملکرد حرارتی این دو طی یک آزمایش میدانی 72 ساعته با هم مقایسه شد. نتایج بیانگر آن است که علی الرغم وجود اختلاف در دماهای ثبت شده خصوصا طی 24 ساعت سوم اما روند تغییرات دمایی آنها همگام است و تحلیل آمار توصیفی و نمودار پراکنش خطی داده های حاصل از آنها با استفاده از نرم افزار اس پی اس اس بیانگر پراکنش و رابطه خطی نسبتا قوی پیرامون خط رگرسیونی می باشد. در این تحقیق از روش های توصیفی، تحلیلی تجربی و قیاسی استفاده گردیده است.

در این مقاله اثرات پارامترهای مختلف گلخانه خورشیدی بر میزان دریافت انرژی و کاهش هدر رفت انرژی ارائه شده است. لذا این دو متغیر وابسته تحت تاثیر پنج متغیر مستقل در 153 حالت مختلف و بهینه ترین حالت با استفاده از الگوریتم ژنتیک در 16758 حالت مختلف مورد بررسی قرار گرفت. انرژی مورد نظر با استفاده از مدلسازی پارامتریک در نرم افزار گرس هاپر، مشاهده مدل سه بعدی در نرم افزار راینو، شبیه سازی انرژی با انرژی پلاس و اعتبارسنجی با نرم افزار دیزاین بیلدر انجام گرفت که نتایج حاصل با نرم افزار دیزاین بیلدر مورد مقایسه قرار گرفت. طبق بررسیها متغیرها در حالتهای زیر بیشترین میزان دریافت انرژی را داشتند: جهت گیری جنوب با20 درجه چرخش به سمت غرب یا شرق، درصد جدار نورگذر به جدار کدر 50%، طول 5متر و عمق مطلوب 1متر. عایق حرارتی از جنس پلی یورتان با ضخامت 10سانتیمتر کمترین کارایی را از لحاظ کاهش اتلاف انرژی در فضای گلخانه داشت.

گلخانه های خورشیدی از دیدگاه انرژی، از جمله راه حل های ساختمانی غیرفعال هستند که بوسیله استفاده از تابش خورشید، انرژی خورشیدی را برای ایجاد گرمایش در فضاهای جانبی جذب می کنند. در این پژوهش با استفاده از پنج متغییر جهت گیری، زاویه شیب و ابعاد، مصالح نورگذر، انتقال حرارت و حفظ انرژی و با استفاده از داده های اقلیمی محدوده مورد مطالعه که در بازه زمانی (2005-2015) از ایستگاه سینوپتیک هواشناسی فرودگاه کرمانشاه گردآوری شده است. مدل بهینه گلخانه خورشیدی در اقلیم مورد نظر با کمک نرم افزارهای شبیه سازی و ارزیابی انرژی بررسی و تحلیل شده است. بر اساس نتایج این پژوهش در طول ماه های گرم سال (شش ماه اول) جهت هایی که زاویه بیشتری نسبت به جنوب دارند انرژی بیشتری را دریافت می کنند؛ اما این موضوع در ماه های سرد سال (شش ماه دوم) تقریبا حالت عکس به خود می گیرد، به گونه ای که زوایای نزدیک تر به جنوب انرژی بیشتری را دریافت می کنند که با توجه به هدف از طراحی گلخانه که همانا کمک به کاهش بار گرمایشی در طول فصول سرد سال می باشد، این گونه جهت گیری برای ما مناسب تر خواهد بود که با توجه با آن می توان دریافت که مناسب ترین جهت گیری به منظور دریافت حداکثر انرژی خورشید در شش ماه دوم سال چرخش 10 درجه ای از سمت جنوب به سمت غرب می باشد. همچنین با توجه به نتایج حاصله می توان دریافت که بیشترین بازده در دریافت انرژی خورشید در شش ماه دوم سال در محدوده مورد مطالعه علاوه بر زاویه آزیموت 10 درجه به سمت غرب مربوط به زاویه شیب 50 درجه نسبت به سطح افق گلخانه می باشد از این منظر بهینه ترین طول گلخانه خورشیدی 6 متر و بهینه ترین فرمول محاسبه عمق (عرض) آن از رابطه COS(50)=W/h قابل محاسبه است. همچنین به منظور بهبود عملکرد گرمایشی در گلخانه می توان از پنجره های با شیشه دو جداره و نیز پنجره هایی با شیشه های کم گسیل همراه با عایق کاری متحرک درونی استفاده کرد، که باعث کاهش ضریب انتقال حرارت در پنجره شده و درنتیجه سبب کاهش اتلاف انرژی در گلخانه می شود.

هدف این مقاله، بهینه یابی فرم گلخانه خورشیدی در یک ساختمان مسکونی کارآمد انرژی در شهر تبریز است. برای این منظور از روش تحقیق توصیفی تحلیلی و همچنین نیمه تجربی (شبیه سازی) استفاده گردیده است. بدین ترتیب که ابتدا اطلاعات از طریق مطالعات کتابخانه ای جمع آوری و دسته بندی شده و سپس در نرم افزار دیزاین بیلدر و با استفاده از موتور شبیه ساز انرژی پلاس تحلیل گردیده و مصرف انرژی در حالت های مختلف: شرایط استفاده از گلخانه خورشیدی، استفاده از عایقکاری و پنجره دوجداره، بهره گیری از گلخانه خورشیدی همراه با عایقکاری (در دو حالت تهویه طبیعی و مصنوعی) بررسی و حالت های مختلف گلخانه از نظر مصالح، فرم و ابعاد با هم مقایسه شده و شرایط بهینه سامانه استخراج گردیده است. نتیجه آن که با مقایسه حالات مختلف می توان گفت حالت بهینه بهره گیری از گلخانه خورشیدی برای یک ساختمان کارآمد انرژی در اقلیم سرد و خشک تبریز، گلخانه ای با فرم مستطیل با ضلع بیشینه 30 متر رو جنوب و با عایق پشم سنگ است که در آن از پنجره دوجداره با شیشه به ضخامت 4و 6  میلیمتر و گاز آرگون استفاده شده است.