تابش خورشید

یکی از عواملی که بر ارتفاع خط تعادل آب و یخ اثر می گذارد، مقدار انرژی دریافتی از خورشید است که به عوامل متعددی، از جمله زاویه تابش، عرض جغرافیایی، مقدار و جهت شیب دامنه ها و ... بستگی دارد. در این جا کوشش شده است با استفاده از زاویه تابش خورشید و روابط فیزیکی، میانگین انرژی دریافتی روزانه در طی سال بر سطوح ارضی، در هر مقدار شیب و در هر جهت جغرافیایی محاسبه شود. در مرحله بعدی، با در نظر گرفتن دمای ثابت صفر درجه سانتی گراد (برای برآورد برف مرز دایمی) و دمای پنج درجه (در برآورد ارتفاع خط تعادل آب و یخ) و مقایسه ( comparative ) مقدار انرژی دریافتی سطوح ارضی که شیب یکسان، ولی جهت جغرافیایی مخالف هم دارند، تفاوت مقدار انرژی دریافتی از خورشید آنها برآورد گردید و سپس مقدار تفاوت انرژی به تفاوت ارتفاعی تبدیل شد؛ و به این ترتیب، تفاوت ارتفاع خط تعادل آب و یخ در سطوح ارضی مختف به دست آمد. هر چند اعداد برآوردی ارتفاع برف مرز دایمی و خط تعادل آب و یخ، رقوم ارتفاعی هستند که با ارتفاع کنونی بسیاری از ناهمواریهای ایران منطبق نیستند، ولی با توجه به پایین بدن ارتفاع برف مرز دایمی و خط تعادل آب و یخ دوره­های یخچالی کواترنری، می توان نتایج حاصله را به گذشته نیز تعمیم داد. از بررسی به عمل آمده، می توان چنین نتیجه گرفت: 1- در صورتی که افت محیطی دما، در هر صد متر افزایش ارتفاع 48 صدم سانتی گراد باشد، با کاهش 5 درجه تا 12 درجه سانتی گراد دمای ایران زمین در دوره کواترنری، ارتفاع برف مرز دایمی 1042 تا 2500 متر پایین تر از ارتفاع برآوردی بوده است؛ 2- بیشترین تاثیر جهت شیب سطوح ارضی بر تفاوت ارتفاعی خط تعادل آب و یخ، در دامنه هایی دیده می شود که امتداد کوهستانی آنها، غربی- شرقی باشد؛ 3- امتداد شمالی- جنوبی ناهمواریها، هیچ اثری بر تفاوت ارتفاع خط تعادل آب و یخ ندارد.

استفاده از حیاط مرکزی الگوی بسیار کهنی در ساخت و ساز مسکن بوده و به طور قابل ملاحظه ای در شهرهای مختلف ایران مورد استفاده قرار گرفته، همچنین فضاهای سکونتی با بهره گیری از تدابیر مختلفی در اطراف این حیاط ها شکل گرفته اند. تناسبات حیاط مرکزی نقش عمده ای در تعیین میزان انرژی تابشی جذب شده در سطوح مختلف حیاط و ایجاد شرایط آسایش بصری و حرارتی برای ساکنین ایفا می کند. شناخت الگوی بهینه حیاط مرکزی در مناطق مختلف کشور نیازمند انجام مطالعات دقیق در میزان سایه اندازی الگوهای مختلف حیاط با تناسبات گوناگون است. برای رسیدن به این مقصود کوشش شده تناسبات مختلف حیاط در مسکن سنتی دزفول شناسایی شده و میزان سایه دریافتی سطوح مختلف حیاط در الگوهای مختلف مورد ارزیابی قرار گیرد. جهت انجام این تحقیق، نمونه های مختلف حیاط با استفاده از برداشت های میدانی تعیین شده و با استفاده از شبیه سازی سه بعدی الگوها، سایه حاصل از ابعاد مختلف بر روی سطوح مختلف در ماه های گوناگون سال اندازه گیری شده است. با مقایسه میزان سایه حاصل از هر نمونه با جدول نیاز اقلیمی شهرستان دزفول، بهترین نمونه از نظر مواقع نیاز به سایه و آفتاب معرفی شده است. در بناهایی که حیاط آنها، دارای نسبت 1تا 4/1 میان طول و عرض (حیاط با فرم مربعی شکل) و همچنین نسبت طول به ارتفاع 1/1 تا 2/1 (عمق متوسط) باشند، مناسب ترین میزان سایه در فصول گرم بر روی کف و جداره ها ایجاد خواهد شد. استفاده از این الگوی بهینه، سبب افزایش سایه بر سطوح حیاط، کاهش دمای جداره ها، کاهش بار سرمایشی ساختمان و افزایش آسایش ساکنین خواهد شد.

در دنیای امروزی، گردشگری ورزشی منبعی سرشار از سلامتی و در عین حال سود و درآمد است و هر کشوری که بتواند شرایط بهتر استفاده از این منبع را فراهم کند از مواهب و مزایای بیشتر آن بهره مند خواهد شد. پژوهش حاضر بر آن است تا با استفاده از شاخصه های مورفولوژیک( ارتفاع، شیب و جهت شیب) مناطق مستعد را برای ورزش کوهنوردی در ارتفاعات پرآو- بیستون مکان یابی نماید. شالوده اصلی در این پژوهش و فرآیند مکان گزینی ورزش کوهنوردی، شاخصه های مورفولوژی از قبیل توپوگرافی، شیب، جهت شیب و غیره است. برای تهیه نقشه های مورد نیاز پژوهش با استفاده از توپوگرافی 20000 منطقه و نقاط ارتفاعی اقدام به تهیه نقشه های ارتفاعی دیجیتال(DEM)، مدل ارتفاعی مثلثی(TIN)، شیب و جهت شیب گردید. پس از آن، شروط منطقی در رابطه با ورزش کوهنوردی تعریف گردید. نوآوری پژوهش حاضر را می توان در دخیل کردن عامل جهت شیب و به موجب آن استفاده از تابش خورشیدی در انجام ورزش کوهنوردی در فصول پاییز، زمستان و بهار به دلیل ارتفاع و درجه حرارت پایین بلندی ها و همچنین اجتناب از آن در فصل تابستان به جهت گرمای آزار دهنده و آفتاب سوختگی در ارتفاعات است. با استفاده از عرض جغرافیایی، زاویه ارتفاع و آزیموت تابش خورشید در هر چهار فصل برای منطقه مطالعاتی با استفاده از فرمول های تجربی محاسبه گردید. نتاج یافته های حاصل از مدل تحلیلی نشان دهنده آن است که از لحاظ عامل جهت شیب برای فصول مختلف در تابستان همه جهت های شیب به جز جهتی که تابش را دریافت می کند مناسب برای کوهنوردی است و مساحت پهنه مناسب برای کوهنوردی به بیش از 90 درصد مساحت محدوده می رسد. لیکن در زمستان بیش از 80 درصد از مساحت محدوده را پهنه نامناسب برای کوهنوردی تشکیل داده و پهنه مناسب آن کمتر از 20 درصد است. در اعتدالین نیز در نوبت صبح تنها 23 درصد از مساحت منطقه را پهنه مناسب تشکیل می دهد در حالی که در نوبت عصر تنها 10 درصد از مساحت منطقه پهنه مناسب است. در نهایت، نقشه های نهایی با استفاده از روش همپوشانی وزنی تولید گردید و نشان دهنده آن است که مساحت پهنه های مساعد از برای آزیموت تابش، تفاوت فاحشی با پهنه های مساعد، بدون در نظرگیری جهت تابش دارد. این تفاوت حدود ی 15 تا 20 درصد را در بعضی از فصول از مساحت کل تشکیل می دهد.

با ورود به عصر سوم تحول زندگی بشر موضوع محیط زیست و ارتباط تنگاتنگ آن با فرآیندهای اقتصادی، اجتماعی، فرهنگ و سیاسی بیش از پیش مورد توجه مجامع بین المللی قرار گرفته است. از آنجایی که رابطه ای مستقیم میان مصرف انرژی و پیشرفت های صنعتی و ساخت و ساز وجود دارد، مسئله بحران انرژی به عنوان معضل اساسی قرن حاضر شناخته شده است. این موضوع سبب افزایش رویکرد به انرژی های تجدیدپذیر شده است. طراحی پایدار که امروزه در بیشتر مجامع معماری مطرح می شود از بحث برانگیزترین موضوعات جهان کنونی است. یکی از مهمترین اهداف طراحی پایدار، حفظ طبیعت و اصلاح نگرش به آن است. تجلی توسعه پایدار در حوزه محیط ساخته شده، معماری پایدار نامیده می شود. با توجه به محدود بودن منابع سوختی، استفاده از منابع انرژی پاک به عنوان یک راهکار استراتژیک از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. هدف از این مقاله پرداختن به رویکرد طراحی بر اساس استفاده از انرژی خورشید در ساختمان بلند و جانمایی مناسب آن هاست، به گونه ای که با توجه به نتیجه ی آنالیزهای انجام شده متوجه می شویم سایه اندازی ساختمان های بلند در یک مجموعه برج که هرکدام بر دیگری سایه می اندازند، و مجموعه هایی که سایه اندازی روی یکدیگر ندارند یا این سایه ها بسیار کماند، در مصرف انرژی آن ها چه مقدار تفاوت مشاهده می کنیم. روش تحقیق با استفاده از روش توصیفی تحلیلی می باشد. در این تحقیق به استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان اصلی ترین منبع انرژی پاک پرداخته شده است و راهکارهایی در جهت طراحی و جانمایی برج ها در یک مجموعه با توجه به سایه اندازی آنها روی یکدیگر و مصرف انرژی آنها ارائه شده است.

مصرف انرژی ساختمان متاثر از تکنیک هایمتعددی می باشد که شامل تکنیکهای فعال و غیر فعال است. از جمله تکنیک های فعال مرتبط با بدنه ساختمان نوع مصالح، اندازه و نوع پنجره، عایق بندی حرارتی، بهره گیری از انرژی خورشید و جهت گیری ساختمان است. این پژوهش، رویکردی برای تعیین تاثیر و اولویت بندی پارامترهای اصلی تعدادی از تکنیک های ساختمانی بر مصرف انرژی، ارائه می کند.پارامترهای موثر در راستای کاهش مصرف انرژی ساختمان شامل تعداد ساکنین، مساحت ساختمان، تعداد طبقات، میزان همجواری، نسبت پنجره به دیوار، نسبت طول به عرض، تعداد بر (نما) ساختمان است. این پارامترها دارای نقش و اهمیت یکسان در میزان مصرف انرژی ساختمان نیستند؛ از این رو در این مقاله از فرایند تحلیل سلسله مراتبی جهت تعیین وزن پارامترهای اشاره شده استفاده شده است. نتایج تحقیق حاکی از آن است که موثرترین پارامتر نسبت پنجره به دیوار بود. با توجه به ارزش این پارامتر (0.36)، فضای پنجره و مصالح آن از نظر مصرف انرژی در اولویت اول جای دارد. پارامتر مهم دیگر تعداد نماهای (برَ های) ساختمان بود. اگر ساختمان دارای 1 ، 2، 3 یا چهار بر باشد، مصرف انرژی تفاوت قابل توجهی خواهد داشت. کم تاثیر ترین پارامتر تعداد ساکنین ساختمان بود.

امروزه ارتباط اقلیم معماری در طراحی جهت سازه های ساختمانی و تابش انرژی خورشید کاملاً مشهود است. لذا بهینه سازی جهت این سازه ها در دوره ی گرم و سرد سال سبب کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره وری می گردد. در این راستا، پژوهش حاضر سعی دارد ضمن واکاوی شرایط تابشی در همدان، جهت بهینه ساختمان در مواقع گرم با کمترین دریافت انرژی و در مواقع سرد با بیشترین انرژی خورشیدی شناسایی شود. برای نیل به این هدف و محاسبه ی شدت تابش خورشیدی بر سطوح قائم ساختما ن ها در همدان از برنامه نویسی در نرم افزار Excel و روش محاسباتی کسینوس استیونسون محاسبه و برای تفکیک دوره های سرد و گرم از نمودار محاسب دمای مؤثراستفاده شد. نتایج نشان داد که موقعیت ویژه جغرافیایی همدان شامل قرارگیری آن در نیمه ی غربی کشور، سردسیر بودن و همجواری آن با رشته کوه زاگرس- الوند سبب شده است که در اغلب ماه های سال(مگر در تابستان و میانه ی روز)، نیاز به انرژی خورشیدی بالا باشد. همچنین نتایج حاکی از این است که مناسب ترین جهت برای نمای ساختمان های یک طرفه جهت جنوب با انحراف 15 درجه ای به سمت شرق و غرب است. برای ساختمان های دوطرفه جهت شمال- جنوب ایده آلترین جهت است زیرا 6/18درصد انرژی تابیده شده خورشید مربوط به دوره ی گرم سال و 4/81 درصد انرژی مربوط به دوره سرد سال است. در ساختمان های چهارطرفه به ویژه مجتمع های طبقاتی و آپارتمانی نیز امتداد 75+، 105- ، 165+ و15- بهترین جهات است. در این جهات، 5/29 درصد از انرژی خورشیدی مربوط به دوره ی گرم سال و 5/70 درصد انرژی به دوره سرد سال تعلق دارد.

ساختن بناهای مذهبی در گذشته با در نظر گرفتن آسایش و راحتی کالبد بنا در برابر شرایط اقلیمی سخت منطقه، مورد توجه معماران بوده است. ساختار مساجد به عنوان یکی از بناهای مذهبی کشورمان، در اکثر نقاط اقلیمی مخصوصاً مناطق بیابانی با سقف های گنبدی گوناگون بوده است. این پژوهش به دنبال بررسی عملکرد انواع گنبدهای مساجد مناطق بیابانی به لحاظ فرم و ابعاد در میزان جذب تابش خورشید است. بدین منظور داده های آب و هوائی (دمای خشک و مرطوب، تابش و وضعیت تابش) از ایستگاه های هواشناسی شهرهای اصفهان و یزد طی دوره ی آماری پانزده ساله (1370-1385) استخراج شدند و همچنین نقشه گنبد مساجد از طریق اسناد کتابخانه ا ی رشته معماری دریافت شده است. در این راستا پنج نمونه از گنبد مساجد مناطق بیابانی ( مسجد امام اصفهان، میر چخماق، شیخ لطف الله، سارو تقی و مسجد علی) انتخاب گردیده و سپس گنبدها طبق ابعاد دقیق در نرم افزار رویت 2017 مدلسازی شده است تا میزان جذب تابش خورشید بر سطوح گنبدها در گرم ترین روز سال در سه بازه ی زمانی ساعات 14، 16و 18 برای مناطق بیابانی با استفاده از انرژی پلاس تحت موتور ردینس بدست آید. نتایج نشان داد میزان جذب تابش خورشید بر سطوح گنبدی به فرم و ابعاد آن بستگی دارد. در ساعت 14 گنبدهای با خیز بلند تقریبا 58% و گنبدهای با خیز کم 75% ، در ساعت 16 گنبدهای با خیز کم 68% و گنبدهای با خیز بلند 51% و در ساعت 18 گنبد با خیز بلند 49% و گنبد با خیز کم 46% از سطوح خود را در معرض تابش قرار می دهند. عملکرد گنبدهای خیز بلند مساجد، در گرمترین موقع روز نسبت به گنبدهای خیز کم بسیار بهینه تر می باشند زیرا گنبدهای خیز بلند در این ساعات سایه اندازی بیشتری ایجاد می نمایند.

آب انبارها علاوه بر مناطق گرم و خشک، در مناطق سرد کشورمان نیز مورد استفاده عموم قرار می گرفته است. یکی از اصلی ترین عنصر آب انبارها پوشش مخزن آن هاست، که از طاق های آجری گوناگون مانند آهنگ، کلنبو با خیز و فرم های متفاوت ساخته شده است. هدف از این پژوهش شناخت میزان دریافت تابش خورشید در سطوح و جریان حرارت در داخل گنبد آب انبارهای قزوین می باشد که منجر به شناخت بهینه ترین فرم پوشش مخزن آب انبار در بین نمونه های مطالعه شده می گردد. برای انجام این تحقیق چهار نمونه از آب انبارها با ساختار متفاوت گنبد در شهر قزوین انتخاب، سپس گنبدها در نرم افزار Revit 2016 مدلسازی شد و میزان دریافت تابش خورشید گنبدها در سردترین روز سال و در ساعات 13، 14و 16 با استفاده از پلاگین های Honeybee & Ladybug با موتور انرژی پلاس مشخص گردید. برای اعتبارسنجی با استفاده از نرم افزار COMSOL تحلیل جریان هوای یکسان CFD در گنبدهای خیز بلند و کم انجام شد. نتایج آنالیزها نشان دادند که میزان دریافت تابش در سطوح گنبد آب انبارها متفاوت است و در گنبدهای خیز کم و سطح تماس زیاد نسبت به تابش خورشید، عملکرد دریافت حرارت نسبت به گنبدهای خیز بلند، بیشتر است. زیرا این گنبدها سطوح بیشتری در معرض تابش خورشید قرار می دهند. در تحلیل جریان CFD در هنگام ظهر و گرمای شدید روز، در قسمت بالای گنبد خیز بلند گردابه ی گرما ایجاد می گردد که از گرم شدن بیش از حد داخل گنبد جلوگیری می نماید. بنابرین مناسب ترین گنبد برای آب انبارهای اقلیم سرد قزوین، گنبدهای خیز کم می باشند.

معماران گذشته در اکثر نقاط کشورمان آب انبارها را برای نگهداری و خنک نگه داشتن آب، جهت استفاده مردم در بیشتر نقاط اقلیمی کشورمان مخصوصا (گرم خشک، سرد) بنا می کردند. برای انجام این تحقیق دو نمونه گنبد آب انبار با طاق و قوس مختلف از شهر یزد و دو نمونه از شهر قزوین انتخاب گردید، سپس گنبدها بر اساس نقشه های واقعی در نرم افزار رویت 2017 مدلسازی شد. تا میزان دریافت تابش خورشید بر سطوح گنبدها در گرم ترین روز سال در ساعات 14، 16، 18 برای اقلیم گرم خشک و در سردترین روز سال در ساعات 13، 14، 16 برای اقلیم سرد قزوین با استفاده از پلاگین های انرژی پلاس هانی بی و لیدی باگ بدست آید.نتایج نشان دادند میزان دریافت تابش در سطوح گنبدها متفاوت است. گنبدهای خیز بلند در ساعت 14 تقریبا 78% و گنبدهای خیز کم 93%، در ساعت 16 گنبدهای خیز بلند 71% و گنبدهای خیز کم 81%، در ساعت 18 بعد از ظهر که زاویه تابش خورشید تقریبا 80 درجه تغییر می کند، گنبدهای خیز بلند 67% و گنبد خیز کم 64% از سطوح شان در معرش تابش خورشید قرار می دهند. گنبدهای خیز بلند مناسب برای اقلیم گرم خشک و گنبدهای خیز کم مناسب برای آب انبارهای اقلیم سرد می باشند

انرژی های تجدید پذیر یکی از مهمترین منابع تأمین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی هستند که می تواند بطور مطلوب در مناطق دوردست بخصوص مناطق روستایی که دور از منابع اولیه تولید انرژی هستند مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش پتانسیل انرژی های تجدید پذیر از جمله انرژی باد و خورشیدی در توسعه روستایی شهرستان اردستان مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از آمار شدت تابش خورشید و ابرناکی آسمان بصورت روزانه و از آمار سرعت و جهت وزش باد با پریود 3 ساعته ایستگاه اردستان استفاده شد. روش کار برای تخمین تابش معادله آنگستروم و برای پیش بینی و تخمین توان توربین های بادی از تابع احتمال توزیع ویبول استفاده گردید. نتایج نشان داد شهرستان اردستان به دلیل ضریب ابرناکی کمتر، از استعداد بالایی برای بهره برداری از انرژی خورشید برخوردار می باشد. همچنین با توجه به اینکه در حدود 90 درصد اوقات سال در اردستان وزش باد با سرعت بین m/s8/8-6/3 از جهت جنوب و جنوب غرب وجود دارد. با اعمال ضریب دانسیته نسبت به دما و ارتفاع، قدرت عملی توربین در در ارتفاع 50 متری متری به kw/h528 می رسد که از توان بالایی برای تولید نیروی الکتریسته برخودار است. با توجه به اینکه امکان بهره برداری شخصی روستائیان از توربین های بادی با مقیاس بزرگ فراهم نیست لذا استفاده از آبگرم کن های خورشیدی برای خانوارهای روستایی و استفاده از دکل های برق بادی جنب مناطق روستایی با مدیریت شرکت توزیع برق شهرستان پیشنهاد می گردد.