گرمایش پسیو خورشیدی در ساختمان

در این سیستم فضای منزل ، یک کلکتور خورشیدی، جاذب گرما و سیستم توزیع می باشد. شیشه ضلع جنوبی انرژی خورشیدی را به داخل خانه جائیکه جرم حرارتی مانند دیوارها و کف بطور مستقیم و غیر مستقیم تحت تابش این نور قرار می گیرند هدایت می کند. سیستم کسب مستقیم 75-40 درصد از انرژی خورشیدی برخورد کرده به پنجره را مصرف می کند. شکل 1

در سیستم کسب مستقیم دیوارها و کفها به عنوان جرم حرارتی بخشهای عملیاتی خانه هستند. همچنین می توان با استفاده از مخازن آب ،گرما ر ذخیره کرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان دشوار می باشد .

جرم حرارتی در اثر جذب گرما در طی روز گرم می شود و در شب گرما را به فضای منزل هدایت می کند اکثر سیستمهای خورشیدی پسیو با عطف به جرم حرارتی یا موادی با ظرفیت جذب و ذخیره گرمای بالا (آجر،بتون،موزائیک،آب) کار می‎کنند. جرم حرارتی را می‎توان در نقشه ساختمان، در قسمتهای سقف، دیوارهای داخلی، شومینه یا بالکنها بکار برد. این سطوح نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند اما باید رنگ آنها تیره باشد. میزان ذخیره سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرمای ویژه و چگالی آنها می‎باشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانایی گرما نیز افزایش می‎یابد. نکات مهمی که در مورد سقف باید به آنها توجه کرد، عبارتند از:

نوع رنگ، رنگ. بتن، آجر، کاشیهای شیشه ای و سرامیک تیره همچنین دیوارهای داخلی و شومینه جهت ذخیره سازی گرما به جرم بیشتری نیاز دارند. از نقطه نظر انرژی بکار بردن چندین جرم حرارتی در منزل دشوار خواهد بود ولی جرم حرارتی که جهت ذخیره سازی حرارت بکار می‏رود زیاد گران نیست.

قوانین کلی سیستم کسب مستقیم:

1-    تحلیل یک ذخیره ساز گرمای خورشیدی که برای رسانش گرما به منزل استفاده می شود.

2-    ضخامت مصالح جرم حرارتی از 15.24 سانتی مترتجاوز نکند.

3-    کفهایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند نباید توسط فرشهای سرتاسری کاملاً پوشیده شده و تا حد ممکن کاملاً بدون کف پوش باشند.

4-    استفاده از رنگ تیره برای کفها ، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهایی که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شوند .

5-    برای هر0.09 مترمربع شیشه جنوبی ، 67.9 کیلوگرم مصالح ساختمانی یا 15.12 لیتر آب به عنوان جرم حرارتی استفاده می شوند.

6-     حفره های بلوکهای بتنی که بعنوان ذخیره ساز حرارتی استفاده می شوند با بتون پر شوند.

7-    استفاده از جرم حرارتی با ضخامت کم درفضای مسکونی با صرفه تر از جرم کلفترسطوح متمرکز کننده می باشد .

8-

9-    مساحت سطوح جرمی بی حفاظ در معرض تابش باید 9 برابر مساحت شیشه ها باشد.

10-                  دمای خورشیدی بدون استفاده از جرم حرارتی در کسب مستقیم استفاده می شود.

گرمایش خورشیدی پایه ترین تکنیک خورشیدی پسیو است که شامل افزایش تعداد پنجره‎ها در وجه جنوبی و جنس پنجره ها به عنوان جرم حرارتی که اغلب در منازل رعایت می‎شود می باشد. در خانه خورشیدی حدود 25% پنجره‎ها روبه جنوب بوده و 3% آن در سقف خانه ها قراردارد. صرفه جویی انرژی در این روش کم بوده اما هزینه پایینی در بردارد.

2)کسب غیر مستقیم :

در یک سیستم کسب غیر مستقیم، جرم حرارتی بین فضای منزل و خورشید قرار گرفته پرتو خورشیدی که به آن می رسد را جذب می کند و از طریق رسانش به فضای منزل منتقل می کند. سیستم کسب غیر مستقیم 45-30 درصد از انرژی خورشیدی که به شیشه بعنوان جرم حرارتی می رسد مصرف می نماید.

انواع سیستمهای کسب غیر مستقیم عبارتند از:

1- سیستم دیوار انباشتگر حرارت (دیوارهای ترومب)

2-    سیستم حوضچه ای

3-    دیوار آبی

در این سیستم، جرم حرارتی تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود. شکل 2

دریچه هایی در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارند که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می دهند. شبها وقتیکه دریچه ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید. این دیوار تکنیکی برای گرفتن گرمای خورشید بوده و توسط مهندس فرانسوی فلیکس ترومب ساخته شد. قسمتی از دیوار جنوبی که از مواد جرم حرارتی مثل بتن ساخته شده‏اند را با شیشه‎ای که در فاصله 0.05 متراز سطح واقع شده است می‎پوشانند. نور خورشید وارد شده و گرما توسط شیشه محبوس می‎شود و به دیوار در جذب آن کمک می‎کند. سپس گرما به داخل خانه در ساعات شبانه و غروب تابیده می‎شود. دیوارهای ترومب نیازی به تهویه ندارند زیرا هدف گردش هوای گرم بوده و گرفتن گرما از طریق تابش از دیوار می‎باشد.

دیوار ذخیره ساز حرارت باید جامد باشد و هیچ دریچه یا منفد بازی به بیرون یا فضای منزل نداشته باشد. در تابستان دیوار ترومب بازده بهتری نسبت به روش کسب مستقیم دارد. دیوارهای ترومب با پنجره‎های روش کسب مستقیم در همان دیوار ترکیب می‎شوند. شیشه‎های دو جداره نیز برای ذخیره حرارت توصیه می‎شوند بین شیشه و جرم حرارتی 7.62-2.54 سانتی متر فاصله باید باشد.

 2)سیستم های حوضچه ایی :

در بام های مسطح 0.3-0.15 متر آب ذخیره می شود. این سیستم بهترین سیستم سرمایشی برای مناطق با رطوبت کم می باشد، ولی برای مناطق مرطوب آب باید در مخازن فایبرگلاس یا پلاستیکی بزرگ قرار گیرد که توسط شیشه پوشیده شده و فضای زیر آن توسط تابش گرم می شود.

3) دیوار آبی:

 آب در مخازن صلبی نگهداری می‎شود. ظرفیت ذخیره گرمای آب دو برابر بیشتر از جرم حرارتی می‎باشد. بنابراین به نسبت حجم کمتر از جرم حرارتی نیاز می‎باشد. حداقل 13.23 لیترآب به ازای هر فوت مربع شیشه در مخزن ریخته می‎شود. حتی یک لوله داغ داخل دیوار یا یک استخر نیز بعنوان جرم ذخیره ساز حرارت استفاده می‎شود.

قوانین کلی سیستم کسب غیر مستقیم برای دیوارهای ترومب:

1- دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره رنگ باشد .

2- حداقل فاصله 0.1 متر بین دیوار جرم حرارتی و شیشه وجود داشته باشد.

3- دریچه هایی که در دیوار جرم حرارتی استفاده می شوند، باید هنگام شب بسته باشند .

1-    اگر عایق متحرک شبانه در سیستم دیوار حرارتی استفاده شود، مساحت دیوار جرم حرارتی حدود 15% کاهش می یابد .

2-    اگر جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریبی ان 0.35-0.25 متر برای بتن0.45-0.3 متر برای خشت خام وسایر مصالح 0.3-0.2 متر و برای آب حداقل 0.15 مترباید باشد

3)ایزوله کردن خانه :

یک سیستم ایزوله مجموعه بخشهایی جدای از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشتگر خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم ها عایق نمودن منزل مسکونی می باشد.

سیستم ایزوله 30-15 درصد از نور خورشید که به شیشه جهت گرمایش فضای منزل می رسد را استفاده می کندو همچنین انرژی خورشیدی را در اتاقهای خورشیدی حفظ می نماید.