تولید گرما و انرژی از نمای ساختمان

نمای ساختمان با پنل خورشیدی

استفاده از انرژی خورشیدی این روزها در صنعت ساختمان بسیار اهمیت دارد. از سوی دیگر نیاز فوری و روز افزون برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان منجر به وجود آمدن تقاضا برای انرژی های جدید شده است. این نیاز ساختمان های تک واحدی تا سالن های اجتماعات را در برمی گیرد. به کار گیری انرژی خورشیدی در ساختمان به صورت مستقیم یا غیرمستقیم در شکل ساختمان تاثیرگذار است و باعث می شود رابطه بین معماری و تکنولوژی اهمیت بیشتری پیدا کند. هنگامی که فناوری انرژی خورشیدی را در پوسته ساختمان به کار میبرند و صحبت از رابطه متقابل میان معماری و استفاده از انرژی خورشیدی مطرح می شود، آن را طراحی خورشید می نامند.

ارتباط متقابل معماری با فناوری انرژی خورشیدی

با توجه به توازن انرژی در بنا ، پوسته به عنوان یکی از مهم ترین زیر مجموعه های ساختمان محسوب می شود و در بکار گیری سیستم های انرژی خورشیدی ، پوسته ساختمان سطح واسط بین معماری فناوری خورشیدی است که هم از نظر ساخت و هم از نظر ظاهری مورد اهمیت قرار می گیرد . مهم ترین ویژگی استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان به کارگیری آن در سقف ها و دیوارها است. زیرا این فناوری بخشی از پوشش ساختمان محسوب می شود که علاوه بر نقش محافظتی ، تاثیر کلی در ظاهر ساختمان دارد. برای ارائه طراحی مناسب به منظور استفاده بهینه از انرژی که در عین حال، دارای ارزش زیبایی شناختی نیز باشد باید از فناوری های زیربنایی و مکانیزم های نقش دهنده آگاهی داشته باشیم و این نوع آگاهی ، اجرای طرح را در انواع مختلف ساخت میسر میسازد.

کاربردهای مستقیم و غیر مستقیم

انرژی خورشیدی به اشکال مختلفی پدید می آید که در آن پرتوهای خورشیدی به عنوان منبع انرژی ساختمان از اهمیت بالایی برخوردارند و باید مابین کاربرد مستقیم یعنی استفاده غیرفعال و کاربرد غیر مستقیم یعنی استفاده فعال آن تمایز قائل شویم.

در کاربرد مستقیم از وسایلی استفاده می شود تا بتوان انرژی خورشیدی تابیده به ساختمان را جمع آوری ، انبار و منتشر کرد که این کار بدون به کارگیری فناوری خاصی صورت می پذیرد. در این کار فضاهای داخلی ساختمان به گونه ای منظم می شوند که انرژی های مورد نیاز در خانه شامل گرمایش و سرمایش خورشیدی و استفاده از نور روز است برآورده شوند.

در کاربرد غیرمستقیم فناوری های مضاعف برای جذب ، از توزیع و در صورت نیاز ، انباشت انرژی خورشیدی استفاده می شود. برای مثال کلکتور و پمپ های حرارتی در این روش باعث ایجاد گرما و سرما در ساختمان می شوند و می توانند برای به کارگیری ژنراتورهای برق که انرژی های دیگر تغذیه می کنند، مفید باشند و به عنوان یک سیستم چندگانه نیز به کار می روند . استفاده از این دستگاه ها ، تمام ساختمان هایی را که از انرژی خورشیدی استفاده می کنند در بر می گیرد.

روند طبیعی تهیه انرژی خورشیدی

تابش نور خورشید به میزان زیاد در طول روز و در سال تغییر می کند و متاثر از شرایط مختلف جوی است. تابش نور خورشید می تواند در روزهای مختلف حتی با در نظر گرفتن دو روز پیاپی تا حدود 10 برابر تفاوت داشته باشد که این میزان در مقایسه ی روزهای آفتابی تابستان با روزهای ابری زمستان به بیش از 50 برابر می رسد.

از این گذشته در اروپای مرکزی میزان تابش نور خورشید در روزها و فصل ها با زمان اوج استفاده از انرژی مطابقت ندارد، در آلمان سه چهارم تابش سالانه نور در فصل تابستان اتفاق می افتد و انباشت انرژی حاصل از آن احتیاج به وسایلی با دقت بالا دارد، این چنین مشکلاتی باعث اعمال محدودیت هایی از نظر تکنیکی و اقتصادی در استفاده از انرژی خورشیدی می شود. برای استفاده بهینه از انرژی خورشیدی در ساختمان ، دو عامل نقش اساسی دارند :یکی از این عوامل میزان نورگیری نمای ساختمان است، مثل زاویه و سطح نما، و عامل دیگر نبود سایه است. خورشیدی جذب شده، ترکیبی از تابش های مستقیم و غیر مستقیم خورشید است که بر اثر انعکاس از سطوح ساختمان و آسمان پدید می آید. در اروپای مرکزی حدود 50% از تابش ها از نوع تابش غیرمستقیم اند; این درصد در مناطق شهری و صنعتی به علت پدیده دود و مه متفاوت است.

گرمایش خورشیدی

انواع کلکتورها

کلکتورهای خورشیدی اصطلاحی عام است و برای سیستم هایی به کار می رود که در آن پرتو خورشید جذب و سپس تبدیل به گرما می شود و برای گرم  کردن آب یا هوا مورد استفاده قرار می گیرد. قسمتی از کلکتور که در آن تبدیل انرژی و انتقال حرارت صورت می گیرد، گیرنده خورشیدی نامیده می شود. معمولا از کلکتورها برای گرم کردن آب یا فضای ساختمان استفاده می کنند، هم چنین برای بعضی از کاربردهای ویژه که احتیاج به پروسه تولید گرما دارند نیز به کار می روند ، برای مثال استفاده از این روش در ماشین شویی ها و خشکشویی ها رایج است. این روش در مورد سرمایش نیز صادق است. کلکتورها قسمت مرکزی یک دستگاه گرمایشی خورشیدی محسوب می شوند که در مقایسه با تاسیسات ساختمان های کلاسیک (لوله ها، پمپ و مخازن) کل انرژی ساختمان را با توجه به نوع مصرف فراهم می کنند. با توجه به نوع و میزان مصرف از کلکتورهای متفاوتی استفاده می شود.

کلکتورهای مرسوم عبارتند از :

  1. جذب کننده های خورشیدی
  2. کلکتورهای صفحه مسطح
  3. کلکتورهای لوله ای.

جذب کننده های خورشیدی

ساده ترین شکل کلکتورها ، جذب کننده های صفحه ای هستند که بیشتر از جنس پلاستیک سیاه یا حصیرها ی مصنوعی اند و معمولاً در سطح بام یا ساختمان هایی باسقف کمی شیب دار نصب می شوند. اگر چه جذب کننده های خورشیدی بسیار مقرون به صرفه هستند ولی در عین حال مقدار کمی انرژی تولید می کنند. بیش تر از این وسایل برای گرم کردن آب در استخرهای سرباز عمومی که در ان متقابلاً به نور خورشید و حرارت نیاز داریم، مورد استفاده قرار می گیرند.

کلکتورهای صفحه مسطح

کلکتورهای صفحه مسطح، رایج ترین نوع کلکتورها به حساب می آیند. برخلاف جذب کننده های خورشیدی عادی ، کلکتورهای مسطح دارای جذب کننده  فلزی هستند که معمولاً از جنس مس بوده و با شیشه شفاف مقاوم در برابر تگرگ پوشیده شده اند. امروز برای لایه جذب کننده از پوششی خاص استفاده می کنند که به جای لاک الکل سیاه قبلی به کار می رود.

کلکتورهای لوله ای

در کلکتورهای لوله ای ، فضای خالی بین جذب کننده و بدنه به وجود می آید و این باعث می شود که همرفتی و اتلاف گرما کاهش یابد . این خلا باید در فاصله های معینی تجدید شود و نوع ساخت باید به گونه ای باشد که تحمل چکه زیاد این دستگاه را داشته باشد. این کلکتورها از لوله های شیشه ای توخالی تشکیل می شوند که به صورت صفوف موازی در داخل قالب کلکتور قرار گرفته اند. هرکدام از این قالب ها سی لوله شیشه ای را در برمی گیرند که همگی در داخل یک جعبه کلکتور قرار می گیرند و به سیکل نوری خورشیدی وصل می شوند.

پارامترها و کاربردهای جوی

زوایا و جهت کلکتور

زاویه و جهت سطح کلکتور از عوامل اصلی تولید گرما به شمار می روند. به این لحاظ انتخاب مکان برای سطح بهینه قدری دشوار است و تا حدودی باید کاهش حرارت برای موقعی که سطح کلکتور از حالت مستقیم و رو به جنوب خارج شده است را در نظر بگیریم. اگر چه میزان این مقدار کاهش آن قدرها هم قابل توجه نیست. در ضمن باید بدانیم که کلکتورها به گونه ای طراحی نشده اند که بتوانند برا ی پرتوهای کم تر از m2/W 200 مورد استفاده قرار گیرند. جدا از مسئله اندازه، نوع کاربرد در این که کلکتور چگونه باید نصب شود، تاثیرگذار است. بنابراین سیستم هایی که برای تولید آب گرم مورد استفاده قرار می گیرند باید حداکثر تابش نور خورشید را در تابستان جذب کنند در حالی که دستگاه هایی برای گرمایش هوا مورد استفاده قرار می گیرند باید در آفتاب زمستان، در کم ترین زاویه آزیموت قرار گیرند. بنابراین زاویه نصب مناسب در هنگام زمستان ، شیب 60 درجه و در تابستان ، شیب کمتر از 20 درجه و در سطحی رو به جنوب است. شایان یادآوری است که از زاویه های کمتر از 20 درجه باید اجتناب شود چون در این حالت امکان تمیز شدن شیشه سطح کلکتور به صورت طبیعی از بین می رود. از آنجایی که جهت و زاویه نصب کلکتور مهم است، مطالعات نشان می دهند در تابستان ، زاویه 40 درجه هنگامی که رو به جنوب شرقی قرار گیرد ، دور ریز کمتری از انرژی دارد تا هنگامی که رو به جنوب غربی قرار گیرد، در هر حال مورد سمت جنوب، زاویه کمتر از 20 درجه برای آن بهترین حالت است. در زمستان هرگونه انحرافی با پرتوهای سمت جنوب به افت قابل توجهی از تابش منجر می شود. در صورتی که در بهترین وضعیت مقدار پرتوی خورشیدی در تابستان به 85% می رسد و این میزان در زمستان به حدود 90% خواهد رسید . قدرت پرتوها برای سطوح عمودی کاهش پیدا می کند. در این حالت برای پرتوهای سمت جنوب و در شرایط تیودن سایه می توانیم به مقدار ۹۰ انرژی به دست آوریم، در حالی که برای شرایط نصب در تابستان در بهترین حالت تنها نصف این مقدار انرژی را خواهیم داشت.

حتما بخوانید :   تغییرات نما از دوره مدرن تا دوره معاصر (فرامدرن)

کاربردها

در آلمان، کلکتورهای خورشیدی برای گرمایش آب استخر یا گرمایش آب برای مصارف دیگر بسیار مناسب هستند، البته این امر بستگی به شرایط جغرافیایی و جوی محل نصب نیز دارد. جذب کننده های خورشیدی ساده ای که برای گرمایش آب استخر به کار می روند برای حرارت هایی در حدود 25k بالای درجه حرارت محیطی مناسب هستند.

تهیه آب گرم

درجه حرارت اولیه محیط برای تولید آب گرم باید در حدود 60k تا 309 هزار باشد، کلکتورهای صفحه مسطح استاندارد با پوششی شیشه ای منفرد و جذب کننده های اندود شده، بازدهی مناسبی برای این منظور فراهم می آورند. وقتی ابعاد کلکتور محاسبه میشود، توجه به میزان احتیاج به انرژی (تعداد کاربرها و وسایل) و تولید گرما حائز اهمیت است. تولید آب گرم برای تأمین نیاز یک خانواده چهار نفری در صورتی که نورگیری مناسب از سمت جنوب امکان پذیر باشد، با قرارگیری یک کلکتور بر روی پشت بام به ابعاد ۵ تا ۶ متر مربع و یک مخزن ۳۰۰ لیتری اب امکان پذیر خواهد بود. به علت کاهش پرتوهای خورشید، باید کلکتورهای موجود را ۲۰ تا ٪۲۵ بزرگ تر نصب کرد و با این کار می توان آب گرم برای استفاده های معمول در تابستان را فراهم کرد که از این طریق در طول سالی کاهش چشمگیر هزینه ای به مقدار ۵۰ تا ۶۰ فراهم میشود. کلکتورهای صفحه مسطح با طراحی و اندازه خوبی که برای مصارف آپارتمانی استفاده می شود، تنها از ۳۰ ظرفیت خود بهره میگیرند و در این حالت انتظار میرود به میزان ۳۵hWk/m2 تا ۲۵۰ انرژی تولید شود.

گرمایش فضاها

در آلمان بین میزان ذخیره پرتوهای خورشیدی و میزان احتیاج به گرمایش فضاها به خاطر تغییرات فصلی در طول سالی تفاوت زیادی دیده می شود، تا جایی که نزدیک ۶۰ نیاز به گرمایش فضای داخلی در اوج دوره نیاز به گرما یعنی از نوامبر تا فوریه بروز میکند و در این مدت میزان ذخیره پرتوهای خورشیدی در پشت بام با نورگیری از سمت جنوب تنها به میزان ۱۲ تا ۱۵ ذخیره سالانه میرسد. این یعنی در هنگام اوج نیاز به تهیه آب گرم، میزان نیاز به گرمایش فضاها نیز به خودی خود بالا میرود و برای هدایت گرمای قابل استفاده به داخل چرخه حرارتی، باید دمای عملیاتی، برای گرمایش فضا بین 90k تا 4K قرار گیرد. برای این منظور، کلکتورهای صفحه مسطح با پوششی بهینه و کلکتورهای لوله ای از انواع دیگر بهتر هستند. برای تأمین بیش از ٪۳۵ احتیاجات گرمایشی یک خانه خوب عایق شده تک خانوار به یک جذب کننده صفحهای با ابعاد تقریبی ۸m/. تا ۵. برای گرم کردن هر ۱۰ مترمربع فضا احتیاج است، همچنین برای گرمایشی آپارتمان با کلکتورهای صفحه ای به ابعادی در حدود ۱۱m تا ۸ احتیاج داریم.

فتوولتائیک

سلول های خورشیدی

تأسیسات فتوولتائیک سیستم هایی هستند که پرتو خورشیدی را به صورت مستقیم به الکتریسیته تبدیل می کنند و در هسته آنها سلولهای خورشیدی قرار دارند. این تأسیسات ولتاژ DC تولید می کنند که برای کاربری های معمولی خانگی باید به کمک مبدل های CA-DC به ولتاژ CA230 با فرکانسی P250 تبدیل شوند. سیستمهای خورشیدی که الکتریسیته تولید میکنند به طور معمولا به صورت شبکه ای با دستگاه های ذخیره سازی در تماس هستند، به چنین سیستم هایی «آف گرید» گفته میشود که در آنها انرژی اضافه در داخل انباشتگرها ذخیره میشوند(مثل باطریهای قابل شارژ)

جنسی و ساختار

 ساختار پایه سلولهای خورشیدی از سیلیکون های نیمه رسانا تشکیل شده است. سلولها در واقع از سیلیکون های منو و پلی کریستالی شکل گرفتهاند که ضخامتی در حدود um300-200)mm0.3) دارند. حال آن که بعضی از انها که به سلولهای سیلیکونی شیشهای و فیلمهای نازک معروف هستند، ضخامتی در حدود 1-6 hm دارند. سلولهای خورشیدی بازده نسبتاً پایینی دارند که بسته به جنس سلول ها می توانند تا ضریب کارایی (بازده)۳ نیز برسند. برای سلول های سیلیکونی حداکثر بازده از نظر تئوری تقریباً ۲۸ است و مقدار بازده از شدت نور، سطح نورگیر و درجه حرارت سلول های نورگیر متأثر میشود. در ادامه به بررسی سلولهای خورشیدی معمول می پردازیم:

با گسترش سلول های هیبریدی (پیوندی) با ترکیبی از سلول های شیشه ای سیلیکونی و هم چنین سلول های انباشته که در دو یا سه لایه بر روی یکدیگر قرار گرفته اند، می توان به بازده بیشتری رسید. هنوز زمان زیادی تا بهبود چنین سلول انباشته ای باقی است، ایده ای که برای این منظور مورد توجه قرار می گیرد، بنابراین هر لایه به صورت سلول های سه گانه طراحی شود، برای مثال برای محدوده های مختلف پرتوها (پرتوهایی با طول موج کوتاه، متوسط و بلند).

رنگ و ساختار

منظور از خصوصیات ساختاری تاسیسات فتوولتائیک ، شکل سلول ها و شیارهای نازکی است که در روی آن قرار گرفته اند. بیشتر سلول های کریستالی به شکل مربع و با طول ضلع 100 تا 130 میلی متر طراحی می شوند، در ضمن سلول های فتوولتائیک در بیشتر شکل های اصلی در دسترس هستند. با در نظر گرفتن روزنه هایی در فواصل 3 تا 15 میلی متری می توان روشنایی پشت این سلول ها را تامین کرد. سلول های سیلیکون شیشه ای و منو کریستال شکل یکسانی دارند و این در حالی است که سلول های پلی کریستال به خاطر شکستگی های چندگانه و ساختار سطحی با انعکاس نورهای متفاوت مجزا می شوند، علاوه بر این ، رنگ آن به طور طبیعی آبی یا نوک مدادی است.


ادغام سیستم های خورشیدی با پوسته ساختمان

نمای ساختمان با پنل خورشیدی

قابلیت کلی پوششی ساختمان  

از مجموع ۴۳۵۵ میلیون مترمربع بام ساختمان که در المان محاسبه شده تنها حدود ۳۰% برای نصب سیستم خورشیدی بر روی پشت بام و یا داخل پوششی روی آن مناسب هستند که این درصد با توجه به جهت ساختمان و میزان سایه آن به دست آمده است. با حسابی سرانگشتی در مورد نمای ساختمان بدون آن که مسائل کاربردی نما را در نظر بگیریم به مجموع ۶۶۶۰ میلیون مترمربع سطح دست می یابیم که تنها در حدود ۶% از آنها نمایی رو به جنوب شرق یا جنوب غرب دارند و برای ادغام سیستم خورشیدی و نما مناسب هستند. هنگامی که از پوسته ساختمان به صورت کلی صحبت می کنیم، اعداد و ارقام نشانگر این واقعیت هستند که تنها ۱۷۰۰ میلیون مترمربع از سطوح ساختمان برای ادغام سیستم حرارتی خورشیدی و سیستم های فتوولتائیک مناسب هستند، از طرف دیگر باید بگوییم تا پایان سال ۲۰۰۴ کلی فضایی که از این کلکتورها پوشیده شده ۵۸ میلیون متر مربع بوده است. در حالی که فروش این کلکتورها تا سال ۲۰۰۱ حدود ۲۵ تا ۳۰٪ افزایش پیدا کرده بود ولی نوعی کاهش فروش به میزان ۱۵٪ در سالهای اخیر دیده می شود. با مقایسه فروشی سیستم های فتوولتائیک متوجه    می شویم به که میزان فروش آنها ده برابر افزوده شده است و این افزایش بر اثر کمکهای مهمی بوده که ۱۰۰۰۰۰ برنامه نصب سیستم های خورشیدی بر روی پشت بام و «قانون احیای انرژی» به استفاده کنندگان کرده بودند و با این حال این پیشرفت مثبت کلی درصد انرژی گرمایشی خورشیدی و فتوولتائیک به ۳۵ بامها و نماهای ساختمانها میرسد به عبارت دیگر ما از قابلیت کاملی پوششی استفاده نمی کنیم واین خود میتواند چالشی بزرگ باشد و شاید ما را به سوی نوعی معماری خورشیدی سوق دهد.

حتما بخوانید :   رنگ های با خاصیت هیدروفیلیک چه ویژگی هایی دارند

یکپارچگی

 یکپارچه کردن سیستمهای فناوری خورشیدی با پوسته ساختمان به این معنی است که بتوانیم از اجزای این سیستمها و پوسته ساختمان به صورت توام استفاده کنیم تا هم وسیله و هم پوسته ساختمان نقش خود را به انجام برسانند. از آن جایی که یکپارچگی بصری و ساختی اجزای سیستم خورشیدی باید بتواند آن را قادر به نصب بر روی پوسته خارجی ساختمان کند، نباید تعارضی نیز با اصول مورد نیاز پوسته ساختمان به وجود آورد، بلکه باید برای آن نوعی مکمل بهینه باشد. عامل مهمی که در یکپارچگی وجود دارد مسئله حرارتی این سیستمها است. ابعاد سیستم به کار رفته در تصویر خارجی ساختمان مهم و از لحاظ اصولی دخیل در ساخت و نما نیز باید همخوانی داشته باشد. در بسیاری ساختمانها هنگامی که ضرورت یکپارچگی مطرح میشود، متوجه میشویم که حساسیت لازم و خصوصیات ساخت مناسب نادیده گرفته شده اند و سازگاری بین یکپارچگی و کل ساخت از بین رفته است به همین خاطر به وضوح دیده می شود که باید جنبه های ساخت را مد نظر قرار دهیم.  به همین دلیل پاراگراف زیر به اصول طراحی و راههای ممکن در یکپارچه کردن انرژی خورشیدی بام و نما اشاره می کند. برای این کار، مسئله پیچیده طراحی را مستقل از جنبه علمی و ساختی آن بررسی میکنیم.

 یکپارچگی بصری

 هنگامی که از طراحی در معماری صحبت می کنیم این اصطلاح اغلب به معیارهای زیبایی شناختی صوری محدود میشود. ولی فرم و رنگ به تنهایی نشانگر صحت یکپارچگی نیستند و به همان اندازه که مواد و نوع ساخت پوسته ساختمان مهم هستند، اندازه و نسبت هر کدام از اجزای به کار رفته نیز اهمیت دارند و از پارامترهای اخیر به شمار می آیند. برای یکپارچه کردن سیستمهای خورشیدی با پوسته ساختمان باید قبل از هر چیز ویژگیهای نوعی و اصولی به کار رفته در بام و دیوار را بررسی کنیم. برای این مقصود، نما مهم تر از بام است. بامها از نظر جذب مقدار بالای انرژی خورشیدی اهمیت دارند و در طراحی آنها شکل، زاویه شیب و پوششی در نظر گرفته می شوند که پوشش شدیداً تحت تأثیر مسائل اقلیمی قرار دارد و عناصری از قبیل آب و هوا و مواد بومی به کار رفته در ساخت در آن تأثیرگذار است. این قسمت بر شکل ظاهری شهرها و روستاها تأثیر به سزایی دارد. ظاهراً طراحی سیستم خورشیدی بر روی پوسته بصری ساختمان تأثیر قابل توجهی دارد زیرا پوسته نقش « چهره ساختمان» را دارد و همین نقش است که در اصولی طراحی و پارامترهای ساخت از اهمیت زیادی برخوردار است. این جا جایی است که فناوری ساخت از لحاظ تأکید، تفاوت گذاری و قالب بندی بر روی اجزای سازنده نما اثر می گذارد و آنچه از جریان این طراحی حاصل میشود، طیفی گسترده است که مواد ساخت و دوره ای را که ساخت در آن پدید آمده مشخص میکند. به دلیل این که نماها در انتقال بصری (مؤلفه های تصویری) نقش مهمی بازی می کنند، باید کلکتورها و دستگاههای انرژی خورشیدی که برای نصب در نظر گرفته شده اند، پیش از توجه به کارایی به زیباییشان توجه شود. در ضمن هنگامی که چنین وسایلی با اجزای سازنده قسمت خاصی از نما مثل بالکنها و غیره یکپارچه می شوند، اولویت بصری در آنها باعث به وجود آمدن طراحی قوی میشود. به همین دلیل یکپارچگی سیستمهای خورشیدی زمینه را برای مطالعه دقیق ویژگیهای نو شناختی نما مهیا می کند تا از طریق این مطالعات بتوان به قابلیتهای احتمالی نصب وسایلی خورشیدی نیز دست یافت.

بام ساختمان با پنل خورشیدی

بام

در قسمت پشت بام ساختمان باید از اصولی استفاده کرد که به طور همزمان حرارت خورشیدی و فتوولتائیک را به کار گیرد. در بام های شیب دار، باید بین قسمتهایی که وسایل جذب انرژی خورشیدی بر آنها نصب میشود و قسمتهایی که باید لایه مقاوم در مقابل آب را تشکیل دهند، تفاوت در نظر گرفت. در مورد بامهای فاقد شیب بدون نگرانی می توان از روشهای متعددی برای نصب این وسایل استفاده کرد. تأسیسات موردنظر بر روی پشت بام معمولاً به کمک پایه های فلزی به موازات پوشش موجود بام نصب میشوند که به این ترتیب مسئله عایق بندی هم مراعات می شود. در این حالت هیچ گونه کابلی یا لوله ای نباید از سطح بام بالاتر قرار گیرد، پایه های فلزی باید به گونه ای باشند که تحمل وزن در مقابل فشار باد و نیروهای مکشی را داشته باشند و بتوانند نیروهای وارده را به خرپا انتقال دهند. با توجه به بار وارده، چفت و بستها باید از طریق .قلابهای بام که به تیرهای عرضی متصل و یا از آن جدا هستند، مهار شوند از آن جا که کلکتورها خود بار مضاعفی محسوب می شوند، ظرفیت حمل بارسازه باید مورد آزمایش قرار گیرد و در صورت نیاز تقویت شود. در مقابل این کلکتورها و تأسیسات فتوولتائیک جایگزین بامهای متداول میشوند. بنابراین باید بتوانند نقشی محافظت از پوسته سقف را نیز به عهده داشته باشند. به این منظور سیستمهای نصب شده باید بتوانند در مقابل شرایط جوی نیز مقاومت داشته باشند، به ویژه محل اتصال بام به این اجزا باید در مقابل باران، برف وانبساط حرارتی نیز مقاوم باشد. هنگامی که شیب بام کمتر از مقدار حداقل است، باید یک زیرساخت مقاوم در برابر آب پیش بینی کرد تا مانع از نفوذ آب باران به ساختمان شود، به ویژه در مواردی که تأسیسات فتوولتائیک نصب میشوند باید جای کافی برای تعریق قسمت داخلی دستگاهی که در این رابطه بر بام نصب می شود در نظر گرفت تا میعان آن ایجاد زحمت نکند. سیستمهایی وجود دارند که حرارت خورشیدی و فتوولتائیک را ادغام می کنند. از مزایای این سیستمها این است که با اعمال گزینه های ساده میتوانیم از تغییر فریم، بستها و عایق بندی بی نیاز شویم. سیستمهای فتوولتائیک حتی با ابعاد کاهش یافته هم موجود هستند. برای مثال به صورت موزاییکهایی که برای فرش کردن بام از آن استفاده می شود. در بالای محلی هایی که تبادل حرارت در ساختمان در آنها دیده میشود، همانند کریدورها، ایوانها و امثال آن میتوان وسایل فتوولتائیکی را نصب کرد، به گونهای که از آنها به عنوان آفتاب گیرهای نیمه شفاف استفاده شود. هنگامی که این آفتابگیرها برسطوح مایل نصب میشوند باید موارد ایمنی شیشه کاری سقف در آنها رعایت شود. برای تأسیسات واقع روی سقفهای مسطح به نوعی زیر ساخت نیاز است تا بتوانیم برای تعیین زاویه نصب و مهمتر از آن برای تحمل بار و ایجاد مقاومت در برابر باد از آن استفاده کنیم. از آنجا که این سقف کاذب خود دارای وزن اضافی است، باید قبل از نصب، مقدار بار اضافی سنجیده شود. انتخاب تکیه گاه بستگی به نتایج به دست آمده از آزمایشات استاتیک دارد، با توجه به نیاز تکیه گاه برای بارهای سنگین، باید سیستم رابر روی پایه های بتنی قرار داد که بر روی پشت بام نصب میشوند تا از آسیب احتمالی به کف بام جلوگیری شود و در صورتی که ظرفیت باربری کافی نباشد، بارها باید بین اجزایی که توانایی حمل بار کافی را از طریق زیرساختهای مناسب خود دارند توزیع شوند. تأسیسات فتوولتائیک همچنین به عنوان سیستم های یکپارچه برای سقفهای صاف و هموار نیز به کار می روند، برای مثال به عنوان لایه ای محافظ بر سطح بام قابل استفاده هستند.از ورقهای سلولی و لایه های عایق بندی می توان به عنوان پوشش بام استفاده کرد. وزن پایین این سیستم امکان  .نصب آن را بر بامها با قابلیت باربری پایین نیز فراهم میکند.

حتما بخوانید :   آیا رنگ می تواند عایق حرارتی باشد؟

نما

از اوایل دهه ۹۰ میلادی اصطلاح نمای خورشیدی در تحقیقات و کارهای اجرایی وارد شد. این اصطلاح اغلب مشخص کننده نصب وسایل حرارتی خورشیدی بود. در آن حالت دیوارهای ساختمان نه تنها وظیفه محافظت و پوشش را به عهده داشتند بلکه به عنوان منبع حرارتی نیز محسوب می شدند. در این بین نما باید بتواند کارکردهای دیگری از جمله تأمین نور روزو تماسی بصری ساختمان با بیرون رانیز تحقق بخشد. علی رغم کاهش کارایی و نیاز به طراحی بیش تر، نمای خورشیدی مزیتهایی را برای ما فراهم می کند، برای مثال در مواقعی که نوردهی نامناسب است و یا شکل شیب دار سقف و قابلیت ناکافی آن در باربری به ما اجازه نصب چیز دیگری را نمی دهد.پسی به طور کلی میتوان بین راه هایی که در نما چیزی اضافه را پیش بینی می کند و راهی که با آمیختن دو مورد پیشی گفته اجرا میشوند تفاوت قائل شد. در ضمن وسیله مورد نظر را به صورتهای عمودی وزاویه دار می توان طراحی کرد. با درنظر گرفتن وزن وسیله، میزان انحراف از محور قطب، ارتفاع ساختمان و اجزای سازنده آن راه های متعددی برای یکپارچه کردن آن با نمای ساختمان به وجود می آید. انواع گوناگونی از وسایلی که بر سطح خارجی دیوار قابل نصب هستند در بازار موجود است که بیشتر در نما یا بر بام قابل استفاده هستند. در ساختمانهایی با دیوارهای قطور و بلند لازم است کلکتورها بر روی دیوار یا جلوی آن قرار گیرند تا لایه آب از آن عبور کند و یا بین دو ستون چوبی قرار گیرد. یعنی کل سیستم میتواند به صورت لایه عایق بندی به همراه پوسته خارجی که امروز رایج است به صورت توأم به کار رود. بسیاری از سازنده های این دستگاه، امروزه سیستمهایی را پیشنهاد میدهند که کاملا یکپارچه هستند به ویژه برای ساختمانهایی با نماهای تیر و ستون که در آنها کلکتورهای مسطح و تأسیسات فتوولتائیک به سادگی در کنار پنجره ها، شیشه کاریهای ثابت و اجزاء کرکره ای کدر به کار میروند و این سازه به راحتی با سیستمهای دیگر در نما یکپارچه و هماهنگ می شود کلکتورهای نما برای نصب نیاز به هزینه و دقت بیشتری نسبت به کلکتورهای نصب شده بر بام دارند. ساختمانهایی که ارتفاع کمی داشته و سازگاری زیادی با برخی از ویژگی های طراحی مانند قالب بندی، رنگ و ساخت دارند امکان استفاده بهتر از فتوولتائیک و تلفیق آن با نمای ساختمان را ایجاد می کنند. دیوارهای اطراف ساختمان که نقشی دوگانه پوششی پیرامونی و محافظت در مقابل نور خورشید را دارند می توانند به همراه نقشهای معمولی و محافظتی ساختمان از مزایای فناوری ساخت و تأثیرات متقابل اقتصادی نیز بهره گیرند. استفاده از فتوولتائیک در نما می تواند به عنوان گزینه ای متفاوت در مقابل گزینه های مرسوم مانند سنگ های طبیعی با موادی که از جنس استنلس استیل ساخته شده اند و حجم کمتری دارند، جنبه زیبایی و اقتصادی را تأمین کند. به هر حال تفاوتهایی بین تصب دستگاه در سطوح مات شفاف و نیمه شفاف دیده میشود. تأسیسات فتوولتائیک به صورت مات به همراه یا فاقد تهویه در نما هستند که در هر دو نوع، آن چیزی که اهمیت دارد پایین بودن درجه حرارت در هنگام استفاده از دستگاه است. از آن جایی که نسبت بازدهی با افزایشی درجه حرارت کاهش می یابد، باید فاصله ای به اندازه حداقل ۵ سانتیمتر در پشت دستگاه در نظر گرفت. هنگامی که فتوولتائیکها با خصوصیات عملکردی و بصری شیشه تطبیق پیدا می کنند، میتوان به سادگی آنها را به کمک تکنیک های معیار بست شیشه، از قبیل تکیه گاه های خطی منفرد یا چند گانه، بستهای نقطه ای و سازه- شیشه ای نصب کرد. از طرف دیگر سطوح نمای شفاف و نیمه شفاف سلولهای فتوولتائیک می توانند با ساخت های پنجره کامپوزیت به عنوان دیوار استفاده شوند. در نماهایی که از دو لایه تشکیل شده اند نمای خارجی که همان نمای دوم است یا نورگیرهای داخلی فرصت دیگری برای نصب این دستگاه هامی دهند. در این حالت تهویه مناسب فضا از سمت عقب تأمین میشود و چنانچه گرمایی هم در این جریان حاصل شود می تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد. تلفیق سیستم های فتوولتائیک و آفتابگیرهای ساختمان، امکان استفاده از راه های گوناگونی را فراهم می آورد تا از آن طریق بتوان سیستم های ثابت (سقفهای سایبان، سقفهای طرهای و متحرک ساختمان (آفتابگیرها و کرکره ها) را نصب کرد.

دورنمایی برای آینده

در زمینه به کارگیری انرژی خورشیدی برای ساختمان کارهای بسیاری در رابطه با فناوری تولید انرژی و ساخت صورت گرفته است که جهشی در صنعت ساختمان به شمار می آیند. ولی از آنچه پدید آمده به ندرت می توان به عنوان «طراحی خورشیدی» اسم برد. زیرا مسئله کیفیت زیبایی های ساختمان داران حل نشده مانده است. با وجود این قابلیت بالای مواد و توجه به سیستمهای یکپارچه و داشتن اختیار برای انجام یکپارچگی نما برای معماران و مهندسان این فرصت را فراهم می کند تا بتوانند سیستم جدید خورشیدی را طراحی و اجرا کنند. تا جایی که به مسئله یکپارچگی در نما مربوط می شود هنوز مطالعات لازم در رابطه با پوسته ساختمان صورت نگرفته است تا بتواند مبنای مهمی برای ارزشیابی یکپارچگی بصری نما در سیستمهای خورشیدی قرار گیرد. چنین تحقیقاتی برای طراحی ساختمانهای جدید ضروری به نظر میرسد. باید گفت ساختمانها سازه های پیچیده ای هستند که برای تشخیصی انتخاب بهینه وسایل مورد استفاده در آن باید با نگرشی مثبت و نوآورانه همه شرایط را در نظر گرفت. همانند سایر نوآوریها، فناوری خورشیدی، ظاهر ساختمان را تغییر میدهد که این کار در مورد ساختمانهای جدید و بازسازی ساختمانهای موجود صورت می گیرد. بنابراین نباید تنها به میزان تأثیر سازه خورشیدی و یکپارچگی ساختی آن توجه کنیم، بلکه باید تضمین کنیم که اثر زیبایی آن نیز بالا باشد، یعنی بگوییم در نمایی کلی نقشی معماری برای به وجود آوردن این رابطه بصری و ادغام آن با یکپارچگی ساخت چیست و از چه چیزهایی بهره می گیرد. در این بین چالش اصلی ما این است که راه حل مناسبی در طراحی این نوآوریها بیابیم و آنها را با عوامل و عناصر اجرای جدید بیان کنیم. در حال حاضر ایده های بسیاری در استفاده از انرژی خورشیدی پیش روی ما هستند که از نظر زیبایی و تکنیکی برای منطقه های مشخصی اقلیمی قابلیت اجرا دارند، ولی هنوز کارهای زیادی باقی مانده تا انجام شوند، این کارها مربوط به استفاده کمی و تأویل کیفی انرژی خورشیدی هستند.


خبرنامه ایمیلی !