را گرم می کنند .در نتیجه عناصر با ضخامت بیش از 15 سانتیمتر به علت زمان تاخثیر طولانی تر هدایت انرژی به سطح که گاه ممکن است به 24 ساعت نیز برسد کارآیی مناسبی نخواهد داشت زیرا این زمان مصادف خواهد بود با صبح روز بعد هنگامی که خورشیدمجدداً درحال تابش خواهد بود .
قرار دادن اجرام حرارتی به عبارت دیگر ، ذخیره کننده ها در معرض تابش مستقیم خورشید ترجیح داده می شوند اما اجرامی که خارج از تابش مستقیم خورشید قرار می گیرند نیز مهم هستند .پوشاندن اجرام حرارتی با موادی مانند موکت ،چوب پنبه ،تابلوهای دیواری یا مواد دیگر به طور موثری از کارآیی آنها می کاهد .
تخمین صحیح مساحت ذخیره کننده ها از جمله مهم ترین عوامل موثر در طراحی خورشیدی به شمار می آید . حداقل مساحت ضروری ذخیره کننده ها می بایست سه برابر سطح شیشه های جنوبی بوده وبه منظور ضریب اطمینان بیشتر ومحیط مطلوب تر می توان این مقدار را به 6 الی 9 برابر افزایش داد . درکل عملکرد و آسایش با اجرام حراراتی افزایش یافته وهیچ محدودیتی برای اضافه کردن مقدار احجام حرارتی وجود ندارد .
برای افزایش این سطح می توان از شیشه های نیمه شفاف به منظور پراکنده ساختن نور در جهات مختلف وسطوح بیشتر استفاده نمود .
شکل 3-19- استفاده از شیشه مات جهت پراکنده ساختن نور خورشید، ماخذ: قیابکلو،1393
در مواقعی که ازکف نمی توان به عنوان ذخیره کننده استفاده کرد بهتر است که کف دارای رنگ روشنی باشد تا بتواند نور دریافت شده را به سمت دیوار ذخیره کننده منعکس نماید .
شکل 3-20- رنگ کف در ارتباط با مکان ذخیره کننده، ماخذ: قیابکلو،1393
جدول زیر مقدار مساحت ذخیره کننده ها نسبت به واحد سطح شیشه های جنوبی را در جذب مستقیم نشان می دهد باید توجه داشت که مقادیر ذکرشده صرفاً برای کف ، سقف و دیوارهایی است که تحت تابش مستقیم ویا پراکنده نور خورشید قرار دارند .
ذخیره کننده حرارتی
ضخامت (cm)
مساحت (m^2)
بتن وسایر مصالح بنایی در معرض تابش مستقیم نور خورشید
10الی 16
3
بتن وسایر مصالح بنایی در معرض تابش پراکنده نور خورشید
5الی 10
6
آب
16
5/0
جدول 3-10- مساحت ذخیره کننده نسبت به واحد سطح شیشه های جنوبی در جذب مستقیم ، ماخذ: Watson-1993
مقادیر جدول بالا نمایانگر حداقل سطح ذخیره کننده ها بوده وبا افزایش این سطح می توان شرایط مناسبتری از نظر آسایش حرارتی ایجاد نمود . سطوح ذخیره کننده ها باید دارای رنگ متوسط تمایل به تیره بوده وغیر ذخیره کننده ها باید دارای رنگ روشنی باشند تا بتوانند نور را به سطح تیره تر منعکس نمایند .
به دلیل بالا بودن ظرفیت گرمایی آب نسبت به بتن و سایر مصالح بنایی مقدار آب مورد نیاز به عنوان ذخیره کننده تقریباً یک پنجم حجم ذخیره کننده بتنی وسایر مصالح بنایی است در نتیجه درمکان هایی با محدودیت فضا بهتر است از آب به این منظور استفاده گردد .
هر چه رنگ سطوح روشن تر باشد میزان انعکاس نور در آنها شدیدتر و جذب آن کمتر خواهد بود . انعکاس شدید نور در سطوح بسیار روشن موجب بالا رفتن دمای هوای داخلی هنگام تابش نور خورشید شده و همچنین این امکان را به وجود می آورد که قسمتی از نور دریافت شده مجدداً بیرون منتقل شود. لذا داشتن ضریب جذب حداقل 5/0=a برای سطوح ذخیره کننده الزامی است . همچنین ضریب جذب بالاتر از 8/0=a نیز به دلیل داغ شدن سطح خارجی در داخل فضا مناسب نیست .
دیوارهایی که دارای رنگ روشن هستند ، نور را به سمت کف منعکس می کنند در این صورت بهتر است که کف دارای رنگ تیره باشد که انرژی منعکس شده را جذب نماید .باید توجه داشت که رنگ روشن تر به سطوح غیر ذخیره کننده که از مصالح سبک وارزان تر تشکیل یافته اختصاص داده شود تا هزینه اجرای طرح کاهش یابد (قیابکلو،1393).
3-11-4- جذب غیرمستقیم 40
در جذب غیر مستقیم ، ذخیره کننده ها حایل بین نور خورشید وفضای داخلی هستند ومی توان آنها را به دودسته تقسیم کرد:
دیوار ترومب
سقف آبی
3-11-4-1- دیوار ترومب41
از آنجایی که اولین بار فلیکس ترومب درسال 1966 در فرانسه از این روش استفاده کرده این دیوار به این اسم نامیده می شود این دیوار که در فاصله کمی از شیشه قرار دارد ازموادی با چگالی بالا مانند سنگ ، آجر، خشت یا گالن های پر از آب ساخته شده وجداره خارجی آنها رنگ آمیزی تیره ای دارند .فاصله بین شیشه ودیوار می بایست حداقل در حدود 8-10cm باشد تا گردش هوا به راحتی صورت پذیرد در صورتی که از شیشه های یک یا دوجداره استفاده می شود شب ها حتما ً باید روی پنجره را با عایق حرارتی پوشاند تاحرارت ذخیره شده در دیوار ترومب به راحتی به خارج منتقل نشود . درغیر این صورت می بایست از شیشه های سه جداره به این منظور استفاده شود .
گرمای ذخیره شده در طول روز به تدریج به داخل بنا منتقل می شود . دیوار ترومب به گرمای خورشید به طور کارآمد اجازه استفاده داده وکارآیی آن به جنس ، ضخامت ورنگ سطح دیوار بستگی دارد .
شکل 3-21- خانه فلیکس ترومب، ماخذ: قیابکلو،1393
شکل 3-22- مقطع خانه فلیکس ترومب، ماخذ: قیابکلو،1393
یک نوع این دیوار یک پارچه و بدون بازشو مانند شکل زیر است که فقط از طریق هدایت وتشعشع حرارت موردنیاز فضا را تامین می نماید که به این نوع دیوار، دیوار خورشیدی یا دیوار حرارتی نیز گفته می شود . دراین نوع دیوار ،حرارت تا هنگام غروب در دیوار ذخیره شده و پس از غروب خورشید شروع به بازتاب انرژی می نماید . بایدتوجه داشت که سطوح داخلی این دیوارها نباید به هیچ وجه با اثاثیه مانند تابلو، صندلی ونظایر آن پوشانده شوند .
شکل 3-23- دیوار ترومب یکپارچه، ماخذ: قیابکلو،1393
نوع دیگر دیوارهایی هستند با دریچه های متعدد که هوای گرم بین شیشه و دیوار ترومب از طریق همرفت مانند شکل زیر به فضای داخل هدایت می نماید دراین روش دریچه ها هنگام روز جهت گردش هوا باز وشب ها به دلیل جلوگیری از اتلاف حرارت بسته می مانند تا حرارت ذخیره شده از طریق تشعشع فضای داخل را گرم کند .مزیت دیوار دریچه دار به دیوار یک پارچه قابلیت کنترل دمای داخلی توسط باز وبسته کردن دریچه ها بوده وبه خصوص در ساختمان هایی که نیاز به گرمایش سریع دارند موثرتر است .
دریچه های دیوارهای ترومب تنها حدود 5٪ کارآمدتر از دیوارهایی شناخته می شود که بدون دریچه هستند .
شکل 3-24- دیوار ترومب با دریچه، ماخذ: قیابکلو،1393
به طور کلی از دیوارهای ترومب درمکان هایی استفاده می شود که نیاز به نور مستقیم ندارند مانند آمفی تئاتر ها و نظایر آن و یا امکان استفاده از سامانه جذب مستقیم به عللی وجود نداشته باشد . به این ترتیب هوای گرم را می توان از طریق کانال به قسمت های مختلف بنا جاهایی که امکان استفاده از نور مستقیم خورشید نباشد هدایت نمود. باید به خاطر داشت که در فصول تابستان روی این دیوارها سایه ایجاد نموده و بازشوهایی روی شیشه ها تعبیه نمود تا با گشودن آنها هوای گرم بین شیشه و دیوار خارج گردد.
با توجه به اینکه دراین سیستم دیوار و شیشه ای که در جلوی آن قرار دارد فاصله خیلی نزدیکی دارند تمیز کردن این شیشه از داخل مشکل ساز است که ازمعایب این سامانه به شمار می رود .
ترکیبی از دیوار ترومب و پنجره آفتابی به صورت شکل زیر نیز می تواند روش مناسبی به شمار آید .
شکل 3-25- ترکیب دیوار ترومب و پنجره آفتابی، ماخذ: قیابکلو، 1393
اندازه دریچه های دیوار ترومب بستگی به ابعاد دیوار ترومب ومیزان حرارتی که لازم است وارد فضا شود دارد .جدول زیر سطح دریچه ها را نسبت به کل سطح دیوار ترومب در رابطه با تامین میزان نیاز حراتی بنا مشخص می سازد .لازم به تذکراست که اندازه سطح عنوان شده برای دریچه ها صرفاً برای یک ردیف دریچه ها (پایینی یا بالایی ) بوده وردیف بعدی نیز همین اندازه در نظر گرفته می شود .
درصد تامین نیاز حرارتی
مساحت دریچه
توضیحات
25٪
3٪
در مساحت های بیشتر از مقدار ذکر شده سامانه کارآیی نخواهد داشت
50٪
1٪
درمساحت های بیشتر از مقدار ذکر شده سامانه کارایی نخواهد داشت
75٪
5/0٪
در مساحت های بیشتر از مقدار ذکر شده کارآیی سامانه کاهش می یابد .
جدول 3-11- تعیین مساحت دریچه ها ، ماخذ: Watson-1993
3-11-4-2- دیوارهای آبی
دیوارهای آبی نیز به شکل های گوناگون قابل اجرا می باشند . این دیوار اولین بار توسط استیوبیر42 در سال 1972 درمنزل مسکونی خود واقع در نیومکزیکو ساخته شد وی از بشکه های 250 لیتری به صورت افقی در قفسه هایی که برای این کار طراحی شده بود استفاده کرد دراین سامانه قسمت هایی راکه به سمت شیشه قرار دارد به رنگ سیاه و بخش های داخلی سفید رنگ می باشند به دلیل جلوگیری از اتلاف انرژی ،شب ها وری شیشه ها را با عایق حرارتی می پوشانند و روزها این عایق ها به صورت لولایی به روی زمین خوابیده وبه عنوان منعکس کننده عمل می نمایند . در تابستان نیز با بستن عایق ها در روز و استفاده از رنگ روشن ویا براق در پشت آنها مجدداً به صورت منعکس کننده عمل نموده ونور خورشید را به سمت بیرون بازتاب می نماید . در ضمن برای کنترل دمای داخلی می توان از پرده هایی که به این منظور نصب می شوند استفاده کرد .
شکل 3-26- دیوار آبی به صورت ستونی و یا بشکه های آب، ماخذ، قیابکلو،1393
به این ترتیب این دیوارها را به سادگی می توان با روی هم قرار دادن بشکه های آب در کنار یکدیگر به صورت افقی یا عمودی ویا قوطی های کوچکتر آب که در قفسه های شطرنجی شکل قرار می گیرند ساخت . این مخازن می توانند به صورت شفاف و با آب های رنگی نیز مورد بهره برداری قرار گیرند .مخازن بزرگتر مانند بشکه ها قابلیت جذب و ذخیره حرارت را برای زمان های طولانی تر داشته درصورتی که مخازن کوچکتر مانند قوطی ها و یا بطرها به دلیل سطح تماس بیشتر ، سریعتر گرم شده و در زمان کوتاه تر حرارت را به محیط منتقل می کنند . انتخاب شکل ونوع هریک از دیواره ها بستگی به نحوه استفاده از حرارت ذخیره شده در طول شبانه روزی دارد .مثلاً برای ساختمان های آموزشی ، اداری ونظایر آن که فقط در طول روز مورد بهره برداری قرار می گیرند استفاده از مخازن کوچکتر با تعداد بیشتر مناسب بوده وبرای فضاهایی که به طور شبانه روزی وبا تنها شب ها مورد استفاده قرار می گیرند استفاده از مخازن بزرگتر کارآیی بیشتری خواهد داشت . دیوار یک پارچه آبی نیز از دیگر انواع این گونه دیوارها به شمار می آیند(قیابکلو،1393).
3-11-4-3- حوضچه های سقفی 43
استفاده از حوضچه ها یا استخرهای سقفی یکی از رایج ترین انواع این سامانه ها است که اولین بار دردهه 1930 میلادی به اجرا در آمد ونتایج موفقیت آمیزی را نیز به دنبال داشت . دراین سامانه حوضچه سقفی حرارت نور خورشید را طی روز زمستانی جذب کرده ودرهنگام شب برای حفظ گرمای حاصله سقف را باعایق حرارتی می پوشانند . به این ترتیب گرمای آب درون استخر به تدریج از طریق هدایت وتشعشع هوای درون ساختمان راگرم نگاه می داردحداقل عمق آب حوضچه نباید کمتر از cm 10باشد نوع دیگر این سامانه توسط شیشه پوشانده می شود . در روزهای تابستانی به عکس در طول روز حوضچه باعایق پوشانده شده وشب ها به منظور خنک شدن آب حوضچه عایق حرارتی کنار زده می شود .
شکل 3-27- عملکرد سقف های آبی در روزهای و شب های زمستانی، ماخذ: قیابکلو،1393
3-11-4-4- گلخانه 44
گلخانه ها با سامانه جذب مجزا 45 کار کرده وبه آنها فضای خورشیدی نیز گفته می شود . از این جهت جذب مجزانامیده می شودکه عمل جذب حرارت وذخیره انرژی هم دودریک فضای جداگانه ای مانند گلخانه صورت می پذیرد .
شکل 3- 28 – جذب و ذخیره حرارت در سامانه گلخانه ای، ماخذ: قیابکلو،1393
طبق شکل زیر سامانه گلخانه را با جذب مستقیم ودیوار ترومب یا دیوار آبی نیز می توان ترکیب کرد .
شکل 3-29 – گلخانه و جذب مستقیم – گلخانه و دیوار ترومب، ماخذ: قیابکلو ، 1393
گلخانه ترکیبی
بسیاری از دارندگان خانه هایی با این سامانه ادعا می کنند که گلخانه ،فضای مورد علاقه شان درخانه است که احساس فضای باز وسیعی به آنها می دهد یک گلخانه طراحی شده می تواند بیش از 50٪ از نیازمندی گرمای خانه را تامین کنند دراین موقعیت بهتراست فضاهای زندگی درسمت جنوب قرار گرفته وفضاهایی مانند اتاق خواب درشمال قرار بگیرنداز پنجره های زیر سقف می توان در خانه های بزرگتر در مواقعی که گرفتن نور خورشید در اتاق های سمت شمال ضرورت دارد نیز استفاده کرد .
شکل 3-30- ارتباط انواع گلخانه با ساختمان، ماخذ: قیابکلو،1393
گلخانه ها یا به صورت اتاقک های شیشه ای به جبهه های جنوبی بنا متصل می شوند ویا بخشی از آن بیرون وبخشی دیگر به داخل بنا نفوذ نموده ویا اینکه کاملا دردرون بنا محصور شده وتنها از سقف نور می گیرند که دراین صورت به آنها آتریوم 46 گفته می شود .
آتریوم به حیاط مرکزی روبازی گفته می شده که اتاق های مجاور آن را احاطه می کرده است درمعماری مدرن ، آتریوم به فضای وسیع وگشوده ای اتلاق می شود که اغلب چندین طبقه ارتفاع داشته وباسقف شیشه ای یا پنجره های بزرگ یا هر دو پوشانده می شود . از آتریوم های بسته بیشتر درمواقعی استفاده می شود که زیربنای ساختمان بسیار زیاد بوده ویا اینکه امکان استفاده از جبهه های جنوبی بنا وجود نداشته و یا محدود باشد مانند اماکن تجاری
