تحقیق دودکش خورشیدی چیست؟

دودکش خورشیدی

این نوشتار دربارهٔ سامانهٔ تهویهٔ طبیعی است. برای فناوری تولید انرژی الکتریکی، برج مکشی خورشیدی را ببینید.

یک دودکش خورشیدی که هوا را از راه یک مبدل حرارتی زمینی می‌مکد تا به خنک‌کردن غیرفعال درون ساختمان کمک کند.

دودکش خورشیدی سازه‌ای است که با استفاده از اثر دودکش به تهویهٔ هوا کمک می‌کند. یک دودکش خورشیدی ساده می‌تواند از یک لولهٔ سیاه‌رنگ (برای جذب بیشتر انرژی خورشیدی) با قطر مناسب تشکیل شده باشد که به اندازهٔ چند متر از سقف خانه بالاتر است. در درون این دودکش‌ها ممکن است یک جرم حرارتی استفاده شود که به حفظ حرارت تا مدتی پس از غروب خورشید کمک می‌کند. به غیر از نصب بر روی بام، چنین دودکشی را می‌توان در دیواری از خانه که به سمت خط استوا است، یا روی سطحی جداگانه که از بام ساختمان بلندتر است نصب کرد. دودکش خورشیدی عمودی یا مایل نصب شود؛ آزمایش‌ها نشان می‌دهد که شیب بهینه برای یک دودکش خورشیدی در عرض جغرافیایی ۲۸٫۴°، بین ۴۵° تا ۷۰° است که همان زاویهٔ مناسب برای یک کلکتور خورشیدی است؛ این زاویه در طول روز تغییر می‌کند. با وجود تحقیقات بسیار، هنوز توافقی بر روی شکل و مشخصات دودکش خورشیدی مناسب حاصل نشده است؛ اما روشن است که هرچه پهنا و بلندای دودکش بیشتر باشد، بازدهی آن بالاتر است.[۱]

برای جلوگیری از خارج‌شدن هوای گرم در زمستان و کمک به تهویه در تابستان می‌توان از یک فن قابل تغییر جهت دور در داخل دودکش بهره جست. همچنین روشی برای ورود هوای جایگزین باید در نظر گرفته شود.[۲]

در مناطق بسیار گرم که آفتاب در مدت زیادی از روز می‌تابد، ممکن است از دو دودکش خورشیدی یکی در غرب (تهویه در بعد از ظهر) و دیگری در شرق ساختمان (برای تهویه در صبح‌هنگام) استفاده شود. بررسی جنبه‌های صوتی بخش مهمی از طراحی سامانه‌های تهویهٔ طبیعی هستند، طراحی باید به گونه‌ای باشد که ضمن تهویهٔ قسمت‌های مختلف ساختمان بتوان حریم خصوصی صوتی اتاق‌های مختلف را محفوظ نگاه داشت.[۳]

محتویات

۱ اجزاء

۲ عملکرد

۳ مزایا و معایب

۴ ساختمان وابسته به محیط زیست

۵ غیرفعال‌سازی جریان رو به پایین برج خنک‌کننده

۶ جستارهای وابسته

۷ منابع

اجزاء

دودکش خورشیدی یا برج نیرو از سه عنصر اصلی ساخته شده است:

1.      جمع‌کننده هوا

2.      برج یا همان دودکش

3.      توربین‌ های باد این دستگاه

این سیستم مجموعه‌ای دایره‌ای هلیوستات‌ها را با یک ناحیه دایره‌ای زمین که پوشش شیشه‌ای دارد و برج گیرندهٔ مرکزی را با یک دودکش که یک توربین بادی در آن قرار دارد جایگزین شده‌است. وجود سقف و زمین زیر آن به عنوان یک کلکتور یا جمع‌کننده خورشیدی عمل می‌کند.

عملکرد

هوایی که در زیر شیشه بوسیلهٔ خورشید گرم می‌شود توسط دودکش کشیده می‌شود ودر اثر این جریان توربین ژنراتور را به گردش وا می‌دارد. هوای گرم به این دلیل که سبکتر از هوای سرد است به سمت بالای برج حرکت می‌کند. این حرکت باعث ایجاد مکش در پایین برج می‌شود تا هوای گرم بیشتری را به درون بکشد و هوای سرد پیرامونی به زیر سقف شفاف وارد می‌شود. انرژی حرارتی که به وسیله برکه‌های خورشیدی ایجاد می‌شود را می‌توان از طریق خطوط توزیع ناحیه‌ای بر گرمایش و سرمایش فضای ساختمانی بکار برد. از دمای بیشتری که توسط متمرکز کننده‌ها ایجاد می‌شود می‌توان برای گرمای فرایندی در صنایع همراه یا ذخیره حرارتی در مخزن استفاده نمود.[۴]

مزایا و معایب

اگر کمبود جا یک محدودیت بحساب نمی‌آمداین سیستم‌ها می‌توانستند تا ۸۰٪ بار گرمایی را در نواحی بسیار آفتاب‌خیز و تا ۵۰٪ همین بار را در نواحی که شرایط هوا نا مساعد تر است تامیین نمایند.

همراه با انرژی معمولی پشتیبان جهت تامین بقیه بار اما قیمت انرژی گرمایی کمتر از انرژی برقی است و بنابراین یک بازار تجاری هیچگاه برای این نوع انرژی شکل نگرفته است.

تا زمانیکه قیمت انرژی پایین باقی بماند گردآورندهٔ مدور و خطی با شارژ فوتونی بسیار زیاد تنها در کاربردهای سم‌زدایی ممکن است بکار آیند.بررسی اقتصادی نشان داده است که اگر این نیروگاه هادر مقیاس بزرگ (بزرگتر یا مساوی ۱۰۰ مگاوات) ساخته شوند قیمت برق تولیدی آنها قابل مقایسه با برق نیروگاه‌های متداول است.

برق تولیدی از دودکش‌های خورشیدی جزو انرژی‌های تجدید پذیر محسوب می‌شود.این دودکش‌ها انرژی خورشیدی را به انرژی حرارتی در یک فضای محبوس تبدیل می‌کند که سپس از این انرژی برق تولید می‌شود.این دودکش‌ها دارای تجمیع کننده نور شفاف و یک دودکش با ارتفاعی حدود ۲۰۰ متر می‌باشند. این دودکش زمانی برای تولید برق مقرون بصرفه است که ارتفاع دودکش زیاد باشد.کشور استرالیا در این زمینه در جهان پیشروست و دودکشی با ارتفاع ۱۰۰۰ متر ساخته است.[۵]

ساختمان وابسته به محیط زیست

ساختمان اداری موسسه علوم تحقیقات گارستون در بریتانیا از دودکش های خورشیدی به عنوان بخشی از سیستم تهویه خود بهره برده است.این دفاتر قصد داشتند مصرف انرژی و تولید گازهای گل خانه ای را تا 30% کاهش دهند و شرایط محیطی راحت را بدون به کار گیری تهویه مطبوع حفظ کنند.این دودکش ها توسط Feilden Clegg Bradley طراحی شد. ویژگی های اصلی این ساختمان ،تهویه غیر فعال خورشیدی،سایه خورشیدی،استفاده از قطعه های بتنی تو خالی که در کف قرار داده شده است،می باشند.تهویه و سیستم های گرمایشی ساختمان، توسط سیستم مدیریت ساختمان(BMS)کنترل می شود. این در حالی است که میزان استفاده هر کاربر برای تنظیم شرایط محیطی ساکنان ارائه شده است.در ساختمان 5 محور عمودی به عنوان بخش تهویه و استراتژی خنک سازی به کاربرده شده است.اجزای تشکیل دهنده این ناودان ها ،دیواره با قالب شیشه ای رو به جنوب،بلوک،فولاد ضد زنگ و خروجی ها که چند متر بالاتر از سطح بام قرار گرفته اند. دودکش ها به قطعه های بتنی تو خالی که در کف قرار دارد متصل می شوند و از طریق تهویه شبانه خنک می شوند.لوله های جاسازی شده در کف می توانند خنک سازی اضافی را با به کار گیری آب زیر زمینی فراهم کنند.در روزهایی که باد گرم می وزد، هوا در فضای تو خالی قطعات بتنی کف جریان می یابد و تهویه به طور طبیعی از طریق دودکش های فولادی ضد زنگ انجام می شود،در نتیجه جریان هوا در تمام ساختمان افزایش می یابد. حرکت هوا در سر تا سر دودکش ،تاثیر دودکش را افزایش می دهد.در روز های گرم ،ساختمان غالبا به تاثیر دود کش متکی است، این در حالی است که هوا از سمت سایه دار شمال گرفته می شود.همچنین قرار دادن فن های ضعیف در بالای دودکش ها می تواند برای افزایش جریان هوا به کار برده شوند.سیستم های]] تهویه قادرند هوای خنک شب را بین فضای خالی کف ذخیره و در روز بعد از آن استفاده کنند.پوشش منحنی سقف ،نما خمیده، سبب می شود سطح بیشتری در معرض هوا قرار بگیرد که این خود باعث کارایی بهتر دودکش ها می شود.تحقیقات نشان می دهد که این دودکش ها تهویه خنک سازی را درروزهای گرم و معتدل افزایش می دهند و همچنین می توانن پتانسیل خنک سازی شب هنگام را نیزداشته باشند.

غیرفعال‌سازی جریان رو به پایین برج خنک‌کننده

تکنولوژی دودکش خورشیدی همانند برج خنک‌کننده تبخیری، یک جریان رو به پایین است. در مناطق گرم و خشک، این رویکرد به شکلی پایدار ممکن است برای تهویه مطبوع مناسب باشد.تبخیر رطوبت از لنت‌های بالای ساختمانی که توسط مردم مالی در Toguna ساخته شده، در احساس خنکی افرادی که در زیر زمین استراحت می‌کردند دخیل بود. ساختمان مربوط به زنان دور از مرکز شهر بود و به صورت دودکش‌های خورشیدی معمولی تر کار می‌کرد. قاعده کلی تبخیر آب از بالای برج به دو صورت امکان پذیر می‌باشد:

1.      با به کارگیری پد‌های خنک کننده تبخیری

2.      با پاشیدن آب

تبخیر، هوای ورودی را خنک می‌کند و باعث جریان رو به پایین هوای خنک می‌شود و این خود باعث کاهش دمای درون ساختمان می‌شود. جریان هوا به کمک دودکش خورشیدی در ساختمان افزایش می‌یابد و همچنین باعث خروج هوای گرم از درون ساختمان می‌شود. این موضوع برای بازدید کنندگان پارک ملی zion استفاده شده است. مرکز بازدیدکننده‌ها، توسط طراحان ساختمان‌های با عملکرد بالا در لابراتوار انرژی ملی طراحی شد. (NREL)اصل جریان رو به پایین برج خنک کننده برای تولید انرژی خورشیدی نیز بیان شده است.[۶]

جستارهای وابسته

برج مکشی خورشیدی

سامانه غیرفعال خورشیدی

دیوار ترومب

بادگیر

منابع

1.      Bainbridge and Haggard, Passive Solar Architecture: Heating, Cooling, Ventilation, Daylighting, and More Using Natural Flows, 125.

2.      Bainbridge and Haggard, Passive Solar Architecture: Heating, Cooling, Ventilation, Daylighting, and More Using Natural Flows, 125-126.

3.      Bainbridge and Haggard, Passive Solar Architecture: Heating, Cooling, Ventilation, Daylighting, and More Using Natural Flows, 126.

4.      واتسون. دانلد و لب. کنت. طراحی اقلیمی (اصول نظری و اجرایی کاربرد انرژی در ساختمان)،ترجمه:وحید قبادیان و وحید مهدوی. انتشارات دانشگاه تهران

5.      تائو. ویلیام و جنیس ریچارد. طراحی سیستم‌های مکانیکی و الکتریکی در ساختمان، ترجمه:مهندس عبد الرضا دیوسالار. انتشارات دانشگاه تربیت شهید رجائی.(۱۳۸۶)

6.       مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Solar chimney»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۲۰۱۳-۱۲-۰۹).

Bainbridge, D.A. and K.L. Haggard. Passive Solar Architecture: Heating, Cooling, Ventilation, Daylighting, and More Using Natural Flows. Chelsea Green Pub., 2011. ISBN ‎9781603584203. Retrieved 2013-11-17

دودکش های خورشیدی

·        

یکی از بهترین روشها جهت دستیابی به راههایی جهت کاستن از میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای، استفاده از انرژی های تجدید‌پذیر است و در این راستا می توان فناوری «دودکش خورشیدی» را معرفی کرد.

·        

دودکش های خورشیدی یکی از انواع نیروگاههای تبدیل انرژی خورشید به برق می باشد. یکی از بهترین روشها جهت دستیابی به راههایی جهت کاستن از میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای، استفاده از انرژیهای تجدید‌پذیر است و در این راستا می توان فناوری «دودکش خورشیدی» را معرفی کرد.

 این معرفی از آن جهت است که قسمت عمده کار با نیروی نسبتاً غیرماهر قابل انجام است و این سیستم قادر است بدون نیاز به تعمیر و نگهداری خاص برای مدت مدیدی برق تولید کند و مناسب برای کشورهایی است که میزان تابش خورشید در آنها زیاد است.

اگر بخواهیم انرژیهای تجدید‌پذیر از کاربرد وسیعی برخوردار شوند باید که تکنولوژی‌های ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای کشورهای کمتر توسعه یافته نیز مشکلات فنی به همراه نداشته باشد و بتوان از منابع محدود مواد خام آنها نیز استفاده کرد. در مرحله بعدی نیز باید به آب زیاد نیاز نداشته باشد. فناوری دودکش دارای این شرایط است.

 بررسیهای اقتصادی نشان داده است که اگر این نیروگاهها در مقیاس بزرگ (بزرگتر یا مساوی 100 مگاوات) ساخته شوند، قیمت برق تولیدی آنها قابل مقایسه با برق نیروگاههای متداول است. این موضوع کافی است که بتوان انرژی خورشیدی را در مقیاسهای بزرگ نیز به خدمت گرفت. بر این اساس می‌توان انتظار داشت که دودکشهای خورشیدی بتوانند در زمینه تولید برق برای مناطق پرآفتاب نقش مهمی را ایفا کنند. فناوری دودکش خورشیدی در واقع از سه عنصر اصلی تشکیل شده است که اولی جمع‌‌کننده هوا و عنصر بعدی برج یا همان دودکش و قسمت آخر نیز توربینهای باد آن است.

درواقع استفاده از برج نیرو یا دودکش های خورشیدی روشی دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید می‌باشد. در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود 200 متر و تعداد زیادی گرم خانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید می‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدایت می‌شود. این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و باعث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده‌است می‌گردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید می‌شود. یک نمونه از این سیستم در 160 کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به 200 متر می‌رسد.

مزایای نیروگاههای خورشیدی

الف) تولید برق بدون مصرف سوخت

ب) عدم احتیاج به آب زیاد

پ) عدم آلودگی محیط زیست

ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای

ث) استهلاک کم و عمر زیاد