طراحی مرکز تحقیقات انرژی های تجدیدپذیر با رویکرد انرژی خورشیدی
 
چکیده :
 
 
 
دو رويكرد حفظ منابع و طراحی بر اساس چرخه حیات دو مسأله ايست كه هدف اين پژوهش می باشد. در حوزه انرژي، كاهش منابع انرژي و به دنبال آن آلودگی هاي زيست محیطی از مسايل مهم آن می باشند. ساختمان ها به عنوان عامل اصلی در هدر دادن منابع انرژي و ايجاد آلودگی می باشند. بدين صورت كه چیزي در حدود 50 تا 60 درصد انتشار مربوط به گازهاي حاصل از تولید انرژي كه منجر به آلودگی هوا می شود، توسط ساختمان ها اتفاق می افتد. در نتیجه براي كاهش مصرف انرژي و به تبع آن كاهش انتشار گازهاي آلوده كننده راهكاري جز، استفاده از انرژي هاي ايستا كه هیچ گونه تولید آلودگی در مصرف آنها وجود ندارد موجود نمی باشد. از طرف ديگر اين گونه منابع انرژي به صورت رايگان می تواند مورد استفاده قرار گیرد و لذا هزينه اي در قبال برخورداري از اين منابع بر عهده مصرف كننده نمی باشد. از جمله اين انرژي ها، انرژي خورشیدي است كه دركشور ما و به خصوص در ناحیه ي مركزي آن به جهت قرارگیري در منطقه گرم و خشک به وفور يافت می شود.
 
 
 
نبود يک مركز تحقیقات انرژي در شهر تاريخی و سرسبز اصفهان كه در سالیان گذشته الگوي معماري و شهرسازي بوده است يكی از نقاط ضعف اين استان هم به لحاظ معماري و هم از لحاظ زيست محیطی می باشد. از طرف ديگر در رويكرد طراحی بر اساس چرخه حیات، تولید زباله و مسايل مرتبط با آن يكی ديگر از حوزه هايی است كه بايد به آن پرداخته شودكه می تواند به دلیل عدم آگاهی مديريت و پرسنل فعال و نحوه بر خورد اكولوژيكی اين افراد با اين معضل باشد تبديل به يكی از موضوعات مهم در زمینه ناسازگاري با محیط زيست در كشور ما شده است. با توجه به مسائل مطرح شده و نیازهاي پايه، احداث اولین مركز علمی- پژوهشی- تحقیقاتی در زمینه هاي فناوري اكولوژي و سازگار با چرخه هاي طبیعت در اصفهان می تواند يكی از گزينه هاي مورد نظر جهت حل اين مشكل باشد.
 
 
 
واژگان کليدی: معماري پايدار، انرژي هاي تجديد پذير، انرژي خورشیدي، مركز تحقیقیات.
 
 
 
معماري پايدار در قالب كلمات متعددي مطرح شده است: «معماري سبز»، «طراحی با حساسیتهاي محیطی»، «طراحی اكولوژيكی»، «طراحی با طبیعت».
 

فهرست

CONTENTS
چکیده :    1
مقدمه    2
فصل اول: مباني نظري (معماري پايدار)    3
معماري پايدار    5
هدف مرکز تحقیقات انرژی های تجدید پذیر با رویکرد انرژی خورشیدی    5
الگوي پايداري    6
جايگاه معماري در حال حاضر    7
اصول معماري پايدار    8
معماري سنتي ايران و معماري پايدار    8
طراحي اقليم    9
اصول طراحي پايدار    10
معماري سنتي ايران و معماري پايدار    10
طراحي اقليمي    11
تعاريف پايه از مرکز تحقیقات    12
انرژی خورشیدی    15
آرایه انرژی خورشیدی در یک مرکز خرید در آستین، تگزاس    16
انرژي خورشيدي    17
آب گرم خورشيدي    17
توليد برق از طريق گرماي خورشيد    19
سلولهاي خورشيدي يا انرژي فتوولتايي    20
منابع شناخته شده انرژي عبارتند از:    23
انرژي خورشيد    23
منشأ بسياري از انرژي ها، انرژي خورشيد مي باشد.    23
انواع كلكتورهاي خورشيدي    24
كاربردها:    25
ب-2-1- Point – Focus dish concentrators    25
Central – Receive    26
نيروگاه خورشيدي جورجياي  ( kw400) :    27
براي سود جستن از انرژي خورشيدي دو راه وجود دارد :    27
کاربردهاي نيروگاهي خورشيدي    27
تاریخچه    28
کاربردهای انرژی خورشید    30
استفاده از انرژی حرارتی خورشید    30
کاربردهای نیروگاهی    30
نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی    31
نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی    31
نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی    32
دودکش‌های خورشیدی    32
مزایای نیروگاههای خورشیدی    32
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت    33
ب) عدم احتیاج به آب زیاد    33
پ) عدم آلودگی محیط زیست    33
ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای    33
ث) استهلاک کم و عمر زیاد    33
ج) عدم احتیاج به متخصص    33
کاربردهای غیر نیروگاهی    34
الف – آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی    34
ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی    34
پ – آب شیرین کن خورشیدی    34
ت – خشک کن خورشیدی    34
ث – اجاقهای خورشیدی    35
ج – کوره خورشیدی    35
چ – خانه‌های خورشیدی    35
سیستمهای فتوولتاییک    36
پنلهای خورشیدی:    36
مصرف کننده یا بار الکتریکی:    36
مصارف و کاربردهای فتوولتائیک    36
روشنایی خورشیدی:    37
سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی:    37
سیستم پمپاژ خورشیدی:    37
نیروگاههای فتوولتائیک:    37
یخچالهای خورشیدی:    37
سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل:    38
وضعيت انرژي در ايران    38
پتانسيل انرژي خورشيدي در ايران    39
روش های استفاده از انرژی خورشیدی (خورشید در خدمت آیندگان)    39
● انرژی خورشید به كمك آیندگان می شتابد    39
● لزوم استفاده از انرژی خورشیدی    40
● دستیابی به پیچیده ترین نوع نیروگاه خورشیدی؛ افتخار بزرگ ایرانیان    41
● انرژی خورشیدی؛ نیازها و محدودیت ها    41
1-2-1- اهداف و سياست ها    43
1-2-2- فعاليت ها    44
1-3- پرديس پژوهش و توسعه صنايع بالادستي نفت    44
حوزه اکتشاف    45
حوزه توليد بهره برداري و توسعه ميادين    45
حوزه هاي عمومي    45
معرفي مرکز تحقیقات    46
گروه هاي پژوهشي    46
معرفي مرکز تحقیقات    47
گروه هاي پژوهشي    47
1-3-6- مرکز تحقیقات مطالعات مخازن و توسعه ميادين    48
معرفي مرکز تحقیقات    48
گروه هاي پژوهشي    48
اهداف عمده طراحي اقليمي    49
اصول طراحي اقليمي بناها در ( اقليم سرد )    49
چيدمان    49
جهت گيري وتناسبات بنا    50
اجزاي بنا و سقف    50
فصل دوم    51
2. کليات انرژي    51
شکافت هسته اي    51
گداخت هسته اي    52
منابع تجديد پذير انرژي    53
انرژي باد    53
20202 انرژي زيست توده    55
انرژي برقابي    56
انرژي زمين گرمايي    57
هيدروژن    58
فصل سوم    58
بهره گيردي از انرژي خورشيدي    59
طبقه بندي سيستمهاي خورشيدي    59
سيستمهاي فتوبيولوژي    59
سيستمهاي شيميايي خورشيدي    59
سيستم هاي فتوولتائيک ( PV )    60
انواع سامانه هاي فتوولتائيک    61
مزاياي استفاده از BIPV    62
جهت گيري    63
پوشاندن بام با سامانه فتوولتائيک    63
پوشاندن نما با سامانه فتوولتائيک    64
نورگيرها و سامانه فتوولتائيک    65
سايه اندازهاي فتوولتائيک    65
دستور العمل هاي طراحي    66
نتيجه گيري :    66
نمونه هايي موفق از به کار گيري سلولهاي خورشيدي در معماري ژاپن    66
ساختمان SBIC شرق    67
شهرداري مرکزي اوکيناوا، 2002    67
سيستم هاي حرارتي    68
سيستم هاي آبگرم خورشيدي براي گرمايش وسرمايش    68
سيستم هاي خشک کن خورشيدي    69
خشک کردن با روش انجماد :    69
سيستم هاي آب شيرين کن    70
روشهاي تهيه آب شيرين    70
روش تقطير جهت تهيه آب شيرين    71
سيستم هاي فعال خورشيدي براي گرمايش    71
عناصر سيستم :    71
کلکتور:    71
جهت گيري و شيب :    71
انواع :    72
مخزن :    73
کنترل :    74
استفاده از المنت هاي برقي در کلکتورها :    74
عملکرد حرارتي :    74
تجهيزات مولد :    75
انواع کلکتور آبي :    75
تجهيزات توزيع :    77
گرمايش تابشي :    77
کانوکتور     78
رادياتور :    78
يونيت هيتر    78
هوا    79
سيستم حلقه محيطي    79
سيستم کانال اصلي افقي    80
سيستم هاي فعال خورشيدي براي سرمايش    80
چيلر تراکمي :    81
چيلر جذبي :    81
تجهيزات توزيع :    82
سيستم خنک ساز مستقيم :    82
سيستم تمام – هوا     82
سيستم تمام – آب     83
سرمايش تابشي :    83
ترکيبي هوا – آب :    84
تجهيزات توزيع :    84
سيستم تمام – هوا :    85
سيستم تک داکت با حجم متغير هوا :    85
سيستم تک داکت با حجم متغير هوا    85
سيستم با گرمايش مجدد در مقصد ( با حجم ثابت )     86
سيستم چند زوني ( با حجم ثابت هوا )    86
سيستم داکت مضاعف ( با حجم ثابت هوا )    87
سيستم تمام – آب :    87
سيستم فن کويل:    87
سيستم هيت پمپ با حلقه آب:    88
3.4.3.3 سيستم هوا – آب :    89
5.3.3 روشهاي ذخيره سازي سرمايش :    89
ذخيره سازي توسط آب سرد :    89
ذخيره سازي توسط يخ    90
-ذخيره سازي توسط نمکهاي يوتکتيک    90
بخش چهارم    90
آسايش حرارتي :    90
شرايط محيطي    91
عوامل انساني    91
آسايش حرارتي در ساختمانهاي غير فعال خورشيدي    91
نقش ساکنين در عملکرد ساختمانهاي غيرفعال خورشيدي    92
عوامل کليدي در طراحي ساختماني غير فعال خورشيدي    92
سامانه هاي گرمايش ايستا    93
محاسن و معايب سيستم هاي خورشيدي ايستا    93
دريافت مستقيم    94
عملکرد فصلي – گرمايش    94
عملکرد فصلي – سرمايش    94
امکانات :    95
محدوديت ها :    95
راهنماي طراحي :    95
کلکتور :    95
مساحت    97
کلرستوري    97
منعکس کننده ها :    97
سطوح بازتاب    98
انباره    98
ديوار آبي :    99
ديوار / بام حرارتي    100
عملکرد فصلي – گرمايش :    100
عملکرد فصلي سرمايش :    102
امکانات :    103
محدوديت ها :    104
سيستم حوضچۀ روي بام داراي محدوديت هاي زير است :    104
گلخانه :    104
انواع گلخانه بر مبناي ميزان محدوديت گلخانه ها بر مبناي ميزان محدوديت به صورت زير دسته بندي مي شوند : ( شکل 3-5-14 )    105
انواع گلخانه :    106
عملکرد فصلي – گرمايش    107
ديوار باز :    107
دريافت مستقيم :    107
تبادل هوا :    108
ديوار حرارتي :    108
عملکرد فصلي سرمايش :    109
امکانات :    110
محدوديت ها :    110
راهنماي طراحي :    110
کلکتور گلخانه :    110
جهت گيري و شيب :    110
سايه بان :    111
منعکس کننده ها :    112
دريچه هاي تهويه :    112
عايق حرارتي :    112
انباره :    112
دريچه تهويه :    112
عايق حرارتي :    113
در جدول زير مقايسه سامانه هاي گرمايش خورشيدي ايستا نشان داده شده است .    113
حلقه همرفت     114
عملکرد فصلي – گرمايشي    114
پانل عمودي     114
پانل U شکل :    115
عملکرد فصلي – سرمايش :    116
امکانات :    117
محدوديت ها :    117
کلکتور در سيم حلقه همرفت :    117
عايق حرارتي :    118
مصالح :    119
آتريوم :    119
آتريوم و حفظ انرژي :    120
جهت قرارگيري و نورگيري :    121
تفاوت آتريوم در اقليم سرد و گرم :    121
کارکرد تابستاني و زمستاني آتريوم    121
نحوه ذخيره انرژي گرمايي در آتريوم :    122
نحوه تهويه در آتريوم :    122
سرمايش غير فعال    123
سايه اندازي:    124
سايه اندازي    124
سايه با نهاي ثابت در سه دسته کلي قرار مي گيرند:    125
سايه بان ها ي متحرک:    126
شيشه در نقش عنصري يه انداز    129
ايجاد يک نوع سايه بان در اقليم هاي مختلف    131
. نماهاي دوپوسته    131
استراتژيهاي تهويه    132
تهويه در طي روز، جهت آسايش    132
سرمايش همرفت در طي شب (تهويه شبانه)    133
درک جريان هوا    133
جهت گيري پنجره و جهت باد    134
قرار گيري پنجره ها:    135
ديوارهاي الحاقي:    137
جداکننده هاي داخلي:    137
راهکارهاي لازم در طراحي تهويه ساختمان:    137
تهويه از طريق اثر دودکشي:    138
راهکارهاي طراحي دودکش خورشيدي:    139
بادگير:    140
راهکارهاي طراحي بادگير    140
تهويه در سقف و ديوارها:    140
راهکارهاي اجرايي:    140
گردآوردنده (کلکتور) در داخل پوسته ساختمان:    140
دريچه هاي سقفي    141
سرمايش تابشي:    141
-دماي آسمان    141
حياط مرکزي:    142
بام ساختمان:    142
. بام آبي:    143
تقويت سرمايش تابشي:    144
نتيجه گيري:    144
تبخير:    144
تبخير غير مستقيم:    145
سرمايش تبخيري سطوح ساختمان:    146
نتيجه گيري    146
سرمايش غيرفعال : اثر جرم    146
کاهش نوسانات روزانه دما :    147
سرمايش خاک    148
تماس با خاک    149
تماس مستقيم    149
- افزايش بارهاي سازه اي .    150
تماس غير مستقيم:    151
نتيجه گيري    152
رطوبت زدايي با يک خشک کننده:    152
استانداردهاي فضايي مرکز تحقیقات انرژيهاي نو    153
ضوابط ايمني و حفاظتي:    153
ب) استانداردهاي فضايي قرائت‌خانه‌ آقايان و خانمها    153
انواع چيدمان مختلف ميز و صندلي    156
مطالعه و مبلمان كتابخانه با مدول  و اشكال متفاوت همراه با فاصله استاندارد    156
موجود بين آنها    156
- انواع چيدمان مختلف ميز و صندلي مطالعه با مدول و اشكال متفاوت همراه با فاصله استاندارد موجود بين آنها    157
ج) پاركينگ:    158
آمفي تئاتر ( جزء فضاها ) :    158
جايگاه تماشاگران و تنظيم زواياي ديد:    159
چگونگي تعيين شيب کف سالن‌هاي نمايش    160
جدول معرفي جزئيات طراحي رديف صندليها    160
پشت صحنه :    161
جايگاه تماشاگران و تنظيم زواياي ديد :    161
جدول معرفي جزئيات طراحي رديف صندليها    164
عرصه اداري ( استانداردها - جزء فضاها ) :    165
استانداردها :    165
جزء فضاها:    165
نيازهاي فضايي در انواع چيدمان اتاق جلسات غير رسمي و رسمي    167
عرصه خدماتي ( استانداردها - جزءفضاها ) :    167
هواساز :    167
پارکينگ :    167
برنامه فيزيكي وايده هاي طراحي    167
استانداردهاي فضايي پروژه    167
معرفي حوزه هاي عملکردي پروژه    168
حوزه مديريت و بخش هاي اداري مجموعه    168
حوزه فعاليت هاي نمايشي و نمايشگاهي    168
الف- فضاهاي نمايشگاهي:    168
ب- فضاهاي نمايشي    169
3)حوزه فعاليت هاي آموزشي و پژوهشي    169
حوزه فعاليت هاي عمومي و خدماتي    169
آشنايي با استانداردهاي فضايي پروژه     170
بخش اداري :    175
فضاهاي آموزش نظري :    175
سالن اجتماعات :    175
محل تماشاچيان    176
محل نشستن    176
راهروها :    177
نمايان کردن    177
دکوراتيو :    177
سرسرا يا لابي :    177
اتاق رختكن    178
اتاق سخنراني :    178
ايمني از حريق    178
اتاق پروژكتور و ملحقات آن :    178
كتابخانه :    178
رستوران :    180
بررسي سرانه ها، متراژفضاهاو برنامه فيزيکي    180
مشخصات کاربري هاي طرح    180
اصول طراحی :    181
سازه :    183
تقسیم بندی نهایی اهداف و ارائه راهکارها :    183
طرح جامع فیزیکی :  معرفی حوزه ها :    184
برنامه فیزیکی    186
9.6.3. نمونه موردي:    188
باغ دولت آباد    188
3-7 روشنايي    189
نور مستقيم خورشيد    190
نور مستقيم آسمان    190
منابع غير مستقيم :    191
نور و توليد گرما:    191
اهداف روشنايي طبيعي:    192
راهبردهاي اصلي روشنايي طبيعي:    192
نمونه داخلي    193
ساختمان خورشيدي دانشگاه علم و صنعت ايران    193
سيستم گرمايش فعال خورشيدي(سيستم ترکيبي)    195
نمونه موردي سنتي ايراني    196
حسينيه مجتهد در اردبيل    197
نمونه موردي خارجي    200
خانه خورشيدي در آلمان    200
2. خانه خورشيدي co2-saver در لهستان    203
پروژه: ساختمان سبز    206
فصل پنجم : شناخت محيط طراحي    208
اصفهان    208
جغرافیای طبیعی و مطالعات اقلیمی    208
استان اصفهان    208
وجه تسميه    209
وضعيت اجتماعي و اقتصادي استان    212
موقعيت جغرافيايی و تقسيمات سياسی استان    214
ویژگی های طبیعی و اقلیمی منطقه:    215
موقعیت جغرافیایی:    215
شرایط اقلیمی اصفهان:    216
اقلیم    217
شکل8-2 جهت گیری ساختمان ها در اصفهان (منبع،الف-23)    219
شکل9-2 نقاله خورشیدی اصفهان (منبع،الف-23)    219
شکل10-2 محاسبه عمق سایبان(منبع،الف-23)    220
شکل11-2 فاصله سایه اندازی ساختمان ها در اصفهان (منبع،د-4)    220
جدول3-2 محاسبه عمق سایان در اضلاع مختلف ساختمان در اصفهان(منبع،نگارنده)    220
دمای هوا    221
شکل14-2 موقعیت بازشوها و نحوه تهویه(منبع،الف-23)    221
شکل17-2 نمودار جهت و سرعت باد در اصفهان(منبع،الف-23)    222
توصیه های طراحی :    223
بارش    224
رطوبت نسبی    224
توصیه های طراحی :    224
بسترکالبدی    225
موقعیت جغرافیایی    225
دمای هوا :    226
میزان بارندگی :    229
رطوبت نسبی :    232
بادها:    233
ناهمواریها :    235
منابع طبیعی :    236
فصل پنجم:    237
جغرافیای طبیعی    238
و ویژگی های انسانی    238
میزان جمعیت و نرخ رشد آن :    238
ساخت جنسی جمعیت :    240
ساخت سنی جمعیت :    241
اشتغال :    248
سواد:    250
دین :    250
زبان:    251
فصل ششم :    251
بررسی و شناخت سایت    251
1-6-1-1 موقعیت و وسعت سایت:    252
1-6-1-4 عناصر تاثیر گذار در سایت :    253
1-6-2 توپوگرافی زمین و ساختمان :    253
1-6-3 طراح زمین (توپو گرافی) :    254
1-6-4 توپو گرافی و طراحی زمین :    255
منابع:    256