نحوه  کارکرد سیستم های پمپی حرارت خورشیدی:

پمپ حرارت مصرف از انرژی مکانیکی، انرژی حرارتی را از یک محل به یک منبع حرارت منتقل می کند. پمپ حرارتی که به دست الکتریسیته راه اندازی می شود در مقایسه با گرم کن های الکتریکی یا سوخت گران قیمت دارای  مزیت دارد: ضریب عملکرد این پمپ به اندازه ای بالاست که می تواند بازای هر کیلووات ساعت انرژی تغذیه شده به کمپرسور، 11 تا 15 مگاژول گرما بدهد که این  موجب صرفه جویی در هزینه تامین انرژی می شود. پمپ های حرارت آب به هوا، که از آب گرم شده توسط خورشید به عنوان منبع انرژی اواپراتور استفاده می کند را می توان به عنوان منابع کمکی گرما استفاده کرد. مصرف از آب مشکلات یخ زدگی را دارد که باید مد نظر قرار گیرد. سیستم های خورشیدی که از سیال مایع استفاده می کند در دمای کم تر از سیستم های متداول کار می کند و از تجهیزات بیش تر برای هدایت گرما به ساختمان استفاده می شود.

گرمایش و پسیو خورشیدی :

برای گرمایش خورشیدی پسیو دو اقدام اول  صورت می گیرد:

استفاده شیشه در وجه جنوبی

استفاده جرم حرارتی برای جذب کردن، ذخیره سازی و انتشار گرما

در این جا سه راه برای سیستم پسیو: مستقیم – غیر مستقیم – ایزوله

هدف  سیستم گرمایش خورشیدی ذخیره سازی گرما توسط مصالح ساختمان و رها سازی آن در زمانی است که تابش خورشید وجود ندارد. هنگام که مصالح ساختمانی گرما را برای مصرف بعدی ذخیره می نمایند گرمایش خورشیدی فضای مطلوبی را برای داخل خانه مهیا می کند.

 کسب مستقیم :

معمول سیستم خورشیدی پسیو، کسب مستقیم نامیده شود. کسب مستقیم مربوط به نور خورشید  که از پنجره ها وارد ساختمان می‎شود و فضای داخلی منزل را گرم می‎کند. در ساعات افتابی این گرما در جرم حرارتی سقفها یا دیوارهای داخلی با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخیره می‎شود. گرمای ذخیره شده در جرم حرارتی در ساعاتی که آفتاب غروب کرده است به درون منزل منتقل می‎شود. طراحی سیستم کسب مستقیم محاسبه سطح پنجره و میزان جرم حرارت مورد نیاز جهت گرم کردن فضای منزل به طور کل مساحت شیشه درکسب مستقیم حداقل 7 صدم مساحت سقف خانه باشد و از 12 درصد ان تجاوز نکند. در کسب مستقیم شیشه دوجداره نیز توصیه می‎شود.

 

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

در سیستم کسب مستقیم دیوار و کف به عنوان جرم حرارتی بخش های عملیات خانه هست. هم چنین می توان با استفاده  مخازن آب ،گرما ذخیره کرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان سخت می باشد .

جرم حرارت در اثر جذب گرما در 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  کار می‎کند. جرم حرارتی را می‎توان در نقشه ساختمان، در قسمت های سقف، دیوار داخلی، شومینه یا بالکن ها به کار رود. این سطوح نیاز به تابش مستقیم خورشید ندارند اما باید رنگ آنها تیره باشد. میزان ذخیره سازی حرارت مواد مختلف وابسته به هدایت حرارتی، گرما ویژه و چگالی آن می‎باشد. اغلب با افزایش چگالی، رسانای گرما نیز افزایش می‎یابد. نکات مهم که در مورد سقف باید به آن ها دقت کرد:

نوع رنگ، رنگ بتن، آجر، کاشی های شیشه و سرامیک تیره هم چنین دیوارهای داخل و شومینه برای ذخیره سازی گرما به جرم بیش تری نیاز دارند. از نقطه نظر انرژی بکار بردن چندین جرم حرارتی در منزل دشوار خواهد بود ولی جرم حرارت که برای ذخیره سازی حرارت به کار می‏رود زیاد گران نیست.

قانون کل سیستم  مستقیم:

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

ضخامت مصالح جرم حرارتی از 15.24 سانتی مترتجاوز نکند.

کف های که بعنوان جرم حرارتی مصرف می شود نباید توسط فرش های سرتا سری کامل پوشیده شده و تا حد ممکن کامل بدون کف پوش باشد.

استفاده از رنگ تیره برای کف ، استفاده از رنگ روشن برای دیوارهای کم جرم و هر رنگ دلخواه برای دیوارهای که بعنوان جرم حرارتی استفاده می شود .

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

حفره بلوک های بتنی که بعنوان ذخیره ساز حرارت استفاده می شود با بتون پر شود.

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

 

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

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

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

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 به عنوان جرم حرارت می رسد مصرف می نماید.

انواع سیستم کسب غیر مستقیم :

 سیستم دیوار انباشتگر حرارت

سیستم حوضچه ای

دیوار آبی

دیوار ترومب:

 

در این روش، جرم حرارت تقریباً پشت شیشه ضلع جنوبی قرار داده می شود.

دریچه های در بالا و پایین دیوار ترومب وجود دارد که به گرما اجازه جریان یافتن از این دیوار و شیشه به داخل منزل را می دهد. شب ها وقتی که دریچه ها بسته شوند تابش حرارت از دیوار، فضای منزل را گرم می نماید. این دیوار تکنیک 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 شیشه که در فاصله 0.05 متراز سطح واقع شده است می‎پوشاند. 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 ندارد چون هدف گردش هوای گرم بوده و گرفتن گرما ازراه تابش از دیوار‎باشد.

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

سیستم حوضچه ایی :

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

 دیوار آبی:

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

قوانین کل سیستم غیر مستقیم برای دیوار ترومب:

 دیوار جرمی رو به خورشید بوده و تیره رنگ باشد .

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

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

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

جنس دیوار حرارتی آجری باشد ضخامت تقریب 0.35-0.25 متر برای بتن0.45 -0.3 متر برای خشت خام و مصالح 0.3-0.2 متر و برای آب حداقل 0.15 متر باشد

ایزوله کردن خانه :

یک سیستم ایزوله مجموعه بخشهای جدای از قسمت اصلی خانه دارد، مثل یک اتاق خورشیدی و یک مدار منتقل کننده حرارت از کلکتور به سیستم انباشته خانه و از نقاط تمایز این سیستم با سایر سیستم  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 کند و هم چنین انرژی خورشیدی را در اتاق خورشیدی حفظ می نماید.

ظاهرً اتاق خورشیدی یا گلخانه های خورشیدی ترکیب سیستم های کسب مستقیم و غیر مستقیم می باشد. نور خورشیدی ورودی به اتاق خورشیدی در جرم حرارت ذخیره می شود . نور خورشید توسط رسانش از دیوار جرم مشترک بین منزل و گلخانه به  منزل منتقل می شود.

 

 روش سرمایش پسیو:

روش سرمایش طبیعی باعث می شود بدون مصرف از هر گونه انرژی در تابستان، خانه خنک بماند. سایه از موارد کاربرد و مهم در خانه های خورشید پسیو می باشد چون این ساختار در زمستان نور خورشید را جمع آوری می کند. جرم حرارتی و مصالح ساختمانی به همان خوبی که در گرمایش کاربرد دارد در سرمایش نیز مؤثرند. در زمستان گرما را ذخیره می کند و در تابستان جهت خنک کردن منزل استفاده می شود هم چنین به کار بردن پنجره های که در تابستان با ایجاد سایه گرمای کمتر به خانه منتقل می شود.

 پنجره جهت تهویه:

 استراتژی برای سرمایش ساختمان بدون به کار بردن قطعات مکانیکی در آب و هوای گرم به کار بردن تهویه طبیعی می باشد نسیم رایج تابستان با شیشه بزرگ دیوار جنوب که برای گرمایش پسیو به کار می رود هماهنگ دارد و به پیرو استراتژی های زیر استفاده تهویه و دریچه خورشیدی را به طور مؤثر می سازد.

وضعیت پنجره به گونه بهترین جریان هوا به وجود آمده وپنجره با حفاظ دار به طور کامل باز شود. این پنجره بهترین محافظ در برابر باران بوده و بهتر از پنجره های دو لنگه عمل می کند.اگر اتاق فقط در یک وجه پنجره دارد می توان به جای یک پنجره از دو پنجره پهن مصرف کند.

 

کنسول بامی:

کنسول ثابت نه گران هست و نه نیازی به اپریشن دارد. در طراحی آن  دقت کرد به گونه که در تابستان برای خارج کردن گرما و در زمستان برای حفظ گرما در داخل منزل عمل کنند ترکیب هوشیارانه ایی از کنسولهای با اندازه مشخص در پنجره های جنوبی و سایه آن روی سایر پنجره ها راه حل مؤثری می باشد. در سانتافی یک کنسول ایده آل برای پنجره با بلندی 1.2 متر، 45.72 سانتی مترمی باشد البته اگر بالای کنسول33 سانتی متر بیشتر از بالای پنجره باشد.

 سایه بان:

وسایل ایجاد کننده سایه قبل از این که نور خورشید به ساختمان برسد آن ها را متوقف می کند این وسایل عبارتند از سایبان، صفحات خورشیدی، پرده غلطان، دیافراگم مخصوص پشت پنجره و بادگیر عمود.

این وسایل قابل کنترل بوده و توسط صاحب خانه بر حسب نیاز تنظیم می شود استفاده از پرده در منزل کم هزینه و مفید می باشد راه دیگری ایجاد سایه استفاده از یک ایوان یا دالان در قسمت شرقی یا غربی ساختمان می باشد.

 دیوارهای مؤثر بر هوا:

دیوارهای بالدار در معرض جریان باد قرار دارند و سرعت باد طبیعی را طی اختلاف فشار بوجود آمده توسط این دیوارها زیاد می کند.

دودکش حرارت:

دودکش حرارت برای خروج جریان بخار و هوا از ساختمان کار می رود. با قرار دادن یک دریچه خروج در نواحی گرم و داغ، هوا جهت تهویه ساختمان به درون آن کشیده می شود.

اتاق آفتابی به این دلیل طراحی می شود که گرمای طاقت فرسای که در تابستان در اتاق های جنوبی پدید می آید را توسط دریچه بالای تهویه کند. دریچه پایین تر منزل با پنجره های سمت شمالی باز می شود و هوا درون فضای منزل از دریچه‎های بالایی اتاق آفتابی خارج می شود.

 

دیوار جرم برای استفاده جز مستقیم ساخته :

می شود. دوکش های حرارت به صورت بخش باریک ساخته می شود طبق و یک جاذب فلزی شکل که توان گرم شدن دارد در کنار دودکش پشت صفحه شیشه‎ ی قرار گیرد که به دمای بالای رسیده و توسط یک عایق از خانه جدا می شود دودکش به بالای پشت بام محدود شود و یک توربین چرخ در بالای دودکش قرار گرفته که مخالف باد باز شده و به هوای داغ اجازه خروج می دهد بدون این که برای داخل شدن باد به دودکش مانع باشد دودکش حرارت در خانه‎ با دهلیز و راه پله  باز مصرف می شود.