بسته آموزشی سیستم های انرژی تجدید پذیر در نرم افزار دیزاین بیلدر

• بخش اول : سلول های فتوولتاییک - Photovoltaic (PV) cell
• بخش دوم : توربین های بادی - Wind Turbines
• بخش سوم : لوله های زمین گرمایی - Ground Source Heat Pump

بخش اول: سلول های فتوولتاییک

انرژی خورشید یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیرباز به روش های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است. بحران انرژی در سال های اخیر، کشورهای جهان را بر آن داشته که با مسائل مربوط به انرژی، برخوردی متفاوت نمایند که در این میان جایگزینی انرژی های فسیلی با انرژی های تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفه جویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است. 

کشور ایران از لحاظ منابع مختلف انرژي یکی از غنی ترین کشورهاي جهان محسوب می گردد، چرا که از یک سو داراي منابع گسترده سوخت هاي فسیلی و تجدید ناپذیر نظیر نفت و گاز است و از سوي دیگر داراي پتانسیل فراوان انرژي هاي تجدیدپذیر می باشد. دلیل اصلی گرایش به انرژي هاي تجدید پذیر کمک به حل مشکلات زیست محیطی می باشد. بدون تردید انرژي هاي تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوري شان در مقابل فن آوري انرژي هسته اي از یک طرف و نیز به دلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله هاي اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستم هاي جدید انرژي در جهان ایفا می کنند. سیستم هاي جدید انرژي در آینده باید متکی به تغییرات ساختاري و بنیادي باشد که در آن منابع انرژي بدون کربن نظیر انرژي خورشیدي و بادي و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژي بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. رویکردی که می تواند متضمن پیشرفت در راستای حفظ محیط زیست و به تبع آن صرفه جویی در مصرف انرژی و افزایش درآمدهای ملی علاوه بر ارتقای سطح کیفی زندگی در محیط های شهری کشور باشد 

در اثر تابش خورشید به مدت چهل روز، می توان انرژی مورد نیاز یک قرن را ذخیره نمود. بنابراین با به کارگیری کلکتورهای خورشیدی می توان تا حدودی از این منبع انرژی بی پایان، پاک و رایگان استفاده کرد و تا حد بسیار زیادی در مصرف سوخت های فسیلی صرفه جویی نمود.

نرم فزار دیزایین بیلدر تمهیدات بسیار گسترده و موثری را جهت بهره مندی از انواع انرژی تجدید پذیر و به ویژه سیستم های فتوولتاییک فرآهم آورده است. در این مجموعه آموزشی تمامی نکات و مطالب مرتبط با چگونگی مدلسازی و استفاده از سیستم های فتوولتاییک در پروژه های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. به گونه ای که مخاطب این مجموعه پس از فراگیری آن امکان مدلسازی انواع سیستم های فتوولتاییک بر اساس مشخصات دقیق شرکت های مختلف سازنده و هم چنین بهره برداری و تحلیل نتایج ان را به منظور برآورد میزان تامین انرژی ساختمان داشته باشد. به علاوه امکان ارسال مازاد انرژی به شبکه جهت دستیابی به تعاریف صفر انرژی نیز در این بخش با تحلیل شرایط و پروژه های مختلف بررسی شده است.

• توضیح در رابطه با مزایای سیستم های تجدید پذیر و چگونگی تعریف آن ها در نرم افزار دیزاین بیلدر
• توضیح و بررسی مراحل 4 گانه پیاده سازی سلول های فتوولتاییک در نرم افزار دیزاین بیلدر
• بررسی گام به گام چگونگی مدلسازی هندسی سلول های فتوولتاییک با توجه به اطلاعات و مشخصات ساخت آن ها
• بررسی نکات مهم در فرآیند مدلسازی هندسی سلول های خورشیدی
• بررسی گزینه های موجود در بخش Solar collector در بخش Construction

1. توضیح در رابطه با بخش Cost
2. بررسی گزینه Level
3. بررسی بخش Material

• بررسی گزینه های موجود در بخش Photovoltaic Options و موجود در بخش Construction
• بررسی بخش Performance Type
• Simple
• Equivalent one Diode
• بررسی بخش Heat Transfer Integration Mode
• توضیح در رابطه با سلول های خورشیدی چسبیده به سطوح شیشه ای و دیوارها- Integrated Design
• توضیح در رابطه با تعداد سلول های خورشیدی در قالب دو گزینه

1. Modules in Series
2. Series String in Parallel

• بررسی کامل چگونگی وارد کردن اطلاعات مرتبط با یک مدول فتوولتاییک بر اساس مشخصات شرکت سازنده در بخش Photovoltaic Generator در بخش Equivalent one Diode
• بررسی گزینه های بخش General
• بررسی گزینه های بخش Current
• بررسی گزینه های بخش Voltage
• توضیح در رابطه با بخش Simple جهت Performance Type
• بررسی اجمالی دو بخش قبل
• توضیح در رابطه با روش های مختلف افزایش تعداد پنل های خورشیدی
• بررسی کامل بخش Load Centre در بخش Generation و بیان تمامی مفاهیم، نکات و مطالب مرتبط با آن
• بررسی گزینه های موجود در بخش Electric Load Centre شامل:

1.  Operation Scheme
2. Electrical Buss Type

• بررسی جریان های متناوب و مستقیم
•  بررسی Inverter
• توضیح در رابطه با انواع و ساختار Storage
• بررسی دو بخش

1. Construction with BIPV
2. Glazing with BIPV

• توضیح در رابطه با بخشCost  در بخش Load Center
• بررسی بخش Generator List
• توضیح در رابطه با اهمیت اقلیم انتخابی و نکات مهم در رابطه با چگونگی انتخاب آن جهت سیستم های فتوولتاییک
• بررسی کمل نتایج و چگونگی توزیع بار تولید شده از طریق سلول های فتولتاییک و چگونگی تعامل آن با شبکه نیرو و ذخیره کننده ها- DC and AC storage
• بررسی مفهوم صفر انرژی با استفاده از تبادل انرژی بین شبکه و سلول های خورشیدی

بخش دوم: توربین های بادی

رفتار امروز ما در برابر منابع انرژی، سیاره‌ای کاملا متفاوت نسبت به‌ آن چه خودمان می‌شناختیم، برای فرزندانمان و نسل‌های بعد به میراث می گذارد. اکنون در دوره‌ای هستیم که عصر تغییرات اقلیمی لقب گرفته و شاید آن چه که امروز حس می شود اولین موج‌های گرمایی ناشی از انفجارِ انتشار گازهای گلخانه‌ای در جو کره زمین باشند. در واقع، ما انسان‌ها مشغول انجام یک آزمایش زیستی شیمیایی در سراسر جهان هستیم و فرزندان ما، احتمالا همان سوژه‌های آزمایش هستند.

یکی از حوزه‌هایی که سرمایه‌گذاری در آن می‌تواند، فردای سیاره‌ی زمین را نجات دهد، منابع انرژی تجدید پذیر است. در این بخش یکی از مهم ترین و به صرفه ترین این حوزه ها، بخش مرتبط با انرژی های بادی است. به طور کل. باد، شکلی از انرژی خورشیدی است که از گرم شدن نابرابر سطح زمین در اثر تابش خورشید به‌وجود می‌آید، به‌ همین جهت، تا زمانی که خورشید می‌تابد، باد هم می‌وزد. از دیرباز، انسان‌ها انرژی باد را مهار کرده‌اند. قایق‌های بادبانی با قدمتی بیش از ۷ هزار سال در مصر، آسیاب‌های بادی ساده در چین جهت پمپاژ آب و آسیاب‌های بادی عمود محور، برای خُرد کردن دانه‌های غله و گندم در ایران با قدمتی در حدود ۵۰۰ تا ۹۰۰  مورد استفاده قرار می‌گرفتند. با توسعه برق، نیروی باد کاربرد جدیدی برای روشنایی ساختمان‌ها پیدا کرد. در طول قرن بیستم، نیروگاه‌های بادی کوچک مناسب برای مزارع، خانه‌ها و مزارع بادی بزرگ‌تری که می‌توانستند به شبکه‌های برق شهری متصل شوند، توسعه یافتند. 

مهم‌ترین مزیت توربین‌های بادی، کاهش تاثیرات مخرب زیست‌محیطی است. توربین‌های بادی مستقیما، هیچ‌گونه آلودگی آب ‌و هوایی یا زیست‌محیطی ندارند. به همین ترتیب، تجهیزات و ماشین‌آلات توربین‌های بادی هیچ یک از گازهای گلخانه‌ای مضر را که به تغییرات اقلیمی کمک می‌کند، منتشر نمی‌کنند. این عدم آلودگی باعث می‌شود که جمعیت‌هایی که در اطراف مزارع بادی ساکن هستند، از مشکلات جدی پزشکی مانند سرطان ریه یا آسم مصون باشند. علاوه‌ بر این، حیوانات نیز در محیطی سالم‌تر رشد می‌کنند.

مزیت دیگر انرژی باد، توجیه اقتصادی آن است. مکان هایی که توربین‌های بادی را روی زمین‌های خود نصب می‌کنند، صرفه‌جویی‌های قابل‌توجهی می‌کنند. توربین‌های بادی به بهره برداران آن کمک می‌کند که بدون استفاده از مقادیر قابل‌توجهی زمین، منفعت اقتصادی قابل توجهی را به لحاظ کاهش هزینه های انرژی کسب کنند. یک برآورد نشان می‌دهد که ۱ میلیون گیگاوات انرژی بادی در کل زمین وجود دارد و اگر فقط ۱ درصد از این زمین‌ها از نیروی باد بهره‌برداری کنند، می‌توان تمامی تقاضای جهانی برق را تامین کرد.  ظرفیت تولید انرژی بادی جهان در اواخر سال ۲۰۱۵  به ۴۳۵ گیگاوات رسید که حدود ۷ درصد کل ظرفیت تولید برق جهان است. مزارع بادی به‌همان میزانی که به نفع اقتصاد محلی هستند، برای محیط‌زیست هم مفیدند. علاوه بر این، در آینده نزدیک شاهد تولید انبوه توربین‌های بادی کوچک‌تر و قابل‌حمل خواهیم بود که می‌توانند به‌جز کسب ‌وکارهای کوچک برای مصارف شخصی هم مورد استفاده قرار گیرند. از این رو، در آینده احتمالا دیدن توربین‌ بادی در حیاط خلوت همسایه‌ به ‌امری عادی بدل می‌شود. توربین‌های بادی ممکن است که با مجتمع‌های مسکونی و آسمان‌خراش‌ها نیز ادغام شوند. 

 نرم فزار دیزایین بیلدر امکانات و گزینه ها مناسب و موثری را جهت بهره مندی از توربین های بادی به عنوان یک منبع پاک، ارزان و در دسترس انرژی تجدید پذیر فرآهم آورده است. در این مجموعه آموزشی تمامی نکات و مطالب مرتبط با چگونگی مدلسازی و استفاده از انواع توربین های بادی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. به گونه ای که مخاطب این مجموعه پس از فراگیری آن توانایی مدلسازی انواع توربین های بادی را بر اساس ویژگی های مختلف هر کدام از آن ها و مشخصات دقیق شرکت های مختلف سازنده را داشته باشد. هم چنین در این بخش  امکان بهره برداری و تحلیل نتایج به منظور برآورد میزان تامین انرژی ساختمان و تبادل آن با شبکه نیز بررسی شده است.

 نکات مهم ارائه شده در این مجموعه عبارتند است :

• توضیحات در رابطه با اطلاعات اقلیمی و ارتباط آن با سیستم های توربین بادی
• توضیح در رابطه با بخش Load Center 
• بررسی بخش General  و کزینه های آن

1.  Electric Buss Type
2.  Operation Scheme

• بررسی،  توضیح و تعریف تمامی مشخصات و مفاهیم توربین های بادی به عنوان یک ژنراتور در بخش Electric Load Center
• بررسی و توضیح برنامه زمانی جهت بهره مندی از سیستم های توربین بادی Availability schedule
• توضیح در رابطه با دو نوع توربین های محور افقی و قائم (Rotor Type) : 

1.  Horizontal axis or 
2.  Vertical axis

• آشنایی با بخش های مختلف توربین های بادی با ارائه مثال های تصویری
• بررسی روش های کنترلی در توربین بادی (Power Control) :

1.  Fixed Speed Fixed Pitch (FSFP)
2.  Fixed Speed Variable Pitch (FSVP)
3.  Variable Speed Fixed Pitch (VSFP), and
4.  Variable Speed Variable Pitch (VSVP)

• بررسی کامل نسبت Max Tip Speed Ratio به عنوان یکی از مهم ترین پارامترهای تاثیر گذار بر راندمان توربین های بادی
• درج اطلاعات یک نمونه موردی از توربین های بادی با توجه به مشخصات کارخانه سازنده
• بررسی نتایج حاصل از به کار گیری توربین های بادی و تحلیل آن ها در نرم افزار دیزاین بیلدر در بخش Analysis  و Summary
• توضیح در راقبطه با چگونگی و روش محاسبه توان تولید توربین های بادی (Power calculation method) با بررسی دو گزینه 

1.  Power Coefficients
2.  Power coefficient parameters C1-C6

•  بررسی سایر بخش ها. گزینه های مهم در رابطه با تنظیمات توربین های بادی شامل 

1.  Rated rotor speed
2.  Rotor diameter
3.  Overall height
4.  Number of blades
5.  Rated power
6.  Rated wind speed
7.  Cut in wind speed
8.  Cut out wind speed
9.  Fraction system efficiency
10.  Maximum tip speed ratio
11.  Annual local average wind speed
12.  Height for local average wind speed

•  بررسی تنظیمات مرتبط با توربین ها با محور عمودی

1.  Blade chord area
2.  Blade drag coefficient
3.  Blade lift coefficient

بخش سوم: لوله های زمین گرمایی

انرژی موجود در زمین همواره به عنوان یکی از منابع مهم جهت تامین انرژی گرمایش و سرمایش  و یا انتقال حرارت مورد توجه است. این نوع از انرژی به دلیل حفظ دمای ثابت می تواند به منظور گرما دادن و یا گرما گرفتن از ماده سیال به کار رود. در نرم افزار دیزاین بیلدر به منظور بهره مندی از این گونه انرژی تمهیداتی در نظر گرفته شده است تا با اتصال سیال در تماس با خاک عمق زمین به پمپ های حرارتی در بخش سرمایش و گرمایش، امکان بهره گیری از میانگین حرارتی دمای عمق زمین به منظور تامین چرخه چمچ های گرمایش و سرمایش فرآهم شود. این امکان سبب کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی جهت سیستم های گرمایشی و سرمایشی می شود.

در این بخش چگونگی تعیین و تعریف یک سیستم تبادل حرارتی در عمق زمین (سیستم زمین گرمایی) با توجه به میزان نیاز ساختمان و ظرفیت حرارتی آن به وطر کامل مورد بررسی قرار می گرد و چگونگی به کارگیری سیستم های تبادل حرارتی عمق زمین با استفاده از چمچ های حرارتی و اتصال آن ها به واحد مدیریت جریان هوا، تیرهای سرد و سیستم گرمایش از کف بررسی می شود. 

• بررسی و توضیح چگونگی محاسبه peak load جهت مدل مورد نظر
• استفاده از حداکثر ظرفیت حرارتی به منظور تعیین مشخصات پمپ های حرارتی در بخش سرمایش و گرمایش
• توضیح در رابطه با ساختار یک سیستم تاسیساتی متصل به GSHP
• بررسی کامل تنظیمات بخش مبدل حرارتی، Heat Exchanger
• بررسی انواع مبدل های حرارتی، Vertical, Pond, Surface و مشخصات هر بخش
• تعیین تعداد چاهک های مورد نظر جهت سیستم زمین گرمایی با استفاده از مشخصات و نیاز حرارتی مدل
• بررسی گزینه های موجود در بخش GSHP:VERTICAL
• توضیح در رابطه با Internal Source جهت سیستم گرمایش از کف