بخشی از مقاله
اثرات زيست محيطي مصرف سوخت در منازل مسکوني و ارائه راهکار بهينه سازي مصرف انرژي
چکيده :
مصرف سوخت در منازل مسکوني يکي از دلايل اصلي ايجاد آلودگيهاي زيست محيطي مي باشدکه اين موضوع توجه بسياري از محققين و صاحبنظران را در سالهاي اخير به خود جلب نموده است .
هدف اصلي از انجام اين مطالعه نشان دادن راهکارهاي عملـي و اقتصـادي بهينـه سـازي مصـرف انـرژي در ساختمانهاي مسکوني متداول در شهرکاشان مي باشد.
براي رسيدن به اين هدف ، نمونه متداول ساختمان مسکوني، انتخاب و با توجه به مطالعات کتابخانه اي ، جمع آوري اطلاعات مربوط از ادارات مرتبط مانند شهرداري و دانشکده معماري و هنر دانشگاه کاشان و مطالعات ميداني و... بررسي روي نمونه هاي موردي انجام شد.
نتايج حاصل ازاين مطالعات فاکتورهاي مؤثر در اين زمينه مي باشد که به صورت اصول طراحي پيشـنهاد مـي شود. با استفاده از اين اصول طراحي مي توان تا ميزان زيادي از مصرف انرژي کاست . بنابراين براي مطالعه بيشتر و بررسي ميزان تاثير اين اصول در بهينه سازي مصرف انرژي و در نتيجه کاهش اثرات زيست محيطي، عايقکاري حرارتي به عنوان يکي از اصول مطرح شده، انتخاب و بررسي و نتايج زير حاصل شد .
استفاده از عايقکاري حرارتي در جداره ساختمان مصرف انرژي را تا ميزان ١١٥١٨ کيلو کالري بر ساعت به ازاء ١٢٠ متر مربع کاهش داد. يعني به ازاء هر مترمربع ميزان مصرف انرژي بـا کـاربرد عـايق حرارتـي در سـاختمان حدود٩٦ کيلو کالري بر ساعت کاهش خواهد يافت . با توجه به اينکه حدود ٥٠٠٤٨٣٠ متر مربع فضاي مسکوني در کاشان وجود دارد، استفاده از اين راهکار به تنهايي مي تواند ميزان مصرف انرژي را سالانه حدود ٤٨٠ ميليون کيلو کالري بر ساعت کاهش دهد .که اين مقدار معادل مصرف ٩٢ ميليون متر مکعب گاز مي باشد . اين عامل مي تواند تاثير به سزايي در کاهش اثرات زيست محيطي ناشي از مصرف سوخت در طول زمان بگذارد.
کليد واژه :
انرژي، محيط زيست ، منازل مسکوني، بهينه سازي
سرآغاز:
امروزه انرژي به عنوان يکي از شاخصه هاي اصـلي بـراي ميزان پيشرفت جوامع شناخته شده است . به طوريکه ميزان دسترسي کشورها به منابع گوناگون انرژي نشانگر پيشرفت و قدرت سياسي ،اقتصادي آنان مي باشد.هزينه هاي گزاف توليد انرژي از يک سو و اسـتفاده و وابسـتگي روز افـزون جوامع صنعتي و يا در حال رشد از سوي ديگر ،کشـورها را برآن داشته است که براي جلوگيري از مصرف بي رويـه و غير بهينه مصرف انرژي و همچنين کـاهش هزينـه هـاي توليد و افزايش رفاه عمومي ،سياسـتهايي را تحـت عنـوان بهينه سازي مصرف انرژي در سياستهاي خود قرار دهند.
دخالتهاي غير مسئولانه بشـر در چرخـه محـيط زيسـت و آسيب هايي که تا کنون به محيط اطراف خـود وارد کـرده است و آلوده کردن هوا،آب و خـاک و اسـتفاده نادرسـت و بيش از حد از منابع طبيعي ،لزوم اسـتفاده کمتـر از انـرژي هاي فسيلي،استفاده از انرژي هاي تجديد پـذير و حـداقل دخل و تصرف در محيط زيست را براي بقاء زندگي انسان در اين کره خاکي لازم و ضروري مي سـازد تـا آنجـا کـه استفاده بهينه از انرژي و جـايگزيني انـرژي هـاي تجديـد پذير به جاي سوختهاي فسيلي از ارکان مهم توسعه پايـدار مي باشد.
از ميان انرژي هاي مصرف شده بيش از يک سوم انـرژي مصرفي کشور به بخش ساختمان اختصاص داده مي شـود که به نظر مي رسد ارزش آن به قيمت جهاني ساليانه بالغ بر ٦ ميليارد دلار است .که از عوامل عمده مصـرف بـالاي انرژي در اين بخش مي توان به نگرش غلط فرهنگي بـه مقوله انرژي و استفاده بي رويه آن و عدم توجه به اصـول مصرف بهينـه انـرژي در مراحـل طراحـي و اجـرا و بهـره برداري در ساختمان اشاره نمود . لذا با توجه به مسائل ذکر شده براي پرداختن به مقوله بهينه سازي مصرف انـرژي ، ابتدا يک سري از استانداردهاي مصرف انرژي در بخشهاي مختلف با توجه به آخرين سطح تکنولوژي و ديگر عوامـل تاثير گذار بر مصرف انرژي مطرح مي شود. و سپس جهت به اجرا درآوردن اين استانداردها ،راهکارهاي مصرف بهينه انرژي در بخش ساختمان ارائه مي گردد.
با توجه با اين نکته که مطالعه موردي شهر کاشان انتخاب شده است ، نوع متداول سـاختمان در ايـن شـهر از لحـاظ پرت انرژي مورد ارزيابي قرار مي گيرد. از سوي ديگـر ، از آنجا که در کاشان دو نوع متداول ساختمان سنتي و جديـد وجوددارد، راهکارهاي طراحي استفاده شده در ساختمانهاي مسکوني سنتي بررسي شده و با اسـتفاده از نتـايج بدسـت آمده در اين بخش اصول طراحـي سـاختمان مسـکوني در کاشان با رويکرد مصرف بهينه انرژي ارائه مـي شـود و در نهايت ساختمان نمونه مسکوني در اقليم کاشان طراحـي و بر اساس فرايند ارزيابي مطـرح شـده در مبحـث نـوزدهم مقررات ملي ساختمان ( صرفه جويي در مصـرف انـرژي ) کنترل مي شود.
آلودگيهاي ايجاد شده توسط مصـرف انـرژي
فسيلي:
مصرف سوختهاي فسيلي از علل اصلي آلودگي محيط زيست به خصوص هوا مـي باشـد. عمـده تـرين گازهـاي آلاينده که از احتراق انواع سوختهاي هيـدروکربني حاصـل مي شود، دي اکسيد کربن مي باشد. اين گاز که مهمترين گاز آلاينده هواست ، از سوختن و تنفس موجـودات بوجـود مي آيد و سالانه مقادير متنـابهي از آن توسـط کشـورهاي صنعتي وارد جو مي گردد.(ادريسي،١٣٨٤)
آلودگي هوا يعني حضور يک يا چند ماده يا مخلـوطي از آنها در هوا به اندازه اي که براي سلامت انسان و سـاير جانوران و اجسام مضر باشند. با حضور نفت و زغال سـنگ در چرخه صنعت ،بشر امروزشـاهد پديـده هـاي گونـاگوني است که در زمره تغييرات زيست محيطـي محسـوب مـي شوند . همانند بارشهاي اسيدي ،گرم شدن جهاني زمـين و افزايش گازهـاي گلخانـه اي . در سـالهاي اخيـر مصـرف شديد سوختهاي فسـيلي و رونـد رو بـه افـزايش گـاز دي اکسيد کربن به نوعي باعث توجيه پديده گرم شدن جهاني زمين مي شود.
تاکنون به طور متوسط در هر سال مقدار دي اکسيد کربن در جو حدود ٠.٢درصـد افـزايش يافتـه و چـون ايـن گـاز مهمترين گاز گلخانه اي است ،باعـث افـزايش روز افـزون دماي کره زمين مي شود.
در حـال حاضـر در اثـر سـوزاندن سـوختهاي فسـيلي ساليانه حدود شش ميليارد تـن دي اکسـيد کـربن در هـوا تخليه مي شود.گازهاي گلخانـه اي و سـهم آنهـا در ايـن پديده در جدول ١ درج شده است . (ادريسي،١٣٨٤)
جدول شماره ١ - گازهاي گلخانه اي
يکي ديگر از اثرات زيست محيطـي ناشـي از مصـرف انـرژي، ايجـاد ريـزش هـاي اسـيدي اسـت . اکسـيدهاي نيتروژن و نيز اکسيدهاي سـولفور کـه در فرآينـد احتـراق سوخت هاي فسيلي در بخش هاي توليد نيرو و يا حمـل و نقل توليد مي شوند، در اتمسفر منتشر و بـه ريـزش بـاران هاي اسيدي منجر مي شـوند. ميـزان تـأثير ريـزش هـاي اسيدي، به ميزان حساسيت اکوسيستم بستگي دارد.
راهکارهاي بهينه سـازي مصـرف انـرژي در ساختمان:
توصيه ها در زمينه طراحي ساختمان
طراحي معماري ساختمان بايد حتي الامکان همساز با اقليم باشد ، به نحـوي کـه از شـرايط مطلـوب طبيعـي حداکثر استفاده بعمل آيد و در ضمن سـاختمان در برابـر شرايط نامطلوب اقليمي محافظت گردد تا مقـدار انـرژي موردنياز براي تامين گرمـايش و سـرمايش بـه حـداقل رسيده و بخشي از آن از طريق طبيعي تامين شـود . بـه اين ترتيب شرايط آسـايش بـه نحـو مطلـوبتري در داخـل فضاي معماري تامين مي شود . برخـي عوامـل مـوثر در بهره گيري از انرژي هاي طبيعي در ساختمان به شرح زير مــي باشــند :(دفتــر تــدوين و تــرويج مقــررات ملــي ساختمان:١٣٨١)
- جهت گيري ساختمان : جهت گيري سـاختمان نسـبت به جنوب در بهره گيري از انرژي خورشـيد بسـيار مـوثر است . جهت گيـري مناسـب بـه ايـن معنـي اسـت کـه جدارهاي نورگذر جنوبي به منظور بهره برداري بيشتر از انرژي تابشي خورشيد در سردترين روز سال از سـاعت ٩ صبح تا ٣ بعدازظهر در معرض تـابش خورشـيد قـرار بگايدرهنادي. بناه مطعللاووبه درساطخوتملنسا بله منحوفويظ بقارشاردگويـرضدمناًکـطه ـ اي فصل گرم بتوان از نسيم ها و بادهاي مطلـوب بـه منظـور تهويه طبيعي و کاهش دماي داخل استفاده کرد .
- حجــم کلــي و فــرم ســاختمان : حجــم کلــي و فــرم ساختمان در انتقال انرژي حرارتي بسيار موثر است . هر قدر نسبت پوسته خارجي ساختمان به زيربناي آن کوچکتر باشد ، انتقال حرارت کمتري خواهد داشت .
- جانمايي فضاهاي داخلي : فضاهاي داخل بـه دو دسـته فضاهاي اصـلي و فضـاهاي حائـل تقسـيم مـي شـوند .
فضاهاي اصلي فضـاهايي هسـتند کـه در اکثـر اوقـات شبانه روز استفاده شده و افراد در آن سکونت دارنـد .
فضاهاي حائل داراي افراد سـاکن نبـوده و بـه طـور مستمر مورد استفاده قرار نمي گيرد .
جانمايي فضاهاي اصلي و فضاهاي حائل بايد به نحـوي صورت گيرد که فضاهاي حائل مابين فضـاهاي اصـلي و جبهه هاي نامطلوب ساختمان ( از نظر حرارتـي ) قـرار گيرند تا انتقال حرارت از فضاهاي اصلي به خارج ( يا از خارج به فضاهاي اصلي در ماههاي گرم سال ) به حـداقل برسد .
- جدارهاي نورگذر: جدارهاي نورگذر شامل پنجره هـا ، نور گيرها و مشابه آن بايد از قاب هاي مرغوب و بـدون درز مستقيم و با حداقل نشت هـوا باشـند . اسـتفاده از شيشه هاي دو جداره و يا دوقاب موازي براي اين سطوح به ويژه در مورد پنجره ها توصيه مي شود .
- تهويه طبيعي: تهويه طبيعي حالت ساده اي است کـه از آن براي برودت يک خانه استفاده مي شـود . امـا بايـد در نظر داشت که ميزان استفاده از تهويه طبيعي به شرايط آب و هوا يي منطقه بستگي دارد.
- عايقکاري جداره هاي انتقال دهنده حرارت : تبـادل حرارتي بين ساختمان و محيط اطرافش به سردشـدن آن در زمستان يا گرم شدنش در تابسـتان مـي انجامـد .
جبران اين تبادل حرارتي و ايجاد فضـايي مطلـوب در ساختمان ، در صورت عدم طراحي اوليه مناسب ، تنها بـا استفاده از سيستم هاي حرارتي يا برودتي و صـرف هزينـه زياد جهـت تـامين سـوخت مصـرفي ايـن سيسـتمها امکان پذير است . علاوه بر بالا رفتن مصرف سوخت ، کيفيت آسايش در ساختمانهايي که با مصالح معمولي و با ضخامتهاي محـدود بناشـده انـد ، نيـز نمـي توانـد رضايت بخش باشد . بايد توجه داشـت کـه گرچـه بـا افزايش ضخامت جداره هاي خارجي ساختمان مي توان تاحدودي ميزان تبادل حرارتي اين جداره ها راکـاهش داد
، اما درهرصورت اين افزايش ضخامت درکل و بخصـوص در مورد سـاختمانهاي چنـد طبقـه مقـرون بـه صـرفه نخواهد بود . بنابراين تنها راه حل اين مشکل اصلاح کيفيت جداره هاي خارجي ساختمان مي باشد . يکـي از اين راه حلها استفاده ازعايقهاي حرارتي دراين اجـزاء است . عايقهـاي حرارتـي نقـش ارزنـده اي را درارتقـاء کيفيت حرارتي سـاختارهاي مختلـف و در نتيجـه بهبـود شرايط داخلـي سـاختمانها و صـرفه جـويي در مصـرف سوخت ايجاد مي نمايد. ( اسلامي و رياضي :١٣٦٩)
مواد و روشها:
جهت محاسبات اين تحقيق از نقشه هاي ساختمانهاي مسکوني متداول کاشان که از شهرداري کاشان اخذ شده است ، استفاده گرديد. همچنين نقشـه هاي خانه سنتي از مرکز اسـناد دانشـکده معمـاري و هنـر دانشگاه کاشان اخذ گرديد.
با استفاده از چـک ليسـت مبحـث ١٩ مقـررات ملـي ساختمان و با استفاده از روش کارکردي ، پارامترهاي زيـر تعيين شد.
الف ) عوامل ويژه اصلي:
١- گـروه کـاربري سـاختمان (مسـکوني ) طبـق جــدول پيوســت ٤ مبحــث ١٩ گــروه الــف مشخص گرديد.
٢- نياز انرژي محل احـداث سـاختمان( کاشـان) طبق پيوست ٣ مبحـث ١٩ ، متوسـط تعيـين گرديد.
٣- زيربنــاي مفيــد ســاختمان (٢٠٠ متــر مربــع ) کمتر از ١٠٠٠ متر مربع مي باشد.
٤- کاشان شهرستاني بـا جمعيـت کمتـر از يـک ميليون نفر مي باشد.
٥- شماره گروه سـاختمان ازنظـر ميـزان صـرفه جــويي در مصــرف انــرژي طبــق پيوســت ٥ مبحث ١٩ ، گروه ٣ مشخص گرديد.
ب) اطلاعات کلي:
١- نوع انرژي مصرفي طبق بند ١٩-٢-٣-٢ غير برقي مشخص گرديد.
٢- نوع ساختمان طبق تعريف بند ١٩-١-٢- غير ويلايي تعيين گرديد.
٣- طبق بند ١٩-٢-٣-٥ ساختمان غيـر ويلايـي با استفاده مداوم مشخص شد.
٤- به دليل غير ويلايي بودن و غير از گروه يک بودن از لحاظ صرفه جويي در مصرف انـرژي ، در طراحي از ضريب تصحيح انتقال حـرارت مرجع و تخفيف هاي مندرج در مبحـث ١٩ ( طبق بند ١٩- ٣-١-٣) استفاده نگرديد.
بنا به جزئيات اجرايي عناصر مختلـف سـاختمان مسـکوني متداول و سنتي کاشان و ساختمان متداول عايقکاري شده ، طبق فرم شماره يک چک ليسـت مبحـث ١٩ ، ضـريب هدايت حرارتي و مقاومت حرارتي لايـه ( ضـريب هـدايت حرارتي . ضخامت لايه ) محاسبه مي گردد و سپس ضريب انتقال حرارت عنصر (مقاومت حرارتي عنصر. ١) به دسـت مي آيد. همچنين مساحت عنصر در سـاختمان مـورد نظـر محاسبه مي گردد.
طبق فرم شماره دو چک ليست مبحث ١٩ ضريب هـدايت حرارتي متوسط گونه هاي مختلف عناصـر سـاختماني بـه دست مي آيد.
طبق فرم شماره سه ، ضريب انتقال حرارت مرجع و طـرح ساختمان محاسبه و مقايسه مي گردد. در صورتيکه مقـدار ضريب انتقال حرارت طرح از ضريب انتقال حرارت مرجـع کمتر باشد، طراحي قابل قبول شناخته مي شـود و در غيـر اينصورت بايد مشخصات عناصر (ميزان عايقکاري و يا نوع آن و...) تغيير يابد.
شکل شماره ١-پلان خانه متداول مسکوني
