بخشی از مقاله
ارزیابی و مقایسه تطبیقی انرژی مصرفی در سازههای فلزی و بتنی
چکیده
در بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها، علاوه بر مصرف انرژی در استفاده از ساختمان برای گرمایش، سرمایش، روشنائی، شستشو، پخت غذا و غیره، لازم است مصرف انرژی در تولید مصالح و روش ساختمانسازی نیز مورد توجه قرار گیرد و آن مصالح ساختمانی و روش ساختی انتخاب شوند که، علاوه بر خصوصیات سازهای مورد نظر، مصرف انرژی در تولید مصالح و ساخت ساختمان در آنها حداقل باشد. با توجه به این نکته، میتوان در تولید و مصرف انواع مصالح ساختمانی و روشهای ساخت تغییراتی بوجود آورده و مصرف انرژی در ساختمانسازی و استفاده از ساختمان در کشور را به حداقل ممکن رساند.
برای نشان دادن اهمیت موضوع، دو واحد مسکونی، هر یک با 1000 متر مربع زیر بنا در هر طبقه مورد توجه قرار گرفت. یکی از ساختمانها دارای اسکلت فولادی و دیگری بتنی میباشد. با بررسی انرژی مورد نیاز برای استخراج مواد اولیه و در نهایت تولید یک تن فولاد در کارخانه و حمل آن به محل کار و تعیین انرژی لازم برای استخراج مواد اولیه و در نهایت تولید یک تن سیمان، شن، ماسه و غیره و با در نظر گرفتن مقدار مصرف هر یک از این مصالح در هر یک از برجهای مورد نظر، مقدار انرژی ضروری برای ساخت اسکلت ساختمان فولادی و بتنی ( با در نظر گرفتن سقف طبقات) تعیین گردید. دیوارها و سایر اجزای ساختمانی برجها به خاطر یکسان بودن کاربرد آنها در هر دو ساختمان مورد توجه و بررسی قرار نگرفتند.
نتیجه مطالعات و بررسیها نشان داد که برای تولید فولاد و مصالح لازم برای ساخت اسکلت برج فولادیجمعاً153,8 تراژول و برای تولید مصالح و ساخت اسکلت ساختمانبتنی جمعاً91,4 تراژول انرژی مصرف می شود که با در نظر گرفتن 19000 مترمربع سطح زیربنا برای هر یک از این ساختمانهای 19 طبقه، مقدار انرژی مصرفی برای اسکلت برج فولادی برابر با 8,096 گیگاژول و برای اسکت ساختمان بتنی معادل 4,812 گیگاژول انرژی بر مترمربع سطح زیر بنا میباشد. تفاو ت 62,4 تراژول انرژی مصرفی در ساخت اسکلت دو ساختمان معادل 6 تا 12 سال ( بر حسب تمهیدات مختلف صرفهجوئی) مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش هر یک از این ساختمانها میباشد.
کلمات کلیدی: انرژی مصرفی، ساختمان فولادی، ساختمان بتنی
-1 مقدمه
با توجه به اثرات زیست محیطی مصرف سوختهای فسیلی در کشور، صرفه جوئی انرژی در تمام مصارف به عنوان یک موضوع بسیار مهم مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مصارف قابل توجه انرژی در تولید مصالح ساختمانی و روش ساخت ساختمانها می باشد. برای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان سازی در کشور لازم است انرژی مورد نیاز تولید مصالح را تعیین و روشهای مختلف ساخت را نیز در نظر گرفت و در نهایت، با در نظر گرفتن مشخصات سازهای و حرارتی، آن مصالحی را انتخاب کرد که انرژی کمتری برای تولید شان مصرف شده است. بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان سازی موضوعی نسبتا" جدید می باشد و لازم است مورد توجه سازندگان ساختمانها قرار گیرد و دولت با اعمال سیاستهایی استفاده از مصالح ساختمانی را که انرژی کمتری مصرف می نمایند تشویق نماید.
علاوه بر مصالح ساختمانی و روش های ساخت ساختمانها، لازم است موضوع بهینه سازی مصرف انرژی در سایر فعالیتهای اقتصادی نیز مورد توجه قرار گیرد و در نهایت از لوازم و وسایلی در منزل و محل کار و غیره استفاده شود که در ساخت و تولید و مصرف آنها از مقدار انرژی کمتری (با مقایسه با وسایل و لوازم مشابه) استفاده شده است.
مطالعه حاضر گامی مقدماتی در نشان دادن اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی در استفاده از مصالح مختلف در ساخت ساختمانها می باشد.
-2 انتخاب دو ساختمان مشابه
برای نشان دادن اهمیت موضوع بهینه سازی مصرف انرژی در ساخت ساختمانها، دو برج مسکونی در شمال غرب تهران را در نظر میگیریم. این برجها 19 طبقه با 1000 متر مربع زیر بنا در هر طبقه می باشند. یکی از این برجها دارای اسکلت بتنی و دیگری فولادی و سایر قسمتهای طبقات در هر ساختمان از هر نظر شبیه یکدیگر می باشند. بنابراین لازم است که فقط اسکلت این دو ساختمان بتنی و فولادی مورد مقایسه قرار گیرند.
-3 تخمین میزان بتن و فولاد در دو ساختمان مورد نظر
با مراجعه به مهندسان شرکت عمران تکلار سازنده برج های بتنی در مجتمع هرمزان در شهرک قدس در منطقه شمال غرب تهران اطلاعات زیر بدست آمد:[1]
جدول -1 مصرف بتن و فولاد در دو برج 19 طبقه بتنی و فولادی با 1000 متر مربع زیر بنا در هر طبقه
ساختمان بتنی ساختمان فولادی
مصرف مواد در بتن فولاد بتن فولاد
ساختمان ها 8000 متر مکعب 1300 تن 4540 متر مکعب 2488 تن
در برآورد مواد مصرفی فرض شده است که در پی سازی هر دو ساختمان و ستون های ساختمان بتنی از بتن آرمه و در سقف طبقات از دال بتن آرمه دو طرفه استفاده شده است.
لازم است اضافه نماید که در این برآوردها هیچگونه بهینه سازی سازهای، که میتوان با طراحی مناسب تر مصرف مواد را (در ساختمان بتنی یا فولادی) کاهش داد، نشده است. لازم است در مطالعات دقیقتر مربوط به کاهش مصرف انرژی در ساختمان سازی چنین بهینه سازی سازهای انجام گیرد و مقایسه مصرف ساختمان سازی در کشور لازم است انرژی برای چنین ساختمانهایی باشد.
-4 تخمین میزان انرژی در تولید بتن و فولاد
-1 تولید بتن در یک متر مکعب بتن مواد زیر به مقدار نشان داده شده مصرف می شود.2]،[1
شن و ماسه 1800 کیلوگرم
سیمان 370 کیلوگرم
آب 130 لیتر (برای اختلاط مواد ترکیبی بتن)
با مراجعه به چند کارخانه تولید شن و ماسه معلوم شد که برای تولید یک تن شن و ماسه حدود 8,1 مگا ژول برق مصرف می شود. [3]
برای تعیین مصرف انرژی در تولید سیمان به کارخانه سیمان ارومیه مراجعه و با توجه به آمار مربوط به مصرف انرژی در تولید سیمان کارخانه معلوم شد که برای تولید یک تن سیمان 445 مگا ژول برق و معادل 3370 مگا ژول انرژی حرارتی (در سوخت) مصرف می شود.[4]
برای تعیین میزان کل انرژی مصرفی توجه داریم که انرژی الکتریکی در ایران اکثرا" در نیروگاههای حرارتی و با مصرف یک سوخت فسیلی تولید می شود. اگر متوسط بازده حرارتی نیروگاه ها را حدود %31 و بازده خطوط انتقال برق را حدود %80 فرض کنیم برق مصرفی در کارخانه با یک بازده حدود %25 از سوختهای فسیلی تولید شده است. یعنی برای هر مگا ژول برق مصرفی معادل 4 مگا ژول انرژی حرارتی در نیروگاهها مصرف شده است. بنابراین انرژی حرارتی مصرف شده در نیروگاه ها برای 8,1 مگا ژول برق برای تولید یک تن شن و ماسه معادل 32,4 مگا ژول و انرژی حرارتی برای 445 مگا ژول برق برای تولید یک تن سیمان معادل 1780 مگا ژول می باشد. بنابراین کل انرژی حرارتی برای تولید یک تن سیمان برابر با مقدار زیر می باشد:
مگا ژول 3370 + 1780 = 5150 با توجه به میزان مصرف شن و ماسه و سیمان در یک متر مکعب بتن و ارقام بدست آمده در ارتباط با تولید هر یک از این مصالح، میزان انرژی مصرفی برای تولید یک متر مکعب بتن:
مگا ژول * 5150 = 1963,82 تن سیمان * 32,4 + 0,37 تن شن و ماسه 1,800
