بخشی از مقاله
انرژی خورشیدی به عنوان یک پارامتر صرفه جویی در مصرف انرژی درطراحی شهری
چکیده
میانگین مصرف انرژی ساختمانها در ایران بیش از 2/5 برابر متوسط مصرف جهانی است و بخش ساختمان و مسکن با مصرف بیش از %40 انرژی، بزرگترین مصرف کننده انرژی در ایران می باشد. با توجه به محدودیت منابع انرژی و
همچنین مصرف بالای آن در بخش مسکونی، طراحی مناسب مجتمعهای مسکونی در شهرهای بزرگ میتواند به گونه ای صورت پذیرد که حداکثر استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر بهویژه انرژی خورشیدی را سبب شود. امروزه طراحی متناسبِ خیابان بندیها و شبکه معابر، نحوه پخش کاربریهای مختلف در سطح شهر و محله، نحوه تفکیک اراضی و قطعهبندی زمین، میزان بهینه تراکم، سطح اشغال و ارتفاع بلوکهای شهری از جمله ضوابط شهرسازی همساز با اقلیم به شمار میروند که میتوانند نقش به سزایی در کاهش مصرف انرژی داشته باشند. چنانچه از ابتدای روند برنامهریزی برای طرحهای جامع و تفضیلی شهرها، الگوی طراحی معماری و شهرسازی متناسب با شرایط اقلیمی هر منطقه برای بلوکهای مرتفع مسکونی انتخاب گردد، حداکثر بهرهوری و نگهداشت انرژی در مراحل بهرهبرداری میسر میگردد.. در این پژوهش با بررسی الگویهای محتمل بلوکهای مسکونی در اقلیم شیراز و شبیه سازی آنها توسط نرم افزار ECOTECT ، ، هندسه و نحوه جهتگیری مناسب بلوک های شهری با هدف استفاده بهینه از انرژیهای خورشیدی مورد سوال قرار گرفته و در نهایت الگویی بهینه جهت طراحی مجتمعهای مسکونی برای شهر شیراز و
اقلیمهای مشابه، پیشنهاد می گردد.
کلید واژ ه: طراحی شهری همساز با اقلیم، انرژی خورشیدی، بهینه سازی مصرف انرژی، هندسه بلوک های مسکونی ، ×شیراز
-1 مقدمه
بر اساس آمار موجود، مصرف انرژی در ایران بیش از 5 برابر متوسط رشد مصرف انرژی در جهان است ( آمار سازمان بهره وری انرژی ایران) . در اکثر کشورها بخش ساختمان و مسکن قسمت اعظمی از مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است. بطوری که در ایران %37بخش انرژی را در مقایسه با بخش های دیگر به خود اختصاص داده است (تصویر.( 1 از سوی دیگر در سال های اخیر مصرف انرژی در بخش مسکونی در طول سال های 1378-87 دو برابر شده است .با توجه به این موضوع، یافتن راه حلی برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان، و یا حتی ذخیره آن، معماران و طراحان شهری را به درک پتانسیل انرژی خورشیدی و استفاده آن در بخش طراحی رهنمون می سازد. در این راستا به منظور کمک به برنامه ریزان شهری و معماران در فرایند طراحی ، نیاز به تدوین مجموعه ای از دستوالعمل ها می باشد.
بدین منظور این پژوهش بریا گامِ اول، با تجزیه و تحلیل چند الگوی متداول بلوک شهری می کوشد دریابد چگونه استقرار بلوک های شهری با تراکم بالا ، توجه به
تنوع تراکم و همچنین سایه اندازی آنها بر روی یکدیگر، برای رسیدن به پایداری ارزیابی کرد، واینکه کدام یک از گونه های قطعات شهری برای رسیدن به شرایط آسایش به میزان انرژی کمتری نیاز دارند.
این چهار مدل انتخاب شده، با ویژگی ها متفاوت از -لحاظ تراکم و ارتفاع -بر اساس وضع تقریبی ساخت و ساز موجود در شهر می باشد. هدف اصلی این پژوهش یافتن راه حلی برای کاهش مصرف انرژی در مجتمع های مسکونی بر اساس ویژگی های اقلیمی و محیطی می باشد .
برنامه اکوتکت یک نرم افزار تحلیلی است که با دارا بودن محیط گرافیکی سه بعدی، طیف گسترده ای از شبیه سازی وتجزیه - تحلیل عملکردی ساختمان را ارائه می دهد، که معماران را قادر می سازد در ابتدای طراحی یک ساختمان یا بافت شهری با بررسی رفتار حرارتی ساختمان با حوزه بندی جداگانه، بررسی اثر نور، سایه و روشنایی و ویژگی های صوتی،...را بصورت هماهنگ با محیط تجسم و شبیه سازی وتحلیل انرژی کنند.
-2 مواد و روش ها
این پژوهش پارامتریک، شامل 4 طیف بلوک شهری((A, B,C,D با چیدمان های متفاوت و تراکم متفاوت است ، که علاوه بر تغییر در چیدمان بلوک ها، جهت یابی بهینه آنها هم بررسی می شود (شکل .(1
شکل .1 مشخصات مدل های شبیه سازی شده
در ابتدا هرکدام از مدل های A,B,C,D در جهات شمالی- جنوبی ، شرقی-غربی و جهت سوم که با توجه به محاسبات اکوتکت جهت یابی بهینه می باشد، 25درجه جنوب شرقی، محاسبه و از لحاظ میزان مصرف انرژی با توجه به جهت استقرار مقایسه می شود .در ادامه به منظور بررسی عکس العمل های بلوک ها و همچنین سایه اندازی آنها برای ایجاد شرایط آسایش در زمستان Heating) )و شرایط آسایش در تابستان( Cooling )در طول یک سال در نمودار بر حسب کیلو وات بر ساعت بررسی و مقایسه می شوند. در فرایند شبیه سازی و ارائه الگو سعی گردید فرضیاتی که در نظر گرفته می شود تا حد امکان به شرایط واقعی موجود ساخت و ساز در شهر شیراز نزدیک باشد. به این منظور و براساس مبانی نظری تحقیق گونه هایی از چیدمان بلوک شهری انتخاب و از لحاظ سایه اندازی و گرمایش-سرمایشی شبیه سازی و محاسبه می شوند.
هر قطعه تفکیکی شامل 72 واحد مسکونی طراحی شده بر اساس تناسب بهینه ی ا به 2 که شامل 10متر عرض و 20متر طول و ارتفاع 3متر برای هر قطعه ، در زمینی به مساحت 70متر مربع می باشد. در ضمن فاصله ی بلوک ها بر اساس ضوابط و مقررات تراکم و بلندمرتبه سازی شورای عالی شهرسازی و معاری ایران ، در جهت نور مطلوب که 1/5برابر ارتفاع می باشد، برای کلیه بلوک ها بر اساس اندازه ماکسیمم ، یکسان لحاظ گردیده است(شکل .(2
شکل .2 ابعاد بلوک ها و فاصله آنها در محدوده مشخص زمین
ترسیمات اولیه در نرم افزار اتوکد و ترسیمات سه بعدی در نرم افزار راینو انجام شده و سپس همه الگوها به صورت جداگانه در نرم افزار اکوتکت، شبیه سازی و تحلیل شده اند. در برنامه اکوتکت مصالح انتخابی برای بلوک ها آجر و دمای انتخابی -22 18درجه سانتی گراد است و سیستم ترکیبی برای تهویه گرمایش و سرمایش برای شهر شیراز با مختصات E 52.4000 °) و ( N 29.3000°، تعریف شده است. دوره محاسبه انرژی از ساعت 8 صبح تا 19 بعدازظهر می باشد، همچنین محاسبه میزان تولید حرارت از افراد با فرض حالت ایستاده و آرامش انجام شده است.
-3 تحلیل سایه اندازی
برای تحلیل سایه اندازی هریک از 4 مدل در نظر گرفته شده، تحلیل انرژی در جهت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. به عبارت دیگر عملکرد گرمایشی –سرمایشی این مدل ها در سه جهت شبیه سازی شده اند (شکل .(3
با توجه به اهمیت سایه و سایه اندازی بلوک ها بر روی یکدیگر در مصرف انرژی و همچنین با توجه به جهت آنها درگرم ترین روز سال، 1مرداد- طبق آمار 10ساله آب و هوای شیراز- که سایه ها حداقل می باشند، سایه اندازی ها تحلیل شده اند. همان طور که در شکل 2 نشان داده شده است، بیشترین تأثیر سایه اندازی برای هرکدام از مدل ها در جهت 25 درجه جنوب شرقی در ساعت 11:00تا 14:00 بعداز ظهر می باشد. با بررسی سایه اندازی مدل A در 3جهت، بیشترین طیف سایه اندازی در جهت 25 درجه جنوب شرقی می باشد(تصویر(3، که باتوجه به اقلیم گرم و خشک شیراز و نیاز به سایه در ماههای بحرانی بهترین جهت یابی می باشد. جهت شرقی-غربی و شمالی-جنوبی به ترتیب دارای کمترین طیف سایه اندازی می باشند.
با توجه به تصاویرِسایه اندازی در مدل B، تفاوت چندانی در مورد طیف سایه اندازی بین سه جهت در این الگو وجود ندارد.همچنین بلوک ها سایه اندازی بسیار اندکی بر روی یکدیگر دارند. مدل C تا حدودی شبیه به مدل B می باشد، با این تفاوت که سایه اندازی بلوک ها نسبت به یکدیگر بیشتر می باشد. مدل D در جهت شرقی-غربی و 25 درجه جنوب شرقی دارای بیشترین سایه اندازی می باشد، البته هرچند جهت شرقی-غربی دارای طیف بیشتری نسبت به جهت 25 درجه جنوب شرقی می باشد، اما در جهت شمالی-جنوبی، سایه اندازی بلوک ها بر روی یکدیگر بیشتر می باشد.
با توجه به بررسی سایه اندازی برای هر چهار مدل، جهت شمالی-جنوبی کمترین سایه اندازی را دارد . و با مقایسه چهار مدل می توان گفت که به تربیب مدلD و A در جهت 25 درجه جنوب شرقی بیشترین طیف سایه اندازی را نسبت به 2 مدل دیگر دارند.
شکل .3 تحلیل سایه اندازی الگوها
-4 مقایسه میزان انرژی مصرفی بر حسب جهت استقرار
برای تحلیل انرژی، نیز ،هرکدام از مدل ها بطور جداگانه در جهات پیشنهادی بررسی می شوند و در ادامه جهت بهینه هر کدام از الگوها با یکدیگر مقایسه می شوند. به منظور بررسی و تحلیل انرژی برای ایجاد شرایط آسایش در زمستان Heating) )و شرایط آسایش در تابستان( Cooling )در طول یک سال در نمودار بر حسب کیلو وات بر ساعت بررسی و مقایسه می شوند.
بررسی تحلیلی انرژی مدل A (نمودار(2 نشان می دهد که مقدار انرژی مورد نیاز برای تابستان (COOLING) در جهت 25 درجه جنوب شرقی کمترین می باشدو به ترتیب جهات NSو WE بیشترین مقدار انرژی را جهت ایجاد شرایط آسایش نیاز دارند. مقدار انرژی مورد نیاز برای زمستان در جهت شمالی-جنوبی، کمترینمیزانِانرژی است. جهات 25 درجه جنوب شرقی و شرقی-غربی، هم به ترتیب کمترین مقدار انرژی را جهت ایجاد شرایط آسایش نیاز دارند.
