بخشی از مقاله
بررسي نقش بام هاي عايق دار در بهينه سازي مصرف انرژي با استفاده از
نرم افزار Carrier
چکيده
با در نظر گرفتن اينکه اکثر منابع انرژي فسيلي موجود کره زمين رو به کاهش و در بعضي موارد رو به نابودي است ، لزوم استفاده از راهکارهايي که نياز ما را به سوخت هاي فسيلي کمتر نمايد، به شدت احساس مي شود.
امروزه شبيه سازي هاي کامپيوتري با داشتن مشخصات اقليمي سايت و جزئيات اجرايي ساختمان ،تخمين ميزان مصرف انرژي سرمايشي و گرمايشي را ممکن مي سازند. در اين ميان ، پوسته خارجي ساختمان ، به دليل مجاورت با فضاي کنترل نشده ، سهم بسزايي در صرفه جويي در مصرف انرژي دارد. اين تحقيق در پي دستيابي به اين سؤال محوري است که بکارگيري عايق حرارتي در سقف ساختمان ها بر ميزان مصرف انرژي چه تأثيري مي گذارد. در اين پژوهش يک ساختمان يک طبقه با کاربري مسکوني و به مساحت ٠١١ متر مربع واقع در شهرستان مهاباد که داراي اقليم سرد و کوهستاني است ، به عنوان نمونه مطالعاتي در نظر گرفته شده و با استفاده از نرم افزار Hourly Analysis Program ساخت شرکت Carrier تأثير عايق حرارتي پلي استايرن ، و عواملي چون رنگ ، ضخامت و مصالح در زمان هاي پيک بار و کل سال بر ميزان مصرف انرژي بررسي مي شود. در نهايت يک مدل پيشنهادي بهينه براي سقف ساختمان معرفي خواهد شد. اين پژوهش به شيوه تحقيق کتابخانه اي و هم بستگي و مدل تحليلي داده ها به صورت تحليل عددي با استفاده از نرم افزار HAP مي باشد.
واژه هاي کليدي: صرفه جويي، بام عايق دار، عايق حرارتي، نرم افزار کرير، شبيه سازي، اتلاف انرژي
مقدمه
با توجه نقش انرژي در ساختار اقتصادي، اجتماعي و حتي سياسي کشورها و محدوديت منابع انرژي هاي فسيلي در کشور و همچنين رشد روز افزون جمعيت و بالطبع روند افزايشي مصرف انرژي، استفاده بهينه از منابع سوختي، جايگاه ويژه اي را به خود اختصاص داده است . دلايل افزايش مصرف انرژي در ايران را مي توان در چند دسته تقسيم بندي کرد؛ از جمله پايين بودن بهاي انرژي، افزايش جمعيت و رشد شهر نشيني، تغيير الگوي مصرف ، نا کارآمدي برنامه ريزي ها در بخش انرژي، ساخت و ساز نامناسب ، نادرست بودن و عدم اجراي صحيح عايق هاي حرارتي و ... . بنا بر آمارهاي منتشر شده از سوي سازمان بهره وري انرژي (سابا) بيش از نيمي از مصرف انرژي در ساختمان هاي موجود قابل کاهش مي باشند که سهم آن از ديد اقتصاد ملي %
٧٢ است [٠]. بخش خانگي، تجاري و عمومي به تنهايي % ٦٣.٤ از کل مصرف انرژي کشور را در بر مي گيرد، طبق آمارهاي اين سازمان ، ساختمان هاي ايران ، ٣ برابر کشور هاي توسعه يافته انرژي مصرف مي کنند، به طوري که در کشورمان به ازاي هر متر مربع زير بنا، ٦١ متر مکعب گاز مصرف مي شود، در حالي که سهم کشورهاي توسعه يافته تنها ٥.٥ متر مکعب مي باشد[٧].
در صورت رعايت مفاد مبحث ٠١ مقررات ملي ساختمان ، در ٠١ سال آينده ، معادل ٠.٥ برابر توليد محصولات گازي پارس جنوبي، صرفه جويي در مصرف انرژي خواهيم داشت و اين در حالي است که سازه هاي هماهنگ با مبحث ٠١ تنها %٠٥ گرانتر از سازه هاي عادي مي باشند[٧].
تأثير پوسته خارجي ساختمان از نظر فيزيکي در صرفه جويي انرژي بسيار حائز اهميت است . پوسته خارجي بيشترين تماس را با فضاي کنترل نشده دارد و همچنين رقم بالاترين ميزان اتلاف انرژي را نيز به خود اختصاص داده است . از آنجايي که يکي از ترمينال هاي اتلاف انرژي، پوسته خارجي و سقف ساختمان مي باشد، در اين پژوهش تلاش شده است تا با استفاد از نرم افزار شبيه سازي انرژي ساختمان CARRIER، ميزان انرژي لازم جهت سرمايش و گرمايش يک واحد مسکوني در ٦ حالت متنوع با مصالح مختلف عايق حرارتي اندازه گيري شود و بهترين گزينه براي سقف ساختمان از نظر مصرف انرژي انتخاب گردد. در نهايت ذکر اين نکته ضروري است که در روند اين تحقيق ، تنها حالت هاي مختلف براي سقف ساختمان مورد بررسي قرار مي گيرند و ديگر متغير ها در همه حالات ثابت درنظر گرفته خواهند شد، هم چنين از تأثير سرمايشي و گرمايشي تأسيسات مکانيکي در ساختمان ، صرف نظر شده است .
روش تحقيق
پژوهش حاضر حاصل مطالعات کتابخانه اي و جمع آوري اسناد و مستندات از برخي ادارات دولتي مرتبط و در برخي موارد مشاهدات ميداني ميباشد. بزرگترين مسأله در اين ميان ، فراگيري روش کار با نرم افزار بود که ساعت هاي طولاني کار بي وقفه ميطلبيد.
معرفي نرم افزار CARRIER
نقش برجسته رايانه و نرم افزارهاي رايانه اي در تمام جنبه هاي زندگي بشري، امري انکار ناپذير است و البته اين نقش ، در زمينه علوم مهندسي نيز بسيار چشمگير بوده است . صنعت گرمايش ، سرمايش و تهويه مطبوع نيز از اين قاعده مستثني نيست و نرم افزارهاي بسياري در رابطه با اين صنعت تهيه و ارائه شده اند.
در اين بين ، نرم افزار (Hourly Analysis Program)HAP از شرکت CARRIER يا "برنامه تحليل ساعت" که بخشي از خانواده نرم افزارهاي طراحي HVAC شرکت CARRIER بوده سال ها است به عنوان يکي از شناخته شده ترين و مفيدترين نرم افزارها براي انجام محاسبات و شبيه سازي هاي مربوطه مورد استفاده متخصصين قرار گرفته است . اين نرم افزار از دو ابزار متفاوت جهت انجام محاسبات استفاده ميکند؛ اولين ابزار براي تخمين بارها و طراحي سيستم ها در نظر گرفته شده است و ابزار
دوم يک ابزار شبيه سازي مصرف انرژي ساختمان و محاسبه هزينه هاي انرژي است . نرم افزار HAP از روش عملکرد تأييد شده توسط ASHRAE براي محاسبات بار و تکنيک هاي شبيه سازي ٠٢٣١ ساعتي براي تحليل هاي انرژي استفاده مي کند[٦].
در اين پروژه از نسخه ٤.٥ ارائه شده از اين نرم افزار استفاده شده است .
اطلاعات اقليمي محل استقرار ساختمان
ساختمان مورد مطالعه در اين تحقيق در شهرستان مهاباد که جزء اقليم سرد و کوهستاني کشور مي باشد، واقع شده است .
شهر مهاباد در قسمت جنوبي استان آذربايجان غربي، در عرض جغرافياييَ ٦٤ْْ ٦٤ شمالي و طول جغرافياييَ ٦٦ْْ ٦٤ شرقي قرار گرفته است و ارتفاع آن از سطح دريا ١٣٨٥متر مي باشد. شهر مهاباد در کنار رودخانه هاي سيمينه رود و زرينه رود که از رودخانه هاي بزرگ استان مي باشند قرارگرفته است . اطلاعات آب و هوايي شهر مهاباد به شرح زير مي باشد[٦]:
عرض جغرافيايي َ ٦٤ وْ ٦٤ شمالي
طول جغرافيايي َ ٦٦ وْ ٦٤ شرقي
ارتفاع از سطح دريا ٥٦٣٤ متر
درجه حرارت در تابستان دماي خشک ٦٣.٦ درجه سانتي گراد و دماي تر ٥١.٤ درجه سانتي گراد درجه حرارت در زمستان دماي خشک ٥١.٣- درجه سانتي گراد و دماي تر ٥٣- درجه سانتي گراد
نوع ساختمان
ساختمان ، در حقيقت به منزله يک "ظرف " است که سيستم هاي HVAC را براي يک سناريوي طراحي در يک تحليل انرژي، در خود نگه مي دارد. نمونه مطالعاتي لحاظ شده در اين پروژه يک ساختمان يک طبقه با کاربري مسکوني به مساحت ٠١١ متر مربع مي باشد. اين ساختمان ، داراي ٢ اتاق خواب ، سالن نشيمن و يک آشپزخانه مي باشد. تعداد افراد مستقر در اين ساختمان ، ٤ نفر با فعاليت سبک در نظر گرفته شده است . بر اساس استاندارد، به ازاي هر متر مربع مساحت ساختمان ، ٢١ وات روشنايي در نظر گرفته شده است [٥]. ساختمان بدون چرخش در امتداد شمالي- جنوبي قرار دارد. در ضلع شمالي دو پنجره به ابعاد ٠.٠١×٢ و يک پنجره به ابعاد ٠.٠١×٠.٠١ متر و در ضلع جنوبي ٢ پنجره به ابعاد ٠.٠١×٢متر و در ضلع غربي، يک در به ابعاد ٠.٢١×٢.٥ متر قرار دارد(شکل ٠).
کف اين ساختمان بر روي فضاي کنترل نشده قرار گرفته شده است . جزئيات اجرايي ديوارهاي ساختمان به ترتيب از داخل به خارج اندود گچ و خاک ٠١ ميليمتر، بلوک سفالي ٠١١ ميليمتر، عايق حرارتي ٥١ ميليمتر، بلوک سفالي ٠١١ ميليمتر، ملات ماسه سيمان ٥١ ميليمتر و سنگ ٢١ ميليمتر وضريب انتقال حرارت ديوار ١.٥١ وات بر متر مربع کلوين مي باشد.
همانطور که گفته شد، دراين پروژه همه عوامل به استثناي جزئيات اجرايي سقف ها ثابت فرض شده است . مدلهاي پيشنهادي
اجراي سقف در اين پروژه را در ٠ دسته زير مشاهده مي کنيد:
دسته اول : سقف تيرچه بلوک سفالي بدون عايق حرارتي با ضريب انتقال حرارت ا̌I٢ز ش ١٤=u (شکل ٢).
دسته دوم : سقف تيرچه بلوک سفالي با عايق حرارتي پلي استارين به ضخامت ٥١ ميليمتر با ضريب انتقال حرارت ٠٥=u
ا̌I٢ز ش (شکل ٠).
دسته سوم : سقف تيرچه بلوک سفالي با عايق حرارتي پلي استارين به ضخامت ٠١١ ميليمتر با ضريب انتقال حرارت
ا̌I٢ز ش ٠٣=u(شکل ٠).
در قسمت بعدي هزينه اجراي هر کدام از اين دسته ها محاسبه خواهد شد تا ميزان مقرون به صرفه بودن ساختمان نسبت به
ميزان صرفه جويي در مصرف انرژي مشخص گردد.
