بخشی از مقاله
بررسی راهکارهای گرمایش، سرمایش و تهویهی غیرفعال در نمونه موردی مانیتوبا هیدرو پلیس
چکیده
با توجه به مصرف روزافزون انرژی توسط ساختمان ها برای گرمایش، سرمایش و تهویه، پیدا کردن جایگزینی برای سوخت های فسیلی بسیار حائز اهمیت است. امروزه توسعه ی استفاده از انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی زمین گرمایی، انرژی خورشید، انرژی باد و... در کنار استفاده از سیستم های غیرفعال گرمایشی، سرمایشی و تهویه امری بسیار مهم می-باشد. در این مقاله به مطالعه موردی ساختمان مانیتوبا هیدرو پلیس که نمونه ی مناسبی از صرفه جویی در مصرف انرژی است، پرداخته شده است. این پروژه توانسته است بالاترین سطح گواهینامه (پلاتینیوم) را در سیستم ارزیابی لید دریافت نماید. در این ساختمان جهت گرمایش و سرمایش، از سیستم زمین گرمایی و سیستم گرمایش و سرمایش تابشی و برای تهویه ی طبیعی از دودکش خورشیدی و آتریوم هایی دارای آبشار جهت تنظیم رطوبت هوای ورودی استفاده شده است.
کلمات کلیدی: گرمایش و سرمایش غیر فعال، تهویه ی طبیعـی، مانیتوبـا هیـدرو پلـیس، سیسـتم گرمـایش و سـرمایش تابشی، سیستم زمین گرمایی.
.1 مقدمه
با افزایش روز افزون جمعیت جهان و محدود بودن منابع انرژی، جهان با چالش مصرف انرژی رو به روست. همچنین با بروز پدیده ای تحت عنوان بحران جهانی انرژی در چند سال اخیر، موضوع انرژی اهمیت دوچندان پیدا کرده است. از این رو توسعه و گسترش انرژی های تجدیدپذیر باعث کمک به تحقق اهداف توسعه اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی کشور می شود که از عوامل اساسی در رسیدن به توسعه پایدار در هر کشوری است.
از اصول معماری پایدار، که یکی از مهمترین جریان های معماری معاصر است، بهره برداری مناسب از منابع و انرژی های تجدیدناپذیر مانند سوخت های فسیلی و حداقل کردن استفاده از آنها، به کارگیری هر چه بهتر از منابع طبیعی و هماهنگی با اقلیم می باشد. از آنجا که روزانه انرژی بسیاری صرف گرمایش و سرمایش و تهویه ساختمان ها می شود، طراحی و اجرای ساختمان هایی که بتوانند از انرژی های تجدیدپذیر حداکثر استفاده را ببرند بسیار حائز اهمیت است. در ایران، وجود زمینه ی مناسب اقلیمی شامل تابش آفتاب در بیشتر مناطق و در اکثر فصول سال و دارا بودن مناطق واجد پتانسیل بالای باد زمینه ی مناسبی برای استفاده از این نوع انرژی فراهم شده است. به کارگیری انرژی های تجدیدپذیر به همراه سیستم های غیرفعال‡، برای کاهش استفاده از سوخت های فسیلی جایگزین کاملا مناسبی است.
1ساختمان مانیتوبا هیدرو پلیس یکی از مواردی است که توانسته بخش عمده ی نیاز های گرمایش، سرمایش و تهویه خود را با استفاده از سیستم های غیرفعال و استفاده از انرژی های تجدیدپذیر خورشید، باد و زمین گرمایی برطرف سازد. همچنین این ساختمان توانسته از لید (LEED*) که یک سیستم رسمی صدور گواهینامه بین المللی ساختمان سبز که ساختمان های سازگار با محیط زیست را ارزیابی و امتیازدهی می کند، گواهینامه ی پلاتینیوم را که دارای بالاترین امتیاز است دریافت کند. در ادامه ی مقاله مشخصات و کارکرد های ساختمان مانیتوبا هیدرو پلیس به طور کامل توضیح داده شده است.
.2 بررسی نمونه موردی مانیتوبا هیدرو پلیس
-1 -2 مشخصات کلی پروژه
- گروه طراح: گروه معماری KPMB† (طراحی معماری)- گروه معماران و مهندسان اسمیت کارتر‡ (معمار اجرایی)
- مکان قرار گیری: کانادا (وینیپگ- مانیتوبا)
- ارتفاع: 115 متر (ارتفاع دودکش خورشیدی)
- تعداد طبقات بالای سطح زمین: 21
- مساحت کل (زیر بنا): 65032 متر مربع
- سال ساخت: 2005-2009 میلادی
- دریافت کننده گواهینامه پلاتینیوم ) LEED حدود %65 در مصرف انرژی نسبت به ساختمان های اداری مشابه صرفه جویی میکند.)
- این ساختمان یک ساختمان چندمنظوره است که شامل بخش عمده ی اداری و مجمع عمومی می باشد(شکل .(1
شکل -1 نمای ساختمان
-2-2 شرایط اقلیمی بسترپروژه
میزان دمای هوا و درصد رطوبت نسبی هوا در ماههای مختلف سال شهر وینیپگ، در نمودارهای زیر دیده می شود. شکل 2 نشان می دهد میانگین حداکثر میزان درجه حرارت در تابستان +35 درجه سانتی گراد و حداقل میزان درجه حرارت در زمستان -35 درجه سانتی گراد می باشد. به این ترتیب، گرمایش و سرماش، هر دو در اقلیم مانیتوبا از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
شکل - 2 نمودار دمای سالانه وینیپگ، ترسیم توسط نگارنده به کمک نرم افزار اقلیمی ladybug
شکل - 3 نمودار رطوبت نسبی سالانه وینیپگ، ترسیم توسط نگارنده به کمک نرم افزار اقلیمی ladybug
شکل 3 نشان می دهد که در تمام طول سال رطوبت نسبی بالا می باشد پس به این ترتیب تهویه ی طبیعی در این اقلیم از اهمیت زیادی برخوردار است.
3-2 ساختار کلی بنا
با توجه به تجزیه و تحلیل های آب وهوایی، بر اثر وجود تابش شدید و باد غالب جنوبی فرصت های مناسبی برای مهار این نیرو های غیرفعال به وجود آمد.
این پروژه با استفاده از یک " فرآیند طراحی یکپارچه، " * IDP طراحی و توسعه داده شد. ستاد طراحی این پروژه، پانزده گزینه برای فرم این ساختمان تولید کرد که برای توسعه ی دقیق و بررسی تاثیرات آب و هوایی از طریق دینامیک سیالات محاسباتی، † CFD، آنالیز باد و مدل سازی انرژی، سه گزینه انتخاب و مورد آزمایش قرار گرفتند که در شکل 4 گزینه های مورد نظر نشان داده شده است. گزینه ی برج آسایش بهترین فرم برای استفاده ی حداکثر از نور خورشید در زمستان و تهویه ی طبیعی می باشد.[1]
شکل – 4 قرارگیری حالت های مختلف ساختمان[2]
این بنا دارای پلانی به فرم 'A' که در جهت جنوب گسترده شده و بیشترین سطح را دارد و در قسمت شمالی همگرا به یک دودکش خورشیدی می باشد. ساختمان از دو برج 18 طبقه (در قسمت شرقی و غربی) تشکیل شده که روی یک کرسی‡ سه طبقه قرارگرفته است و در بین آن دو، آترویم شمالی و آتریوم های جنوبی (باغ های زمستانی(§ جای دارند.
عملکرد های محیطی بخش های مختلف این ساختمان به صورت یکپارچه می باشد و عملکرد هر بخش مکمل بخش دیگر است. در این ساختمان، سیستم های مکانیکی نیز به کمک سیستم های غیر فعال آمده اند تا به بهترین وجه از انرژی طبیعی استفاده گردد. برخی ویژگی های بهره وری از انرژی عبارت اند از:
· سیستم زمین گرمایی و استفاده از انرژی طبیعی زمین برای گرمایش و سرمایش
· دودکش خورشیدی* منحصر به فرد که با تکیه بر " اثردودکش" † به تهویه ی طبیعی کمک می کند.
· سه آتریوم (باغ زمستانی) شش طبقه در قسمت جنوبی که هوای ورودی را با استفاده از انرژی گرمایی خورشید و آبشار ها (برای کنترل رطوبت) پیش تهویه می کنند.
· سیستم ها ی سایه ی خودکار
· لامپ های پیشرفته ی فلورسنت مجهز به سیستم تشخیص حرکت و نور روز
همچنین برای کاهش تخریب لایه ی اوزون، همه ی سیستم ها بدون استفاده از CFC و HCFC کار می کنند. در ادامه به بررسی چگونگی عملکرد این بخش ها برای گرمایش و سرمایش و تهویه ی طبیعی می پردازیم.
-4-2 سیستم گرمایش و سرمایش
این سیستم با استفاده از دو بخش سیستم زمین گرمایی و سیستم گرمایش و سرمایش تابشی‡ کار می کند.
پایه و اساس سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان، سیستم زمین گرمایی است. این سیستم، یک سیستم حلقه بسته شامل 280 گمانه، هر یک به قطر 6 اینچ وارتفاع 400 فوت 122) متر) بین شمع پایه ی ساختمان و منبع موجود در آن قرار می گیرد. هر گمانه شامل لوله ای پرشده با گلیکول می باشد که با یک ملات ذخیره کننده انرژی احاطه شده است.[3]
شکل – 4 بخشی از تاسیسات سیستم زمین گرمایی در ساختمان
با توجه به اینکه هوا به علت اختلاف فشار بین محیط گرم و سرد به جریان در می آید، نحوه ی کار این سیستم قابل توجیه خواهد بود. در تابستان که هوای درون زمین سردتر از سطح آن است، هوای گرم از طرف ساختمان به سمت زمین حرکت می کند. همین گرما در طول دماهای سردتر برای گرم کردن دال های تابشی* (سیستم کار در ادامه توضیح داده می شود) از زمین گرفته می شود. گلیکول تهویه شده برای حداکثر کردن بازده از بین یک سری پمپ حرارتی و مبدل های پیچیده عبور می کند. سپس آب با درجه حرارت مطبوع در لوله های موجود در دال سقف نمایان† به گردش در می آید و %100 درجه حرارت مطبوع را فراهم می کند. این روند در زمستان برعکس می شود.
از طریق سیستم گرمایش تابشی، روش زمین گرمایی می تواند %60 حرارت لازم برای نیاز بویلرهای حرارتی در ماههای سرد را فراهم آورد.
در کنار استفاده از سیستم زمین گرمایی، به صورت یکپارچه با آن سیستم گرمایش و سرمایش تابشی در ساختمان در نظر گرفته شده است. ساختار بتنی این ساختمان به عنوان جرم حرارتی عمل می کند و انرژی گرمایی را ذخیره می کند و تاثیرات آب و هوای شدید منطقه را متعادل می نماید. استراتژی گرمایش و سرمایش از طریق سیستم تابشی، به گردش درآوردن آب از طریق لوله های پلاستیکی انعطاف پذیر جاسازی شده در دال بتنی کف می باشد(شکل 5 و .(6 این آب بسته به فصل از طریق سیستم زمین گرمایی گرم یا سرد می شود تا بتواند ساختمان را به واسطه ی تابش حرارتی گرم یا سرد کند.[4]
شکل -5 لوله های به رفته در دال سقف در سیستم گرمایش و سرمایش تابشی– قبل از بتن ریزی
