بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی عوامل موثر بر شرایط آسایش در ساختمانهاي رشت
چکیده
با توجه به بالا بودن میزان نیاز انرژي براي ایجاد شرایط آسایش حرارتـی در ساختمانها، استفاده از راهکارهاي کاهش مصرف انـرژي امـري ضـروري می باشد. یکی از راههاي کاهش آن انتخاب اصولی اجـزاي تشـکیل دهنـده جدارهاي خارجی در ساختمان ها می باشد.در این تحقیـق تـاثیر قرارگیـري عایق حرارتی و همچنین استفاده از تهویه طبیعی بر میزان شرایط آسـایش حرارتی در یک ساختمان براي شهر رشت در فصول گرم سال با استفاده از نرم افزار Energyplus و به صورت ساعتی مورد بررسی قرار گرفته اسـت.
نتایج نشان می دهند که استفاده از تهویه طبیعی در شب به طور کلی چـه در طبقات بالا و چه در طبقات پـایین میـزان آسـایش حرارتـی را افـزایش میدهد.
کلمات کلیدي : شرایط آسایش- جدار ساختمانی- تهویه طبیعی- عـایق حرارتی
-1 مقدمه
شرایط آسایش شرایطی است که فـرد در داخـل اتـاق احسـاس آسـایش کند. بدن انسان ضمن انجـام واکنشـهاي شـیمیاي مختلـف مقـادیر قابـل توجهی انرژي تولید می کند که درصـد محـدودي از آن بـه کـار مکـانیکی تبدیل و بقیه به حرارت تبدیل شده و موجب افزایش دماي بدن می گـردد.
میزان تبادل حرارت بـدن انسـان بـا محـیط خـارج بسـته بـه فعالیـت آن می باشد، بدن ما در حالت خـواب 75 وات، حالـت نشسـته 105 وات، کـار ســبک 132 وات و کـار ســنگین 352 وات تبـادل حـرارت دارد. بنــابراین برقراري شرایط آسایش بسته به میزان فعالیت انسان تغییر می کند. کنتـرل دما، رطوبت، سرعت حرکت هوا و همچنین درجه تمیزي آن را علـم تهویـه مطبوع می گویند. تهویه مطبوع بـراي برقـراري شـرایط آسـایش در داخـل ساختمان با توجه به کمترین مصرف انرژي انجام می شود. یعنـی برقـراري آسایش باید با کمترین میزان انرژي مصرفی سالیانه انجام شود.
در این تحقیق تاثیر قرارگیري عایق حرارتـی و همچنـین تـاثیر اسـتفاده از تهویه طبیعی بر میزان آسایش حرارتی در یـک سـاختمان نمونـه در شـهر رشت براي فصول گرم سال بررسی شده است.
-2 مروري بر تحقیقات انجام شده
بررسی آسایش در ساختمان ها موضوع مورد تحقیـق پژوهشـگران زیـادي بوده است که در این قسمت به تعدادي از جدیدترین آنها اشـاره مـی شـود.
E.S. Leea در سال [1] 2006 نحوه بهبود آسایش در ساختمان هـا را بـا گذاشتن سایبان هاي خارجی مـورد بررسـی قـرار دادهانـد و بهتـرین عمـق سایبان را از لحاظ آسایش حرارتی ارائـه نمودنـد. Charlie Huizenga [2]در سال 2005 نحوه بهبود عملکرد پنجره ها را از لحاظ آسایش حرارتی مورد بررسی قرار داده و به عوامل مؤثر در این مورد اشاره نمودند. Wong [3] Nyuk Hien در سال 2005 تاثیر استفاده از نماهاي خارجی دو لایه تمام شیشه را با تهویه طبیعی و میزان بهبود در آسـایش حرارتـی بررسـی نمودند. محاسبات نشان می دهد که با استفاده از تهویه طبیعی در این مورد میتوان آسایش حرارتی را بهبود بخشـید. [4] G.F. Menzies در سـال 2005 میزان بهبود در آسایش حرارتی با اسـتفاده از انـواع پنجـره هـاي دو جداره بررسی نمودند. [5] S. Atthajariyakul در سال 2004 بهترین هواي داخل را با توجه به آسایش داخل بـراي تولیـد توسـط سیسـتم هـاي تهویه مطبوع مورد توجه قـرار داده انـد. [6] Erik L . Olsena در سـال 2003 میزان مصرف انرژي و آسایش حرارتی را براي سیستمهـاي مختلـف سرمایش در نقـاط معتـدل بـا اسـتفاده از برنامـه EnergyPlus بررسـی نمودند.
-3 برنامه هاي شبیه سازي مصرف انرژي
نرم افزارهاي شبیهسازي برنامههاي رایانـهاي هسـتند کـه بـراي محاسـبه انـرژي مصـرفی و بارهـاي حرارتـی در سـاختمانهـا مـورد اسـتفاده قـرار می گیرند. در حال حاضر تعداد این برنامه ها زیاد و امکانـات و قابلیـت هـاي آنها متنوع هستند و هر کدام از آنهـا داراي مـدل و روش حـل و فرضـیات مخصوص به خود می باشند. تکمیل و افـزایش توانـایی هـاي ایـن برنامـه هـا بهصورت مداوم در حال انجام است. [7]
از برنامه هاي شبیه سازي مصرف انرژي در فاز طراحی ساختمان استفاده می شود. علاوه بر این، در مورد ساختمان هاي موجـود نیـز انـواع دیگـري از این نرم افزارها کاربرد دارند و در جهت بهبود وضعیت مصـرف انـرژي مـورد استفاده قرار مـی گیرنـد. در نتیجـه، امکـان انجـام تحلیـل هـاي اقتصـادي، محاسبه زمان برگشت هـر اقـدام و انتخـاب بهتـرین راهحـل، بـا توجـه بـه تنگناهایی که براي تصمیم گیرنده مطـرح اسـت فـراهم مـی باشـد. در ایـن موارد، راه حل هاي ترکیبی، کـه ممکـن اسـت مـورد مقایسـه قـرار گیرنـد، میتوانند با جدارهاي نورگذر ساده و یا با مشخات خاص باشند.[8]
امروزه، با توجه به امکانات نرم افزاري و لازمه درنظر گـرفتن انتظـارات در زمینه صرفه جویی مصرف انرژي، تحلیل و تعیین بیلان انـرژي سـاختمان، علاوه بر محاسبه بارها، امري ضـروري اسـت. بـه عبـارت دیگـر، در جهـت بهینهسازي مصرف انرژي، ضـروري اسـت کـه تـأثیر عوامـل تعیـین کننـده محاسبه شوند. بدین ترتیـب، اسـتفاده از کـامپیوتر بـراي محاسـبه بارهـا و
انرژي مصـرفی در سـاختمان، یـک قسـمت مهـم در طراحـی سـاختمان و بهینهسازي مصرف انرژي می باشد[9]
-1-3 نرمافزار Energyplus
یک برنامه جدید براي شبیه سازي انرژي ساختمان می باشـد. ایـن برنامـه تغییرات مصرف انرژي ساختمان را در زمانهاي کوتاهتر از یک ساعت انجام می دهد. تحلیل و محاسبات بر اسـاس یـک تعـادل حرارتـی از کـل ناحیـه شبیه سازي صورت می گیرد. این برنامه توسط سازمان انرژي کشـور آمریکـا در سال 1996 به عنوان یک برنامه جدید برآورد مصرف انـرژي ارائـه شـده است و هماکنون نیز در حال توسعه آن می باشند.[10] برنامه Energyplus مدل سازي را به صورت ریز و دقیق انجام می دهد.
ضعف این برنامه این است که از سیستم گرافیکـی آسـانی بـراي داده هـاي ورودي استفاده نمی کند و احتیاج به برنامه هایی دارد که بتوان ساختمان را در آن طراحی نمود و یا نتایج را مورد بررسی قرار داد.[11]
در برنامه Energyplus می توان آنالیز را براي گام هاي مشخص زمانی از یک ساعت تا یک سال انجام داد که در این صورت لازم است که داده هـاي آب و هوایی (دما،فشار،سرعت وجهت باد و شدت تابش و غیره) مربـوط بـه بازه زمانی موردنظر به برنامه داده شوند.[12]
-4 نحوه انجام تحقیق
این تحقیق در دو قسمت انجام شده است:
در قســمت اول تــاثیر قرارگیــري عــایق حرارتــی در دیوارهــا و ســقف و همچنین استفاده از بلوك هاي سفالی بهینهسازي شـده بـر میـزان افـزایش آسایش حرارتی در دو حالت فعالیت: نشسته و کار سبک افراد بررسی شده است.
همچنین در قسمت دوم نیـز تـاثیر اسـتفاده از تهویـه طبیعـی بـر میـزان افزایش آسایش حرارتی و باز در دو حالت فعالیت: نشسته و کار سبک افراد مورد توجه قرار گرفته است.
-5 مشخصات ساختمان موردنظر
تحقیق براي یک ساختمان تیپ در شهرستان رشت بـه صـورت شـکل 1 انجام شده که این ساختمان از 4 طبقه هم شکل با 4 واحـد در هـر طبقـه تشکیل شده است. در این ساختمان سعی شده است کـه تعـداد نفـرات و روشنایی ها و همچنین وسائل الکتریکی فرض شده تا حد امکان به واقعیـت نزدیکتر باشد. واحد 1 شامل اتاقهاي 1و2 ، واحـد 2 شـامل اتاقهـاي 3و4، واحـد 3 شـامل اتاقهـاي 5و6 و واحـد 4 شـامل اتاقهـاي 7و8 مـیباشـد و همچنین اتاقهاي 1و5 ، 2و8، 4و10 شبیه هم می باشند.
-1-5 مشخصات حرارتی اجزاء ساختمان
مشخصات اجزاء این ساختمان در جدول 1 آمده است که در این جـدول d ضخامت، λ ضریب هدایت حرارتی،ρ دانسیته و Cp ظرفیت گرمـایی ویـژه می باشد. نحوه انتخاب هریک از این مصالح و مشخصات آنهـا بـا توجـه بـه استانداردهاي موجود مانند EN,ISO و همچنین مبحث 19 مقررات ملـی ساختمان[13] بوده است.
-2-5 تعداد افراد و تجهیزات داخل ساختمان
در این قسمت سعی شده که تا حد امکان تعداد افراد و تجهیـزات داخـل ساختمان تا حد امکان به واقعیت نزدیکتر باشد.
الف)تعداد افراد
تعداد افراد داخل ساختمان بـراي زیـر 60 متـر مسـاحت 3 نفـر، 85-60 متري 4 نفر و 85 متري به بالا 5 نفر در نظر گرفتـه شـده اسـت. بـه ایـن ترتیب که براي هریک از واحـدهاي 2،1و 3 تعـداد 2 نفـر و بـراي واحـد 4 تعداد سه نفر در نظر گرفته شده البته به اینصـورت کـه سـاعت 12-8، 50 درصد افراد کامل داخل واحدها حضور دارند و ساعت 12 تا 14، 25 درصد، ساعت 14 تا 17، 50 درصد، ساعت 17 تا 20، 80 درصد و سـاعت 20 تـا 24 ، 60 درصد و ساعت 24 تا 8 صبح، 50 درصد افـراد داخـل سـاختمان میباشند.
ب)روشنایی میزان روشنایی در نظر گرفته شده براي اتاقهاي 7، 3، 6، 2و 8 هر کـدام 200وات و اتاق هاي 1، 5 و 4 هر کدام 100وات مـی باشـد کـه البتـه بـین ساعات 18 تا 23:30 روشن فرض شده است.
ج)الکتریکی وسایل الکتریکی فرض شده شامل تلویزیون، اتو و لباسشویی و همچنـین یخچال به این صورت است که: در مجموع براي وسایل الکتریکـی همیشـه روشن 125 وات براي هر اتاق بـا فـرض روشـن بـودن در تمـام سـاعات و همچنین 150 وات براي هر اتاق براي وسـایل نیمـه روشـن در روز ماننـد تلویزیون به این صورت که از ساعت 24 تا 9 صبح خـاموش، 9 تـا 10، 50 درصد، 10تا 11، 70 درصد، 11 تا 23 کاملآ روشن و 23 تا 24، 50 درصد روشن فرض شده است.
-6 روش بررسی شرایط آسایش
براي محاسبه میزان آسـایش حرارتـی ابتـدا دمـاي داخـل سـاختمان بـا استفاده از برنامه Energyplus براي هر سـاعت بدسـت آمـده و سـپس بـا استفاده از مدل فنگر و نیز طبق استاندارد [14] ISO7730 میزان آسایش اتاق ها تعیین شده است. البته در این مدل لباس افراد تابستانی و همچنـین شرایط آسایش در سرعت هاي مختلف و دو نوع فعالیت کار سبک و نشسته براي تمامی ساعات شبانه روز از اول ماه 5 مـیلادي تـا اول مـاه 10 انجـام شده است.
-7 مدل ها و روش تحلیل
پارامتر هاي مختلفی که در بررسی نتایج مورد توجـه قـرار گرفتـه انـد بـه صورت زیر می باشند:
حالت :1 مدل اولیه که تمام مشخصات ارائه شده براي اجـزاء سـاختمان را دارا می باشد و همچنین میزان نفوذ هوا به صورت یک حجم در ساعت و در طول 24 ساعت در نظر گرفته شده است یعنی براي هر اتـاق نفـوذ هـوا از فرمول زیر محاسبه شده است:
که در آن n تعداد تعـویض هـوا در سـاعت، Vzone حجـم اتـاق و hr نیـز ساعت میباشد.
حالت :2 تهویه طبیعی در شب: همان حالت 1 البته با نفوذ هواي 3 حجم در ساعت به این صورت که از ساعت 22 شب تا 9 صبح 100 درصد یعنـی 3 حجم در ساعت، از ساعت 9 تا 22 شب ، 27 درصـد یعنـی همـان یـک حجم در ساعت تعویض هوا داشته باشیم.(البته این تهویه طبیعی در شـب به وسیله باز کردن پنجرهها قابل تامین است)
حالت :3 استفاده از بلوکهاي سفالی بهینه سازي شـده: در ایـن قسـمت در همان مدل 1 براي دیوارهاي خـارجی بـه جـاي بلـوك سـفالی معمـولی از بلوکهاي سفالی بهینه سازي شده که در جدول 2 آمده است اسـتفاده شـده است. کـه در ایـن جـدول ، λ ضـریب هـدایت حرارتـی،ρ دانسـیته و Cp ظرفیت گرمایی ویژه می باشد.
حالت :4 قرارگیري عایق در دیوار و سقف: همان مدل 1 به اینصورت که در این حالت در قسمت اول 5 سانتیمتر عایق در دیوارهاي خارجی بین انـدود سیمان و بلوك سفالی و در قسمت دوم 10 سانتیمتر عـایق در سـقف بـام بین قیرگونی و بتن سبک قرار می گیرد. مشخصات عایق استفاده شـده بـه شکل زیر است:
البته به غیر از حالات بالا ترکیبی از این حـالات نیـز در نظـر گرفتـه شـده است که در جدول 3 نمایش داده شده اند و نتایج بر اساس حالت هاي آمده در این جدول بررسی میشود.
تمام مدل هاي بالا براي دو نوع فعالیت نشسته و کار سـبک وهمچنـین در چهار سرعت ./5 ، 1، 1/5، 2 متر برثانیه (که البته با فرض اینکه، این تغییر سرعت هوا توسط یک پنکه سقفی تامین می گردد) بررسی شدهاند.
-8 نتایج تحلیلها
نتایج با توجه به مدل هـاي ارائـه شـده و مقایسـه اي بـراي 2009/5/1 تـا 2009/10/1 به صورت زیر در تمام ساعات شبانهروز ارائه شده است:
