بخشی از مقاله
خلاصه
از دهه ها قبل اعتقاد تصمیم گیران و سیاست گزاران در اکثر نقاط جهان بر اهمیت بسزای صرفه جویی در مصرف انرژی بوده است..این اهمیت روز افزون در توجه یه صرفه جویی به دلیل بالا بودن مقدار مصرف و ارتباط مستقیم با آسایش مردم در بخش مسکونی ، با در نظر گرفتن سهم قابل توجه انرژی مورد استفاده در این بخش نسبت به کل انرژی مصرفی در دنیا از توجه بیشتری نیز برخوردار بوده است.
در این مطالعه سعی شده است به کمک مدلسازی اطلاعات ساختمان ، انرژی مصرفی یک ساختمان هوشمند در شهر شیراز به عنوان مطالعه موردی محاسبه شده و تاثیر استفاده از عایق پلی یورتان در کاهش مصرف انرژی فاز بهره برداری این ساختمان بررسی شود .برای انجام این مدلسازی و سپس شبیه سازی مصرف انرژی از نرم افزارهای Autodesk Revit و Autodesk Ecotect استفاده شده است. در نتیجه بهترین ضخامت و مقدار درصد بهینه سازی در مصرف با استفاده از عایق پلی یورتان در سقف و دیوار ساختمان برآورد شده و برای استفاده اجرایی پیشنهاد میگردد.
-1 مقدمه
کشور ایران با میانگین دمای 18درجه سالانه گرمایی یکی از نمونه های کشور معتدل است که البته در برخی مناطق جنوبی آن با بالا رفتن میانگین دمای هوا و رطوبت بالا آب و هوای گرم و مرطوب وجود دارد و همچنین در بخش های غرب و شمال غربی این کشور آب و هوای سرد و کوهستانی حاکم است . در این شرایط اب و هوایی مصرف انرژی در بخش خانگی نزدیک به نیمی از کل انرژی مصرفی را شامل می شود و طبیعتا با توجه به گرم شدن کره زمین به تدریج این سهم رو به فزونی نیز خواهد بود . با وجود تعداد زیادی از مطالعات در مبحث تحلیل مصرف انرژی در دنیا محققان ایرانی کمتر به این موضوع بسیار مهم پرداخته اند .
همچنین در اقلیم کشور ایران و با توجه به عدم جمع آوری سوابق گرمایی ساختمان ها ی دارای عایق اطلاعات کاملی در ارتباط با ضخامت بهینه این مصالح جهت استفاده در ساختمان ها نیز در دسترس نیست ، استفاده از لایه های عایق با ضخامت بالا در پوشش سطوح خارجی ساختمان ها میتواند اثرات نامطلوبی بر عملکرد کلی ساختمان داشته و هزینه های ابتدایی پروژه را تا حدی بالا ببردکه در کوتاه مدت و به راحتی جبران پذیر نباشد و بر اقتصادی بودن کل پروژه اختلال وارد کند .
در بسیاری از کشورهای دنیا حدود 40 درصد از تقاضای انرژی در ساختمان های مسکونی مورد استفاده قرار میگیرد و %60 از کل انرژی مصرفی3 در مناطق مسکونی جهت گرمایش فضاهای زندگی مصرف میشود. [1] اما با وجود تمامی این تفاسیر بررسی 482 خانه مسکونی که مساحت های بین 100 تا 150 مترمربع داشتند و از اواسط دهه هشتاد میلادی تا سال 2001 ساخته شده اند، مشخص شد که %80 از ساختمان های ساخته شده به هیچ وجه از لحاظ عایق بندی گرمایی مناسب ساخته نشده اند.
-2 ضخامت بهینه مصالح عایق سازی
بر اساس شکل 1 ، با انتخاب نقطه بهینه برای ضخامت مصالح عایق بندی ، هزینه چرخه عمر ساختمان به کمترین مقدار ممکن خواهد رسید.
شکل : 1 ضخامت بهینه مصالح عایق بند
ضخامت ذکر شده در واقع تحت تاثیر عوامل متعددی است که در زیر به تعدادی از اصلی ترین این عوامل اشاره میکنیم : نوع انرژی مصرفی و هزینه آن - بنزین ، برق ، گاز ، انرژی های تجدید پذیر و غیره - ، نوع 1 HVACو بازدهی آن ، قیمت مصالح استفاده شده برای عایق سازی ، مکان پروژه که در برگیرنده شرایط آب و هوای خاص منطقه است ، نوع سیستم ساخت و مصالح آن شکل و جهت ساختمان.
مفهوم ضخامت اقتصادی3 و بهینه بودن در عایق هایی که جهت پوشش دیوار های خارجی در ساختمان ها استفاده می شوند ، در نظر گرفتن مجموع هزینه ابتدایی تهیه عایق ها بعلاوه ارزش جاری صرفه جویی در انرژی در طول عمر خدمات مورد انتظار از عایق است . ضخامت بهینه اقتصادی یک عایق دارای بهایی است که کمترین مقدار هزینه را در کل چرخه عمر انرژی ساختمان دارد
-3 استفاده از نرم افزار های کامپیوتری
برای مدلسازی ساختمان و همچنین شبیه سازی مصرف انرژی در آن طی چند سال اخیر مطالعاتی در سراسر دنیا انجام شده است که به طور مختصر به برخی از آنها اشاره می گردد .
در چین و با در نظر گرفتن هر دو شرایط سرد و گرم آب و هوایی که از طریق آنالیز شهر های Changsha و Shanghai و Chengdu و Shaoguan امکان پذیر شده است ، این آنالیز بر روی 5 نمونه مصالح عایق سازی ساختمانی با نام های فوم پلی یورتان ، فوم پی وی سی ، پلی استایرن منبسط شده4 ، پرلیت و پلی استایرن قالب گیری شده صورت گرفته است.
نتایج ضخامت بهینه از پلی استایرن منبسط شده را بین 0,053 تا 0,236 متر نشان می دادند که کمترین زمان برگشت سرمایه و بیشترین نگهداری از انرژی را در پی داشته است. علاوه بر این تنوع جهت ها و رنگ سطوح نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از نرم افزار مدلسازی HTB2 برای محاسبه تبادل گرمایی در ساختمان ها و در نظر گرفتن تاثیر جابجایی لایه ایزولاسیون در لایه های میانی دیوار بر پایه بار سرمایی و تقاضای کل سال برای 2 برج در هنگ کنگ مورد مطالعه قرار گرفته است
یکی از دانشکده های شبانه روزی دانشگاه علوم مالزی توسط - Al-Tamimi& Fadzil ,2011 - به عنوان مطالعه موردی مورد بررسی قرار گرفته است ، در این مطالعه تغییر دمای داخلی توسط نرم افزار مدلسازی مورد بررسی قرار گرفته و در نتیجه آمده است که به کارگیری تهویه طبیعی هوا و کوچک کردن اندازه پنجره ها از موثرترین راهها برای رسیدن به آسایش دمایی در دوره هایی از زمان هستند.
محققین دیگری با مطالعه ساختمان های مسکونی ویلایی در کشور اندونزی به این نتیجه رسیدند که بازدهی و عملکرد انرژی ساختمانهای ساخته شده با اساس سیمانی پایین تر از ساختمان هایی است که با مصالح مرسوم خاک رس و آجر سقفی ساخته شده بودند ، این بررسی با استفاده از موتور مدلسازی گرمایی اکوتکت1 انجام شده است . دو دسته عمده انرژی یعنی " انرژی نهفته" 2 و " تقاضای انرژی در طول فاز بهره برداری" 3 در آنالیز چرخه عمر انرژی آن ساختمان ها در نظر گرفته شده بود.
در مطالعه دیگری اما موثرترین راه حل برای رسیدن به آسایش دمایی درمنطقه Chongqing چین ، تهویه طبیعی گزارش شده است. همچنین بهینه ترین سیاست در کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها و دستیابی به آسایش دمایی مورد نظر اصلاح ظرفیت ذخیره سازی گرمایی ساختمان عنوان شده است ، تمامی نتایج در این مطالعه با استفاده از نرم افزار اکوتکت بدست آمده اند.
-4 روش تحقیق
این مطالعه با روش مدلسازی و سپس شبیه سازی انرژی در نرم افزار های کامپیوتری انجام شده است در همین راستا مدلسازی یک آپارتمان مسکونی با نقشه معماری مرسوم در کشور ایران مطابق شکل های 1-3 و 2-3 در نرم افزار Autodesk REVIT انجام شد . مساحت کف هر طبقه از این آپارتمان 4 طبقه تقریبا 68 متر مربع و مساحت مسکونی کل این ساختمان تقریبا 272 متر مربع است .دلیل انتخاب این ساختمان با این شرایط روند کند افزایش جمعیت در ایران و حرکت به سمت خانواده های با فرزند کمتر است که در نهایت استفاده از خانه های با این متراژ را افزایش داده است .
سپس مدل ساخته شده در نرم افزار رویت برای بررسی و تحلیل گرمایی به نرم افزار اکوتکت وارد شد . در این نرم افزار با توجه به مصالح ساختمانی موجود در کشور ایران و در اقلیم آب و هوایی شهر شیراز از 3 نوع مصالح ساخت دیوار - بلوک مجوف بتنی ، بلوک بتنی حبابدار و بلوک سفالی - و پلی یورتان به عنوان مصالح عایق سازی سقف و دیوار و همچنین یک نوع سقف دال بتنی برای این ساختمان استفاده شد.
مدلسازی های انجام شده با فرض اجرای صحیح و بدون نقص سیستم های ساختمانی اعم از سقف ، دیوار ، پنجره عایق سازی و درب ها بوده است و از آنجایی که امکان بروز خلل در اجرا نیز باید در نظر گرفته شود تاثیر این عامل اساسی با افزایش نرخ تغییر هوا که ناشی از عدم اجرای صحیح است مورد بررسی قرار گرفته است .
1-4 مدلسازی در نرم افزار اتودسک رویت
نرم افزار مهندسی اتودسک رویت شامل مجموعه ی کاملی از نرم افزار هایی است که برای اجرای فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان - BIM - مورد استفاده قرار میگیرند .این نرم افزار مهندسین و مدیران پروژه را قادر میسازد تا بتوانند از تاسیسات و ابزار های مناسب ابتدا در مدل و سپس در اجرا بهره ببرند . همچنین آنها می توانند جزییات پروژه را تا حد مورد نیازشان در نرم افزار مدل کرده و در تمامی فازهای پروژه از مدل مورد نظر استفاده کنند - از فاز طراحی تا تخریب - . نرم افزار رویت دارای قابلیت بررسی کردن تناقضات است بدین نحو که اگر یک فضا توسط چند المان اشغال شده باشد با اعلام خطا طراحان را برای رفع آن هوشیار می سازد ، این قابلیت از بوجود آمدن مشکلات عدیده اجرایی در فاز ساخت و ساز جلوگیری می کند .
برای شروع در مدلسازی می بایست ابتدا نقشه های دو بعدی موجود و یا مورد نظر را در نرم افزار رویت وارد کنیم و سپس با اختصاص حجم به المان ها و همچنین به وجود آوردن سطوح ارتفاعی متفاوت به سه بعدی سازی ساختمان بپردازیم . پس از اتمام ترسیم و تکمیل هندسه ساختمان میتوان به اختصاص مصالح ، ملحقات ، تاسیسات و سایر اجزای ساختمان پرداخت . در تمامی این مراحل با توجه به ویژگی های موجود در نرم افزار میتوان هماهنگی مطلوبی میان تمامی گروه های طراحی بوجود آورد .
