بخشی از مقاله
خلاصه
صنعت ساختمان سهم عظیمی از انرژی های م صرفی را در ک شور های در حال تو سعه مانند ایران شامل می شود، لذا برر سی آنالیز انرژی چرخه حیات4 در این حوزه می تواند سطح مصرف انرژی را در ساختمان ها کاهش دهد. در سیستم آنالیز انرژی چرخه حیات، هر ساختمان بایستی در دو دسته کلی انرژی های مصرفی حامل - استخراج- تولید- نصب و تخریب - 5 و انرژی های مصرفی دوره ی بهره برداری 6 تحلیل و ارزیابی گردد. [1] در این تحقیق انرژی م صرفی دوره بهره برداری از طریق اتلاف انرژی از پو سته ها و جداره های خارجی برر سی شده و میزان پایدار بودن این آیتم ها برر سی می شود. چهار نوع جداره - دیوار خارجی - رایج در ساخت و ساز ک شور با ضخامت، مصالح و سازه های مختلف تو سط نرم افزار بیلد دسک یو7 شبیه سازی شده و میزان انتقال حرارت8 برای آنها ارزیابی شده است. طبق نتایج بدست آمده دیوار های ساندویچ پنل با حداقل ضخامت 15,22 سانتیمتر دارای ضریب انتقال حرارتی 0,53 - وات بر متر مربع کلوین - و دیوار های قالب عایق ماندگار با ضخامت 27,5 سانتیمتر دارای کمترین ضریب انتقال حرارتی 0,3 - وات بر متر مربع کلوین - می باشد.
کلمات کلیدی: انرژی پایدار، دیوار های خارجی، شبیه سازی انتقال حرارت، آنالیز انرژی چرخه حیات، روش های نوین ساخت
1.مقدمه
.1,1 چرخه حیات انرژی و ساخت پایدار
پایداری در ساختمان، در سه جنبه اصلی زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی مورد بررسی قرار می گیرد، هر چند هر سه حوزه دارای اهمیت یکسانی می باشند با توجه به شرایط کشور و نیاز های اولیه در صنعت ساخت جنبه اقتصادی و سپس زیست محیطی از اولویت بیشتری برخوردار می باشند. بخش م سکن و صنعت ساخت و ساز دارای بی شترین پتان سیل در صرفه جویی انرژی می با شد و با کمی سرمایه گذاری ا صولی در تکنولوژی های ساخت و مصالح نوین می توان علاوه بر استفاده از سیستم های نوین ساختمانی که آثار زیست محیطی کمتری دارد، هزینه های کمتری را در بلند مدت و همچنین کوتاه مدت به پروژه ها تحمیل کرد.[3] [2]
آنالیز انرژی چرخه حیات پروژه های ساخت در پنج مرحله کلی تفکیک می شود تا کلیه آثار اقتصادی و زی ست محیطی پروژه ها برر سی شود. اولین مرحله در محا سبه شامل کلیه انرژی های مورد نیاز برای ا ستخراج منابع اولیه و مواد خام و حمل این مواد به کارخانه تا تولید محصول و مصالح اولیه در کارخانه می باشد. برای نمونه محاسبه انرژی لازم برای استخراج سنگ گچ از معادن گچ، حمل سنگ گچ به کارخانه و ا ستخراج گچ سفید تا ب سته بندی نهایی در این مرحله صورت می گیرد. دومین مرحله مربوط به محا سبه انرژی مورد نیاز برای حمل م صالح اولیه به سایت پروژه و همچنین انرژی مورد نیاز برای نصب و اجرای این مصالح در روند ساخت می باشد.
دو بخش قبل در واقع فاز های قبل و حین اجرای پروژه را شامل می شوند در صورتی که در مراحل سوم و چهارم فاز بهره برداری از پروژه ی ساختمانی تشکیل می شود. [2] [3]انرژی مورد نیاز برای نگهداری، تعویض و تعمیر مواد و مصالح سومین بخش این فرآیند را تشکیل می دهد. چهارمین و مهمترین گام این فرآیند انرژی مورد نیاز برای دوران بهره برداری می باشد که کلیه انرژی سرمایشی و گرمایشی مورد نیاز برای پروژه و همجنین میزان انرژی تبادلی از طریق جداره ها را شامل می شود. آخرین مرحله فرآیند چرخه ی انرژی که در واقع فاز پس از بهره برداری و تخریب را شامل می شود کلیه انرژی مورد نیاز برای تخریب پروژه و بازیابی آنها ارزیابی و تحلیل می شود. - تصویر [3] [4] . - 1
2,1.مصرف انرژی در ساخت و ساز:
صنعت ساختمان با مصرف بیش از %40 انرژی، بزرگترین مصرف کننده انرژی در کشور را شامل می شود که میانگین مصرف انرژی در این بخش بیش از 2/5 برابر متو سط م صرف جهانی می با شد. میزان قابل توجهی حدود %98 از سوخت های ف سیلی - مح صولات نفتی و گازی - و حدود 70 درصد گاز های طبیعی بعنوان انرژی های تجدید ناپذیر برای مصارف ساختمانی اعمال می شوند. شهر های بزرگ در ایران دارای آلودگی زیادی می باشند که ساختمان ها سهم بسزایی در این مسئله دارند و حدود %26,4 از انتشار دی اکسید کربن را در کشور به خود تخصیص می دهند. در استان تهران سالیانه بیش از 29 میلیون تن - %40 - دی اکسید کربن از صنعت ساختمان و ساختمان سازی ایجاد می شود.
با توجه به اینکه در کشور های توسعه یافته مانند اروپا هر فرد سالیانه 100 گیگا جولز معادل 3,5 تن ذغال سنگ مصرف می کند این عدد در آمریکا افزایش یافته و به رقم 10 تن سالیانه برای فرد رسیده است. در کشور های در حال توسعه هر فرد معادل 0,1 تن ذغال سنگ یعنی در حدود 0,01 بیشترین مصرف انرژی صرف می کند که قسمت اعظم آن از انرژی های تجدید ناپذیر تامین می شود. [5] [6]بطور کلی انرژی م صرفی در ساختمان حدود %40 و در صنعت و حمل و نقل به طور م ساوی معادل %30 می با شد. م صرف انرژی در بخش ساختمان در روشنائی، گرمایش و سرمایش، وسائل و تجهیزات و اتلاف انرژی بترتیب مقدار %25، %45، %15 و %15 از %100 کل می باشد. نظر به اطلاعات موجود و میزان قابل توجه %40 م صرف انرژی کل در ساختمان، حدود %60 از این انرژی م صرفی در ساختمان های ک شور صرف گرمایش و سرمایش و اتلاف انرژی شده است که رقم قابل توجهی می باشد.[7]
مطالعات نشان می دهند، عایق های حرارتی، سطوح پوشش و اختلاف دمای داخل و خارج عوامل ا صلی در میزان اتلاف حرارت ساختمان می با شند. در یک خانه معمولی چهار طرف باز، میزان اتلاف انرژی در دیوار ها %29، بام %26، کف %20، بازشو ها %14 و منافذ در حدود %11 بر آورد شده است. این آمار نشان دهنده ی بیشترین اتلاف انرژی از طریق جداره ها و دیوار های خارجی می با شد و اهمیت این جداره را بارزتر می نماید. نظر به سطح و م ساحت دیوار های خارجی ن سبت به سطح پنجره ها و دیگر سطوح ساختمان، اتلاف حرارت در این بخش بسیار قابل توجه می باشد. [2] [7]
2. تبیین و ضرورت مسئله:
در سال های اخیر روند رو به رشد تقاضای مسکن - جدول - 1 و همچنین جلب توجه سرمایه گذاران به ساخت و ساز این صنعت را بطور گسترده ای رشد داده است. با توجه به مباحث مطرح شده در مورد پتانسیل صرفه جویی در ساخت و ساز در کشور ما و اینکه %60 از کل انرژی مصرفی در هر ساختمان صرف گرمایش و سرمایش و اتلاف انرژی می شود و اینکه %30 از اتلاف انرژی کل در هر پروژه در جداره ها و دیوار های خارجی اتفاق می افتد، بررسی انرژی تبادلی دیوار های خارجی ساختمان ها و تکنولوژی های موجود در این زمینه در کشور ما ضروری می رسد. [8] [9]جزئیات اجرائی و لایه های به کار رفته در دیوار های خارجی در بهره وری انرژی کل پروژه بسیار مهم می باشد.
دیوار های خارجی دارای بیشترین تعامل با فضای بیرون ساختمان می باشند و بیشتر در معرض عوامل آب و هوایی، تابش، باد و رطوبت بیرونی قرار دارند. با طراحی و اجرای مناسب این جداره ها می توان اتلاف انرژی را در طول عمر بهره برداری پروژه به میزان زیادی کاهش داد. در این راستا می توان با بررسی و مقایسه انرژی م صرفی در متد ها و روش های ساخت دیوار های خارجی و نماهای رایج در ک شور، دید بهترین را برای د ست اندرکاران، پیمانکاران و ذینفعان این رشته فراهم نمود. متولیان این صنعت می توانند با انتخاب گزینه هایی با مصرف و تبادل کمتر انرژی علاوه بر لحاظ کردن آثار زیست محیطی و صرفه جویی در انرژی مصرفی کل این صنعت، هزینه های اجرایی کمتری در کوتاه و بلند مدت برای پروژه ها ایجاد کرده و دوره ی بازگشت هزینه های مربوط به صرفه جویی انرژی را کوتاه تر کنند.[11] [10]
3.محدوده و روش تحقیق:
بر اساس مبانی، آنالیز انرژی چرخه حیات پروژه بایستی در پنج مرحله از استخراج تا تخریب بررسی و ارزیابی شود. در این پژوهش به دلیل محدودیت های اطلاعاتی از مصالح و سیستم های ساخت و همچنین عدم دسته بندی روش های ساخت و صنعتی نبودن متد های ساخت و ساز، صرفا میزان تبادل انرژی در جداره های خارجی در دوره ی بهره برداری مورد ارزیابی قرار می گیرد. با توجه به میزان اهمیت انرژی مصرفی در دوره ی مصرف می توان پایداری ساختمان ها را به میزان قابل توجهی افزایش داد.
هر چند از روش ها و متد های مختلفی در اجرای دیوار های خارجی استفاده می شود در این پژوهش چهار سی ستم و متد ساخت دیوار های خارجی مورد برر سی قرار می گیرند که عبارتند از: دیوار های قالب عیق ماندگار، دیوار های ساندویج پنل، دیوار های بلوکی سیمانی و دیوار های هبلکس - بتنی هوادار اتوکلاو - . در این تحقیق ابتدا در نرم افزار بیلد دسک یو کلیه لایه ها و مشخصات دیوار های نام برده شبیه سازی می شود. سپس با انتخاب طول و عرض جغرافیایی و دیگر عوامل محیطی مانند متو سط دمای ماهانه و رطوبت شهر مورد نظر خروجی هر دیوار مورد بررسی قرار می گیرد و با مقایسه ضخامت، چگالی و میزان انتقال انرژی هر متر مربع دیوار بهترین گزینه انتخاب می گردد.
.3,1 دیوار قالب عایق ماندگار : - Insulated Concrete Form -
این سیستم ساخت در اواسط دهه ی 50 میلادی برای اولین بار در آلمان استفاده شد و بسرعت در آمریکای شمالی بعنوان یکی از سیستم های اصلی ساخت مورد استفاده قرار گرفت. در کانادا و آمریکا حدود %8 ساختمان های کوتاه در صنعت ساخت از این سیستم استفاده می کنند. [12] دیوار های عایق بتنی از ورق های ایزولاسیون نرمال از پلی استایرن منبسط که با رابط های پلاستیکی و فلزی با یکدیگر متصل شده اند تشکیل شده است. این لایه های ایزولاسیون علاوه بر اینکه در ساختار نهایی دیوار قرار دارند و لایه های دیوار را تشکیل می دهند، خود به عنوان قالب هایی برای ریختن بتن استفاده می شود و هزینه های ناشی از قالب بندی را بسیار کاهش می دهد.[13]
این روش اجرایی از دو لایه از عایق پلی استایرن منبسط شده به ضخامت 5 سانتی متر ت شکیل شده ا ست که با رابط های فلزی و پلا ستیکی با یکدیگر مت صل شده اند. یک لایه بتنی با وزن نرمال و ضخامت 15 سانتی متر در لایه میانی قرار دارد. سطح لایه خارجی از لایه ای از آلومینیوم یا وینیل تشکیل شده است. لایه داخلی از اندود گچ و سیمان به ضخامت 1,5 سانتی متر پوشش داده شده. ضخامت کل این دیوار در حدود 26 تا 27 سانتی متر می باشد.[14] [15] نمونه شبیه سازی دیوار قالب عایق ماندگار در نرم افزار بیلد دسک یو در تصویر زیر مشاهده می گردد. - تصویر - 2
