بخشی از مقاله
چکیده:
بر طبق توافق نامه پاریس که بین 196 ک شور ع ضو کنوان سیون تغییر اقلیم سازمان ملل برقرار شده ا ست، ک شور ایران متعهد شده ا ست برنامه مشارکت خود را جهت کاهش انتشار کربن دي اکسید تا سال 2030 اعلام نماید. طبق برنامه ارائه شده از طرف ایران، 4 درصد کاهش گازهاي گلخانه اي با تکیه بر منابع مالی، فناوري و انسانی ملی صورت می گیرد و 8 درصد مازاد بر آن با جلب منابع مالی توانمند و فناوري ها ا ست. براي ر سیدن به این هدف، لازم است در بخش ساختمان نیز که بیش از 25 درصد از انتشار گازهاي گلخانه اي ملی را تشکیل می دهد، راه کارهاي مناسبی اندیشیده شود.
ساختمان هاي با انرژي خالص صفر - NZEB - 1 یکی از طرح هایی است که داراي پتانسیل زیادي براي کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي است. در این ساختمان ها می توان علاوه بر ادغام و بهینه سازي ا ستراتژي هاي پسیو و اکتیو در فاز اولیه چرخه عمر یک ساختمان، نظارت به موقع بر م صرف انرژي در زمان ا ستفاده از ساختمان در طول عمر آن نیز انجام داد. انتظار می رود که این مقاله بتواند به محققان، متخصصان و سیاست گذاران کمک کند که راهکارهاي کلی اجراي براي تحقق ساختمان هاي با انرژي خالص صفر را درك کنند.
.1 مقدمه
با توجه به م شاهدات سازمان هاي آب و هوا شنا سی میانگین دماي کره زمین در سال 2016 برابر با 14,83 درجه سانتی گراد بوده [1]. مطالعات انجام شده نشان می دهد که میانگین دماي سالانه در کشور ما نیز 29,5 درجه سانتی گراد است که نسبت به دهه هاي قبل افزایش چشمگیري داشته است. این افزایش دماي متوسط جهانی در اثر افزایش گازهاي گلخانه اي حاصل از فعالیت هاي انسانی - به عنوان مثال مصرف سوخت هاي فسیلی از قبیل گاز، نفت، زغال سنگ و غیره - است و نه به دلیل پدیده هاي طبیعی - مثلا النینو - .
به همین دلیل، هواشناسان در مورد اثرات جدي تغییرات آب و هوایی در تمام حوزه هاي زندگی انسانی مانند کشاورزي، امنیت ملی، بهداشت ملی، تامین آب و بیماري و غیره هشدار داده و از کشور ها خواستهاند تا اقدامات مقابله با آن را انجام دهند.
در پاسخ به این مشکلات جهانی تغییر آب و هوا، در بیست و یکمین نشست کنفرانسی بین اعضاي کنوانسیون تغییرات آب و هوایی سازمان ملل متحد که در دسامبر 2016 در پاریس فرانسه برگزار شد یک توافق نامه بین کشورهاي عضو امضا شد. بر طبق این توافق نامه درصورتی که کشورهاي امضاکننده توافق نامه میزان گازهاي گلخانه اي خود را طبق تعهدات خودشان کاهش دهند، تشویق شده و در صورتی که این کاهش را انجام ندهند جریمه خواهند شد.
کشور ایران نیز متعهد شده است برنامه مشارکت خود را جهت کاهش انتشار کربن دي اکسید تا سال 2030 اعلام نماید. طبق برنامه ارائه شده از طرف ایران، 4 درصد کاهش گازهاي گلخانه اي با تکیه بر منابع مالی، فناوري و انسانی ملی صورت می گیرد و 8 درصد مازاد بر آن با جلب منابع مالی توانمند و فناوري ها است. براي رسیدن به این هدف، لازم است در بخش ساختمان نیز که بیش از 25 درصد از انتشار گازهاي گلخانه اي ملی را تشکیل می دهد، راه کارهاي مناسبی اندیشیده شود. ساختمان هاي با انرژي خالص صفر یکی از طرح هایی است که داراي پتانسیل زیادي براي کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي است.
در این مقاله به معرفی استراتژي هاي پسیو و اکتیو قابل استفاده در یک ساختمان مسکونی، همچنین ادغام و بهینه سازي آنها می پردازیم.
.2 استراتژي هاي پسیو
براي کمک به تحقق ساختمان هاي با انرژي خالص صفر از طریق کاهش تقاضاي انرژي ساختمان - به عنوان مثال، بار حرارتی و خنک کاري و غیره - از تکنیک هاي طراحی معماري در مرحله طراحی اولیه ساختمان استفاده کرد. این تکنیک ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد. -1 طراحی پسیو پایدار و -2 تکنیک هاي صرفه جویی در انرژي
طراحی پسیو پایدار از لحاظ استراتژي هاي پسیو، کاهش تقاضاي انرژي ساختمان را با توجه به عوامل جغرافیایی ساختمان - مانند طول جغرافیایی، عرض جغرافیایی و ارتفاع - و هواشناسی - مانند دما، رطوبت، مدت زمان تابش آفتاب و سرعت باد - تعیین می کند. صرفه جویی در انرژي - EST - از لحاظ استراتژي هاي پسیو به کاهش تقاضاي انرژي ساختمان با افزایش قابلیت هاي عایق بندي و آب بندي از طریق استفاده از مصالح ساختمانی بهبود یافته - به عنوان مثال عایق حرارتی، سایه و غیره - اشاره دارد.
.1,2 طراحی پسیو پایدار
روش هاي مختلفی براي طراحی پایدار پسیو وجود دارد - به عنوان مثال مکان یابی مناسب، برنامه ریزي مکان طرح، نوردهی طبیعی، تهویه طبیعی، و غیره - که می تواند با توجه به عوامل جغرافیایی و هواشناسی ساختمان، مصرف انرژي را کاهش دهد. روش هاي مختلف طراحی پایدار پسیو پس از تجزیه و تحلیل آنها به سه دسته تقسیم بندي می شوند.-1 هندسه ساخت -2 روشنایی طبیعی -3 تهویه طبیعی.[3] اگر در ابتداي فرآیند طراحی یک ساختمان، عوامل هندسه ساختمان، نوردهی طبیعی و تهویه طبیعی مورد توجه قرار گیرد، می توان تا20٪ بهره وري انرژي را بهبود داده و همچنین مصرف انرژي گرمایشی را 25٪ و مصرف انرژي سرمایشی را %10 تا %30 کاهش داد.
هندسه ساختمان: تقاضاي انرژي ساختمان به شدت تحت تأثیر ساختار و شکل ساختمان قرار دارد. بنابراین تقریبا تمام مطالعات مربوط به هندسه ساختمان، با تمرکز بر محیط اطراف ساختمان - به عنوان مثال شیب سایت، جهت سایت، ارتفاع سایت و غیره - و نقشه ساختمان، عملکرد انرژي ساختمان را ارزیابی می کنند.
نوردهی طبیعی : بسیاري از محققان از طریق تجزیه و تحلیل ارتفاع خورشید از سطح زمین، مقدار نور روزانه و متغیرهاي دیگر در هر محدوده جغرافیایی، مطالعات مختلفی در مورد چگونگی تعیین جهت گیري مطلوب یک ساختمان و طراحی نورگیر مناسب براي آن به منظور معرفی سیستم نور طبیعی براي یک ساختمان با انرژي خالص صفر انجام داده اند.
تهویه طبیعی: براي اجراي ساختمان هاي با انرژي خالص صفر باید در مرحله طراحی اولیه، یک طرح معماري براي ایجاد کاهش تقاضاي انرژي ساختمان از طریق جابجایی موثر هوا در فضاي باز - تهویه طبیعی - در نظر گرفته شود.
.2,2 تکنیک هاي صرفه جویی در انرژي - EST -
مطالعات مربوط به EST با توجه به استراتژي هاي پسیو به سه دسته تقسیم بندي می شوند. -1 طراحی پوشش ساختمان -2 سیستم ذخیره سازي گرما -3طراحی نورپردازي.
طراحی پوشش ساختمان : پوشش ساختمان به عنوان یک عامل در برابر محیط خارجی، نقش مهمی در مصرف انرژي - تقاضاي گرمایش و سرمایش - دارد.
سیستم ذخیره سازي گرما : مطالعات مختلف مربوط به سیستم ذخیره سازي گرما انجام شده است، زیرا ظرفیت گرما یک ساختمان از دیدگاه ساختمان هاي با انرژي خالص صفر بسیار مهم است. در مطالعات انجام شده معمولا تجزیه و تحلیل کاهش انرژي ساختمان را با توجه به عملکرد حرارتی ساختمان و با تمرکز بر جرم حرارتی آن و همچنین نقش دیوار ترومب در ساختمان بررسی انجام شده است.
طراحی روشنایی: از دیدگاه اجراي ساختمان هاي با انرژي خالص صفر، مطالعات مختلفی در زمینه طراحی روشنایی ساختمان ها وجود دارد که می توان استفاده از دیودهاي نوري - LED - ، تاقچه هاي نوري و سیستم هاي کنترل نور به عنوان روش هایی براي کاهش بار نوري ساختمان را نام برد.
.3 استراتژي هاي اکتیو
براي ساخت ساختمان هاي با انرژي خالص صفر نمی توان تنها از استراتژي هاي پسیو پیشنهاد شده استفاده کرد. بنابراین براي رسیدن به ساختمانهاي با انرژي خالص صفر ، مصرف انرژي از طریق استراتژي هاي پسیو 100٪ کاهش نمی یابد، بنابراین باید با انرژي تولید شده از طریق استراتژي هاي اکتیو جبران شود.
در این مطالعه، استراتژي هاي اکتیو به مطالعات در زمینه انرژي هاي تجدیدپذیر - - RE و سیستم هاي پشتیبان براي آنها طبقه بندي شده است. انرژي هاي تجدیدپذیر به انرژي حاصل از منابع تجدیدپذیر مانند نور خورشید، منابع انرژي زمین گرمایی و باد و غیره گفته می شود. سیستم پشتیبان یک سیستم لازم براي عملکرد موثر سیستم هاي تجدیدپذیر است که به عنوان یک روش براي جبران بی ثباتی انرژي هاي تجدیدپذیر استفاده می شود. به طور مثال باتري هاي لیتیومی به عنوان یک سیستم پشتیبان براي نیروگاه هاي تجدیدپذیر استفاده می شوند.
.1,3 انرژي تجدید پذیر - RE -
در مطالعات مختلف معمولا چهار نوع انرژي تجدیدپذیر را مورد بررسی قرار می دهند. استراتژي اکتیو براي تحقق ساختمان هاي با انرژي خالص صفر با توجه به کاربرد آن در ساختمان ها عبارتند از -1 سیستم فتوولتائیک -2 - PV - سیستم حرارتی خورشیدي -3 سیستم زمین گرمایی-4 سیستم توربین بادي.
.2,3 سیستم هاي پشتیبان
از دیدگاه اجراي ساختمان هاي انرژي صفر، مطالعات مربوط به سیستم هاي پشتیبان براي کاربرد موثر و مدیریت انرژي هاي تجدیدپذیر متمرکز بر دو نوع سیستم سلول سوختی و سیستم ذخیره انرژي - ESS - است.
سیستم سلول سوختی: سیستم سلول سوختی یک ژنراتور برق است که از طریق واکنش شیمیایی هیدروژن و اکسیژن برق تولید می کند. علاوه بر این، سیستم سلول سوختی می تواند با استفاده از منابع تجدیدپذیر به طور موثرتري مورد استفاده قرار گیرد. به این صورت که برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر را می توان در عمل الکترولیز آب در سیستم سلول سوختی استفاده کرد.
سیستم ذخیره انرژي : تولید برق منابع تجدیدپذیر بر اساس شرایط محیطی به شدت تحت تأثیر قرار می گیرد. - به عنوان مثال میزان تابش خورشیدي، قدرت باد، و غیره - . براي حل این مشکل، مطالعات مختلف بر روي سیستم هاي ذخیره انرژي به عنوان سیستم پشتیبان گیري می شود که می تواند برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر را ذخیره کند. سیستم هاي ذخیره انرژي به دسته هاي سیستم هاي ذخیره انرژي حرارتی و الکتریکی بسته به نوع انرژي ذخیره شده طبقه بندي شده اند
به منظور صرفه جویی در انرژي و کاهش انتشار گاز کربن دي اکسید حاصل از ساختمان ها می توان اقداماتی را در چارچوب ادغام و بهینه سازي استراتژي هاي پسیو و اکتیو در فاز اولیه چرخه عمر ساختمان و نظارت به موقع بر عملکرد انرژي ساختمان در طول مرحله استفاده از ساختمان انجام داد. در شکل زیر مراحل چرخه عمر یک ساختمان نشان داده شده است.
شکل : 1 مراحل مختلف چرخه عمر یک ساختمان
.4 ادغام و بهینه سازي استراتژي هاي پسیو و اکتیو در فاز اولیه چرخه عمر ساختمان
در مرحله - a - شکل 1، ضروري است که استراتژي هاي پسیو و اکتیو را ادغام کرده و یک راه حل بهینه براي اجراي ساختمان هاي با انرژي خالص صفر ارائه دهیم. بنابراین، در این مطالعه، استراتژي هاي پیشرفته براي اجراي ساختمان هاي با انرژي خالص صفر از دو دیدگاه ارائه شده است. -1 ادغام تکنولوژي هاي پسیو و اکتیو -2 بهینه سازي استراتژي هاي پسیو و اکتیو براي تعیین راه حل بهینه طراحی.
اساسا، براي تحقق ساختمان هاي با انرژي خالص صفر، استراتژي هاي پسیو - یعنی طرح پسیو پایدار و - ETS و استراتژي هاي اکتیو - یعنی انرژي هاي تجدیدپذیر و سیستم پشتیبان آنها - باید به طور پیو سته به یک ساختمان اعمال شود. به عبارت دیگر، یک فرایند دو مرحله اي شامل مرحله کاهش تقاضاي انرژي ساختمان از طریق تکنولوژي هاي پسیو - مانند تهویه طبیعی، سیستم ذخیره سازي گرما و غیره - و گام تامین باقی مانده تقاضاي انرژي ساختمان از طریق عرضه انرژي با کمک فناوري هاي اکتیو - به عنوان مثال، سیستم PV با - ESS باید پذیرفته شود. با این حال، اکثر مطالعات قبلی با تمرکز بر تنها یک استراتژي - یعنی استراتژي هاي پسیو یا اکتیو - انجام شده است. بنابراین، یک تجزیه و تحلیل یکپارچه از عملکرد انرژي ساختمان که در آن هر دو استراتژي پسیو و اکتیو استفاده می شود باید در فاز اولیه چرخه عمر ساختمان از منظر دستیابی به ساختمان هاي با انرژي خالص صفر انجام شود.
.1,4 بهینه سازي استراتژي هاي پسیو و اکتیو براي تعیین راه حل بهینه در مرحله طراحی:
براي استقرار استراتژي هاي پسیو و اکتیو به طور موثر، ضروري است که یک مدل بهینه براي تعیین راه حل بهینه، با در نظر گرفتن متغیرهاي طراحی بر ا ساس نتایج تجزیه و تحلیل بر عملکرد فنی و اقت صادي یک ساختمان - میزان تقا ضاي انرژي مانند گرمایش و سرمایش، تامین انرژي مانند میزان تولید برق از سیستم PV، ارزش خالص فعلی - NPV - ، نسبت سرمایه گذاري به سرمایه - SIR - و دوره بازپرداخت - - PP - در مرحله اولیه چرخه عمر ساختمان به دست آوریم.
مطالعات زیادي مربوط به برآورد و بهینه سازي عملکرد فنی و اقتصادي یک ساختمان با توجه به متغیرهاي طراحی وجود دارد، اما روش هایی که توسط چنین مطالعات مورد استفاده قرار گرفت محدودیت هایی در هر کدام از مراحل برنامه ریزي ، کاربري و تجزیه و تحلیل دارد
اولا از لحاظ مرحله برنامه ریزي، با توجه به اینکه در روش هاي موجود نیاز به اطلاعات خاص ساختمان داریم، محدودیت هاي استفاده از آنها در مرحله اولیه چرخه عمر ساختمان وجود دارد. دوما براي ارزیابی و بهینه سازي عرضه و تقاضاي انرژي ساختمان با استفاده از روش هاي موجود، ابزار شبیه سازي انرژي یا محاسبات پیچیده و سایر اطلاعات حرفه اي مورد نیاز است. با این حال، براي غیر کارشناسان مانند مدیران ساخت و ساز و طراحان انجام شبیه سازي انرژي و محاسبات پیچیده دشوار است.
