بخشی از مقاله
چکیده
کاربرد نرم افزارهای شبیهسازی مصرف انرژی در ساختمان جهت بهینهسازی مصرف انرژی دارای اهمیت میباشند در این پژوهش، با استفاده از نرمافزار بهینهساز مصرف انرژی در ساختمان، بر روی دیوار خارجی جهت شمال، جنوب، شرق و غرب یک ساختمان نمونه با شرایط مختلف عایقکاری در 3 شهر ایران - اردبیل، تهران و بندرعباس - شبیهسازی و بهینهسازی انجام شده است. این نرمافزار توانایی بهینه سازی خودکار را دارد. با تغییر اقلیم، شرایط عایقکاری و درصد بهبود مصرف انرژی در دیوارهای خارجی تغییر میکند. در دیوارهای خارجی رو به شمال در تمام اقلیمها، با عایق پلیرول 75 میلیمتر کمترین مصرف انرژی حاصل میگردد.
.1 مقدمه
برای ایجاد شرایط آسایش در طول سال نیازمند صرف انرژی میباشیم. برای صرفهجویی در مصرف انرژی باید راهکارهای کاهش هدر رفت مصرف انرژی - عایقکاری بهتر، استفاده از پنجرههای پیشرفته، کنترل سیستمتهویه و... - مورد بررسی قرارگیرند. کاربرد عایق در ساختمان باعث بهتر شدن شرایط آسایش در اتاقها و همچنین کاهش مصرف انرژی میگردد. به دلیل افزایش تعداد ساختمان-هایی که در آنها از دیوارهای با مصالح سنگین و یا عایق استفاده میشود، ضروری است که نوع، ضخامت و محل قرارگیری عایق بررسی و بهینه شود.
از عوامل موثر در کاهش مصرف انرژی ساختمان میتوان به میزان عایقکاری دیوارها، سقف، اقلیم و جهت قرارگیری ساختمان مورد نظر اشاره کرد. تحقیقات جامع و زیادی درباره تاثیر چگونگی طراحی محیط و ساختار ساختمان در اقلیمهای متفاوت به کمک نرم-افزارهای شبیهساز مصرف انرژی بدست آمده است.
یکی از اولین شبیه سازیهای نرمافزاری توسط کاسکا و کاسنی انجام گرفت. آنها محل قرارگیری عایق حرارتی را در ساختمانهای مسکونی برای 6 ناحیه مختلف امریکا با استفاده از نرمافزار دیاوای1 برای بارهای گرمایشی و سرمایشی ساختمان بررسی کردند. نتایج نشان داد که برای ساختمانهای مسکونی با دیوارهایی از مصالح سنگین، قرار دادن عایق در سطح خارجی دیوارها مناسبتر است و دیده شد که تاثیر تغییرات اقلیمی بر نوع دیوار مورد استفاده و محل قرارگیری عایق زیاد است.
همچنین میلارد باجیک2 و همکارانش در مقالهای تحقیقی اقدام به بهینهسازی آسایش حرارتی در ساختمان با شبیه سازی توسط نرمافزار انرژیپلاس نمودند و توسط این شبیهسازی ضخامت لایههای جدارهای ساختمان که بهترین آسایش حرارتی را دارند، بدست آمدهاست
ساواس تاسو و همکاران تحقیقی در قبرس بر روی تاثیر جرم حرارتی و عایق حرارتی بر روی بار سرمایی و گرمایی با شبیهسازی انرژی برای یک مدل ساختمانی با یک دیوار حرارتی - دارای جرم حرارتی سنگین - و سقف دارای عایق پلی -استایرن انجام دادند. هدف بررسی اثر استفاده از جرم حرارتی در دیوارها و همچنین عایقحرارتی در روی سقف بر روی بارهای سرمایی و گرمایی میباشد. دیده میشود که به کارگیری دیوار با جرم حرارتی سنگین باعث کاهش بار گرمایشی میشود و برای دیوارهای نمای جنوبی ساختمانها استفاده ازجرم حرارتی سنگین و همچنین برای سقف نیز به کار بردن عایق پیشنهاد میشود.
ابراهیمپور و همکارانش، در مقالهای تحقیقی بهینهسازی عایق کاری در ساختمانهای با استفاده مداوم در شرایط اقلیمی ایران از لحاظ بارهای حرارتی سالیانه را با شبیهسازی در نرمافزار اوپک3 مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که با اجرای عایقکاری در دیوارها 50 تا70 درصد انرژی صرفه جویی میشود.
نتایج سایر پژوهشگران نشان میدهد که میتوان شرایط بهینهای از عایق حرارتی را بدست آورد که به ازای آن، حداکثر کاهش را در مصرف انرژی سالیانه شاهد باشیم. همچنین مشخص میکند که محل قرارگیری عایق حرارتی در جدار ساختمانی در مقدار کاهش مصرف انرژی موثر میباشد. برای محاسبات مصرف انرژی سالیانه در ساختمان میتوان از نرمافزارهای شبیه ساز مصرف انرژی استفاده کرد
عموماَ در محاسبه میزان مصرف انرژی از نرمافزارهای شبیهسازی مانند انرژیپلاس، ترنسیس4 و دیاوای و... استفاده میشود. از این نرمافزارها میتوان قبل از ساختن ساختمان و یا هنگام ایجاد تغییرات در آن استفاده نمود و مقدار مصرف انرژی سالیانه را برآورد نمود. با شبیهسازی حالات مختلف و مقایسه هریک از حالتها با یکدیگر میتوان بهترین حالت از لحاظ ذخیره و صرفه جویی مصرف انرژی و قیمت تمام شده ساختمان را بدست آورد.
در این پژوهش از یک نرمافزار ساده و بهینهساز استفاده شده است که با استفاده از نتایج این نرمافزار، می توان راههای کاهش مصرف انرژی در ساختمان و پارامترهای موثر در مصرف انرژی ساختمان از قبیل شرایط اقلیمی، جنس، محل و ضخامت عایق بکار رفته در دیوار ساختمان را بطور همزمان، در جهات مختلف و به سادگی بررسی کرده و بهترین حالت هر پارامتر را مشخص نمود. نرم افزار تهییه شده با عایقگذاری در تکتک لایههای جدارهای دیوار - با عایقهای پیشفرض تعریف شده در نرمافزار - به صورت خودکار، اقدام به ارایه درصد بهبود برای تمامی حالات نموده و بهترین نتایج هر قسمت را با توضیحات مربوطه نمایش میدهد. در این پژوهش دیوار خارجی شمالی، جنوبی، شرقی و غربی طبقه آخر یک ساختمان مسکونی - استفاده مداوم - 8 طبقه با بررسی شرایط مختلف عایقکاری در جدار خارجی در اقلیم های اردبیل، تهران و بندرعباس بررسی شدهاست.
.2 برنامه انرژیپلاس
نرمافزارهای شبیهسازی مصرف انرژی ساختمان، برنامههای کامپیوتری هستند که برای محاسبه انرژی مصرفی و بارهای حرارتی در ساختمانها بکار میروند. انرژیپلاس یک برنامه جدید برای شبیهسازی انرژی ساختمان با حالتها و پارامترهای متنوع می-باشد که بر اساس ترکیبی از برنامههای بلاست1 و دیاوای می باشد. این برنامه توانایی تحلیل در زمانهای کوتاهتر از یک ساعت را دارا میباشد و بر اساس یک تعادل حرارتی از کل ناحیه شبیهسازی استوار است. این برنامه توسط سازمان انرژی آمریکا ارائه شده است و در مورد اعتبار نتایج آن تحقیقات زیادی انجام شدهاست. ضعف برنامه مورد اشاره در این است که از سیستم گرافیکی آسانی برای دادههای ورودی استفاده نمی کند و احتیاج به برنامههایی دارد که بتوان ساختمان را در آن طراحی نمود و یا نتایج را مورد بررسی قرارداد.
.3 نرمافزار بهینهساز مصرف انرژی ساختمان
استفاده از برنامههای کامپیوتری برای محاسبه انرژی مصرفی در ساختمان، بخش مهمی از طراحی ساختمان و بهینهسازی مصرف انرژی است. برنامه بهینهساز ارائه شده همچنان که گفته شده برای محاسبات مصرف انرژی به نرمافزار انرژیپلاس وصل شده و بهترین حالت را از لحاظ مصرف انرژی برآورد میکند. از نرمافزار بهینهساز مصرف انرژی ساختمان قبل از ساختن ساختمان و یا حین ایجاد تغییرات در آن میتوان استفاده کرده و دید که تغییرات انجام شده در ساختمان چه تاثیری بر مصرف انرژی ساختمان داشته است. با استفاده از این برنامه میتوان طراحیهای مختلف و همچنین مواد مختلفی را برای ساختار ساختمان قبل از ساخت مورد بررسی قرار داد تا بهترین حالت از لحاظ ذخیره و مصرف انرژی و قیمت تمام شده ساختمان بدست آید.
همچنین نرمافزار بهینهساز همزمان، دقت، سرعت و کارایی را بدون نیاز به تخصص و مهارت کافی بهینهسازی برای یک مجموعه شبیهسازی به ارمغان میآورد. در این نرمافزار کوشش شده است که یک مهندس طراح به سادگی بتواند در یک ساختمان، حالتها و پارامترهای مختلف را بررسی و مقایسه کند بدون آنکه نیازی به دانش کافی در زمینه شبیهسازی و استفاده از برنامههای تخصصی شبیهسازی مانند انرژیپلاس داشته باشد. نرمافزار بهینهساز مصرف انرژی ساختمان مورد استفاده در این تحقیق تا حدی مشکل استفاده از نرمافزار انرژیپلاس را حل کردهاست. البته مزیت اصلی نرمافزار بهینهساز مصرف انرژی ساختمان، تولید و شبیهسازی حالات مختلف بطور خودکار میباشد که انرژیپلاس این توانایی را ندارد. نرم افزار مورد اشاره توسط نگارندگان مقاله تهییه شدهاست
.4 شرایط و دادههای اقلیمی
شرایط و دادههای اقلیمی بیرون ساختمان در طول سال یکی از مهمترین بخشهای دادههای ورودی اصلی در برنامههای شبیهسازی مصرف انرژی میباشد و بهترین حالت این است که این دادهها به صورت ساعتی برای تمام 8760 ساعت سال تهییه شوند.
