بخشی از مقاله
چکیده
در دهه های اخیر تلاش برای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها از اهداف عمده بخش ساختمان و مسکن شده است و با توجه به وجود اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان در فصل ها و ساعات شبانه روز ، تمامی فعالیت هایی که می توانند به نوعی در بهینه سازی مصرف سوخت موثر باشند را باید بررسی نمود .
یکی از این روشها شبیه سازی هوای داخل خانه و پیش بینی انرژی مورد نیاز برای ساختمان در ساعات شبانه روز می باشد .در این مقاله یک آزمایشگاه و ساختمان اداری دانشگاه یوله سوئد با نرم افزار IDA شبیه سازی شده است. در فصل زمستان با توجه به استاندار HVAC و اندازه گیری دمای داخل ساختمان به مدت یک ماه و با کاهش یک درجه از دمای هوای ورودی و برنامه منظم برای فن های دمنده و مکنده توانستیم %30 مصرف انرژی را بهینه نماییم
مقدمه
با پیشرفت جهان و تکنولوژی نیاز و ضرورت های بشر مدرن تر می شود و با رشد سریع اقتصاد کشور ها مصرف انرژی از آهنگ رشد نسبتاً بالایی برخوردار شده است . در این میان با توجه با افزایش روز افزون جمعیت ،افزایش ساختمان سازی و مسئله تامین اقتصادی هوای مطبوع و مناسب را در پیشرو داریم.
با توجه به نیاز ساکنین و اقتضای نوع ساختمان ،پیشرفت سریعی در تکنیک های تهویه مطبوع و مدیریت بر آن در جهان حاصل گردیده است . باتوجه به این که بخش ساختمان در حدود یک سوم مصرف انرژی در کشور را به خودش اختصاص داده است، نقش بسیار مهمی در بهینه سازی مصرف انرژی میتواند داشته باشد .[1]همچنین در حدود یک سوم تولید گازهای گلخانهای مربوط به این بخش میباشد [2] که با بهینه کردن انرژی در این بخش مقدار قابل توجهی از آن کاهش خواهد یافت.
در ساختمان ها بخش اصلی مصرف انرژی مربوط به سرمایش و گرمایش میباشد و مقدار قابل توجهی از این انرژی مربوط به سیستمهای HVAC میباشد.
شبیه سازی و بهینه سازی هوای داخل ساختمان ،روشی برای مطالعه مصرف انرژی در ساختمان های مختلف و بالانس نمودن انرژی و کیفیت بخشی به هوای داخل ساختمان می باشد . شبیه سازی روشی است که برای تصمیم گیری های دقیق و سرمایه گذاری های مناسب جهت ساختمان سازی انجام می شود . شبیه سازی می تواند بر مدیریت فعالیت سیستم های تهویه مطبوع کمک بسزایی نماید و در نهایت منجر به بهینه سازی مصرف انرژی و تامین دمای آسایش داخل ساختمان شود. به طور کلی نکته مثبت شبیه سازی و بهینه سازی انرژی در ساختمان موارد زیر خلاصه می شود :
1. کمک به اخذ بهترین تصمیم ها
2. بهینه سازی بهتر برای مصرف انرژی در هوای داخل ساختمان
3. کمک به شناخت بهتر در مصرف انرژی در بخش های مختلف ساختمان
-2 نرم افزار IDA
IDA یک نرم افزار برای شبیه سازی مصرف انرژی برای رسیدن به دمای آسایش و کیفیت هوای داخل ساختمان است و به طور عمده برای سیستم های تهویه مطبوع استفاده می شود.مدل بین المللی این نرم افزار در May 1999 توسط شرکت AB وارد بازار شد. این نرم افزار اولین نسل شبیه سازی انرژی و آب و هوا در داخل ساختمان است .دراین نرم افزار مدل های ریاضی به شکل معادلات رسمی NMF تشریح داده شده است که به وسیله این مدل های ریاضی جابجایی و به روز رسانی برنامه راحت تر می باشد . IDA یک نرم افزار شبیه سازی جامع ساختمان است که مواردی از قبیل شکل ، شیشه ، سیستم های تهویه مطبوع ، سیستم های کنترل ، نور ، لوازم داخل منزل ، کیفیت هوای داخل خانه ، مصرف انرژی و مناطق آب و هوایی را بررسی می کند .
-3 ساختمان مدل شده
در این مقاله آزمایشگاه و ساختمان اداری دانشگاه یوله سوئد برای مطالعه بهینه سازی انرژی با نرم افزار IDA مدل سازی و شبیه سازی شده است . مورد مطالعه یک ساختمان سه طبقه است که به منظور اعتبار بخشیدن به پروژه داده های اندازه گیری شده و خروجی های نرم افزار برای پانزده فضای گوناگون این ساختمان به مدت یک ماه در فصل زمستان با یکدیگر مقایسه شده است که در تصویر زیر سایت پلان و نمای ساختمان مورد نظر قابل مشاهده می باشد .
فضاهای اداری ، اتاق ها و راهرو ها و طبقه سوم یک حال بزرگ بدون پارتیشین بندی مورد اندازه گیری قرار گرفت . باید توجه داشت این تعداد بخش ها تنها برای اعتبار بخشی به شبیه سازی صورت گرفته است .
شکل :1 سایت پلان و نمای ساختمان مورد نظر
-4 مناطق تفکیک شده ساختمان
با درنظر گرفتن یکسری قوانین قرار دادی زیر ، ساختمان را به 49 بخش مختلف تقسیم بندی نموده ایم قوانینی همچون -1 مقدار هوای دمنده هر بخش با هم یکسان بوده و مقداری ثابت باشد 2 -جنس مواد هر بخش یکسان باشد -3 بررسی جرم دمایی برای مناطقی که بیشتر از یک اتاق دارند -4 بررسی مقدار جذب دمای مصالح برای هر بخش براین اساس طبقه اول را 21 منطقه و طبقه دوم را به 23 منطقه و طبقه سوم را 5 منطقه تقسیم نمودیم
شکل :2 منطقه های مختلف جهت بررسی در ساختمان مورد نظر
-5 تعریف مناطق داخل ساختمان
-5-1 کنترل هوا
منظور از کنترل هوا در این ساختمان برای منطقه های مختلف با سیستم های مختلف بررسی موارد حجم ثابت هوا - - CAV و حجم متغیر هوا - VAV - و کنترل دما می باشد که در این دسته بندی مقدار هوای ورودی و خروجی برای هر منطقه تعریف شده است .
-5-2 ژئومتریک
در این بخش هندسه هر موقعیت را با توجه به محاسبات انجام شده برای دیوار ها ، سقف و مشخصات بنا ترسیم و بررسی نموده ایم .
-5-3 بارها
منظور از بارها تمامی چیزهایی است که در داخل منطقه ها وجود دارد و می تواند برگرمای داخلی تاثیر گذاشته و خود به نوعی تولید کننده گرما باشند. موارد مورد بررسی به سه گروه کلی .1نور .2 مبلمان .3 کارکنان تقسیم بندی می شوند . مقدار گرمای تولید شده توسط عوامل ذکر شده بر اساس تعداد و با توجه به استاندارد ASHARE می توان طبق جدول زیر محاسبه نمود .
جدول :1 استاندارد ASHARE برای بارها
-5-4 جذب حرارتی
در این بخش تمامی مواد و مصالحی که می تواند ذخیره کننده انرژی در داخل منطقه های مورد مطالعه باشد بررسی می شود موادی از قبیل مصالح بنایی، ساختمان و ...
-6 بخش کنترل هوا
در این بخش اطلاعات مربوط به مبدل های حرارتی و دمنده ها تعریف شده است و نیز با یک برنامه زمانی مشخص دمای هوای ورودی تنظیم و کنترل شده است . از ساعت 7 صبح تا 18 دمای دمنده با دمای 19 درجه سانتی گراد به صورت ثابت تنظیم شد و بعد از این ساعت دما را به مقدار یک درجه کاهش داده و به 18 درجه سانتی گراد رسانده ایم که در کل شب این دما ادامه داده شد دیگر تنظیمات اولیه طبق شکل زیر انجام شد که همانطور مشاهده می نمایید بازدهی مبدل های حرارتی و فن های هوای ورودی و خروجی بر روی %70 تنظیم شده است .
- 6 اعتبارسنجی - مقایسه داده های شبیه سازی با داده های اندازه گیری شده در ساختمان مورد مطالعه -
پس از اندازه گیری های صورت گرفته در 15 منطقه تعریف شده و نیز محاسبات موارد فوق و شبیه سازی انجام شده توسط نرم افزار IDA و خروجی های نرم افزار که به صورت اطلاعات اندازه گیری شده بود متوجه شدیم که یک روند قابل قبولی بین این اطلاعات وجود دارد .یک روند منطقی با اختلاف دمای کمتر از یک درجه مشاهده شد هرچند که در بعضی از موارد اختلاف هایی وجود داشت که آن هم به علت نبود محاسبات دقیق در لوازم و روشنایی ها بوده است . در جدول شماره 2 مشخصات 15 منطقه انتخابی آمده است. همچنین در شکل شماره 4 مناطق انتخابی در 3 طبقه نشان داده شده است. لازم به ذکر است که دادههای هر منطقه توسط گرما سنج به مدت یک هفته اندازهگیری شده است.
جدول شماره:2 مناطق انتخاب شده جهت اندازه گیری
شکل :3 تنظیمات اولیه بر روی بخش کنترل هوا
