خانه هوشمند و تاثیر آن در صرفه جویی انرژی
2017-03-11
نیروگاه های تولید همزمان برق و گرما
2017-03-13

اصول بهره ‌وری انرژی در ساختمان

گردآورنده: احسان نجفی
اسفند ماه 95

بهره وری انرژی یک ساختمان چیست ؟

بهره وری انرژی در یک ساختمان مقدار انرژی است که در هر متر مربع از مساحت ساختمان اندازه گیری می‌شود و معیار مصرف انرژی را برای نوع خاصی از ساختمان با توجه به نوع معماری و تجهیزات مکانیکی و برقی مورد استفاده در تاسیسات آن،  تحت شرایط آب و هوایی تعریف شدهبه مهندسین ساختمان و مجریان تاسیسات برقی و مکانیکی می دهد.

چرا بهره وری انرژی در ساختمان‌ها مهم است ؟

دولت‌ها موظف به تأمین انرژی ایمن در جهت رشد اقتصادی هستند. در بسیاری از کشورهای در حال توسعه، اختلاف بسیار کمی بین منبع تأمین برق و تقاضای مصرف برق وجود دارد. با افزایش مصرف برق مصرف کنندگان، ارتباطات جدید و  نسل جدید نیازمند به کارگیری روشی مطمئن برای پاسخگویی به افزایش تقاضای خود هستند. علاوه بر این، با توجه به تغییر الگوهای آب و هوا و خطر افزایش خشکسالی، کشورهایی که به شدت وابسته به انرژی برق آبی به عنوان منبع اصلی تولید برق خود هستند، بسیاری از ظرفیت تولید خود را در نتیجه سهمیه بندی از دست داده‌اند.


  1. جریان انرژی در ساختمان‌های معمولی
اصول بهره ‌وری انرژی در ساختمان

شکل 1. نحوه جریان انرژی در ساختمان‌های مرتبط

شکل 1 در بالا جریان انرژی در یک ساختمان را نشان می‌دهد. انرژی ناخالص مورد نیاز ساختمان، نشان دهنده الزامات پیش بینی شده ساختمان برای گرم کردن، روشنایی، خنک کاری، تهویه، تهویه مطبوع و رطوبت زنی است. آب و هوای مورد نیاز در محیط داخل ساختمان، شرایط آب و هوایی در فضای خارج از ساختمان و خصوصیات ساختمان (انتقال حرارت سطح و انتقال حرارت ناشی از نفوذ هوا) پارامترهایی هستندکه انرژی ناخالص مورد نیاز ساختمان را مشخص می‌کنند.
همانطور که شکل بالا نشان می‌دهد، انرژی تحویل داده شده، انرژی طبیعی و حرارت داخلی به دست آمده، به تأمین نیازهای انرژی یک ساختمان کمک می‌کنند.

انرژی طبیعی کسب شده
انرژی طبیعی شامل حرارت خورشیدی، خنک کننده غیر فعال، جریان تهویه طبیعی و روشنایی روز می‌شود. بیشینه کردن هوشمندانه میزان انرژی طبیعی جذب شده توسط ساختمان، می‌تواند منجر به کاهش قابل توجه انرژی مورد نیاز برای تأمین نیازهای انرژی ساختمان شود.
ساختمان‌های سازگار با محیط زیست، علاوه بر اینکه که اتلافات انرژی را به حداقل می‌رسانند باعث استفاده هوشمندانه از منابع انرژی نیز می‌شود.
انرژی طبیعی جذب شده توسط ساختمان را می‌توان با بهره برداری از پتانسیل عملکرد یک ساختمان توسط موقعیت و محیط اطراف آن و از طریق روش‌های زیر بیشینه کرد:
• نقشه ساختمان، که در آن مکان‌هایی مشخص شده که با آنها می‌توان انرژی مورد نیاز ساختمان را به حداقل رساند.
• طراحی ساختمان به نحوی که از روشنایی روز و تهویه طبیعی استفاده شود تا با این رویکرد، تلفات حرارتی کاهش یابد.
• جهت ساختمان طوری طراحی شده باشد، که استفاده از نور خورشید امکانپذیر باشد در حالی که مانع از تابش مستقیم نور خورشید به داخل ساختمان و گرمای بیش از حد محیط داخل گردد.
• استفاده از تهویه طبیعی هر کجا که امکانپذیر و مناسب است به همراه استفاده از تهویه مکانیکی یا تهویه مطبوع در مکان‌هایی که نیاز است.
عایق کاری حرارتی و پیشگیری از نفوذ هوای ناخواسته از طریق پوشش ساختمان.

بهتر است که موارد ذکر شده در مرحله طراحی  بنا و تاسیسات برقی و مکانیکی ساختمان انجام شود در غیر این صورت می‌توان در طول مرحله نوسازی انجام پذیرد.

حرارت داخلی کسب شده
حرارت داخلی، انرژی حرارتی ای است که از طریق افراد، روشنایی و لوازم به محیط داخل ساختمان افزوده می‌شود. از آنجایی که در آب و هوای سرد، حرارت داخلی نیاز به انرژی برای گرمایش ساختمان را کاهش می‌دهد مطلوب است،  اما در آب و هوای گرم انرژی مورد نیاز برای خنک کردن ساختمان را افزایش می‌دهد. در ساختمان‌های اداری، فروشگاه‌های تجاری، مراکز خرید، سالن‌های تفریح و … مشکل گرم شدن بیش از حد داخل ساختمان‌ها در طول  فصل تابستان ناشی از حرارت تولید شده توسط تجهیزات یا به وسیله روشنایی مصنوعی است. زمانی که تعداد ساکنین یا مشتریان بیشتر شود، حرارت سوخت و ساز بدن آن‌ها باعث گرمتر شدن محیط داخل ساختمان می‌شود.

انرژی تحویل داده شده
انرژی تحویل داده شده، مقدار انرژی برای تأمین تقاضای انرژی خالص یک ساختمان از قبیل گرمایش، خنک کردن، تهویه، آب گرم و روشنایی است. انرژی تحویل داده شده معمولاً توسط کیلووات ساعت بیان می‌شود و به وسیله سوخت‌های گازی، نفتی یا برقی تأمین می‌شود. همانطور که از شکل 1 دیده می‌شود، انرژی تحویل داده شده ساختمان می‌تواند توسط انرژی‌های تجدید پذیر و توسط پنل خورشیدی، آب گرم کن خورشیدی یا بادی تأمین شود.

انرژی صادر شده
انرژی صادر شده کسری از انرژی تحویل داده شده است که در اختیار کاربران خارجی قرار می‌گیرد.

اتلافات سیستم
تلفات سیستم در اثر ضعف در انتقال و تبدیل انرژی تحویل داده شده به وجود می‌آید، به عنوان مثال از 100 درصد انرژی تحویل داده شده، تنها 90 درصد ممکن است برای ارائه خدماتی مانند روشنایی، خنک کردن و یا تهویه مطبوع استفاده شود و 10 درصد از انرژی تحویل داده شده تلف می‌شود. هنگامی که به موضوع بهره وری انرژی در ساختمان‌ها پرداخته می‌شود، تمرکز اصلی روی انرژی مورد استفاده برای رسیدن به استانداردهای آب و هوا در محیط داخل ساختمان است. مقدار انرژی که یک ساختمان نیاز دارد تا به استاندارد مطلوب برسد، بستگی دارد به:

  • خصوصیات ساختمان:
    – سطح انتقال حرارت:

انتقال حرارت پایین باعث پایین آمدن میزان گرمای از دست رفته در فصل سرما و مانع از افزایش درجه حرارت بیش از حد در فصل گرما می‌شود؛ این کار منجر به کاهش انرژی مورد نیاز برای سرمایش یا گرمایش ساختمان می‌شود.
–  این که آیا ساختمان برای به حداقل رساندن انرژی مورد نیاز طراحی شده است یا خیر، به شرایط آب و هوایی در خارج از ساختمان بستگی دارد.
• نحوه رسیدن انرژی تحویل داده شده به انرژی مورد نیاز خالص ساختمان؛ یعنی بهره وری از تجهیزات و لوازم استفاده شده.
• چگونگی استفاده مؤثر از انرژی توسط افراد در داخل ساختمان.
• درصد انرژی مورد نیاز ساختمان که توسط انرژی تجدید پذیر تأمین می‌شود.

  1. تعیین عملکرد انرژی در ساختمان
    شاخص‌های مصرف انرژی
    محاسبات مصرف انرژی در ساختمان بر اساس ویژگی‌های ساختمان و تجهیزات نصب شده در آن انجام می‌پذیرد. شکل 2، سه سطح محاسبات ساختمانی را نشان می‌دهد. محاسبات ساختمان به صورت از پایین به بالا انجام می‌شود.
اصول بهره ‌وری انرژی در ساختمان

شکل 2. دید کلی از نحوه محاسبات شاخص مصرف انرژی برای ساختمان‌ها

 

  1. گام اول محاسبات انرژی مورد نیاز خالص ساختمان، یعنی تهیه مقدار انرژی مورد نیاز برای آب و هوای داخل ساختمان. این محاسبات به منظور تعیین عملکرد انرژی داخل ساختمان به کار گرفته می‌شود.
    2. گام دوم تعیین انرژی تحویل داده شده ساختمان، یعنی عملکرد انرژی ساختمان در استفاده واقعی.
    3. گام سوم تعیین شاخص‌های عملکرد کل انرژی می‌باشد:

این مرحله نتایج حاصل از مرحله 2 به بالا را برای مقاصد مختلف و سوخت‌های متفاوت به منظور دستیابی به مصرف انرژی کل به هم پیوند می‌دهد و با شاخص‌های عملکردی در ارتباط است. از آنجا که یک ساختمان تواند بیش از یک سوخت (به عنوان مثال گاز و برق) استفاده کند، منابع مختلف انرژی می‌بایست برای تأمین انرژی اولیه با هم ترکیب (یا تبدیل) شوند. شاخص انرژی استفاده شده برای ساختمان‌ها معمولاً کیلووات ساعت بر متر مربع است (مصرف انرژی بر حسب کیلووات ساعت در هر متر مربع از مساحت طبقه).
به منظور رسیدن به اهداف این محاسبات، ساختمان‌ها به دسته بندی‌هایی از قبیل مسکونی و یا غیر مسکونی بودن، نوع طراحی ساختمان، اندازه و کاربرد ساختمان طبقه بندی می‌شوند. علاوه بر محاسبه عملکرد ساختمان‌های موجود، محاسبات عملکرد انرژی در مرحله طراحی برای ساختمان‌های جدید و ساختمان‌های بازسازی شده نیز باید انجام شود.

این مسئولیت دولت است که در سطح ملی یا محلی، دستورالعمل‌ها و روش‌های محاسبات برای تعیین عملکرد انرژی در ساختمان‌ها را فراهم کند. در بیشتر موارد، برای انجام این محاسبات از نرم افزارهای موجود استفاده می‌شود.

  1. معیارها
    معیارهای مصرف انرژی ساختمان، مقایسه مقادیر انواع ساختمان‌های متداول در برابر عملکرد واقعی یک ساختمان را نشان می‌دهد.
    دو هدف اصلی معیارها عبارتند از:
    • به منظورشناسایی عملکرد انرژی ساختمان در مقایسه با ساختمان‌های دیگر از نوع خود که می‌تواند خوب، متوسط و یا ضعیف باشد؛
    • به منظورشناسایی صرفه جویی بالقوه، توسط اختلاف نشان داده شده بین داده‌های واقعی
    و معیار : بدتر از عملکرد در برابر معیار از بیشتر از این فرصت برای بهبود عملکرد، و صرفه جویی در هزینه.
    معیارها را می‌توان به دو نوع معیارهای مدلسازی شده و معیارهای تجربی طبقه بندی کرد. معیار مدلسازی شده با استفاده از مدل شبیه سازی برای تعیین عملکرد یک ساختمان به دست می‌آید و معمولاً در مرحله طراحی یا نوسازی ساختمان انجام می‌شود. با این رویکرد انرژی تحویل داده شده بر اساس استفاده مورد نیاز ساختمان در محیط داخل و خارج محاسبه می‌شود. معیار تجربی از داده‌های آماری مطالعه دقیق 20 تا 100 ساختمان به دست می‌آید. حداقل اطلاعات مورد نیاز برای تعیین معیار تجربی، مقدار انرژی استفاده در سال گذشته توسط خواندن قبض میزان مصرف انرژی و سطح زیر بنای ساختمان است.
  1. تأیید بهره وری انرژی
    گواهی بهره وری انرژی خلاصه‌ای از بازرسی انرژی در ساختمان است. همچنین گواهی بهره وری انرژی نشان دهنده، اطلاعات مربوط به مصرف انرژی در ساختمان و میزان بهره وری انرژی در ساختمان است.

هدف از گواهی بهره وری انرژی :
• اطلاع مستاجران و خریداران آینده نگر از هزینه‌های مورد انتظار جاری
• ایجاد آگاهی عمومی
• عمل به معیارهای لازم به منظور بهبود بهره وری انرژی
• به منظور اثرگذاری تشویق‌ها، جرائم و یا اقدامات قانونی

علاوه بر اطلاعات مربوط به عملکرد انرژی ساختمان، طیف وسیعی از اطلاعات از قبیل دمای متداول محیط داخلی و دیگر عوامل آب و هوایی مربوط به ساختمان ممکن است در گواهی نمایش داده شود. به منظور تسهیل در مقایسه بین ساختمان‌ها، گواهی عملکرد انرژی باید شامل مقادیر مرجع مانند استانداردهای قانونی رایج و معیارها و توصیه نامه‌ها باشد تا بتوان این کار را برای بهبود عملکرد انرژی در ساختمان انجام داد.
به منظور تکمیل صدور گواهینامه در برخی کشورهای اروپایی بازرسی منظم از سیستم‌های گرمایشی و تهویه مطبوع انجام می‌گیرد تا ارزیابی خوبی از بهره وری گرمایش و سرمایش مورد نیاز انجام شود.

 

منابع

  1. Energy Efficiency Division of the Philippines Department of Energy (DOE), 2002, Philippines

Guidelines for Energy Conserving Design of Buildings and Utility Systems.

www.doe.gov.ph/downloads/default.htm

  1. IEA. 2004b. Energy Balances for OECD Countries and Energy Balances for non-OECD

Countries; Energy Statistics for OECD Countries and Energy Statistics for non-OECD

Countries (2004 editions) Paris

  1. EU Energy Performance in Buildings – Directive Implementation Advisory Group,

Explanation of the General Relationship between various standards from the

European Committee for Standardization and the Energy Performance of Buildings

Directive (EPBD).

www.diag.org.uk/documents.jsp

 

یک دیدگاه