سنجش و کنترل در سیستم‌های تهویه مطبوع – بخش دوم
2017-03-05
تجهیزات روشنایی
2017-03-07

بررسی اطلاعات مصرف انرژی ساختمان ها

گردآورنده: احسان نجفی
اسفند ماه 95

چکیده

سرعت در حال رشد مصرف انرژی جهان در حال حاضر نگرانی‌هایی از قبیل اتمام منابع انرژی، مشکلات تأمین آن(انرژی) و اثرات زیست محیطی (از بین رفتن لایه ازن ، گرم شدن جهان، تغییرات آب و هوا، و غیره) را افزایش داده است. سهم ساختمان‌ها نسبت به مصرف انرژی جهان، اعم از مسکونی و تجاری، به طور پیوسته در حال افزایش است طوری که در کشورهای توسعه یافته این رقم بین 20٪ و 40٪ است، و بیش از سایر بخش های عمده: صنعتی و حمل و نقل است. رشد جمعیت، افزایش تقاضا برای خدمات ساختمانی و سطح آسایش، همراه با افزایش زمان صرف شده در داخل ساختمان‌ها، از روند رو به رشد تقاضای انرژی در آینده اطمینان می‌دهد. به همین دلیل، بهره وری انرژی در ساختمان‌های امروز هدف نخست برای سیاست انرژی در سطوح منطقه‌ای، ملی و بین المللی است. از میان خدمات ساختمان، رشد استفاده از سیستم‌های انرژی به ویژه HVAC قابل توجه (50 درصد مصرف ساختمان و 20 درصد از کل مصرف در ایالات متحده آمریکا) است. این مقاله درباره تجزیه و تحلیل اطلاعات موجود در مورد مصرف انرژی در ساختمان، و به ویژه مربوط به تاسیسات مکانیکی تهویه مطبوع است. سوال‌های بسیاری بوجود می‌آیند: آیا اطلاعات لازم موجود است؟ کدام یک از انواع ساختمان‌ها مهم هستند؟ چه استفاده‌هایی برای تحلیل باید در نظر گرفته شوند؟ مقایسه‌هایی بین کشورهای مختلف به خصوص برای ساختمان‌های تجاری ارائه شده است. همچنین تاسیسات مکانیکی ساختمان‌های اداری با جزئیات بیش‌تری مورد تحلیل قرار گرفته‌اند.

  1. استفاده از انرژی جهانی

آژانس بین المللی انرژی، اطلاعات نگران کننده‌ای از روند مصرف انرژی جمع آوری کرده است. در طول دو دهه گذشته (1984-2004) انرژی اولیه 49٪ و انتشار گازهای گلخانه‌ای CO2، 43٪ افزایش یافته است.

پیش‌بینی‌های کنونی نشان می‌دهد که این روند رو به رشد ادامه دارد. انرژی استفاده شده توسط کشورهایی با اقتصادهای نو ظهور(جنوب شرقی، شرق میانه، جنوب آمریکا و آفریقا) باعث رشد نرخ متوسط سالانه 3.2% شده‌اند و تا سال 2020 کشورهای توسعه یافته (شمال آمریکا، اروپای غربی، ژاپن، استرالیا و نیوزیلند) به طور متوسط از نرخ رو به رشد 1.1٪ خواهند گذشت (شکل 2). در بین این کشورها چین توانسته در عرض تنها 20 سال به دو برابر مصرف انرژی خود با متوسط نرخ رشد 3.7٪ برسد، که آمار قابل توجهی است (شکل.1).

شکل.1. مصرف انرژی اولیه، انتشارگاز CO2 و جمعیت جهان

نتایج جالبی از تحلیل روند شاخص‌های اصلی انرژی جهان بین سال‌های 1973 تا 2004 و (جدول1) می‌توان به دست آورد: (1) نرخ رشد جمعیت زیر نرخ رشد تولید ناخالص داخلی است، که این نتیجه افزایش قابل توجه در سرانه درآمد شخصی و ثروت جهانی را نتیجه می‌دهد،

 (2) نرخ مصرف انرژی اولیه، رشد بالاتری از نرخ رشد جمعیت دارد که منجر به افزایش مقدار 15.7٪ سرانه آن در 30 سال گذشته شده است،

 (3) انتشار گاز CO2 در نرخ پایین‌تری از رشد مصرف انرژی قرار دارد و 5% افزایش در این دوره را نشان می‌دهد،

(4) مصرف انرژی الکتریکی به طرز چشمگیری افزایش یافته است (بیش از دو و نیم برابر) و منجر به افزایش درصدی مصرف انرژی نهایی شده است (18٪ درسال 2004)،

 (5) بازده بهره برداری از منابع انرژی، رابطه بین انرژی اولیه و نهایی را نشان می‌دهد که 7% کاهش یافته است، به خصوص با توجه به افزایش مصرف برق،

(6) شدت انرژی اولیه و نهایی کاهش یافته است دلیل این امر آن است که نرخ رشد تولید ناخالص داخلی از مصرف انرژی بالاتر است که باعث بهبود در کل انرژی جهان شده است (شکل.2).

  1. شکل.2. استفاده از انرژی جهان توسط مناطق مختلف

    مصرف انرژی درساختمان‌ ها

مصرف انرژی نهایی معمولاً در سه بخش نشان داده می‌شود: صنعت، حمل و نقل و سایر بخش‌ها که شامل کشاورزی، بخش خدمات و مسکونی می‌شود. این باعث می‌شود که جمع آوری اطلاعات درباره مصرف انرژی تاسیسات مکانیکی و برقی ساختمان‌ها به طرز زیادی مشکل باشد. به عنوان مثال، مصرف انرژی در ساختمان‌های مسکونی بخش کوچکی از خدمات در بخش کلیدی سوم را تشکیل می‌دهد. با توجه به اهمیت کلی آن در کشورهای توسعه یافته (با احتساب20-40٪ از کل مصرف انرژی نهایی برای ساختمان‌ها)، به اعتقاد ما باید مصرف انرژی در ساختمان‌ها را به طور مستقل حساب کرد و به عنوان سومین بخش اصلی در نظر گرفت. در این صورت مصرف انرژی درساختمان‌ها به ساختمان‌های مسکونی و غیر مسکونی تفکیک می‌شود.

جدول 1. فهرست راهنمای تغییر شکل انرژی جهان بین سال‌های 1973 و 2004

رشد جمعیت، افزایش خدمات ساختمانی و سطح آسایش، همراه با افزایش زمان صرف شده در داخل ساختمان‌ها، مصرف انرژی در ساختمان‌ها را به سطح حمل و نقل و صنعت افزایش داده است (جدول 2). به ویژه کاهش عمده مربوط به بخش صنعت است و رشد سایر بخش‌ها به علت وجود ساختمان‌ها است.

جدول 2. انرژی نهایی مصرفی به وسیله بخش‌های مختلف

با نگاه به (شکل 3) و (جدول 3) برای مصرف انرژی ساختمان،ما نتیجه می‌گیریم:

(1) مصرف انرژی ساختمان‌های بریتانیا با نرخ 0.5 درصد در سال افزایش یافته است، که کمی پایین‌تر از منحنی مربوط به اروپا با نرخ 1.5٪ است. در مقابل مصرف انرژی تاسیسات برقی و مکانیکی ساختمان‌ها دراسپانیا با نرخ 4.2 درصد در سال افزایش یافته است که بالاتر از نرخ اروپا و شمال آمریکا (1.9٪) است. دلایل این نتایج را می‌توان در رشد اقتصادی، گسترش بخش ساختمانی و خدمات ساختمانی، به خصوص گرمایش و سرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) یافت.

 (2) درسال 2004، مصرف ساختمان‌های اتحادیه اروپا 37 درصد از انرژی نهایی را شامل بود، بیشتر از بخش صنعت (28٪) وحمل و نقل (32٪). در انگلستان، نسبت مصرف انرژی درساختمان (39٪) و کمی بالاتر از آمار اروپا  است. درمقابل مطابق شکل برای ساختمان‌های اسپانیا 23٪ است و انتظار می‌رود به طور زیادی بیشتر شود و مانند رشد اقتصادی به میانگین اروپا میل کند.

جدول 3. بار انرژی مصرفی در ساختمان‌ها

شکل 3. انرژی مصرفی ساختمان‌ها

گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)

گسترش مصرف انرژی و انتشار گاز CO2 در محیط زیست، روش‌های بهره‌وری انرژی را اولویت سیاست‌های انرژی در حال توسعه برای اکثر کشورها قرار داده است. یک مثال روشن دستور عملکرد انرژی ساختمان‌های اروپا است (EPBD) (3). به خصوص افزایش مصرف انرژی در سیستم‌های HVAC قابل توجه است، که در حال حاضر تقریباً به موازات افزایش تقاضا برای آسایش حرارتی است.

بیشترین انرژی نهایی استفاده شده مربوط به تاسیسات برقی و مکانیکی دو بخش مسکونی و غیر مسکونی است که شامل گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع می‌شود. برتری آن، زمانی که انرژی نهایی آن با بخش‌های دیگر مقایسه شود، آشکار می‌شود. برای منازل مسکونی (جدول 4) نشان دهنده حدود نیمی از مصرف انرژی بیش از دو برابر برای DHW است. برای ساختمان‌های غیر مسکونی، IDEA  مصرف انرژی HVAC را حدود 48٪ تخمین می زند، که هنوز پایین‌تر از 57 درصد در ایالات متحده آمریکا، و مشابه آمار منابع دیگر است [5]. درسطح اروپا، بار HVAC ناشناخته است. با این حال، بسیاری از منابع، افزایش قابل توجه در استفاده از تهویه هوا را نشان می‌دهند. به ویژه در کشورهای جنوبی اروپا (مشترکان اسپانیا و ایتالیا برای بیش از 50 درصد از بازار اروپا)، مشکلات جدی در تأمین دوره اوج پدید می‌آورد. در اروپا، اطلاعات به وجود آمده توسط دولت در سطح منطقه‌ای ملی یا محلی برای برنامه ریزی مؤثر سیاست‌های انرژی ساختمان در آینده ناکافی است. تحلیل توسط بخش‌ها، مانند کسانی که EIA برای ساختمان‌های مسکونی[6] و ساختمان‌های تجاری [7] ایجاد می‌کنند باید توسط دولت شناسایی شود، به طوری که یک پایگاه داده جامع از ساختمان موجود (نوع، منطقه، محل، سن، و غیره) و پارامترهای انرژی (مصرف، مصارف سوخت، اتمام انرژی نهایی، و غیره) می‌تواند پایه‌ای برای برنامه‌ریزی‌های آینده باشد. مصرف HVAC درکشورهای توسعه یافته نیمی از مصرف انرژی در ساختمان‌ها و یک پنجم از کل مصرف انرژی ملی را شامل می‌شود. علاوه براین، پیش بینی نشان می‌دهد رشد عظیم مصرف انرژی و منطقه ذکر شده اتحادیه اروپا [9] درطول 15 سال آینده، در حدود 50٪ افزایش خواهد یافت.

جدول 4. انرژی نهایی مصرفی به وسیله بخش مسکونی

  1. ساختمان‌های غیر مسکونی

در ساختمان‌های غیر مسکونی، نوع استفاده و فعالیت تأثیر بزرگی در کیفیت و کمیت خدمات مورد نیاز انرژی به وجود می‌آورد. با این حال، اطلاعات توسط چند منبع ارائه شده است و اتفاق نظری بر روی طبقه بندی جهانی وجود ندارد که باعث می‌شود تحلیل بسیار دشوار گردد. بعد از اینکه چند منبع بازبینی شد، به تعدادی نتیجه‌گیری کلی می‌توان رسید:

(1) دفاتر و مغازه‌ها بیش از 50٪ از کل انرژی مصرف انرژی ساختمان‌های غیرمسکونی را دارا هستند. در جدول 5 میزان مصرف انرژی تاسیسات برقی و مکانیکی  هتل‌ها، رستوران‌ها، بیمارستان‌ها و مدارس  ارائه شده است.

جدول 5. انرژی مصرفی به وسیله ساختمان‌های بخش تجاری

(2) تهویه مطبوع با بار مصرفی 50 درصد بیشترین مقدار مصرف را دارد و روشنایی با میزان مصرفی 15٪ و لوازم الکتریکی با 10٪ بعد از تهویه مطبوع قرار گرفته‌اند.

شکل 5. انرژی مصرفی انواع ساختمان‌های تجاری

ساختمان‌های اداری

در بخش تجاری، ساختمان‌های اداری و مغازه‌ها، آن‌هایی که بیشترین مصرف و CO2 تولیدی را دارند موجود هستند. مشترکین اداری ایالات متحده آمریکا 17٪ از کل مناطق غیر مسکونی را شامل می‌شود و تقریباً 18٪ از مصرف انرژی، معادل است با 3.2 درصد از کل مصرف انرژی. در اسپانیا، ساختمان‌های اداری، یک سوم مصرف انرژی بخش تجاری و تقریباً 2.7 درصد از کل انرژی مصرف شده را به خود اختصاص داده‌اند و در انگلستان مصرف انرژی ساختمان‌های اداری، 17 درصد از مصرف انرژی بخش تجاری و 2٪ از کل انرژی مصرفی است. بنابراین، بهتر است تحلیل تجاری ساختمان‌های اداری را آغاز کنیم:

(1) افزایش قابل توجه ساخت ساختمان‌های اداری به علت رونق اقتصادی با رشد کسب و کار در حومه شهرها. در طول سال‌های 1990-2000، 9.3 میلیون متر مربع ساخت و ساز در اسپانیا بدون هیچ اطلاعاتی از مناطق ساخته شده، انجام شد. در ایالات متحده آمریکا سرانه میزان ساخت و ساز برای هر نفر 4 متر مربع و در اروپا این رقم یرای هر نفر 2 متر مربع است. در انگلستان و بین سال‌های 2000 و 2005 مساحت اداره‌ها 4 درصد افزایش داشته است.

(2) میزان روشنایی مورد نیاز، تجهیزات مصرفی IT و سطح تهویه به طور پیوسته افزایش یافته است. دراسپانیا، بیش از 90 درصد شرکت‌ها از تجهیزات  IT استفاده می‌کنند.

جدول 6. شدت انرژی مصرفی به وسیله انواع ساختمان‌ها در ایالات متحده آمریکا

نتیجه‌گیری

انرژی مصرفی در ساختمان‌های کشورهای توسعه یافته 20% تا 40% کل مصرف انرژی کل را شامل می‌شود و بالاتر از مقدار مصرف انرژی در بخش صنعت و حمل و نقل اروپا و آمریکاست. با این حال، اطلاعات موجود ناکافی و متناسب با اهمیتشان نیست. انرژی مصرفی در ساختمان‌ها به عنوان بخش مستقل در نظر گرفته نشده است و نبود داده‌های سازگار باعث شده که درک تغییرات اساسی مصرف انرژی در این بخش دشوار باشد. ضروری است که اطلاعات جامع موجودی برای انرژی ساختمان بوجود بیاید تا تحلیل مناسب و مؤثر در برنامه ریزی سیاست انرژی برای آینده امکانپذیر شود. در این رابطه، مطالعات وسیع توسط  EIAدر مصرف انرژی ساختمان‌های مسکونی و تجاری در ایالات متحده آمریکا یک مرجع با ارزش است. گسترش مصرف انرژی و انتشار گاز CO2 در محیط زیست، روش‌های بهره‌وری انرژی را اولویتی برای سیاست‌های انرژی در حال توسعه، مقررات جدید ساختمان و برنامه صدور گواهینامه را به وجود آورده است. با افزایش تقاضا برای آسایش حرارتی، سیستم‌های تهویه مطبوع (و مصرف انرژی وابسته به آن) یک ویژگی غیر قابل اجتناب است، با احتساب تقریباً نیمی از انرژی مصرف شده در ساختمان‌ها، و حدود 10-20٪ از کل مصرف انرژی در کشورهای توسعه یافته تبدیل شده‌اند. روند رو به رشد مصرف انرژی در ساختمان در طول سال‌های آینده با توجه به رشد منطقه و نیازهای انرژی مرتبط تا زمانی که اتمام منابع زیست محیطی و یا رکود اقتصادی فرصت بدهد ادامه دارد. ابتکار بخش خصوصی همراه با مداخله دولت از طریق ارتقاء بهره وری انرژی باعث به وجود آمدن فن آوری های جدید برای تولید انرژی، محدود کردن مصرف انرژی و بالا بردن آگاهی اجتماعی در استفاده منطقی از انرژی به منظور امکان پذیر شدن انرژی پایدار در آینده شده است.

منبع:

A review on buildings energy consumption information by Luis Pe´rez-Lombard, Jose´ Ortiz, Christine Pout

یک دیدگاه