بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان
محدودیت منابع انرژی و افزایش روز افزون مصرف آن از یک سو و مصرف بی‌رویه انرژی توسط جوامع مختلف از سوی دیگر، علاوه بر آلودگی محیط زیست و هدر دادن سرمایه‌های ملی، زندگی آینده انسان‌ها را با مخاطره مواجه ساخته است.
از طرفی شرایط محیط زیست انسان‌ها تاثیر زیادی بر تمام زندگی آن‌ها دارد و با توجه به اینکه بخش عمده زندگی ما در داخل ساختمان‌ها می‌گذرد، ایجاد شرایط مطلوب زیست محیطی در داخل ساختمان‌ها از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد. از مهم‌ترین شرایط ساختمان‌ها تهیه گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع مناسب با توجه به نوع فعالیت انسان‌ها است. واضح است این شرایط هرچه مطلوب‌تر و کامل‌تر باشد هزینه و انرژی زیادی مصرف خواهد کرد. هدف از این مطالعه و تحقیق عبارتست از :
- پیشنهاد تغییرات کلی در طراحی ساختمان‌ها با در نظرگرفتن شرایط اقلیمی منطقه.
- کاربرد مصالح ساختمانی با کیفیت بالا با در نظر گرفتن مسائل عایق کاری و درزبندی‌ها.
- ارائه راه کارهایی به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی در تاسیسات مکانیکی و الکترونیکی ساختمان.
- پیاده کردن فرهنگ استفاده از انرژی‌های مصرفی برای بهره‌برداران.
امروزه عملکرد ساختمان‌ها بطور غیرمستقیم حدود نصف مصرف انرژی مورد استفاده کشورهای مختلف را شامل می‌گردد. بیش از نصف انرژی مصرف شده در ساختمان‌ها برای گرمایش و سرمایش و معادل ۱۰٪ آن برای روشنایی و بقیه آن برای سایر مصارف انرژی بکار می‌رود. انرژی مصرفی ساختمان‌ها تحت تاثیر عوامل گوناگونی قرار دارند که عبارتند از:
- آب و هوای محلی
- مکان و جهت قرارگیری ساختمان
- نوع طراحی ساختمان
- نوع کاربری و نحوه استفاده از ساختمان
به علاوه مدیریت انرژی در ساختمان‌ها را می‌توان با در نظر گرفتن عوامل زیر مورد بررسی قرار داد:
- محل قرارگیری ساختمان
- پوشش ساختمان
- سیستم‌های مختلف تاسیساتی
انتخاب محل ساختمان تعیین کننده شرایط آب و هوایی است که ساختمان در آن محل قرار می‌گیرد. پوشش ساختمان تعیین‌کننده اثر شرایط محلی بر ساکنین ساختمان است. این پوشش در حقیقت یک پوسته متخلخل است که انرژی، نور، گازها و بخار آب را بین دو طرف خود یعنی ساختمان و محیط اطراف مبادله می‌کند.
سیستم‌های تاسیساتی تکمیل کننده قدرت سرمایش، گرمایش و نور قابل حصول از محیط طبیعی اطراف می‌باشند. تا آنجا که اگر استفاده از این سیستم‌های تکمیلی، با قابلیت‌های پوشش ساختمان و مشخصات محلی آن مرتبط باشند می‌توان مصرف انرژی را به حداقل رساند. اگر ساختمانی بدون در نظر گرفتن عوامل محیطی طراحی شده باشد، یعنی پوشش ساختمان و تاسیسات مکانیکی و الکترونیکی بطور مستقل و بدون ارتباط با عوامل دیگر طراحی شده باشند، انتظار می‌رود که مصرف انرژی در ساختمان به حداکثر مقدار خود برسد.
اصول کلی بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان
۱. در طراحی و معماری ساختمان از شرایط آب و هوای محلی استفاده شود.
۲. سمت و جهت ساختمان طوری انتخاب شود که نسبت به شرایط خورشید و باد بهترین موقعیت را داشته باشد.
۳. از درختان و سایه آن‌ها استفاده شود.
۴. از گیاهان و گل‌ها برای بهبود آب و هوای محلی بهره‌گیری شود.
۵. برای کاهش جذب حرارت خورشید در تابستان و مقابله با تلفات انرژی از سایه‌بان استفاده شود.
۶. ابعاد و سطح و حجم ساختمان جهت کاهش مصرف انرژی بهینه شود.
۷. پوشش ساختمان محکم و عایق‌کاری شود تا تلفات انرژی و نفوذ هوا کاهش یابد.
۸. طرح پنجره‌ها به صورت شیشه دو یا چندجداره اجرا شده تا تلفات انرژی حرارتی کاهش یابد.
۹. درزبندی پنجره‌ها بهینه شوند تا نفوذ هوا کاهش یافته و تلفات هوا نیز بهینه شود.
۱۰. قابلیت ذخیره‌سازی انرژی حرارتی در ساختمان فراهم شود.
۱۱. پیل خورشیدی به عنوان اجزای سازنده‌ای در پوشش ساختمان استفاده شود.
۱۲. ورودی‌ها بطور صحیح طراحی شوند و از مفهوم پاسیو تا حد ممکن، استفاده شود.
۱۳. با طراحان تاسیسات مکانیکی و الکترونیکی ساختمان برای طراحی ساختمان مشورت و هماهنگی شود.
با توجه به رعایت اصول بهینه‌سازی، می‌توان برای ساختمان‌ها طرح‌هایی با راندمان بالا ارائه داد. خوشبختانه تکنولوژی موجود امکان بهبود بخشیدن به طرح‌های جدید ساختمان‌ها را فراهم نموده و صرفه‌جویی‌هایی که هریک از این روش‌ها بعمل می‌آورند قابل توجه می‌باشند.
به هرحال ممکن است هزینه اولیه بعضی از ساختمان‌های بهینه اندکی بیشتر باشد اما صرفه‌جویی‌های حاصله که اغلب به حدود ۵۰٪ می‌رسند، به سرعت سرمایه‌گذاری اضافی اولیه را باز می‌گرداند. در موارد خاص ممکن است که یک ساختمان بهینه ارزان‌تر از یک ساختمان معمولی باشد و علت آن کوچک‌تر بودن سیستم‌های مکانیکی و الکترونیکی و مصرف کم انرژی در آن‌هاست.
اصول کلی بهینه‌سازی مصرف انرژی در گرمایش و سرمایش ساختمان
آسایش انسان در ساختمان به چهار عامل دمای هوا، سرعت جریان هوا، رطوبت نسبی هوا و کنترل و خاک و بو بستگی دارد. طبق نتایج بدست آمده، منطقه آسایش، حدود دمای هوا در فصول مختلف را بین ۲۰ تا ۲۷ درجه سانتی‌گراد و حدود رطوبت نسبی را بین ۲۰ تا ۷۰٪ نشان می‌دهد. مناسب‌تر این است در زمستان به حداقل دما و در تابستان به حداکثر دمای آسایش برسیم. در مورد رطوبت نسبی نیز بهتر است هوای محیط را در اقالیم خشک به حدود ۲۰ تا ۴۰٪ و در مناطق و اقالیم مرطوب به حدود ۵۰ تا ۷۰٪ رطوبت نسبی برسانیم. سرعت هوا در محدوده بین ۳ الی ۱۰ متر در دقیقه می‌تواند متغیر باشد البته پاکی هوا نیز از ضروریات سلامتی و آسایش انسان‌هاست.
در بکارگیری اصول بهینه‌سازی مصرف انرژی بهتر است که ابتدا آن دسته از فرصت‌های بهینه‌سازی بکار بسته شوند که هزینه‌ای در بر ندارد و یا دارای هزینه اندکی هستند و سپس اقدام به فرصت‌هایی با هزینه متوسط و زیاد به عمل آید و اصول بهینه‌سازی در گرمایش و سرمایش عبارتند از:
۱. کاهش بارهای حرارتی و برودتی ساختمان: با کاهش میزان نفوذ هوا و انرژی حرارتی خورشیدی، بارهای حرارتی و برودتی را کاهش دهید.
۲. بهره گیری از عملیات کارآمد تاسیساتی: به تناسب نوع ساختمان، اقلیم و ساکنان آن، کارآمدترین روش گرمایش و سرمایش و تهویه مطبوع برگزیده شوند.
۳. استفاده از تجهیزات کارآمد: برای سیستمی که انتخاب کرده‌اید بهترین تجهیزات را انتخاب کنید.
۴. ایده تاثیرپذیری: ترتیبی اتخاذ شود که ساختمان و شرایط جوی محیط تا حد امکان با تاسیسات مکانیکی انتخابی هماهنگ و سهیم باشند.
۵. مکان‌های پر تردد: فضاها گرم و تهویه نشوند بلکه مکان‌هایی را که افراد در آن محل کار می‌کنند گرم یا سرد شوند.
۶. بازیابی حرارت: حرارت تلف شده از وسایل و دودکش ساختمان و بخار و الکتریسیته را می‌توان بازیابی کرد.
۷. فراهم کردن امکان ذخیره‌سازی انرژی: با ذخیره‌سازی انرژی، از کارکرد تجهیزات در ساعات حداکثر بار معاف خواهیم شد و در مورد انرژی خورشیدی که در روز گردآوری و ذخیره می‌شوند، در ایام شب و ساعات غیرآفتابی بهره‌گیری خواهد شد.
سایر موارد صرفه‌جویی
· زمانی که دمای هوا متعادل است سیستم گرمایشی را خاموش کنید.
- در کوره‌‌ها هوای احتراق اولیه و ثانویه را کنترل و آن را تنظیم کنید.
- در موتورخانه از سختی‌گیر آب استفاده کنید و رسوب زدایی لوله‌ها را مرتب انجام دهید.
- منبع دوجداره و منبع انبساط باز را عایق‌کاری کنید تا از تلفات بیشتر انرژی حرارتی جلوگیری شود.
- تجهیزات فرآیند گرمایش را در زمانی که استفاده نمی‌کنید، خاموش کنید.
- لوله‌های بخار و آبگرم را با اندازه مناسب استفاده کنید و سیستم تغذیه بخار را کنترل نمایید.
- فرآیند بخار را همیشه تحت کنترل قرار دهید تا اتلاف سیستم توزیع بخار کاهش یابد.
- کنترلهای حرارتی را بررسی کنید و همیشه از کنترلهای سالم و با راندمان بالا استفاده کنید.
- با نگهداری و مراقبت دائمی از کارکرد مناسب وسایل و تجهیزات گرمایش مطمئن شوید.
- هرگز از مقاومت الکتریکی برای گرمایش استفاده نکنید زیرا بازدهی فرآیند تولید و توزیع انرژی الکتریکی فقط ۲۰٪ است و لذا هدر رفت انرژی را در برخواهد داشت.
- با نصب بادبزن‌های سقفی در سالن‌هایی که سقف بلند دارند از تلفات هوای گرم طبقات بالا جلوگیری کرده و از این هوای گرم برای گرمایش ساختمان استفاده کنید.
- برای گرم کردن آب گرم مصرفی و بخشی از گرمایش ساختمان انرژی خورشیدی استفاده کنید.
- تنزیل شبانه را با استفاده از ترموستات ساعتی و سیستم‌های کنترل کامپیوتری مورد بهره برداری قرار دهید؛ کاهش دمای طرح زمستانی فضاهای ساختمان را در طول شب و اوقاتی که ساختمان بدون استفاده است، تنزیل شبانه می‌نامند.
بهره‌برداری و صرفه‌جویی در سیستم‌های سرمایش و تهویه مطبوع
- در تاسیسات تبریدی از حرارت‌های تولید شده شامل گاز داغ خروجی از کمپرسور، حرارت دفع شده در کندانسور و روغن داغ کمپرسور می‌توان استفاده کرد.
- سیستم‌های تهویه مطبوع را در ساعات غیر کارکرد خاموش کنید.
- کندانسورهای سیستم تبرید را مرتب تمیز کنید.
- در سیستم‌های تهویه مطبوع دریچه‌های هواساز و فیلترهای هوا را جهت کاهش مقاومت هوا بازرسی و تمیز کنید.
- حجم هوای تازه مورد نیاز در سیستم‌های تهویه مطبوع را کنترل و کاهش دهید.
- از سیستم‌های تهویه مطبوع فقط برای مکان‌های مورد نیاز واقعی استفاده کنید.
کلیه مطالبی که در این مقاله در زمینه اصول کلی بهینه‌سازی مصرف انرژی در معماری یک ساختمان و اصول صرفه‌جویی در مصرف انرژی در گرمایش و بهره‌برداری و صرفه‌جویی در سیستم‌های گرمایش و تاسیسات بهداشتی، همچنین بهره‌برداری و صرفه‌جویی در سیستم‌های سرمایش و تهویه مطبوع به صورت پیشنهادات اجرایی توصیه شده‌اند، همگی از نکات مهم طراحی و اجرایی هستند که اگر فقط حدود ۵۰٪ آن‌ها اجرا شوند بیش از ۸۰٪ از مصارف فعلی انرژی در ساختمان‌ها صرفه‌جویی خواهد شد.
