مقالات

فنی ، تخصصی ، آموزشی

مقاله شماره 12

طراحی ساختمان کم مصرف:

جهت طراحی یک ساختمان کم مصرف استفاده از دو نوع منبع انرژی امکان پذیر است که با نام های علمی انرژی غیر فعال (Passive) و فعال(Active)  شناخته میشوند. در واقع در زمان طراحی یک ساختمان کم مصرف در اولین قدم بایستی تا جایی که امکان دارد با تمهیداتی میزان مصرف انرژی ساختمان کم شود این کاهش مصرف در واقع امکان استفاده از منابع انرژی غیر فعال نام دارد که طراح از پتانسیل خود ساختمان جهت کاهش مصرف انرژی ساختمان بهره جسته است. پس از این مرحله به سراغ انرژی های تجدید پذیر یا به عبارتی انرژی های فعال جهت پاسخگویی به مابقی نیاز ساختمان رفته و نیاز استفاده از سوخت های فسیلی را به حداقل میرسانیم. در ادامه به تفصیل بیشتر این منابع انرژی پرداخته شده است.

انرژی های غیر فعال:

یک سیستم گرم کننده غیرفعال سیستمی است که در آن گرم کردن ساختمان بطور طبیعی و با استفاده از عوامل طبیعی مثل خورشید انجام گیرد، بدین معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم می سازد، که ساختمان به انرژی فسیلی یا الکتریکی نیازی نداشته و یا مصرف اینگونه انرژی ها در آن بسیار کم باشد.

نمونه ای از منابع انرژی غیر فعال سیستم خورشیدی است، بعبارت دیگر سیستم خورشیدی غیرفعال چیزی جز خود ساختمان نیست، در چنین سیستمی بعضی از عناصر و اجزا مختلف عملکردی چندگانه دارند، بطور مثال دیوارها علاوه بر تشکیل جداره های خارجی ساختمان، عمل جذب حرارت، ذخیره سازی و توزیع حرات را نیز انجام میدهند، بنابراین در طراحی ساختمانهای خورشیدی غیرفعال باید توجه شود که خصلت، ذات و کالبد ساختمان خورشیدی باشد که در نتیجه آن جمع آوری نور و گرمای خورشید بدون دخالت هیچ تجهیزات یا ابزاری صورت می‌گیرد. این شیوه باعث صرفه جویی زیاد در هزینه گرمایش خانه شده و به راحتی قابل تطبیق با ساختمان می‌باشد و جزئی از سفت کاری بنا محسوب می‌شود. این سیستم اجزاء مکانیکی و الکتریکی توأم با استهلاک را ندارد و دارای عمری دراز می‌باشد، از دیگر مزایای این نوع انرژی میتوان به عدم ایجاد صدا، دود و عدم نیاز به لوله کشی اشاره کرد.

البته جهت استفاده حداکثری از انرژی خورشیدی، در زمان طراحی ساختمان موارد زیر بایستی مد نظر قرار گیرند:

  • تعیین جهت گیری مناسب ساختمان.

جهت گیری مناسب ساختمان نقش بسیار موثری در میزان انرژی دریافتی خورشیدی ساختمان دارد. از آن جایی که سهم جبهه های مختلف ساختمان از میزان نور و انرژی گرمایی دریافتی خورشید، متفاوت است. به همین دلیل جهت طراحی یک ساختمان کم مصرف توجه به جهت ساختمان و محل قرار گیری فضاها نقش بسیار مهمی را در بهینه سازی مصرف سوخت ایفا میکند. از همین رو طراح بایستی فضاهای پر کاربرد و فضاهایی که به نور بیشتری نیاز دارند در جبهه ای قرار دهد که بیشترین سهم را از نور خورشید دریافت میکند و بدین ترتیب از طرفی از مصرف انرژی الکتریکی جهت روشنایی فضاها کاسته میشود و از طرف دیگر سبب گرمایش فضای مورد نظر در زمستان به وسیله انرژی گرمایی نور خورشید خواهد شد. بدیهی ست که این امر با تعبیه پنجره و نورگیر برای این فضاها امکان پذیر است و بایستی این نکته را نیز مد نظر داشت که بزرگ در نظر گرفتن بیش از اندازه پنجره ها بار گرمایی و سرمایی ساختمان را بسیار تحت تاثیر قرار میدهد.

 

 

 

  • طراحی معماری ساختمان

حجم بنا باید قادر به جذب و نفوذپذیری آفتاب باشد. در طراحی بنا باید به فکر تسهیل ورود تشعشعات خورشیدی به داخل بنا بوده و بهتر است حجم و کشیدگی بنا شرقی_غربی باشد. این فرم عاملی کلی بوده و در هر اقلیم بهترین نتیجه را دارد، ولی برای بعضی دیگر از اقلیم‌ها بدین شکل مطلوبتر است.

  • اقلیم‌های سرد یا گرم یا خشک: فرم‌های فشرده بهتر است چون سطح تماس با محیط خشن را کم می‌کند.
  • اقلیم‌های معتدل آزادی عمل بیشتری دارد.
  • اقلیم‌های گرم و مرطوب، همان فرم کشیده شرقی غربی بهتر است.

از طرفی نما و رنگ دیوارهای خارجی ساختمان نیز بسیار حائز اهمیت است. رنگ سطوح خارجی بر حرارت اکتسابی از خورشید مؤثر است. رنگهای روشن و مواد منعکس کننده برای اقلیم‌های گرم و رنگهای تیره و مواد جذب کننده برای اقلیم‌های سرد ترجیح داده می‌شوند.

          

 

  • تعیین مصالح مورد نیاز و مناسب ساختمان

در این مرحله برای ساختمان طراحی شده بایستی جنس مصالح مختلف به کار رفته جهت دیوارهای داخلی و خارجی، سقف ها، کف، درها، پنجره ها و... را تعیین نمود. در هنگام انتخاب مصالح بایستی مصالحی را انتخاب کرد که دارای  کمترین ضریب انتقال حرارت باشند تا اتلاف حرارتی از سطح مورد نظر به حداقل برسد. از طرفی جرم حرارتی بالاتر در مورد دیوارها و سقف‌ها باعث بالا رفتن زمان انتقال حرارت بین فضای داخلی و خارج می‌شود. استفاده از پوشش‌های دوجداره، سه جداره، می‌تواند باعث شود که بیشترین حرارت خورشید در روز بدست آمده و در شب مصرف شود. البته این نکته را باید مد نظر داشت که گاهی قرار دادن یک یا چند لایه عایق در بین لایه های تشکیل دهنده یک سطح و یا استفاده از ترمز حرارتی در قاب بازشوها و نورگیر ها هم میتواند با صرف هزینه ی اولیه تاثیر بسزایی را در افت انتقال حرارت از سطوح داشته باشند، در نتیجه انتخاب مصالح و عایق ها بایستی با انجام محاسبات دقیق و بر طبق شبیه سازی انجام شود.

 

    

 

 

 

  • استفاده از پرده و سایبان

گاهی استفاده از پرده و یا یک سایبان ساده تاثیر بسیار زیادی در کاهش مصرف انرژی ساختمان دارد. البته لازم به ذکر است که انتخاب این اشیا بایستی بسیار هوشمندانه باشد و بسته به نوع اقلیم قرارگیری ساختمان، جهت گیری فضاها و موقعیت قرار گیری پنجره نوع و کیفیت متفاوتی خواهند داشت. به طور کلی در ساختمان هایی با بار غالب سرمایشی ، این ترفند توصیه میشود زیرا میتواند از نفوذ نور خورشید به داخل ساختمان، از طریق پنجره ها که حامل بار گرمایی بسیار زیادی است جلوگیری کند. البته این موضوع به معنای عدم نیاز به پرده جهت گرمایش ساختمان نیست، در این حالت با نصب یک پرده سرتاسری در جلوی پنجره ها و محبوس کردن یک لایه هوا بین پرده  پنجره، میتوان عمل عایق سازی را انجام داد و از اتلاف حرارت از طریق پنجره های ساختمان، به شکل قابل ملاحظه ای کاست.    

 

نمونه های دیگر انرژی های غیر فعال در طراحی ساختمان که میتواند مورد توجه قرار گیرد شامل موارد زیر میباشد:

  • جلوگیری از نفوذ هوا

یکی از مهمترین راههای اتلاف حرارت که چه در ساختمانهای قدیمی و چه در ساختمانهای جدید مورد بحث است، نفوذ هوای بیرون به داخل است که این عمل وقتی انجام می‌شود که در زمستان هوای گرم بالا می‌رود و هوای سرد از راه درزها به ساختمان نفوذ می‌کند. البته وجود نورگیرها، سقف‌های بلند و بازبودن دودکش شومینه‌ها و سرعت باد می‌تواند آن را تشدید کند. همچنین هواکش، کانال‌های کولر و دریچه‌های تهویه هوا که در برخی ساختمانها نصب می‌شوند، باعث خروج هوای داخل ساختمان وجایگزینی هوای بیرون می‌شود. برخی از راه‌های جلو گیری از نفوذ هوا عبارتند از:

  • درزگیری درها و پنجره‌ها
  • نصب فنر بر روی درها
  • پر کردن منافذ و شکاف‌ها
  • مسدود کردن نورگیرهای سقفی
  • نصب هواکش با دریچه خودکار
  • نصب دریچه یا درپوش بر دودکش
  • بستن کانال‌های پشت بام

 

  • استفاده از پوشش گیاهی مناسب

یکی از روش های کم کردن مصرف انرژی ساختمان استفاده از پوشش گیاهی در اطراف ساختمان میباشد این امر با روش های زیر میتواند موجب کاهش مصرف انرژی ساختمان شود. البته لازم به ذکر است که کاهش مصرف انرژی از طریق پوشش گیاهی در فصول گرم و سرد متفاوت است و با روش های  مجزا متناسب با نیاز اصلی ساختمان به سرمایش و یا گرمایش مورد استفاده قرار میگیرد:

  • برای ساختمان های با نیاز عمده سرمایش در فصول گرم میتوان از پوشش گیاهی مخصوص در اطراف ساختمان به منظور سایه افکنی و کاهش دمای هوای اطراف ساختمان استفاده کرد که در نتیجه آن به دلیل اختلاف دمای کمتر بین هوای داخل و خارج منجر به کاهش اتلاف حرارت از سطوح میشود و از طرفی از همین هوای خنک به عنوان هوای تازه ورودی به ساختمان میتوان بهره جست و این امر باعث اعمال بار کمتر به دستگاههای خنک کننده و در نتیجه کاهش مصرف انرژی میشود. البته همان طور که گفته شد پوشش گیاهی بایستی به گونه ای باشد که برای چنین اقلیمی در فصول سرد دچار برگ ریزان شده و مانع از جذب انرژی خورشید نشود تا در این فصول، ساختمان بتواند از انرژی خورشیدی جهت گرمایش استفاده کند.
  • در ساختمان های با نیاز عمده به گرمایش، در فصول سرد با ایجاد گلخانه هایی با سطوح شیشه ای در اطراف ساختمان میتوان از پوشش گیاهی و خاصیت گلخانه ای جهت کاهش مصرف انرژی بهره جست، نام علمی این پدیده(Sun space) میباشد. این مکانیزم به این شکل عمل میکند که با تابش نور خورشید به هوای داخل گلخانه و استفاده از پدیده ی اثر گلخانه ای که منجر به بهره جویی هرچه بیشتر از انرژی نور خورشید میشود، دمای هوای گلخانه بالا رود و از طرفی همین هوا در سیستم های تهویه مطبوع به عنوان هوای تازه ورودی استفاده شود. استفاده از هوای گلخانه به دلیل بالا بودن دمای آن بار کمتری را به سیستم های گرمایش اعمال کرده و منجر به کاهش مصرف انرژی در آنها میشود. در واقع در این حالت، گلخانه و پوشش گیاهی نقش یک سیستم پیش گرمایش را ایفا میکنند.
  • در ساختمان هایی که در مناطق باد خیز قرار دارند استفاده از پوشش گیاهی مناسب در اطراف ساختمان و حتی بر روی نمای ساختمان مانع از تاثیر باد در ورود هوای ناخواسته به داخل شده و باعث کاهش میزان مصرف انرژی با حذف بار حرارتی اعمالی بر دستگاههای تهویه مطبوع بر اثر باد و ورود هوای ناخواسته میشود.

 

 

  • استفاده از وسایل با ضریب عملکرد بالا:

پس از طراحی ساختمان نوبت به طراحی و انتخاب سیستم های تاسیسات مکانیکی، تهویه و تاسیسات الکتریکی میرسد که هر بخش توسط مهندسین مربوطه انجام میگیرد و بایستی بهترین دستگاهها با ضریب عملکرد بالا انتخاب شوند که سهم بیشتری از انرژی دریافتی شان را صرف تامین بارهای سرمایشی و گرمایشی و الکتریکی نمایند و با کمترین انرژی وظیفه خود را انجام دهند. در هنگام انتخاب این دستگاهها موارد زیر بایستی مد نظر قرار گیرند:

 

  • در هنگام طراحی و انتخاب سیستم های تاسیسات مکانیکی و تهویه مطبوع بایستی محاسبات دقیق برای آنها انجام گیرد تا این سیستم ها هم بتواند نیاز فضا را به خوبی پاسخ دهند در حالی که نقطه ی کاری آنها در بالاترین بازه کارکرد شان باشد و هم ظرفیتی بیش از نیاز ساختمان نداشته باشند که موجب افزایش هزینه اولیه شود. از طرفی در برخی از موارد، در زمان طراحی، امکان استفاده از سیستم های بازیافت انرژی وجود دارد که تمامی این موارد بایستی بررسی و شبیه سازی شود تا در صورت امکان از آنها جهت کاهش هزینه مصرف انرژی، استفاده شود. نمونه ای از این سیستم ها استفاده از انرژی هوای خروجی از سیستم تهویه مطبوع جهت پیش سرمایش یا پیش گرمایش هوای تازه ورودی میباشد.
  • در زمان طراحی تاسیسات الکتریکی و روشنایی ساختمان بایستی بهینه ترین حالت ممکن را انتخاب نمود و همچنین تدابیری مانند هوشمند سازی سیستم های روشنایی مانند نصب سنسورهای مختلف اعم از سنسور حضور افراد در فضاهای کم کاربرد مانند راهروها و پارکینگ ها و ... و یا سنسور سنجش روشنایی جهت استفاده هرچه بیشتر از نور خورشید و روشنایی روز و استفاده از دیمر در شبکه روشنایی را بایستی اندیشید.

 

 

 

 انرژی های فعال:

 پس از طراحی یک ساختمان کم مصرف و کاهش میزان مصرف انرژی آن به وسیله استفاده از انرژی های غیر فعال بایستی سعی شود مابقی انرژی مورد نیاز ساختمان را با استفاده از انرژی های فعال همانند انرژی های تجدیدپذیر باد و یا خورشید، تامین کرد. البته استفاده از هریک از این انرژی ها نیز وابسته به شرایط اقلیمی منطقه قرارگیری ساختمان میباشد که بایستی مد نظر قرار گیرد و بررسی شود.

در سیستم های فعال، با استفاده از ابزار و تجهیزات به جذب، نگه داری و تبدیل انرژی های تجدید پذیر به انرژی مورد نیاز مصرفی میپردازیم. نمونه ای از این تجهیزات عبارتند از: توربین های بادی، آبگرمکن های خورشیدی، پنل های فتاولتائیک، لوله های خلاء و....

بدیهی ست که استفاده از انرژی های فعال نیازمند صرف هزینه اولیه و نگهداری بیشتری نسبت به انرژی های غیر فعال میباشد، به همین دلیل در زمان طراحی یک ساختمان کم مصرف بایستی در اولین قدم، امکان استفاده از انرژی های غیر فعال را بررسی کرد و سپس به سراغ استفاده از انرژی های فعال رفت.

همان طور که در بالا ذکر شد یکی از منابع انرژی های فعال، پانل های خورشیدی میباشند. طبق بررسی های به عمل آمده استفاده از این پانل ها در ایران و به خصوص در استان کرمان با ضریب عملکرد بالایی  امکان پذیر است و میتواند یکی از راه کارهای مناسب برای تولید انرژی از منابع تجدید پذیر و بدون آلودگی به شمار آید. پانل های خورشیدی بر دو نوع میباشند:

 

  • پانل های خورشیدی گرمایشی که مستقیما از انرژی خورشیدی جهت تولید آب گرم استفاده میکنند و میتوان به عنوان آبگرمکن خورشیدی از آنها نام برد.

 

  • پانل های خورشیدی فتوولتائیک که انرژی خورشیدی را به الکتریکی تبدیل میکنند و سپس از این انرژی برای پاسخ به نیازهای ساختمان میتوان استفاده کرد.

 

در نهایت امید است که با استفاده از روش ها و راهکارهای ارائه شده، به ساختمانی دست یافت که حداقل مصرف انرژی را داشته باشد و حتی در مواردی  مصرف انرژی ساختمان به صفر برسد.

 

 

راه های ارتباطی

برای ارتباط با شرکت پایا صنعت پاک فرآیند هزار (پاصپافکو) میتوانید از اطلاعات زیر استفاده نمایید:

شماره تلفن : 03432478633-09034105707

آدرس ایمیل : info@paspafco.ir

آدرس : کرمان، خیابان هزار و یکشب جنوبی (حوض نخعی)، مابین کوچه 6 و 8، ساختمان پادین، طبقه اول، واحد 1

کد پستی : 16799-76186

برای ارسال پیام کلیک کنید.