info@enef.co Call Us 0912 0 28 81 28

بررسی اثر جهت گیری ساختمان ها بر میزان مصرف انرژی

جهت گیری ساختمان در میان همه فاکتورهای معماری، یکی از مهمترین عوامل در رابطه با صرفه جویی انرژی می باشد. یافتن جهت گیری بهینه برای یک ساختمان و طراحی ساختمان با این جهت گیری می تواند منجر به صرفه جویی انرژی زیادی گردد. میزان پتانسیل صرفه جویی انرژی از طریق جهت گیری بهینه، با توجه به شرایط اقلیمی، کاربری ساختمان، مقاومت حرارتی پوسته ساختمان و غیره متفاوت است.

به منظور مطالعه تأثیر جهت گیری بر میزان مصرف انرژی (گرمایشی، سرمایشی، روشنایی)، یک ساختمان اداری پایه با سه طبقه، در اقلیم شهر جدید هشتگرد مورد بررسی قرار گرفته است. جهت گیری برای نمایی به کار می رود که بیشترین مساحت پنجره را دارد، یعنی به ساختمانی که بیشترین سطح پنجره را در جبهه روبه روی جنوب دارد، ساختمان با جهت گیری جنوبی اطلاق می گردد.

جهت گیری از مبدأ شمال در جهت عقربه های ساعت در گام های 10 درجه ای سنجیده می شود.

 

انرژی گرمایشی: کمترین مصرف انرژی گرمایشی ساختمان زمانی اتفاق می افتد که ساختمان دارای جهت گیری جنوبی با 10 درجه انحراف به سمت شرق است.

زیرا که در ساعات اولیه روز در زمستان نیاز به انرژی گرمایشی بیشتری هست و با انحراف به سمت شرق در این ساعات میزان تابش خورشید بیشتری دریافت خواهد شد.

 

مصرف انرژی گرمایشی ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

انرژی سرمایشی: ساختمان با جهت گیری شمالی کمترین میزان مصرف انرژی سرمایشی را داراست. به طور کلی با جهت گیری شرقی و غربی بیشترین میزان مصرف انرژی و با چرخش به سمت شمال و جنوب، مصرف انرژی کاهش می یابد. دلیل آن کم بودن زاویه ارتفاع خورشید در هنگام طلوع و غروب می باشد که در نتیجه تابش بیشتری وارد فضاهای داخلی شده اما در چرخش خورشید از شرق به غرب، به دلیل افزایش زاویه ارتفاع خورشید، بخش زیادی از اشعه های آن نمی تواند از طریق پنجره ها وارد ساختمان شود. در نتیجه جهت گیری باید به گونه ای باشد که کمترین میزان تابش در تابستان وارد ساختمان شود تا به منظور جبران آن، میزان کمتری انرژی سرمایشی مصرف گردد.

 

مصرف انرژی سرمایشی ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

انرژی روشنایی: اثر جهت گیری ساختمان های اداری بر مصرف انرژی روشنایی نسبت به مصرف انرژی گرمایشی و سرمایشی اندک است.

 

مصرف انرژی روشنایی ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

مقایسه میزان مصرف انرژی گرمایشی، سرمایشی و روشنایی ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

انرژی کل: از آنجا که مصرف انرژی گرمایشی ساختمان های اداری در این اقلیم از مصرف انرژی سرمایشی و روشنایی بیشتر است، رفتار مصرف انرژی کل بیشتر متأثر از مصرف انرژی گرمایشی بوده و رفتاری نزدیک به مصرف انرژی گرمایشی دارد.

 

مصرف انرژی کل ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

انرژی اولیه: همانند مصرف انرژی کل، مصرف انرژی اولیه ساختمان های اداری با جهت گیری جنوبی کمترین میزان را داراست. ساختمان های اداری رو به شمال نیز دارای مصرف انرژی اولیه کمی می باشند. مصرف انرژی اولیه پایین با جهت گیری جنوبی به دلیل مصرف انرژی گرمایشی اندک و انرژی سرمایشی نسبتا پایین ساختمان با این جهت گیری می باشد. مصرف انرژی اولیه ساختمان های اداری با جهت گیری رو به شمال نیز مقداری بسیار پایین دارد، چراکه در این جهت، ساختمان حداقل مصرف انرژی سرمایشی را دارد و به دلیل بالا بودن ضریب انرژی اولیه آن، تأثیر بسیاری بر میزان مصرف انرژی اولیه می گذارد.

 

مصرف انرژی اولیه ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

مقایسه میزان مصرف انرژی کل و انرژی اولیه ساختمان های اداری با جهت گیری های متفاوت (کیلووات ساعت بر مترمربع در سال)

 

برگرفته از کتاب ساختمان های اداری انرژی کارا، بهره وری انرژی با طراحی معماری، فرشاد نصراللهی.

مجتمع مسکونی انرژی صفر در کره جنوبی

مجتمع مسکونی انرژی صفر در شهر سئول کشور کره جنوبی، یک مدل خلاقانه شامل 106 واحد مجزای مسکونی می باشد.

 

این مجتمع مسکونی با توجه به عوامل محیطی و نقاط مناسب جهت استفاده ازپنل های خورشیدی طراحی شده است. همچنین در این پروژه، استفاده از جریان طبیعت در ساخت زمین مصنوعی و سازگار با محیط زیست، یک هدف اساسی به شمار رفته است.

این مجموعه شامل امکانات آموزشی، تفریحی، اجتماعی، اورژانس و سالن سالمندان می باشد.

در این مجموعه این قابلیت وجود دارد که خانه ها بر اساس ترجیح ساکنین ادغام یا جدا شوند.

 

اطلاعات تکمیلی این پروژه به صورت تصویری در زیر آمده است.

 

نقشه های معماری

 

نمودار تعادل انرژی

 

 

 

میزان انرژی تابشی خورشید و پتانسیل استفاده از سیستم های خورشیدی

مولف: دکتر فرشاد نصراللهی

نقشه های زیر بترتیب میزان انرژی تابشی کل خورشید (Global Horizontal Solar Radiation) و انرژی مستقیم خورشید (Direct Horizontal Solar Radiation) بر روی سطح افقی را در برخی از کشورهای دنیا نشان می دهد. میزان انرژی کل خورشید، مجموع انرژی مستتقیم و پراکنده (Diffuse Solar Radiation) می باشد. مقایسه این تصاویر نشان می دهد که میزان انرژی کل خورشید در جنوب شرقی چین، کشورهای شمال اروپا و محدوده خط استوا بیشتر از انرژی مستقیم خورشد می باشد و در بقیه مناطق تفاوت عمده ای بین این دو میزان نیست. این امر بدلیل میزان زیاد انرژی پراکنده خورشید، که غالبا ناشی از بالا بودن رطوبت نسبی هوا است، در محدوده های مذکور می باشد.

 

همچنین تصاویر زیر بترتیب میزان انرژی تابشی خورشید در کشور ایران و آلمان را نشان می دهد. میزان انرژی تابشی خورشید در مناطق مختلف کشور بین 1200 و 2200 کیلوواتساعت بر مترمربع در سال می باشد که این میزان در کشور آلمان بین 940 و 1200 کیلوواتساعت بر مترمربع در سال متغیر است. این مقایسه نشان می دهد حداقل میزان تابش در کشور ما که در حاشیه دریای خزر اتفاق می افتد برابر با بیشترین میزان انرژی تابشی خورشید در کشور آلمان است که در بخش کوچکی از حاشیه جنوبی این کشور رخ می دهد. بالا بودن نسبی میزان انرژی تابشی خورشید در کشور، حاکی از اهمیت تابش خورشید در طراحی معماری ساختمان ها و اهمیت استفاده از راهکارهای غیرفعال گرمایشی و سرمایشی در اقلیم های کشور است. همچنین این مساله نشان می دهد که استفاده از سیستم های خورشیدی شامل سلول های خورشیدی فتوولتاییک (Photovoltaic) و کلکتورهای حرارتی خورشیدی (Solar Thermal Collectors) در ایران می تواند نسبت به کشور آلمان منجر به تولید بسیار بیشتری برق و حرارت گردد.

 

 

 

 

 تصاویر زیر میزان استفاده از سیستم های خورشیدی فتوولتاییک و حرارتی خورشیدی را در کشور آلمان در سال های مختلف و روند افزایشی آنرا نشان می دهد. مقایسه استفاده از سیستم های خورشیدی در کشور آلمان و بویژه روند افزایشی چشمگیر این سیستم ها در این کشور به رغم تابش بسیار اندک آن در مقایسه با ایران و همچنین میزان بسیار ناچیز تولید انرژی از طریق منابع تجدیدپذیر همچون خورشید در کشور، حاکی از عدم استفاده از این پتانسیل عظیم در ایران می باشد.

 

 استفاده از هر سیستمی زمانی مورد استقبال عموم قرار می گیرد که سرمایه گذاری برای آن از نظر اقتصادی برای استفاده کننده برگشت پذیر باشد و استفاده از سیستم های خورشیدی نیز از این مساله مستثنی نیست. با توجه به قیمت پایین انرژی در ایران به رغم هدفمند سازی یارانه ها و بویژه بدلیل قیمت بالای سیستم های موثر در کاهش مصرف انرژی نهایی همچون سیستم های خورشیدی در ایران، برگشت پذیری سرمایه گذاری استفاده از این سیستم ها را از نظر زمانی طولانی نموده و لذا اینگونه سرمایه گذاری ها را غیر اقتصادی می نماید. در چنین شرایطی نمی توان از مردم انتظار استفاده از سیستم های خورشیدی یا راهکارهای هزینه بر دیگر برای بهینه سازی مصرف سوخت در کشور را داشت و این مسئولیت بر عهده تصمیم گیران و قانونگذاران و سازمان های دولتی است که وظیفه دارند شرایط استفاده از چنین سیستم هایی را فراهم نمایند. فراهم نمودن شرایط اقتصادی استفاده از راهکارهای مذکور برای کاهش مصرف انرژی که ا توجه به شرایط مختلف و بویژه آلودگی بسیار زیاد هوای شهرهای بزرگ کشور بسیاز ضروری و حتی حیاتی می باشد با اقتصادی نمودن استفاده از این روش های تولید یا بهره وری انرژی با راهکارهایی همچون پرداخت یارانه به سیستم های تولید انرژی از منابع تجدد پذیر همچون سیستم های خورشیدی و افزایش قیمت حامل های انرژی امکان پذیر است. هرچند افزایش بیشتر قیمت حامل های انرژی با توجه به شرایط اقتصادی کشور، تنها با فراهم کردن شرایط اقتصادی مناسب آن در جامعه پیشنهاد می گردد. برای پرداخت یارانه به سیستم های خورشیدی می توان از منابع کاهش یارانه های انرژی استفاده نمود.

پرداخت یارانه به سیستم های هزینه بر کاهش دهنده مصرف انرژی یا تولید کننده انرژی از منابع تجدیدپذیر یکی از موثرترین و ساده ترین راهکارهای افزیش استفاده از چنین سیستم ها و گسترش کاربرد آنها می باشد. این روش از جمله روش هایی است که کشورهای مختلف از جمله آلمان از آن طی سالیان متمادی استفاده نموده تا با توسعه تکنولوژی این سیستم ها و کاربرد بیشتر آنها، استفاده از چنین سیستم هایی اقتصادی و فراگیر گردد. همین مساله است که باعث می گردد استفاده از سیستم های خورشیدی در کشوری همچون آلمان با میزان تابش بسیار اندک نسبت به ایران، چنین گسترش یابد.

 

مبدل حرارتی زیرزمینی و صرفه جویی انرژی - در ساختمان اداره فدرال محیط زیست آلمان

نویسنده: دکتر فرشاد نصراللهی

مجموعه مقالات دومین کنفرانس بين‌المللي گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع

چکيده

یکی از راه های کاهش مصرف انرژی ساختمان ها، استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی می باشد. مبدل های حرارتی زیرزمینی از اختلاف دمای عمق زمين و دمای هواي خارج برای پیش گرمایش و پیش سرمایش هواي ورودي به ساختمان استفاده می نمایند.

در این مقاله که به بررسی استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی، میزان انرژی صرفه جویی شده توسط آنها و میزان اقتصادی بودنشان می پردازد، یک نمونه مبدل حرارتی زیرزمینی در اقلیم شهر تبریز مدلسازی شده است.

نتایج این بررسی ها نشان می دهد، استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی می تواند باعث صرفه جویی میزان قابل توجهی انرژی گردد. بعنوان مثال، میزان صرفه جویی انرژی توسط یک نمونه موردی مبدل زیرزمینی به طول 52 متر، که می تواند در یک ساختمان مسکونی کوچک استفاده گردد، در زمستان 3/2409 و در تابستان 4/450 کیلووات ساعت  می باشد.

تحلیل اقتصادی استفاده از این مبدل ها، نشان می دهد که برپایه قیمت حامل های انرژی در ایران در سال 2006، استفاده از یک مبدل حرارتی زیرزمینی، اقتصادی نمی باشد. هرچند بر اساس متوسط قیمت انرژی در کشورهای دیگر، ساخت مبدل حرارتی زیرزمینی برای ساختمان ها در ایران اقتصادی می باشد، چراکه دوره بازگشت چنین سیستمی 2/18 سال و نرخ سود سرمایه گذاری برای ساخت یک مبدل حرارتی زیرزمینی 7/20% است.

 

مقدمه

برای کاهش قابل توجه مصرف انرژی ساختمان ها، بویژه در کشوری همچون ایران که در آن بخش ساختمان و مسکن بزرگترین مصرف کننده انرژی است، تنها استفاده از یک خط مشی و یا راه حل امکان پذیر      نمی باشد. چراکه چنین امری، حتی در صورت موفقیت، تنها بخش کوچکی از مصرف انرژی ساختمان ها را کاهش می دهد. لذا در کنار راه هایی از قبیل صرفه جویی انرژی توسط طراحی معماری، استفاده از مصالح مناسب و عایقکاری پوسته حرارتی ساختمان، استفاده از سیستم های سرمایشی و گرمایشی مناسب، استفاده از منابع انرژی های تجدید پذیر در ساختمان ها و غیره؛ استفاده از تکنولوژی و سیستم های جدید برای کاهش مصرف انرژی ساختمان ها نیز ضروری می باشد. یکی از این راه ها، استفاده از  مبدل حرارتی زیرزمینی است.

برای کاهش مصرف انرژی ساختمان ها بایستی میزان تعویض هوا از طریق نشت از پوسته حرارتی ساختمان ها، به حداقل میزان ممکن کاهش یابد.

در ساختمان های هوابندی شده، برای تامین هوای تازه مورد نیاز ساکنین، ناگزیر بایستی از یک سیستم تهویه مکانیکی استفاده نمود. وجود یک سیستم تهویه مکانیکی در یک ساختمان، نه تنها امکان استفاده از یک مبدل حرارتی هوا به هوا برای بازیافت انرژی هوای خروجی را امکان پذیر  می نماید، بلکه امکان استفاده از یک مبدل حرارتی زیرزمینی برای صرفه جویی انرژی و افزایش بازدهی ساختمان از نظر انرژی را نیز فراهم می کند.

البته استفاده از مبدل های حرارتی زیرزمینی تنها به خانه های دارای سیستم تهویه مکانیکی منحصر نمی گردد، بلکه از آنها می توان در ساختمان های دارای سیستم حرارتی هوایی هم استفاده نمود.

دمای عمق زمين در زمستان بيشتر و در تابستان كمتر از دمای هواي خارج مي باشد و از اين اختلاف دما و ويژگي مي توان جهت پیش گرمایش هواي سرد ورودي در زمستان و براي پیش سرمایش هواي گرم ورودي در تابستان و كمك به تامين شرايط آسايش حرارتي بدون صرف انرژي استفاده نمود. از اينرو یکی از راه های كاهش مصرف انرژي ساختمان ها، استفاده از مبدل های زيرزميني است كه هواي تازه بيرون را وارد ساختمان مي كنند.

 

مبدل حرارتي زيرزميني

مبدل حرارتی زیرزمینی، لوله ها و کانال های هوایی هستند که در زیر زمین قرار گرفته و هوای تازه را پس از عبور از آن، وارد ساختمان         می کنند. هوای عبوری از لوله های زیرزمینی از طریق تبادل انرژی با زمین، تغییر دما داده و با دمایی نزدیک تر از دمای هوای بیرون به دمای آسایش، وارد ساختمان می گردد.

طول و قطر لوله های مبدل حرارتی زیرزمینی به اندازه ساختمانی که مبدل در آن استفاده می گردد و به میزان انرژی مورد نیاز بستگی دارد. به عنوان مثال مبدل حرارتي زيرزميني یک ساختمان مسکونی کوچک     می تواند دارای قطری حدود 20 سانتی متر و طولی حدود 40 متر باشد.

[در مبدل های حرارتي زيرزميني ساختمان های کوچک، در زمستان]، هواي سرد بيرون به درون لوله اي به طول 20 تا 50 متر كه در عمق حدود 1 متري زير ساختمان قرار دارد مكيده مي شود ‌‌[1] و بدينصورت دماي هواي سرد بيرون حتي در سردترين روزهاي زمستان قبل از اينكه وارد ساختمان گردد، به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. در تابستان نيز دماي هواي گرم بيرون با عبور از سيستم مذكور، قبل از اينكه وارد ساختمان گردد، به حد قابل ملاحظه اي كاهش مي يابد.

عوامل متعددی بر میزان تبادل انرژی بین زمین و هوای عبوری از مبدل حرارتی و درنتیجه بر میزان صرفه جویی انرژی توسط آن موثرند.

نوع خاک، چگالی خاک، ظرفیت حرارتی و ضریب انتقال حرارتی خاک، اختلاف دمای سالانه خاک، فاصله مبدل تا ساختمان های مجاور، سطح آبهای زیرزمینی، نوسان جریان هوای مورد نیاز تهویه و میزان تعویض هوا، دمای هوای بیرون و فاکتورهای مربوط به مبدل حرارتی زیرزمینی از قبیل تعداد لوله های مبدل، طول لوله ها، قطر لوله ها، فاصله بین لوله ها و عمق لوله ها، از جمله فاکتورهایی هستند که بر میزان تبادل انرژی در این مبدل و صرفه جویی انرژی آن موثرند.

 

 نمای داخلی ساختمان اداره فدرال محیط زیست آلمان

 

سیستم تهویه مکانیکی و مبدل حرارتی زیرزمینی

 

اشتراک گذاری این صفحه

Submit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to TwitterSubmit to LinkedIn

 تلفن:     345  91  377 - 031

تلفکس: 344  91  377 - 031

تلفن همراه: 28  81  028  0912

اصفهان، بلوار کشاورز، سه راه سیمین، ساختمان آرش، واحد 501

ساعات کار

ساعات کار و دسترسی تلفنی با شماره های ثابت

شنبه تا چهارشنبه: 8:00 تا 18:00

پنج شنبه: 8:00 تا 16:00

زمان دسترسی تلفنی با تلفن همراه

شنبه تا پنجشنبه: 8:00 تا 20:00

  

پرسش از کارشناس

درباره ما

 فعالیت غالب مهندسین مشاور آرشیدز انجام پروژه های پژوهشی و اجرایی معماری و شهرسازی بصورت عام و بویژه با رویکرد بهره وری انرژی و همچنین آموزش شبیه سازی انرژی در   ساختمان ها از جمله با نرم افزار مدلسازی دیزاین بیلدر می باشد.  

از دیگر فعالیتهای مهندسین مشاور آرشیدز، مشاوره به شرکتهای مشاور معماری در پروژه های بزرگ معماری برای دستیابی به بهره وری انرژی و طراحی ساختمانها با مصرف انرژی کم و یا انرژی صفر می باشد.

دریافت خبرنامه

برای دریافت خبرنامه و اطلاع از زمان دوره های مدلسازی با نرم افزار دیزاین بیلدر، ایمیل و یا شماره تلفن همراه خود را وارد کنید