مدلسازی مصرف انرژی در ساختمانهای اداری تحت سناریوهای چندگانه (مطالعه موردی: ساختمان مرکزی شهرداری منطقه 5 تهران)
الموضوعات :مریم گنجینه 1 , فرزام بابایی سمیرمی 2 , علی محمدی 3 , سیدعلیرضا میرزاحسینی 4 , محمد رضا تابش 5
1 - دانشجوی دکتری تخصصی، گروه مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - عضو هیات علمی گروه مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)
3 - عضو هیات علمی گروه مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)
4 - عضو هیات علمی گروه مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
5 - عضو هیات علمی گروه مدیریت محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
الکلمات المفتاحية: مصرف بهینه انرژی, مدلسازی مصرف, شاخص مصرف انرژی, سایبان متحرک, پنل فتوولتائیک.,
ملخص المقالة :
زمینه و هدف: مدیریت محیط‌زیستی انرژی در ساختمان‌ها راه‌حلی خلاقانه برای ایجاد ساختمانهای دوستدار محیط‌زیست بوده که روشی مقرون به صرفه است. تحقیق حاضر با هدف مدلسازی مصرف انرژی در ساختمان اصلی شهرداری منطقه 5 تهران، به منظور تعیین نوع و نحوه مصرف انرژی انجام گرفته است.
روش بررسی: این تحقیق در بازه زمانی سال 1401-1399 انجام شده است. روش انجام پژوهش حاضر، روش آمیخته (کمی و کیفی) از نوع اکتشافی و به لحاظ روش اجرا از نوع کتابخانه‌ای و میدانی، به لحاظ خروجی‌ها از نوع کاربردی و به لحاظ ماهیتی از نوع عملی است. در گام نخست براساس داده‌های آماری اخذ شده از مدیریت شهرداری منطقه 5 تهران و نیز برداشت‌های میدانی و تهیه چک لیست‌های سنجشی اقدام به شناسایی وضعیت موجود سایت مطالعاتی(ساختمان اصلی شهرداری منطقه 5) گردید. برای مدلسازی از نرم‌افزارDesign Builder استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که ضریب بار هوای نفوذی برابر با W/K 5/3132 می‌باشد. بیشترین حرارت دریافتی مربوط به حرارت خورشید ناشی از تابش ورودی از پنجره‌های ساختمان است. رنگ قرمز و آبی نیز مربوط به بار محسوس گرمایش و سرمایش ساختمان است. بیشترین پرت انرژی در فصول گرم و سرد مربوط به سقف و شیشه ساختمان می‌باشد. روشنایی54 درصد نقاط بیشتر از حد استاندارد و 2 درصد نقاط دارای روشنایی کمتر از استاندارد و 44 درصد نقاط دارای روشنایی در محدوده استاندارد است.
بحث و نتیجه‌گیری: یافته‌ها حاکی از آن است که وضعیت روشنایی (بر اساس توان نصب شده بر واحد سطح) این ساختمان بیشتر از استانداردهای جهانی است که می‌توان آن را بدون تاثیری در شرایط آسایش داخل داشته باشد تا حدی کاهش داد. با توجه به بررسی‌های صورت گرفته، نواقص و کمبودهای ساختمان از دیدگاه انرژی قابل‌ملاحظه هستند. به‌طوری‌که میانگین ضریب انتقال حرارت دیوارها 5/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 است و میانگین ضریب انتقال حرارت پنجره‌ها 7/1 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 می‌باشد. همچنین میانگین ضریب انتقال حرارت سقف 2/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 است.
1. Ebrahimi Naghani, Peyman, etemad. Alireza, Simulation of building energy and heat load in Design Builder, 2022. (In Persian)
2. Darabi. Mohammed Hossein, Optimizing the energy consumption of buildings using building information modeling and the feasibility of using renewable energy in energy supply (Case study, Tehran). 2021. (In Persian)
3. Hasami. Zohra, 2019, the effectiveness of the implementation of the resolution to modify the pattern of energy and resource consumption in Tehran municipality buildings, Shahr Economy Quarterly, Volume 9, Number 1, pp 48-52. (In Persian)
4. Hasami. Zohra, 2017, entrepreneurship workshop to optimize energy consumption and environment, Environmental Management and Sustainable Development Center of Tehran Municipality, Sharif University of Technology. Tehran. (In Persian)
5. Khedive. Samira, Abbaspur. Majid, Karbasi. Abdul Reza, 2016, evaluation of the implementation of energy management measures in the domestic and commercial sectors in metropolises using the SWOT method, Environmental Science and Technology Quarterly, 18th volume, Special issue number 2, p 11. (In Persian)
6. Zarbakhsh. Mohammad Hassan, 2013, the need to optimize energy consumption in the second country with gas resources and the fourth country with oil resources in the world and the second oil exporting country, OPEC, www. saba.org.ir/saba content/image/2013/ 11/4806 orig. Environmental Protection Organization, 2018, Translation of the Paris Sustainable Development Goals document, Tehran, p 112. (In Persian)
7. Samavati. Elham, 2015, energy management of Smart building by feeding renewable resources, Scientific and promotional quarterly of renewable and new energies, third year, the first number, pp 45-50. (In Persian)
8. Shabanzadeh. Hadi, Javan. Afshin, 2003, Energy efficiency standards and labels, handbook for lighting fixtures and equipment, Tehran University Publications, p 36.
9. Tartar. Mohamad, Marefat. Mahdi, 2013, New solutions to reduce energy consumption in buildings through modification of the external shell, mechanical engineering, Number 61, Year 22. (In Persian)
10. Ghafari Jabari. Shahla, Ghafari Jabari. Shiva, Salehi. Elham, 2012, Housing design solutions to optimize energy consumption in Tehran, Journal of energy planning and policy research, second year, Number 51, pp 132-155. (In Persian)
11. Fazli. Abdul Reza, Heidary. Shahin, 2012, Optimizing energy consumption in residential areas of Tehran using the Rotterdam energy planning approach, Energy planning and policy research, first year, Number 3, pp 83-96. (In Persian)
12. Verij Kazemi. Mohamad, 2016, Providing operational solutions to optimize energy consumption and energy management in Iranian residential and office buildings, The second national conference of the future building, Tehran.
13. Chen, S., Zhang, G., Xia, X., Setaung, S., Shi, S. 2020. A review of internal and external influencing factors on energy efficiency design of buildings, Energy & Buildings 216.
14. Economidou, A.M., V. Todeschi, P. Bertoldi a, D. D’Agostino a, P. Zangheri a, L. Castellazzi, 2020, Review of 50 years of EU energy efficiency policies for building.
15. 15-Mariano-Hernandez, D., Hernandez- Calejo, L., Zorita-Lamadrid, A., Duque-Perez, O., Santos-Garcia, F. 2021. A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis, Journal of Building Engineering 33 (2021) 10169.
16. Mariano-Hern, D., Andez, L. Hernandez-Callejo, A. Zorita-Lamadrid, O. Duque-Perez, F. Santos García, 2020, A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis.
17. Salvia. M., Simoes, S.G., Herrando, M., Cavar, M., Cosmi, G. 2021. Improving policy making and strategic planning competencies of public authorities in the energy management of municipal public buildings: The PrioritEE toolbox and its application in five mediterranean areas, Renewable and Sustainable Energy Reviews 135 (2021).
مدلسازی مصرف انرژی در ساختمانهای اداری تحت سناریوهای چندگانه
(مطالعه موردی: ساختمان مرکزی شهرداری منطقه 5 تهران)
مریم گنجینه1، فرزام بابایی سمیرمی2®، علی محمدی3،سیدعلیرضا میرزاحسینی4، محمد رضا تابش5
1 دانشجوی دکتری گروه مدیریت محیط زیست ، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
5،4،3،2گروه مدیریت محیط زیست،واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده :
زمینه و هدف:مدیریت محیط زیستی انرژی در ساختمان‌ها راه‌حلی خلاقانه برای ایجاد ساختمانهای دوستدار محیط زیست بوده که روشی مقرون به صرفه است .تحقیق حاضر با هدف مدلسازی مصرف انرژی در ساختمان اصلی شهرداری منطقه 5 تهران و به منظور تعیین نوع و نحوه مصرف انرژی انجام شده است
روش بررسی: این تحقیق به لحاظ رویکرد، از نوع تاییدی و به لحاظ روش اجرا از نوع کتابخانه‌ای و میدانی، به لحاظ خروجی‌ها از نوع کاربردی و به لحاظ ماهیتی از نوع عملی است. در گام نخست براساس داده‌های آماری اخذ شده از مدیریت شهرداری منطقه 5 تهران و نیز برداشت‌های میدانی و تهیه چک‌لیست‌های سنجشی اقدام به شناسایی وضعیت موجود سایت مطالعاتی (ساختمان اصلی جدید شهرداری منطقه 5) گردید. برای مدلسازی از نرم‌افزار Design Builder استفاده گردید.
یافته ها: نتایج نشان داد که ضريب بار هواي نفوذي برابر با W/K 5.2313 می‌باشد. بیشترین حرارت دریافتی مربوط به حرارت خورشید ناشی از تابش ورودی از پنجره‌های ساختمان می‌باشد. رنگ قرمز و آبی نیز مربوط به بار محسوس گرمایش و سرمایش ساختمان می‌باشد. بیشترین پرت حرارتی در فصول سرد مربوط به سقف و شیشه ساختمان می‌باشد. روشنایی 54 درصد نقاط در محدوده استاندارد می‌باشد و 2 درصد نقاط دارای روشنایی بیشتر از حد استاندارد و 44 درصد نقاط دارای روشنایی کمتر از حد استاندارد می‌باشد.
بحث و نتیجه گیری: یافته ها حاکی از آن است که وضعيت روشنايی (بر اساس توان نصب شده بر واحد سطح) اين ساختمان بيشتر از استانداردهاي جهاني مي‌باشد كه مي‌توان آن را بدون اينكه تاثيري در شرايط آسايش داخل داشته باشد تا حدي كاهش داد. با توجه به بررسی‌های صورت گرفته، نواقص و كمبودهاي ساختمان از ديدگاه انرژي قابل ملاحظه هستند. به طوری که میانگین ضريب انتقال حرارت ديوارها 5/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد و میانگین ضريب انتقال حرارت پنجره‌ها 7/1 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد. همچنین میانگین ضريب انتقال حرارت سقف 2/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد.
کلمات کلیدی: مصرف بهینه انرژی، مدلسازی مصرف، شاخص انرژی، سایبان متحرک، پنل فتوولتاییک
1-مقدمه
امروزه انرژی به عنوان یکی از اصلی‌ترین عوامل برای شکل‌گیری و پیشرفت جوامع شناخته شده است و میزان دسترسی کشورها به منابع گوناگون انرژی، نشانگر پتانسیل‌های پیشرفت و قدرت سیاسی و اقتصادی آنها می‌باشد(1). افزایش روزافزون مصرف انرژی در تمام جنبه‌های زندگی و محدودیت منابع انرژی از یک‌سو و مصرف بی‌رویه آن توسط جوامع مختلف از سوی دیگر، علاوه بر ایجاد آلودگی‌های محیط زیستی و هدردادن سرمایه‌های ملی، زندگی آینده بشر را با مخاطره مواجه کرده است (2). پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد تا سال ۲۰۴۰ مصرف انرژی در جهان ۴۸ درصد نسبت به میزان مصرف انرژی در سال ۲۰۱۲ افزایش خواهد یافت و کماکان آسیا در سال ۲۰۴۰ بیشترین مصرف‌کننده انرژی است. در این میان بیش از ۵۰ درصد از انرژی جهان در بخش صنعت استفاده خواهد شد (3).
ایران بیش از 5/2 برابر میانگین مصرف جهانی انرژی مصرف می‌کند. شاخص شدت مصرف انرژی ایران 63/0 درصد است و بعد از ایران، روسیه و عربستان سعودی به ترتیب با شاخص شدت انرژی 53/0 و 51/0 درصد بالاترین مقدار شاخص شدت انرژی را به خود اختصاص داده‌اند. طبق آخرین آمار، ایران نهمین مصرف‌کننده انرژی در دنیا شناخته شده و این مصرف انرژی معادل 4/3 میلیون بشکه نفت خام است (4).
ارتقای بهره‌وری انرژی شهرها صرفاً به ذخیره انرژی کمک نمی‌کند، بلکه منجر به توسعه بودجه شهرها و بهبود خدمات‌رسانی و افزایش رقابت در این عرصه نیز می‌گردد . از آنجا که بخش بزرگ برق تولیدی در کشور توسط نیروگاههای حرارتی تولید می‌شود، مصرف بالای انرژی الکتریکی به معنای مصرف زیاد سوخت‌های غیرقابل تجدید فسیلی می‌باشد. مصرف برق ساختمانی در ایران در طی 10 سال گذشته، 2 برابر شده است. براساس داده‌های آماری وزارت نیرو، مصرف سرانه انرژی در ایران سه برابر کشورهای صنعتی است و قسمت‌های بسیار زیادی از این اختلاف ناشی از تلفات انرژی در بخش ساختمان است (5).شدت مصرف انرژی در ایران، ۳ برابر میانگین جهانی است. مصرف سرانه انرژی در ایران، به ازای هر نفر بیش از 5 برابر مصرف سرانه کشوری همانند اندونزی (با 225 میلیون نفر جمعیت)، 2 برابر چین (با یک میلیارد و 300 میلیون نفر جمعیت) و 4 برابر کشور هند (با یک میلیارد و 122 میلیون نفر جمعیت) است. بررسی سرانه مصرف انرژی در ایران طی سال‌های ۲۰۰۴ تا 2011 میلادی، نشان از افزایش ۲۵ درصدی در این سال‌ها دارد (6).
در حال حاضر، چالش و مشکل اصلی مدیریت انرژی در ساختمانهای زیرمجموعه شهرداری تهران، وجود بیش از 1000 ساختمان اداری در وسعتی حدود 1000 هکتار و مصرف بالای منابع می‌باشد. این در حالیست که در فضاهای مذکور، روزانه بالغ بر 60 هزار نفر در اوج ساعات مصرف انرژی (از ساعت 7 صبح الی 5 بعد از ظهر) بدون هیچ گونه دستورالعمل مشخصی مشغول مصرف انرژی هستند که البته در این زمینه بانک اطلاعاتی مشخصی هم وجود ندارد. از این‌رو، تهیه بانک داده با شاخص‌های مشخص مصرف منابع انرژی و پایش آنها به عنوان یکی از خلاهای اطلاعاتی در شهرداری تهران مطرح می‌باشد.
بنابراین، هدف اصلی این تحقیق مدلسازی مصرف انرژی در یک سایت مطالعاتی (پایلوت) براساس چند سناریوی مختلف (وضعیت فعلی و بهینه) و مقایسه جنبه‌های گوناگون آن می‌باشد تا از این گذر بتوان نسبت به تدوین راهکارهای منتسب به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمانهای اداری اقدام نمود.
2-مبانی نظری و پیشینه پژوهش
در سالیان اخیر، مطالعات متعددی در خصوص بهینه‌سازی مصرف انرژی در کشور صورت گرفته است. از جمله حسامی (1399)؛ به تبیین اثربخشی اجرای مصوبه اصلاح الگوی مصرف انرژی و منابع در ساختمانهای شهرداری تهران پرداخت. نتایج این بررسی نشان داد که اجرای برنامه مذکور، موجب کاهش مصرف انرژی و منابع در سال‌های 96 و 97 گردیده است. این کاهش به شکل 3 درصد در مصرف سرانه آب، 9 درصد در مصرف سرانه برق و 5 درصد در مصرف سرانه گاز بوده است. همچنین، حسامی (1397)؛ در مقاله‌ای با عنوان «اثربخشی اجرای بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمانهای اداری» اقدامات اجرایی در راستای کاهش مصرف انرژی را بررسی کرد و به این نتیجه رسید که کاهش مصرف انرژی در مناطقی که اقداماتی اجرایی در راستای کاهش مصرف انجام شده بود، عملی و امکان‌پذیر بود. محرمی و همکاران (1397) نیز در یک تحقیق کاربردی، با عنوان «ساختمانهای هوشمند و بهره‌وری انرژی و امنیت در توسعه پایدار» با استفاده از شاخص‌هایی در راستای مدیریت انرژی و مدیریت امنیت محیط اقدام به ارایه چندین طرح نمودند. نتایج این تحقیق در راستای جلوگیری از آسیب‌هایی است که انسان به دلیل مشکلاتی از قبیل مشغله ذهنی، کمبود فرصت یا خطاهای انسانی نتوانسته با آن مقابله کند و منجر به حوادث و ... می‌شود. بنادرخشان و همکاران (1396)؛ اقدام به ممیزی انرژی در ساختمان نمودند و پارامترهای موثر را سنجش کردند. سهم و میزان تاثیر هر یک از عناصر انرژی در اتلاف آن به درصد و به صورت جداگانه مشخص گردید. بر این اساس، راهکارهای انرژی در سه سطح راهکارهای کم‌هزینه، هزینه متوسط و پرهزینه طبقه‌‌بندی شدند. وریج کاظمی و همکاران (1395)؛ عوامل بازدارنده اجتماعی بهره‌وری مصرف انرژی در ساختمان اداری در ایران را بررسی کردند. سماواتی (1395)؛ مدیریت انرژی در ساختمانهای هوشمند را با تغذیه منابع تجدیدپذیر بررسی نمود و مشخص گردید که با بکارگیری الگوریتم مدیریت انرژی در یک ساختمان با تغذیه منابع تجدیدپذیر، حدود 28 درصد در هزینه برق ساختمان صرفه‌جویی می‌شود.
مونیکا سالویا1 و همکاران (2021)؛ روشهای ارتقای سیاستگزاری برای ارتقای بهره‌وری انرژی در ساختمانهای مربوط به شهرداری را بررسی کردند. در این تحقیق آنها بر روی سیاستگزاری عمومی در زمینه مدیریت انرژی متمرکز شدند. نتایج بیانگر آن بوده است که جنبه‌های فنی و مهندسی و مدیریتی به طور یکپارچه می‌باید به کار گرفته شوند
3-روش بررسی
این تحقیق به لحاظ رویکرد، از نوع تاییدی و به لحاظ روش اجرا از نوع کتابخانه‌ای و میدانی، به لحاظ خروجی‌ها از نوع کاربردی و به لحاظ ماهیتی از نوع عملی است. در گام نخست براساس داده‌های آماری اخذ شده از مدیریت شهرداری منطقه 5 تهران و نیز برداشت‌های میدانی و تهیه چک‌لیست‌های سنجشی اقدام به شناسایی وضعیت موجود سایت مطالعاتی (ساختمان اصلی جدید شهرداری منطقه 5) گردید.
برای مدلسازی از نرم‌افزار Design Builder (نسخه 4.2.0.0.054) استفاده شده است. این نرم‌افزار بر پایه مشخصات کالبدي ساختمان، ساکنین، تجهیزات، سیستم هاي مکانیکی و الکتریکی آن، و همچنین داده‌های آب و هوایی سالانه ساعت به ساعت محل استقرار ساختمان، می‌تواند متغیرهاي متعددي را در ارتباط با مصرف انرژي ساختمان در هر زمان از سال محاسبه و به تعبیر دقیق‌تر پیش‌بینی نماید. نمونه‌هایی از این متغیرها دماي هواي فضاها، دماي سطوح، انتقال حرارت از سطوح کدر و شفاف و همچنین بارهاي گرمایی و سرمایی لازم جهت حفظ دما یا شرایط آسایش حرارتی مورد نظر در ساختمان هستند که نتایج، هم به صورت عددي و هم به صورت نمودار قابل ارائه هستند (ماریانو هرناندز و همکاران، 2021). داده‌های آب و هوایی لازم نیز براساس گزارشات دوره‌ای هواشناسی تهران وارد نرم‌افزار گردیده است.
سایت مطالعاتی در این تحقیق، ساختمان جدید شهرداری منطقه 5 می‌باشد که از مجموعه ساختمانهای رادرهشی نارهت در خیابان آیت‌اله کاشانی، نرسیده به بزرگراه ستاری واقع است. این ساختمان که در سال 1389 ساخته شده و دارای زیربنای 9738 مترمربع بوده و عمده کاربری آن رادای می‌باشد، شامل ساختمان جدید متشکل از 6 طبقه زیرزمین، همکف و 5 طبقه روی همکف و ساختمان قدیمی 3 طبقه و یک طبقه زیرزمین می باشد. تعداد افراد استفاده کننده از ساختمان ها 693 نفر و ساعت کار معمول ساختمان از ساعت 8 تا 16 اعلام شده است. درصدهای مختلف کاربری ساختمان عبارتند از: 07% رادای، 5% رابنا، 51% ورهار، 01% ورسیس است. نوع غالب انرژی مصرفی جهت گرمایش: زاگ بطیعی و نوع غالب انرژی مصرفی جهت سرمایش: زاگ بطیعی می‌باشد. پلان ساختمان طتسمیل شکل بوده و سقف آن از نوع حطسم و شیب‌د را است.گستردگی اصلی ساختمان در جهت قرشی - برغی بوده و ورودی اصلی ساختمان رو به برغ است.
نتایج
در گام نخست، کالبد ساختمان مورد بررسی و ارزیابی قرار می‌گیرد. در این قسمت ابتدا تیپ‌بندی دیوارها، موقعیت و مصالح به‌کار رفته در دیوار که به وسیله آنها ضریب انتقال حرارت یک تیپ دیوار به دست می‌آید، آورده شده است. یک تیپ دیوار شامل دیوارهایی است که از نظر موقعیت و ضریب انتقال حرارت و ضعیت مشابه‌ای داشته باشند. مثلاً اگر دو دیوار یک ضریب انتقال حرارت داشته باشند هر دو دارای موقعیت کنترل شده باشند در یک تیپ قرار می‌گیرند. در این قسمت مصالح عمده به‌کار رفته در دیوار و مقاومت حرارتی یا ضریب هدایت حرارتی مصالح، چگالی و ضخامت تقریبی آنها با توجه به ضخامت کل دیوار آورده می‌شود و توسط آنها ضریب انتقال حرارت سطحی کل (u) محاسبه می‌شود، سپس مساحت تمام دیوارهایی که در یک تیپ واحد قرار می‌گیرند با هم جمع شده و در قسمت مساحت دیوار آورده می‌شود.
براساس مبحث نوزدهم، ساختمان جدید شهرداری منطقه 5 داراي مشخصات زير است:
1ـ نوع كاربري ساختمان: ب
2ـ نياز انرژي گرمايي ـ سرمايي: طسوتم
3ـ وضعيت شهر: گرزب
4ـ زيربناي ساختمان: بیش زا 0001 عبرمرتم
5- نوع انرژی مصرفی: غیقربری
با توجه به موارد بالا و جدول ساختمان در هورگ2 قرار می‌گیرد. مطابق جدول 1 ضریب بار جداره تئوري ساختمان عبارت است از:
BLC1 = 4.2828 W/K
جدول (1). ضریب بار ساختمان مطابق وضعیت موجود
Table (1). The load factor of the building according to the existing situation
توضیح: در جدول فوق ضریب انتقال حرارت در عناصر کنترل نشده پس ازاعمال ضریب کاهش ارائه شده است. در کف‌هایی که به صورت محیطی نشان داده شده‌اند، اعداد مربوط به محیط برحسب (m) و ضریب انتقال حرارت به صورت خطی W/m.C آورده شده است. منظور از مساحت عنوان شده در جدول فوق مساحت خالص می‌باشد. ضریب انتقال حرارت در مورد کف کنترل‌نشده، مقدار نرمال‌شده انتقال حرارت برای کل کف کنترل نشده می‌باشد.
مطابق جدول قبل، ضريب بار جداره‌هاي ساختمان جهت رعايت مبحث نوزدهم مقررات ملي ساختمان به قرار زیر می‌باشد.
BLC1 = 2.2373 W/K
به منظور تعيين ضريب بار هواي تهويه، لازم است تا ميزان هواي تازه براي هر فضا مشخص شود. مبحث چهاردهم مقررات ملي ساختمان با عنوان تاسيسات گرمايي، تعويض هوا و تهويه مطبوع حداقل هواي تازه لازم براي فضاهاي مختلف براساس افراد، واحد سطح و هر اتاق ارائه كرده است. اين مقدار براي هر فرد 10 لیتر بر ثانیه مي‌باشد. مطابق با فرمول:
BLCS= ρ.Q.CP
ρ = 1.200 Kg/m3
CP = 1.004 Kj/kg°K
و با توجه به اینکه تعداد نفرات استفاده کننده از ساختمان 260 نفر اعلام شده است و اگر ضریب همزمانی نفرات را 00.1 فرض کنیم، ضريب بار هواي نفوذي برابر با W/K 5.2313 محاسبه مي‌گردد. شکل 1 و 2 مقایسه ضریب بار ساختمان در حالت فعلی با استانداردهای منتخب را نشان می‌دهد.
شکل (1). نمودار مقایسه ضریب بار ساختمان
figure (1). Building load factor comparison chart
شکل (2). نمودار مقایسه انحراف مصرف انرژی از استاندارد حالت موجود (درصد)
figure (2). The comparison chart of the energy consumption deviation from the current state standard (percentage)
به دلیل تعداد بالای چراغها و تنوع آنها و همچنین برای اثبات تعداد ذکر شده، به تفکیک هر اتاق نوع روشناییها برداشت شده است. تجزیه و تحلیل نتایج اندازه‌گیری روشنایی ساختمان در شکل 3 ارایه شده است.
شکل (3). نمودار مقایسه درصد تطبیق روشنایی با استاندارد از نظر تعداد نقاط
Figure (3). Comparison chart comparing the percentage of brightness matching with the standard in terms of the number of points
در مجموع می‌توان عنوان نمود که در این ساختمان، غالباً از زاگ بطیعی جهت تامين گرمایش، سرمایش و تامين آبگرم مورد نیاز استفاده می‌شود و از برق جهت سرمايش، روشنايي و تجهيزات الکتریکی ساختمان استفاده می‌گردد. ميزان مصرف انرژي در بخش‌هاي مختلف محاسبه گرديده و در جدول 2 آورده شده است.
جدول (2). میزان مصرف انرژی در بخش‌های مختلف ساختمان
Table (2). The amount of energy consumption in different parts of the building
| گرمایش | آبگرم | سرمایش | روشنایی | تجهیزات برقی | تجهیزات گازی |
میزان انرژی مصرفی (Kwh/year) | 959027 | 414738 | 547342 | 140852 | 385952 | 17630 |
درصد از کل | 38 | 17 | 22 | 6 | 16 | 1 |
· مدلسازی مصرف انرژی در حالت فعلی
در شبیه‌سازی میزان مصرف انرژی در این ساختمان تعداد افراد، تعداد تجهیزات، سیستم روشنایی و همچنین برنامه زمانی عملکرد آنها مطابق با حالت فعلی شهرداری منطقه 5 در نظر گرفته شده است. سایر موارد براساس تمپلیت‌های استاندارد نرم‌افزار دیزاین بیلدر انتخاب شده است. ضریب انتقال حرارت برای دیوار خارجی 573/0 
و برای سقف 542/0 می‌باشد. مصالح در نظر گرفته شده برای دیوار خارجی و سقف مطابق با شرایط واقعی می‌باشد.
در خصوص پنجره ساختمان نیز براساس تیمپلت استاندارد نرم‌افزار، پنجره دوجداره و از نوع شفاف و فریم از جنس UPVC انتخاب شده است که اتفاقاً با وضعیت فعلی ساختمان مطابقت دارد. این پنجره از دوجدار 3 میلیمتری شیشه و 13 میلیمتر هوا تشکیل شده است. دمای آسایش ساختمان در فصل سرد سال معادل 23 درجه سانتیگراد و در فصل گرم سال نیز 25 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.
شکل (4). مسیر حرکت خورشید نسبت به بنا
Figure (4). The path of the sun towards the building
شکل (5).حرکت باد و فشار به حجم
Figure (5). Wind movement and pressure to volume
شکل (6). حرکت باد در مسیر حجم اصلی
Figure (6). Wind movement in the direction of the main volume
شکل (7). مسیر فشار به حجم اصلی
Figure (7). Pressure path to the main volume
پس از شبیه‌سازی با استخراج نتایج، حرارت دریافتی از طریق قسمت‌های مختلف ساختمان مشابه شکل زیر می‌باشد. این حرارت دریافتی در ماههای گرم موجب افزایش نیاز بار برودتی ساختمان و در ماههای سرد، موجب کاهش نیاز بار حرارتی ساختمان خواهد شد. این حرارت توسط سیستم روشنایی، تجهیزات الکتریکی، حضور افراد و تابش ورودی از طریق پنجره داخلی و خارجی خواهد بود. بیشترین حرارت دریافتی مربوط به حرارت خورشید ناشی از تابش ورودی از پنجره‌های ساختمان می‌باشد. رنگ قرمز و آبی نیز مربوط به بار محسوس گرمایش و سرمایش ساختمان می‌باشد.
شکل (8). نمودار بارهای داخلی (منبع: نگارنده)
Figure (8). Diagram of internal loads
در شکل زیر نحوه انتقال حرارت از جدارهای مختلف ساختمان بررسی شده است. در این تصویر انتقال حرارت از طریق شیشه، دیوار خارجی، سقف، سقف پیلوت و کف مرتبط با زمین قرار گرفته است. اعداد مثبت به معنای دریافت حرارت توسط آن قسمت می‌باشد و اعداد منفی به معنای از دست دادن حرارت خواهد بود. به عنوان مثال در فصول گرم حرارت عمده‌ای از طریق شیشه وارد فضای ساختمان می‌گردد.
شکل (9). نمودار وضعیت انتقال حرارت سطوح در وضعیت فعلی
Figure (9). Diagram of the state of heat transfer of the surfaces in the current state
تفکیک مصارف برق با توجه به نوع کاربری به صورت ماهانه مطابق زیر می‌باشد. این مصارف مربوط به تجهیزات الکتریکی، سیستم سرمایش، سیستم گرمایش، آب گرم مصرفی و روشنایی می‌باشد. بیشترین برق مصرفی مربوط به سیستم سرمایش ساختمان در طول سال می‌باشد.
شکل (10). نمودار تکفیک مصارف (منبع: نگارنده)
Figure (10). Detailed chart of consumption
بحث
با توجه به بررسی‌های صورت گرفته، نواقص و كمبودهاي ساختمان از ديدگاه انرژي عبارتند از:
1ـ میانگین ضريب انتقال حرارت ديوارها 5/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد.
2- میانگین ضريب انتقال حرارت پنجره‌ها 7/1 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد.
3- میانگین ضريب انتقال حرارت سقف 2/2 برابر مقدار استاندارد مبحث 19 مي‌باشد.
از سوی دیگر، براساس مدلسازی صورت گرفته مشخص می‌گردد که کل برق مصرفی ساختمان در طول یک سال 1074146 کیلووات ساعت بوده که پنل‌ها می‌توانند 88437 کیلووات ساعت در طول سال تولید کنند. بر این اساس، پنل‌ها توانایی تولید 23/8 درصد از برق مورد نیاز ساختمان را دارا می‌باشند. بیشترین پرت حرارتی در فصول سرد مربوط به سقف و شیشه ساختمان می‌باشد. در شکل زیر به ترتیب انتقال حرارت در جدارهای شیشه، دیوار خارجی، سقف داخلی، کف داخلی، کف متصل به زمین، دیوارهای داخلی، سقف خارجی، تهویه بین فضاها و تهویه طبیعی خارجی بررسی شده است.
نتایج و خروجی‌های این تحقیق با بسیاری از تحقیقات پیشین نظیر حسامی (1399)، حسامی (1397)، محرمی و همکاران (1397) کاملاً همخوانی دارد.
جمع‌بندی
میزان مصرف انرژی در ساختمانهای اداری شهرداری تهران (منطقه 5) در شرایط فعلی با استانداردهای ملی و بین‌المللی تفاوت نسبتاً زیادی دارد. از سوی دیگر، با تمهیدات و رعایت ملاحظات خاص به ویژه استفاده از سایبان متحرک برای پنجره‌ها و همچنین بکارگیری پنل‌های فتوولتاییک می‌توان تا حد زیادی نسبت به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و نیز بهره‌مندی از انرژی پاک در این گونه ساختمان‌ها اقدام نمود. در این میان آموزش و ارتقی آگاهی‌های زیست محیطی یکی از مهمترین اصول مدیریت انرژی می‌باشد.
منابع
1.Bahrami Hossein, Davoudi. Tahmasb, 1390, energy management with smart switchboard, Iranian Energy magazine, 12th year, number 18. Bahmanpur. (In Persian).
2.Homan, Maffi. Amir, Selajqa. Behrang, Darbiki. Mazdak, 2019, climate change, environmental literacy educational package; Special for educators and facilitators, publications of Environmental Protection Organization, first edition, Tehran, 288 p. . (In Persian).
3.Hasami Zohra, 2019, the effectiveness of the implementation of the resolution to modify the pattern of energy and resource consumption in Tehran municipal buildings, Shahr Economy Quarterly, Volume 9, Number 1, pp. 48-52. . (In Persian).
4. Hasami Zohra, 2017, entrepreneurship workshop to optimize energy consumption and environment, Environmental Management and Sustainable Development Center of Tehran Municipality, Sharif University of Technology. Tehran. . (In Persian).
5.Khedive Samira, Abbaspur. Majid, Karbasi. Abdul Reza, 2016, evaluation of the implementation of energy management measures in the domestic and commercial sectors in metropolises using the SWOT method, Environmental Science and Technology Quarterly, 18th volume, special issue number 2, 11 p. . (In Persian).
6.Mohammad Hassan, 2013, the need to optimize energy consumption in the second country with gas resources and the fourth country with oil resources in the world and the second oil exporting country, OPEC, www.saba.org.ir/saba_content/media/image/2012/11/4806_orig. Environmental Protection Organization, 2018, translation of Paris Sustainable Development Goals document, Tehran, 112 p. . (In Persian).
7.Samavati. Elham, 2015, energy management of smart building by feeding renewable resources, scientific and promotional quarterly of renewable and new energies, third year, first issue, pp. 45-50. . (In Persian).
8. Shabanzadeh Conductor, young. Afshin, 1382, energy efficiency standards and labels, guidebook for lighting devices and equipment, Tehran University Press, 36 p. . (In Persian).
9.Mohammad, Marafet. Mehdi, 2013, new solutions to reduce energy consumption in buildings through modification of the external shell, Mechanical Engineering, No. 61, Year 22. . (In Persian).
10.Ghafari Jabari Shahla, Ghafari Jabari. Shiva, Salehi. Elham, 2012, Housing design solutions to optimize energy consumption in Tehran, Journal of Energy Planning and Policy Research, second year, number 51. 115-132. . (In Persian).
11. Fazli Abdul Reza, Heydari. Shahin, 2012, optimization of energy consumption in residential areas of Tehran using the Rotterdam energy planning approach, Energy Planning and Policymaking Research, first year, number 3, pp. 83-96. . (In Persian).
12.Verij Kazemi Mohammad, 2016, providing operational solutions to optimize energy consumption and energy management in Iran's office and residential buildings, the second national conference on future buildings, Tehran. . (In Persian).
13.Chen, S., Zhang, G., Xia, X., Setaung, S., Shi, S. 2020. A review of internal and external influencing factors on energy efficiency design of buildings, Energy & Buildings 216 .
14.Economidou, A.M., V. Todeschi, P. Bertoldi a, D. D’Agostino a, P. Zangheri a, L. Castellazzi, 2020 ,Review of 50 years of EU energy efficiency policies for building
15.Mariano-Hernandez, D., Hernandez- Calejo, L., Zorita-Lamadrid, A., Duque-Perez, O., Santos-Garcia, F. 2021. A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis, Journal of Building Engineering 33 (2021) 10169
16.Mariano-Hern, D., Andez, L. Hernandez-Callejo, A. Zorita-Lamadrid, O. Duque-Perez, F. Santos García, 2020, A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis.
Modeling energy consumption in office buildings under multiple scenarios
(Case study: Central building of Tehran Municipality, District 5)
Maryam Ganjineh1, Farzam Babaei Semiromi2®, Ali Mohammadi3,Seyed Alireza Mirzahosseini3, Mohammad Reza Tabesh4
1- Ph.D. Student, Department of Environmental Management, Faculty of Natural Resources and The Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2,3,4,5- Department of Environmental Management, Faculty of Natural Resources and The Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
Abstract:
Background and purpose: The environmental management of energy in buildings is a creative solution to create environmentally friendly buildings, which is a cost-effective method. The purpose of this research is to model the energy consumption in the main building of Tehran District 5 Municipality and to determine the type and manner of energy consumption. has been.
analysis method: This research is of a confirmatory type in terms of approach, library and field type in terms of execution method, applied type in terms of outputs and practical type in terms of nature. In the first step, based on the statistical data obtained from the administration of Tehran Region 5 municipality, as well as field observations and the preparation of evaluation checklists, the current situation of the study site (new main building of Region 5 municipality) was identified. Design Builder software was used for modeling.
Findings: The results showed that the load factor of infiltrated air is equal to W/K 3132.5. The most received heat is related to the heat of the sun caused by the incoming radiation from the windows of the building. The red and blue colors are related to the heating and cooling load of the building. The most heat loss in cold seasons is related to the roof and glass of the building.
Discussion and conclusion: The findings indicate that the lighting condition (based on the power installed per unit area) of this building is more than the international standards, which can be reduced to some extent without affecting the comfort conditions inside. According to the investigations, the deficiencies of the building are significant from the point of view of energy. So that the average heat transfer coefficient of walls is 2.5 times the standard value of topic 19 and the average heat transfer coefficient of windows is 1.7 times the standard value of topic 19
Keywords: energy efficiency, consumption modeling, energy index, movable canopy, photovoltaic panel
[1] - Monica Salvia
