الگوریتم بدست آوردن طرحی بهینه برای یک خانه با سرانه خالص مصرف صفر
به منظور اینکه یک ساختمان انرژی صفر (NZEB) مجهز به کارآمدترین و بهینه‌ترین ترکیب از چند سیستم تولید انرژی باشد، نیازمند طرح می‌باشد. طرحی که فاکتورهایی نظیر محل ساختمان، مقدار نیاز ساختمان، شکل ساختمان و دانش طراح در آن اعمال شده باشد. طراحی یک ساختمان NZEB شامل ارائه طرحی معقول و سپس تحلیل طرح می‌باشد. GA نرم افزاری است که در سال‌های اخیر برای بهینه سازی ساختمانهای متعددی در زمینه‌ی سیستم‌هایی نظیر سلول‌های خورشیدی، اطلاعات ساختاری پوشش، اندازه و جهت پنجره‌ها و … بکار گرفته شده است.
GA اطلاعات ساختاری ساختمان را دریافت کرده و طرح‌های بهینه‌ی بیشماری را ارائه می‌دهد. سپس تحلیلگر TRNSYS را فراخوانده تا عملیات ترمیم و تحلیل را انجام دهد. در نتیجه طرح موفق در پرسه‌ی تحلیل، حاصل میشود. طبق این الگوریتم، ابتدا طرحی توسط طراح و یا نرم‌افزار GA ارائه می‌گردد.
سپس طرح شبیه‌سازی شده و سرانه انرژی سالیانه آن محاسبه می‌گردد. در ادامه، مقایسه و ارزیابی‌ای بین سرانه محاسبه شده با معیارها وملاک‌ها صورت می‌گیرد که در صورت تطابق،طرح برای اجرا آماده سازی میشود. در غیر این صورت طرحی دیگر ارائه شده و مراحل از ابتدا تکرار می‌شوند.
یکی از مهمترین اهداف ساختمان سبز و ساختمان انرژی صفر، کاهش مصرف انرژی گرمایشی، سرمایشی و الکتریکی و همچنین افزایش بازده انرژی ساختمان است. به منظور کاهش مصرف انرژی و ایجاد ساختمان سبز، بایستی طراحان ساختمان، اتلافات انرژی موجود در ساختمان را کاهش دهند. درنتیجه راهکار موجود استفاده از درب و پنجره‌هایی با عملکرد بسیار بالا و عایقکاری دیوارها، بام و کف ساختمان است.
کیفیت آسایش محیط داخل ساختمان
افزایش کیفیت آسایش محیط داخل ساختمان نیز یکی از اهداف پر اهمیت در ساختمان سبز است. کیفیت آسایش محیط داخل (IEQ) شامل سه بخش عمده زیر است.
- کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ) به منظور کاهش ترکیبات آلی فرار
- کیفیت حرارتی ساختمان
- کیفیت روشنایی ساختمان
کیفیت هوای داخل ساختمان شامل پاک بودن هوا از آلاینده های هوا و آلاینده های میکروبی است. این امر نیازمند سیستم‌های تهویه مطبوع مجهز به فیلترهای هوا و درزبندی مناسب ساختمان است. همچنین کنترل رطوبت هوا ضمن اهمیت در آسایش حرارتی از رشد میکروبی و قارچ‌ها جلوگیری می‌کند.
دمای مطلوب ساکنین ساختمان، سرعت جریان هوای تهویه مطبوع نیز از جمله مواردی است که در کیفیت حرارتی ساختمان نقش بسزایی دارد. همچنین تامین شدت روشنایی محیط، کیفیت نور و رنگ نور در ساختمان سبز مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
ساختمان انرژی صفر به عنوان یک ساختمان بهره‌ور انرژی قادر به تولید برق، یا دیگر حامل‌های انرژی از منابع تجدید پذیر است. این حامل‌های انرژی به منظور برطرف ساختن نیاز انرژی در خود ساختمان است.
دسته بندی ساختمانهای انرژی صفر
۴ دسته بندی بسیار معمول برای تعریف ساختمان انرژی صفر وجود دارد.
انرژی صفر خالص سایت Net Zero Site Energy
این نوع از ساختمانهای انرژی صفر، همان مقدار انرژی را که در طول یک سال مصرف می‌کند که در محوطه سایت خود تولید می‌کند.
انرژی صفر خالص منبع Net Zero Source Energy
منبع ساختمان انرژی صفر حداقل همان مقدار انرژی که در یک سال مصرف می‌کند، همان قدر هم تولید می‌کند. منبع انرژی اشاره دارد به انرژی‌های ابتدایی که برای تولید و تحویل انرژی به سایت استفاده میشود.
انرژی صفر خالص هزینه‌ها Net zero Cost Energy
در هزینه‌های ساختمان صفر انرژی، مقدار پولی که صاحب ساختمان برای ابزار (تاسیسات) وخدمات انرژی پرداخت می‌کند برابر است با حداقلِ مقدار پولی که مالک به علت صرفه‌جو‌یی در مصرف انرژی در ساختمان ذخیره می‌کند.
انرژی صفر خالص انتشار Net zero Emission Energy
یک ساختمان انرژی صفر همان قدر که از منابع انرژی دارای انتشار و آلودگی استفاده می‌کند، همان قدر هم انرژی از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر بدون انتشار آلودگی تولید می‌کند.
اصول طراحی ساختمانهای صفر انرژی⇓
به طور کلی انرژی مصرفی یک ساختمان در طول حیاتش به دو بخش عمده تقسیم میشود. بخش اول انرژی مصرف شده جهت ساخت بنا که حدود ۲۰٪ از کل انرژی را به خود اختصاص داده و بخش دوم انرژی مصرف شده در هنگام استفاده از ساختمان است که تقریبا معادل ۸۰٪ کل انرژی یک ساختمان در طول حیاتش است.
بخش اول: انرژی مصرفی جهت ساخت بنا
با وجود آنکه در تعاریف ارائه شده از ساختمانهای صفر انرژی، مباحث مربوط به انرژی مصرف شده جهت ساخت بنا، مورد کم توجهی قرار گرفته است، موسسات تبیین و تدوین رتبه بندی انرژی ساختمان‌ها این عوامل را به دقت بررسی نموده و امتیاز ویژه‌ای را برای آن در نظر گرفته‌اند.
بخش دوم: انرژی مصرفی در استفاده از بنا
اصول طراحی ساختمانهای صفر انرژی جهت کاهش مصرف انرژی هنگام استفاده از بنا به پنج دسته عمده تقسیم میشود.
جلوگیری از اتلاف انرژی
در طراحی ساختمانهای صفر انرژی، جلوگیری از تلفات انرژی مهمترین عامل صرفه جو‌یی در مصرف انرژی است. تلفات انرژی کمتر به معنی نیاز به تولید گرما یا سرمای کمتر توسط دستگاه‌های تهویه مطبوع است. تلفات انرژی در ساختمان عموماً از جداره‌ها صورت می‌گیرد.
بنابراین تمامی جداره حرارتی یا به عبارت دیگر مرز فضاهای تهویه شده با فضاهای تهویه نشده باید در پلان و مقطع مشخص شده و به صورت کامل و پیوسته عایق باشد. نکته بسیار مهم در طراحی جداره حرارتی ساختمان‌ها حذف پله‌های حرارتی است.
پله‌های حرارتی محل اتصال اجزاء ساختمان (عموماً سازه) از داخل بخش‌های تهویه شونده به خارج از این محدوده هستند. این اتصال در صورت عدم ایزولاسیون و ایجاد شکست حرارتی صحیح، باعث اتلاف انرژی از طریق رسانش خواهد بود.
اولین ساختمان انرژی صفر ایران
اولین ساختمان انرژی صفر کشور تحت عنوان «ساختمان سبز» واقع در مشکین دشت کرج به بهره برداری رسیده است. پروژه مذکور از سال ۹۱ کلید خورده و ساختمان آن با زیربنای ۲ هزار متر در دو طبقه و کاربری آموزشی – پژوهشی طی ۲ سال تکمیل شد و معماری آن نیز تلفیقی از سنتی و مدرن است.
این مجموعه اولین ساختمان انرژی صفر کشور و سومین در خاورمیانه است که با استفاده از پنل‌های خورشیدی فعالیت می‌کند. البته ۸۰ نمونه دیگر از آن در جهان وجود دارد. پروژه مذکور که ظرفیت‌های فنی بسیاری دارد. با رویکرد استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر به نحوی عمل می‌کند که میزان مصرف و تولید انرژی‌ها در بازه زمانی یک ساله دارای تراز مثبت باشد. ویژگی منحصربه‌فرد چنین ساختمان‌هایی این است که خالص مصرف انرژی سالانه آن صفر باشد.
بر این اساس ساختمان انرژی صفر پژوهشگاه مواد و انرژی با هدف کاهش مصرف انرژی و جبران انرژی مصرف شده از طریق تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر و پاک طراحی شد. در این ساختمان با استفاده از معماری ساختمان و عواملی مانند بادگیر و گلخانه نیاز انرژی ساختمان تا حد ممکن کاهش یافته و بخشی از انرژی ساختمان با استفاده از انرژی خورشیدی تامین میشود.
توجه به عواملی مانند طراحی صفحات خورشیدی، جهت‌گیری ساختمان، جانمایی فضاها و عایق کاری در طراحی معماری ساختمان و همچنین به‌کارگیری استانداردهای نوین در طراحی ساختمان موجب شده مصرف انرژی در این ساختمان در مقایسه با یک ساختمان معمولی تا 90 درصد کاهش پیدا کند و به 87 کیلووات ساعت بر متر مربع برسد.
این مقدار مصرف انرژی در ساختمان نیز با استفاده از تجهیزات خورشیدی تامین میشود. بهره‌گیری از عناصری مانند بادگیر و گلخانه در ساختمان علاوه بر بازنمایی ایده‌های معماری سنتی در تلفیق این سبک با جنبه‌های مدرن ساختمان مورد توجه است.
استفاده از بادگیر در ساختمان موجب میشود در فصول میانی سال مصرف انرژی به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کند. سیستم‌های مدرن کنترل‌کننده نیز کنترل مصرف انرژی را امکان‌پذیر می‌سازد.
