بررسی تاثیر سیستم مدیریت ساختمان وعایق سازی در کاهش مصرف انرژی با استفاده از تحلیل انرژی ساختمان های مسکونی

چکیده
مصرف در حال افزایش انرژی در جهان، باعث نگرانی هایی در مورد تأمین انرژی در آینده میشود. علاوه بر این کاهش مصرف انرژی باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نظیر CO2 خواهد شد.
با توجه به اینکه ساختمانهای مسکونی سهم قابل توجهی در مصرف انرژی دارند؛ بنابراین کاهش مصرف انرژی در این ساختمانها به کمک سیستم مدیریت ساختمان و عایق سازی دیوارهای پیرامونی آنها میتواند تأثیر زیادی بر کاهش مصرف انرژی داشته باشد.
به منظور ارزیابی میزان تأثیر این عوامل بر کاهش مصرف انرژی ساختمانهای مسکونی استفاده از فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان ( BIM )به کمک نرم افزارهایی که تحت فرآیند BIM هستند، روشی است که در پژوهش حاضر اتخاذشده است.
با استفاده از فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان بعد از مدلسازی ویژگیهای موردنظر ساختمان، آنالیز حرارتی آن انجام شده است و با تغییر پارامترهای موردنظر تأثیر هر یک بر میزان مصرف انرژی بررسی شده است.
از مهم ترین اهداف این پژوهش بررسی تأثیر استفاده از عایقهای حرارتی و سیستم مدیریت ساختمان در کاهش مصرف انرژی، مقایسه ی انواع عایقهای حرارتی از نظر نوع و ضخامت، مقایسه ی عایق سازی و سیستم مدیریت ساختمان از نظر کاهش مصرف انرژی و یافتن بهینه ترین حالت ازنظر مصرف انرژی بین مدلهای مختلف ساختمان که دارای شرایط متفاوت هستند، میباشد. مقایسه در این مطالعه بین مدلهای مختلف ساختمان و مدل پایه ی نزدیک به واقعیت انجام شده است و درنهایت با انجام مطالعات بیان شده مدل دارای سیستم BMS با 61.34 درصد کاهش مصرف انرژی نسبت به مدل پایه، بیشترین تأثیر در کاهش مصرف انرژی را در پی داشته است.

-مقدمه
کاهش مصرف انرژی بدون اغراق بسیار حائز اهمیت است. در کنار این اهمیت باید اضافه کنیم که در بسیاری از کشورهای دنیا در مناطق مسکونی، حدود 40 %از تقاضای انرژی در ساختمانهای مسکونی مورد استفاده قرار میگیرد و 60 %از کل انرژی مصرفی صرف گرمایش فضاهای زندگی مصرف میشود
[1 .علاوه بر این بخش اعظمی از این انرژی به منظور استفاده از سیستم های تهویه مطبوع میشود[2.[
از طرفی بار انرژی مصرفی در ساختمانها با استفاده از مصالح عایق کننده دمایی تا حد قابل توجهی کاهش خواهد یافت؛ و از طرف دیگر بزرگترین مصرف کنندگان انرژی در یک ساختمان تجهیزاتی هستند که 40 تا 60 درصد کل هزینه ی انرژی را پوشش میدهند که با مدیریت مصرف انرژی این تجهیزات نیز میتوان به کاهش مصرف انرژی کمک بسیاری کرد.
در سالهای اخیر، کاربرد فنّاوریهای جدید در ساختمانها به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بازسازی فنی همیشه موجب مدیریت بهتر ساختمان شده است.
فنّاوریهای جدید موجب مدیریت موفق سیستمهای ساختمان میشوند [3.[
4 علاوه بر عایق سازی ساختمانها، سیستم مدیریت ساختمان ( BMS )نیز از جدیدترین فناوریهایی است که با به کنترل درآوردن تجهیزات و سیستمهای تهویه مطبوع و سایر سیستمهای مصرف کننده ی انرژی، مصرف کلیه ی انرژی ها مانند برق و انرژی حرارتی را مدیریت میکند.
سیستم هوشمند مدیریت ساختمان با به کارگیری آخرین تکنولوژی ها درصدد آن است که شرایطی ایده آل همراه با مصرف بهینه ی انرژی در ساختمانها پدید آورد.
این سیستمها ضمن کنترل بخشهای مختلف ساختمان و ایجاد شرایط محیطی مناسب با ارائه سرویسهای همزمان، سبب بهینه سازی مصرف انرژی، افزایش سطح کارایی و بهره وری سیستم ها و امکانات موجود در ساختمان میشود.
سیستم هوشمند مدیریت ساختمان، علاوه بر نقشی که در بهینه سازی مصرف انرژی دارد، آسایش و رفاه را نیز به ارمغان می آورد.
برای بررسی چگونگی تأثیر عوامل مختلف بر میزان مصرف انرژی در ساختمانها لازم است که اطلاعات ساختمان شامل تمامی ویژگیهای آن طی فرآیندی مدلسازی شود و سپس با تغییر عوامل مختلف انرژی مصرفی برآورد گردد، در این راستا میتوان از فرآیند 5 مدلسازی اطلاعات ساختمانBIM )) بهره جست که به روند مطالعات موردنظر کمک شایانی میکند.
1-1-بیان مسئله
در این مطالعه با استفاده از مدلسازی کامپیوتری، برآورد مصرف انرژی ساختمان مسکونی در شهر تهران انجام شده و سپس به بررسی تأثیر عایق سازی و استفاده از سیستم مدیریت ساختمان در کاهش مصرف انرژی سالیانه در مناطق مسکونی پرداخته شده و
مطالعه ای به صورت مقایسه ای بین این دو سیستم صورت پذیرفته است. همچنین تأثیر نوع و ضخامت عایقهای حرارتی مختلف و مرسوم در ایران بر کاهش مصرف انرژی سالیانه نیز مورد بررسی بوده است. برای مدلسازی عملکرد گرمایی ساختمان و برآورد مصرف انرژی از فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان استفاده شده است.

2 -مطالعات پیشین
ارزیابی های فنی و اقتصادی نشان میدهد که استفاده از عایق حرارتی بهینه ضمن صرفه جویی در ابعاد کوچک، در بعد ملی نیز میلیاردها ریال صرفه جویی در مصرف سوخت را موجب میشود.
در ایران علت عدم توجه به عایق کاری ساختمانها بیش از هر علت دیگر، بی توجهی به ارزش انرژی تلفشده، ضعف دانش فنی مربوط به کاربرد مصالح و عدم شناخت صحیح و کافی از عناصر و جزئیات ساختمانی و فناوری ساختمان است. اقدامات مرتبط با صرفه جویی در مصرف انرژی در مرحله اول به کاهش انتقال حرارت و سپس کاهش نفوذ هوا از پوشش ساختمان برمیگردد.
مدیریت مصرف انرژی علاوه بر منافع اقتصادی، باعث تأمین آسایش دمایی ساکنین و منجر به کاهش آلودگیهای زیست محیطی ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای نیز میگردد. در ساخت و ساز ساختمانها عوامل عمده ی انتشار گازهای گلخانه ای عبارتند از:
1 -مصالح ساختمانی و پسماندها
2 -سوخت مصرفی ماشین آلات ساختمانی
3 -برق مصرفی تجهیزات ساختمانی

از طرفی در مبحث صرفه جویی انرژی بیشتر نگاه ها به سوی سیستم مدیریت ساختمان)BMS معطوف میگردد زیرا در BMS مصرف کلیه ی انرژیها مانند برق و انرژی حرارتی تحت کنترل درمیآید ]5.]
بدیهی است اگر شرایطی ایجاد شود که در یک پروژه ی ساختمانی بتوان از هر دو فنّاوری عایق سازی و سیستم مدیریت ساختمان استفاده نمود، این امکان فراهم میشود که از مزایای هر دو به طور همزمان بهره جست.
1-2-مصالح عایق سازی گرمایی
، پانل فایبرگالس 7 Homoud-Al عملکرد و ویژگیهای 5 نوع از عایقهای ساختمانی مرسوم )پلی یورتان، فوم پلی ایزو سیانور-R و با ضخامت 5 سانتیمتری مقایسه کرد.
همچنین Value9 ) را بر پایه 8 سخت، پلی استایرن منبسط شده، روکش فایبرگالس و ملات عایق حرارتی در این تحقیق پیشنهادها و طرحهایی برای به کارگیری مصالح عایقبندی ارائه شده است و مقایسهای بین مقاومت گرمایی مصالح رایج عایقبندی با ضخامت ثابت انجام شده است [6.[
در حال حاضر و با مراجعه به خصوصیات اساسی مصالح عایقبندی هیچ عایقی وجود ندارد که بتواند به تنهایی تمامی نیازهای مهم در این زمینه را برآورده سازد .Jelle یکی از مفهومی و کاملترین مطالعات اخیر را انجام داده است و مقایسه کاملی میان تمامی مصالح عایق بندی در گذشته، حال و آینده و ویژگیهای آنها را در دسترس قرار داده است.
او معیارهای زیادی از قبیل: )هدایت گرمایی، امکان آسیب پذیری و سوراخ شدن، انطباق پذیری با مکان ساختمان و قابلیت بریدن، مقاومت مکانیکی، مقاومت در برابر آتش، انتشار بخار گاز در زمان سوختن، مقاومت نیرویی، دوام در طول عمر و شرایط آب و هوایی، مقاومت در برابر سیکل یخ زدن و آب شدن، مقاومت در برابر آب، هزینه و تأثیرات محیط زیستی( را بررسی کرده است) [7.[
2-2-ساختمانهای هوشمند
تعریف ساختارهای هوشمند از اواخر سال 1970 تا اواخر دهه ی 1980 باعث ایجاد بحثهایی شد. به منظور رسیدن به یک اجماع برای اصطلاحات اصلی در این زمینه، یک کارگاه آموزشی ویژه توسط اداره تحقیقات ارتش آمریکا در سال 1988 برگزار شد که در آن »سنسورها«، »عملگرها«، »مکانیزم کنترل« و »پاسخ به موقع« به عنوان چهار ویژگی مقدماتی از هر سیستم یا ساختار هوشمند شناخته شد[8 .[
در این کارگاه تعریف زیر از سیستمها یا ساختارهای هوشمند رسماً به تصویب رسید [9.[

Building Management System
7 Polyisocyanurate
8 Vermiculite
9 The R-value is a measure of thermal resistance used in the building and construction industry

“یک سیستم یا مواد که از سنسورها، عملگرها و مکانیزم کنترل ساخته شده است یا به طور ذاتی دارای آنها است که به موجب آن قادر به اندازه گیری یک محرک و پاسخ دادن به آن به شیوه و اندازه ی از پیش تعیین شده و در یکزمان کوتاه یا مناسب است و به محض حذف محرک قادر به بازگشت به وضعیت اصلی خود است.”
BMS ساختمان مدیریت سیستم-2-2-1
سیستم مدیریت هوشمند ساختمان به مجموع سخت افزارها و نرم افزارهایی اطلاق میشود که به منظور مانیتورینگ و کنترل یکپارچه قسمتهای مهم و حیاتی در ساختمان نصب میشوند.
وظیفه ی این مجموعه، پایش مداوم بخشهای مختلف ساختمان و اعمال فرمانها به آنها به نحوی است که عملکرد اجزاء مختلف ساختمان در تعامل با یکدیگر و در شرایط بهینه با هدف کاهش مصرف ناخواسته
و تخصیص منابع انرژی فقط برای فضاهای در حین بهره برداری باشد[10.[
این سیستم ” از کنترل کننده های مستقل یا ایستگاه های خارج از شهر استفاده میکند تا نیازهای ساختمان را بر مبنای تغییر عوامل خارجی نظیر زمان اشغال، روشنایی و دما به درستی از پیش تعیین کند”[11. [
Reginald در سال 2015 با استفاده از شبیه سازی انرژی ساختمان، سطح انتشار کربن دی اکسید و مصرف انرژی یک ساختمان اداری دانشگاهی دارای سیستم BMS را برآورد کرده و با مقادیر مجاز مقایسه کرده است. از اهداف وی، استفاده از اطلاعات جمع آوری شده از قرائت BMS و سپس ارزیابی جامع عملکرد انرژی ساختمان بوده است [12.[
Oti و همکارانش در سال 2016 با استفاده از پالگین های Revit میزان مصرف برق، هزینه ی انرژی و سطح انتشار کربن دی اکسید را برای بخشهای مختلف گرمایش، سرمایش، آب گرم و روشنایی به صورت جداگانه برآورد کردند و این تحلیل ها را در دو حالت وجود و عدم وجود سیستم BMS انجام دادند و مصرف هر بخش را در این دو حالت مقایسه کردند [13.[
3-2 –مدل سازی اطلاعات ساختمان )BIM) ، BIM را ” یک ارائه دیجیتال از مشخصه های فیزیکی و کاربردی ساختمان و یک 10 موسسه ملی علوم ساختمان ایالت متحده منبع دانش اشتراکی اطلاعات ساختمان که پایه قابلاطمینانی را برای تصمیم گیری در طول چرخه عمر ساختمان شکل میدهد” تعریف کرده است[14. [
پیشرفت های اخیر BIM امکان به کارگیری ابزارهای شبیه سازی عملکرد انرژی با قابلیت ارزیابی انرژی بهره برداری را فراهم آورده است. درنتیجه، ارزیابی انرژی نهفته اغلب در پایان فاز طراحی ساختمان امکانپذیر خواهد بود و این مسئله کمک شایانی به تغییرات احتمالی طراحی در جهت کاهش مصرف این نوع انرژی میکند. فقدان قابلیت بهکارگیری ابزارهای شبیهساز انرژی مانع ایجاد تعادل میان انرژی نهفته و بهره برداری در ساختمان میگردد، چراکه واردکردن دستی مقادیر و اطلاعات همواره با خطاهایی همراه بوده و باعث از دست رفتن منابع، زمان و ایجاد سوءتفاهم در اجرای پروژهها خواهد شد[15.[
Mahalingam & Kanagaraj چارچوبی را با عنوان )فرآیند یکپارچه طراحی ساختمانهای با بهرهوری باال در مصرف انرژی( مشخص کردند که در آن رهنمودهایی برای انتخاب روش طراحی این نوع ساختمانها در قسمت تجاری دهلی نو هندوستان در اختیار طراحان قرار داده شده است. عملکرد گرمایی مطالعه موردی آنها به وسیله ی Ecotect نسخه 6.5 مدلسازی شده و همچنین پیشنهاد کردند
که گیاهان محیطی و فضای باز و فضاهای ورزش و نوع سقف ساختمان و طراحی نور ساختمان و محدوده ها نیز در این نرم افزار مدلسازی شوند[16
در مطالعه ای که Ossen, & Ahmad, Ling انجام دادند، تمرکز بر سازه های بلندمرتبه بوده است. آنها سعی داشتند بهینه ترین شکل و جهت این نوع از ساختمانها در مناطق گرم و مرطوب را مشخص کنند، با استفاده از ورژن 2.5 جهت شمالی- جنوبی و شکل مربع
که دارای نسبت طول به عرض 1 است بهعنوان بهترین شکل و جهت که کمترین تابش را دریافت میکند گزارش شده است[17. [
مؤثرترین راه حل برای رسیدن به آسایش دمایی در منطقه ی Chongqing چین، توسطCheng, & Gao, Zhao تهویه طبیعی گزارش شده است. همچنین بهینه ترین سیاست در کاهش مصرف انرژی در ساختمانها و دستیابی به آسایش دمایی موردنظر اصلاح ظرفیت ذخیره سازی گرمایی ساختمان عنوان شده است، تمامی نتایج در این مطالعه با استفاده از نرم افزار Ecotect به دست آمده اند[18.[
ازآنجایی که برای برآورد دقیق تر و استفاده بهینه از شبیه سازی مصرف انرژی نیازمند اطلاعات دقیق مصرفی و واقعی ساختمانها هستیم انتقال داده از BMS به BIM بسیار ضروری و مفید است. در مطالعه ی دیگری که باهدف ایجاد ساختاری بر پایه ی اینترنت برای انتقال اطلاعات آنی از سیستم مدیریت ساختمان به مدل نرم افزاری انجام شده است. یک رابط نرم افزاری برای انتقال اطلاعات به مدل سه بعدی طراحی شده و به صورت آزمایشی برای یکپارچه سازی BIM و BMS مورد استفاده قرار گرفته است [19.[
3 -روش تحقیق
مدلسازی یک آپارتمان مسکونی با نقشه معماری مرسوم در کشور ایران در نرم افزار REVIT Autodesk انجام شد. مساحت کف هر طبقه از این آپارتمان 4 طبقه تقریباً 170 مترمربع و مساحت مسکونی کل این ساختمان تقریباً 680 مترمربع است

پس از ورود نقشه به نرم افزار Revit و تکمیل آن، مدل نهایی به نرم افزار تحلیل داده های حرارتی ساختمان Ecotect وارد میشود.
در این نرم افزار اطلاعات آب و هوایی شهر تهران به مدل تخصیص داده شده و مصالح موجود در ساختمان واقعی به مدل اختصاص داده میشوند.
پس از اختصاص مصالح و شرایط آب و هوایی باید شرایط زندگی ساکنین در ساختمان نیز به نرم افزار وارد شود که این شرایط شامل: تعداد نفرات، فرهنگ زندگی، دمای آسایش، نوع پوشش، نوع سیستمهای سرمایش و گرمایش و غیره است. بدین ترتیب مدل پایه که منطبق بر ساختمان موجود است، حاصل شده است.
در مراحل بعدی شبیه سازی نیز مدل پایه را با افزودن عایق حرارتی پلیمری به مدلهای ثانویه تبدیل کرده و باهم مقایسه مینماییم.

همچنین مدل شبیه سازی شده در نرم افزار Ecotect با ایجاد سناریو و تأثیر دادن سنسورها و ترموستاتها به مدل هوشمند با مصرف معادل ساختمان دارای سیستم BMS تبدیلشده و نتایج حاصل از تحلیل مصرف انرژی این مدل نیز با دقت مناسبی به مصارف ساختمان دارای سیستم مدیریت انرژی نزدیک خواهد بود.
مدل موجود در نرم افزار تحلیل انرژی Ecotect در 5 حالت زیر تبدیلشده و برآورد انرژی برای هر یک از این حاالت به دست خواهد آمد.
1 .ساختمان مدلسازی شده با مصالح و روش زندگی واقعی ساکنین
2 .ساختمان واقعی بعلاوه عایق پلی یورتان در دیوارهای خارجی
3 .ساختمان واقعی بعلاوه عایق پلی استایرن در دیوارهای خارجی
4 .ساختمان واقعی بعلاوه عایق پشم سنگ در دیوارهای خارجی
5 .ساختمان دارای سیستم مدیریت هوشمند ساختمان
Autodesk Revit مدلسازی نرم افزار- 3-1
نرم افزار Revit شامل مجموعهی کاملی از نرم افزارهایی است که برای اجرای فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM( مورداستفاده قرار میگیرند.
درنهایت با تکمیل مدلسازی با تمام جزییات ساختمان مدلسازی شده در نرم افزار Revit را در شکلهای 2 و ساختمان ساخته شده در واقعیت موجود در شهر تهران را در شکل 3 مشاهده می نمایید که این دو ساختمان ازنظر جزییات اجرایی به صورت کامل به یکدیگر منطبق هستند. البته ازآنجایی که برخی از جزییات معماری برای رسیدن به اهداف این مطالعه حائز اهمیت نمیباشند، از در نظر گرفتن آنها در این پژوهش صرف نظر شده است.

Autodesk Ecotect نرم افزار-3-2نرم افزار Ecotect Autodesk یکی از مهم ترین و کارآمدترین موتورهای شبیه سازی انرژی است، این نرم افزاربه صورت گسترده ای در دنیا با هدف مدلسازی عملکرد ساختمانها مورداستفاده قرار میگیرد.
پس از واردکردن موفقیت آمیز مدل از نرم افزار 2016 Revit برخی از تعاریف و اصلاحات از قبیل غیرفعال کردن مناطق غیر گرمایی باید در درون برنامه Ecotect صورت پذیرند.
کل ساختمان مدلسازی شده ورودی به نرم افزار Ecotect شامل 32 منطقه گرمایی است که تنها 20 منطقه از آنها مناطق اشغال شده و مسکونی هستند درنتیجه تنها این 20 منطقه را در تحلیلها موردبررسی قرار میدهیم.
در این مطالعه زمان استفاده از دستگاههای سرمایش و گرمایش 24 ساعت در روز در نظر گرفته شده است، اگرچه که این مدت استفاده از دستگاهها ازنظر اقتصادی و فنی و همچنین وجود تهویه طبیعی در مواقعی و در برخی فصول سال دور از واقعیت به نظر میرسد
اما به دلیل اهداف مقایسهای این مطالعه میان شرایط مختلف سیستمهای مدیریت انرژی ساختمان که در آنها دمای هوا نیز متفاوت است و همچنین مشاهده تأثیر عایق سازی ساختمان بر مصرف انرژی، در طول این مطالعه ساعت کار دستگاه 24 ساعت در نظر گرفته شده است.
البته باید به این موضوع اشاره کرد که دمای هوای موردنظر در این ساختمان در مدلسازی ساختمان واقعی با توجه به عادات، نحوه ی رفتار ساکنین و بررسیهای میدانی برابر 21 تا 26 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده و دمای هوا در مدل ساختمان دارای سیستمBMS با توجه به معیارهای آسایش دمایی ساکنین که در استاندارد ASHRAE55 برآورد شده است و پیشبینی میشود شرایط مطلوبی به لحاظ مصرف بهینهی انرژی و آسایش ساکنین فراهم نماید، بین 18 تا 26 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده است.
ساعات اشغال فضاهای مختلف در قالب سناریوی سیستم BMS با توجه به کاربری فضاهای موردنظر در این مطالعه مشخص شده است.
همچنین میتوان نوع سیستم تهویه را با توجه به اینکه فقط گرمایش، فقط سرمایش، تهویه طبیعی یا سیستم مختلط برای HVAC وجود دارد انتخاب نمود که با توجه به سیستم تهویه مطبوع ساختمان موردمطالعه سیستم مختلط به مدل اختصاص دادهشده است.
اما در قسمت دیگری که مربوط به محاسبات آسایش دمایی است، در این مطالعه بر اساس استاندارد ASHRAE55 ،راهنماهای موجود، پیشنهادات نرم افزار، شرایط زندگی ساکنین و بررسیهای میدانی با توجه به نوع کاربری و فرهنگ جامعه مصرفکننده ضرایب و مقادیر بدین ترتیب به مناطق گرمایی اختصاص یافته اند: ضریب پوشش افراد 6.0 متناسب با پیراهن و شلوار خانگی در نظر گرفته شد، شدت روشنایی با توجه به مقدار پیشنهادی استاندارد کمیته ملی روشنایی ایران برای منازل مسکونی و همچنین مقادیر پیشنهادی نرم افزار که بر اساس استانداردASHRAE55 برای شرایط مختلف ارائه شده است، برابر 200 لوکس در نظر گرفته شده، تعداد نفراتی که در ساختمان موردمطالعه زندگی میکنند و مناطق گرمایی را اشغال نمودند 3 نفر میباشد که به نرم افزار واردشده است.

با توجه به اینکه ساختمان ازنظر کیفیت ساخت در حد متوسط برآورد شده و به لحاظ نفوذ هوا و درزگیری در شرایط متوسط است، با استفاده از مقادیر پیشنهادی نرم افزار مقدار نظیر کیفیت ساخت و نفوذ هوای متوسط در نرم افزار واردشده است. همچنین در این بخش قابلیت اعمال سناریوی سیستم BMS وجود دارد که در بخشهای بعدی به آن پرداخته خواهد شد.
پس از تنظیم و اختصاص دادن ضرایب مرتبط به سیستمهای سرمایش و گرمایش و استانداردهای آسایش دمایی باید نوع مصالح و جنس المانهای مختلف ساختمان را مشخص کنیم. همانطور که مشخص است نوع مصالح اجزای ساختمان در مصرف انرژی تأثیر بسزایی دارد و در نرم افزار مدلسازی عملکرد حرارتی Ecotect بهدقت به تعریف و اختصاص مصالح میپردازیم؛ و نوع مصالح مختلف دیوارها، نوع دربها، مصالح لایه های مختلف سیستم سقف، نوع پنجره ها و سایر المانها به دقت مشخص شده است.

پس از اتمام مراحل مختلف ذکرشده مدل جهت شروع آنالیز گرمایی آماده شده است. با تحلیل گرمایی توابع و نمودارهای مقایسه ای شامل اطلاعات مربوط به مناطق دمایی، دمای داخل و خارج ساختمان، سهم نسبی مسیرهای مختلف حرارتی، بارهای گرمایش، سرمایش و تهویه برای نگهداشتن دمای ترموستاتها، تأثیر تابش خورشید بر دما و غیره محاسبهشده و در دسترس قرار میگیرند.
در نمودار 1 بارهای سرمایش و گرمایش ساختمان موردنظر در ماههای مختلف سال قابل مشاهده است.
-3 -مشخصات دیوارهای عایق سازی شده ساختمان با مصالح مرسوم در ایران
پرکاربردترین مصالح عایق سازی موجود در تمامی مناطق کشور ایران با بررسی عوامل مهم قیمت، هزینه حمل ونقل، اقبال عمومی و راحتی در اجرا عبارتند از:
• EPS )11 پلی استایرن منبسط شده )
• پشم سنگ معدنی
• پلی یورتان
• ملات عایق حرارتی

4-3 -مشخصات سناریو و ویژگیهای ساختمان دارای سیستم BMS دو سناریوی جداگانه برای اتاقها و سالن تهیه شده است. به عنوان مثال در شب هنگام که افراد معمولا در اتاق حضور دارند
سیستم های تهویه ی سالن باید خاموش یا در حالت نیمه باشند که در شرایط واقعی به این علت که امکان کنترل فضاها به صورت مجزا وجود ندارد یا به علت سهل انگاری ساکنین، انجام نمیشود، اما در سیستم مدیریت ساختمان با کنترل و مدیریت مصرف انرژی در فضاها به صورت جداگانه و طبق برنامه ی زمانی، امکان مدیریت سیستم های مصرف کننده ی انرژی وجود دارد. سناریوها در روزهای عادی هفته، تعطیلات آخر هفته و تعطیلات رسمی نظیر عید نوروز متفاوت میباشند و سناریوی سالن و اتاقها نیز متفاوت است، برای نمونه، سناریوی سالن در روزهای عادی در شکل 6 آورده شده است.

در مورد کنترل دما نیز در حالت واقعی دما معمولا در حدود 21 تا 26 درجه ی سانتیگراد در ایام مختلف سال در واحد مسکونی موردمطالعه متغیر است؛
اما بر اساس استاندارد ASHRAE55 آسایش دمایی ساختمانهای مسکونی در دمای 18 تا 26 درجه ی سانتیگراد فراهم میگردد و لازم است افراد از پوشش متفاوتی در فصول سرد و گرم استفاده نمایند. این محدوده ی دمایی همان نقاط تنظیم ) setpoints )سیستم BMS است.
4 -بحث و نتیجه گیری
1-4 -برآورد مصرف انرژی در مدلهای شبیه سازی شده
نتایج برآورد مصرف سالیانه انرژی مدلهای معرفی شده پس از انجام تحلیل انرژی در نرم افزار شبیه ساز مصرف انرژی در این بخش )تمامی اعداد به Kwh هستند(مدل پنجم بهترین عملکرد را در کاهش مصرف انرژی بهره برداری به خود اختصاص داده و پس ازآن به ترتیب مدلهای 4 ،3 ،2 رده های بعدی کاهش را به همراه داشته اند.
از روند کلی نمودارها در هر 5 حالت مشخص است که مصرف انرژی در فصول سرد زمستان زیاد بوده و از 22000 کیلووات ساعت در مدل پایه تا حدود 14000 کیلووات ساعت در مدل پنجم که دارای BMS میباشد، متغیر است. حداکثر مصرف در زمستان در ماه ژانویه به دست آمده است که طبق اطلاعات آب وهوای شهر تهران سردترین فصل سال است و بیشترین مصرف انرژی برای گرمایش در زمستان و بیشترین مصرف انرژی در کل سال را به خود اختصاص داده است.
با نزدیک شدن به فصل بهار در کلیه ی مدلها مصرف انرژی رو به کاهش است و در ماه مه یعنی اواسط اردیبهشت تا اواسط خرداد به کمترین میزان مصرف در فصل بهار میرسد. پس ازآن در فصل تابستان میزان مصرف انرژی مجدداً رو به افزایش است و در ماه جوالی بیشترین مصرف جهت سرمایش وجود دارد.
اما به طورکلی بار سرمایش در تمامی مدلها کمتر از بار گرمایش است و بدین معنی است که سیستم جهت گرمایش واحد مسکونی با متراژ 170 متر نیازمند انرژی بیشتر از انرژی موردنیاز جهت سرمایش است.
مجدداً در فصل پاییز میزان مصرف به علت متعادل شدن هوا کاهش یافته و در ماه اکتبر کمترین میزان مصرف در کل سال وجود دارد و هر چه به زمستان نزدیکتر میشویم میزان مصرف افزایش مییابد.
همچنین قابل ذکر است که مصرف انرژی در 3 حالت عایق سازی با پلی یورتان و پلی استایرن و پشم سنگ بسیار به هم نزدیک است. علت آن استفاده از ضخامت بهینه ی به دست آمده از پژوهشهای قبلی برای هر سه عایق بوده و مقایسه ی تأثیر این 3 عایق در مصرف انرژی با ضخامت ثابت در بخشهای بعدی انجام شده است.
2-4 -محاسبه مبنای مقایسه مصرف انرژی در ساختمانهای مختلف برای تسهیل مقایسه مصرف انرژی در ساختمانهای مختلف با سیستمهای سرمایش -گرمایش و عایقها و مدیریت انرژی متفاوت معمولا از واحد مشترکی استفاده میشود. واحد مشترک مصرف انرژی که بر اساس آن رده انرژی هر ساختمان در استانداردهای مختلف تعیین میشود است . این و بیانگر مقدار انرژی مصرفی هر مترمربع فضای مفید ساختمان شامل فضاهای حرارتی و غیرحرارتی در سال است . در این بخش انرژی مصرفی هر یک از مدلهای 5 گانه با واحد مشابه نشان داده شده است

3-4 -نتایج مقایسه ای عایقهای حرارتی و تأثیر ضخامت در عملکرد آنها همانطور که اشاره شد در تحقیقی مقادیر ضخامت بهینه عایقها بهدست آمده است.
با استفاده از نتایج تحقیق انجام شده، در حالتهای اصلی از ضخامت بهینه عایقها که با در نظر گرفتن انرژی چرخه عمر به دستآمده اند، استفاده شده است؛ اما در این بخش برای مقایسه موردی عایقهای دارای ضخامت یکسان، نتایج تحلیل اختصاص عایق 5 و 10 سانتیمتری نشان داده شده است.
عملکرد عایقهای مختلف در برابر سرما و گرما متفاوت است. بهعنوان مثال در ضخامت 5 سانتیمتر و در فصل سرما پشم سنگ بهترین عملکرد را داشته و این در حالی است که در فصل گرم سال عملکرد عایق پلی یورتان نسبت به سایر عایقها بهتر بوده است.
نسبت بازدهی عملکردی عایقهای شبیه سازیشده با افزایش ضخامت متغیر است. عایق پشم سنگ که در ضخامت 5 سانتیمتر و در فصل زمستان عملکردی بهتر از سایر عایقها دارد، با افزایش ضخامت به 10 سانتیمتر جای خود را به پلی یورتان داده و افزایش بازده عملکرد نسبی آن از پلی یورتان کمتر میشود.
با توجه به مقدار بیشتر مصرف انرژی در فصل سرما و نتایج بهدست آمده از مطالعات گذشته عایقی که در این فصل عملکرد نسبی مناسبتری را در ضخامت بهینه خود نشان داده و از قیمت مناسبتری برخوردار باشد قطعاً بهترین گزینه برای اجرا در ساختمان است.
با توجه به موارد بیان شده و در نظر گرفتن هزینه هر مترمربع عایقها با ضخامت بهینه، عایق پلی یورتان مناسبترین عایق به نظر میرسد.
4-4 -برآورد درصد کاهش مصرف انرژی مدلهای شبیه سازی شده
در این بخش درصد کاهش انرژی مصرفی هر یک از حاالت معرفی شده نسبت به مدل پایه نشان داده شده است. این درصد کاهش تنها در فاز انرژی بهره برداری است.
مدل شماره 5 که بیشترین تأثیر در کاهش مصرف انرژی را دارد تا نزدیک به 35 درصد انرژی مصرفی فاز ‌بهره برداری را کاهش میدهد. این موضوع با توجه به سهم 85 درصدی انرژی فاز بهره برداری از کل انرژی چرخه عمر ساختمان نشان میدهد که اگر سیستمهای مدیریت هوشمند ساختمان بیش ازپیش در دسترس باشد و آشنایی تصمیم گیران پروژه ها با این سیستمها بیشتر شود این فنّاوریها میتوانند کمک فوق العاده ای به کاهش انرژی چرخه عمر در بخش ساخت وساز داشته باشند.
5-4 -بررسی صحت نتایج به دست آمده
مطالعه حاضر بر مبنای مدلسازی در نرم افزار انجام شده است و این روش بر اساس مطالعات پیشین اگرچه دارای خطای نسبی است اما در نرم افزار اکوتکت این خطاها نسبت به سایر نرم افزارها کمتر بوده و نتایج قابل قبولی ارائه میدهد. همچنین از طرف دیگر ‌ازآنجاییکه در این مطالعه بررسی مقایسه ای میان مدلهای مختلف مدنظر بوده و تفاوت مصرف انرژی به دست آمده است به دلیل وجود مدل پایه یکسان خطاهای احتمالی در همه مدلها برابر بوده و درنتیجه بر روی اختلاف میزان مصرف انرژی ساختمان در حاالت مختلف تأثیر عمده ای نخواهد داشت.
نرم افزار اکوتکت در مطالعه ای برای شبیه سازی مصرف انرژی یک ساختمان در کشور قبرس مورد استفاده قرار گرفته است ، در این مطالعه برآورد اقتصادی عایق سازی ساختمانها و تأثیر استفاده از ضخامتهای مختلف مصالح دیوارچینی در مصرف انرژی بررسی شده است .
در این تحقیق با بررسی نرم افزارهای مختلف شبیه سازی انرژی و مقایسه موردی آنها با هم و مقایسه روشهای ریاضی با نمونه تجربی و مدلسازی نرم افزاری ، نرم افزار اکوتکت به عنوان یکی از کم خطاترین نرم افزارها و روش نرم افزاری بهترین روش شبیه سازی انرژی عنوان شده است [20. [
همچنین در مطالعه دیگری که توسط نویسندگان همین مقاله انجام شده است مصرف انرژی سالیانه و ماهانه مدل ایجادشده تحت فرآیند BIM با مصارف واقعی ساختمان که از قبوض مصرفی آن به دست آمده مقایسه شده و با خطای اندکی در اکثر فصول نتایج حاصل از تحلیل شبیه سازی مصرف انرژی به مصارف واقعی نزدیک بوده است.
5 -نتیجه گیری
در این مطالعه بر اساس تحقیقات و استعلامهای انجام شده و اهداف مشخص، 5 نوع مدل به نرم افزار Ecotect واردشده و نتایج شبیه سازی مصرف آنها باهم مقایسه و بررسی شد. پس از جمع آوری اطلاعات و تحلیل آنها به کمک نمودارهای ترسیم شده در بخش چهارم این مطالعه نتایجی به دست آمده است که به اختصار در زیر بیان میشود:
در شروع مطالعه یک تحقیق میدانی و جمعآوری اطلاعات دقیق از ساکنین ساختمان مدلسازی شده در چند بخش انجام شد که از مهم ترین آنها میتوان به جمعآوری اطلاعات ساعات حضور در فضاها، ساعات روشن بودن دستگاههای سرمایش و گرمایش، دمای آسایش ساکنین، برنامه حضور و عدم حضور در روزهای معمولی، آخر هفتهها و تعطیلات اشاره کرد.
1 .از نتایج شبیه سازی مدلها این نتیجه به دست آمد که مدل دارای BMS عملکرد بهتری نسبت به سایر مدلها دارد.
2 .مطابق نمودار 3 بیشترین مصرف ماهیانه انرژی مربوط ماههای سرد سال بوده و کمترین مصرف مربوط به فصل پاییز
است.
m2/Kwh 3 .در بخش دیگری مصرف انرژی با واحد year.
محاسبه شده و مشخص شد که مدلهای مختلف پایه تا مدل
پنجم )دارای BMS ،)انرژی مصرفی در بازه 173 تا 113 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال را به خود اختصاص
میدهند.
4 .با مقایسه عایقهای مختلف در ضخامت ثابت این نتیجه حاصل شد که عایق پلی یورتان بازده عملکرد بهتری نسبت به سایر عایقها داشته است.
5 .با محاسبه درصد بهینه سازی مصرف انرژی مشخص شد استفاده از سیستم مدیریت ساختمان در مدل پنجم بیشترین کاهش را به میزان 61.34 درصد برای ساختمان حاصل خواهد کرد.
در نهایت نیز باید به این موضوع اشاره کرد که به کارگیری سیستمهای کاهنده مصرف انرژی ساختمان محاسبهشده در این مطالعه علاوه بر منافع مادی منافع بسیار بزرگ غیرمادی به همراه دارد که ازجمله مهمترین آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• بالا بردن آسایش حرارتی فضای داخل ساختمانها
• بهبود عملکردهای فیزیکی و ذهنی ساکنین ساختمانها
• کم شدن امکان کاهش آب بدن ساکنین ساختمانها
• کاهش خطرات ابتلا به عنوان مختلفی از بیماریهای طولانی مدت وابسته به شرایط حرارتی محل سکونت
• افزایش بهره وری و کاهش خستگی
• کاهش آلایندگی و تولید گازهای گلخانه ای
• کاهش سر و صداهای ناخواسته و اضافی در داخل ساختمان
• باال بردن سطح کیفیت زندگی و …
مطالعه حاضر با محدودیتهایی نیز همراه بوده است که از آن جمله میتوان به ثابت بودن پلان معماری ساختمان مورد تحلیل، استفاده از یک نرم افزار خاص و عدم امکان اندازه گیری نتایج از نمونه واقعی و مقایسه با نتایج به دست آمده از نرم افزار اشاره کرد.
برای ادامه این مطالعه میتوان با مدلسازی در نرم افزارهای دیگر شبیه ساز انرژی و ساختمانها با کاربری متفاوت شبیه سازی را انجام داد و سرانجام با مقایسه نتایج بهدستآمده مدلی یکپارچه برای طراحی های آتی ارائه کرد.

ضمن تشکر از نویسندگان محترم مقاله بالا
دکتر فرهاد دانشجو
سمانه کاظمی پوران بدر
محسنعلی شایانفر
علی معصومی حقیقی

توضیح این نکته ضروری است که آخرین مدل عایق حرارتی که با دوام ترین عایق حرارتی نیز هست ملات عایق حرارتی پادنار میباشد

مراجع
[1] Chwieduk, D. (2003). Towards sustainable-energy buildings. Journal of Applied Energy, pp.211–217.
[2] Al-Homoud, M. S. (2004). The Effectiveness of Thermal Insulation in Different Types of Buildings in Hot Climates.
Journal of Thermal Envelope and Building Science,pp. 235-247.
[3] Hang, Y. (2010). Building Management System to support building renovation.Journal of The Boolean: Snapshots of
Doctoral Research at University College Cork
[4] L. Ding, Y. Zhou and B. Akinci. (2014). “Building Information Modeling (BIM) application framework: The process of
expanding from 3D to computable nD,” Automation in Construction, vol. 46, pp. 82-93.
[5] Masha, F. & Ahmadi, A. & Mahmoudi Rad, S. (2015). Intelligent Building Management System (BMS). The 3rd
National Conference on Climate Change, Building and Optimizing Energy Consumption with a Sustainable Development
Approach, Isfahan.
[6] Al-Homoud, M. (2005). Performance characteristics and practical applications of common building thermal insulation
materials. Journal of Build Environment,pp. 353-366
[7] Jelle, B. P. (2011). Traditional, state-of-the-art and future thermal building insulation materials and solutions –
Properties, requirements and possibilities. Journal of Energy and Buildings,pp. 2549–2563.
[8] Rogers, C. A. (1988), Workshop Summary, Proceedings of U.S. Army Research Office Workshop on Smart Materials,
Structures and Mathematical Issues, edited by C. A. Rogers, September 15-16, Virginia Polytechnic Institute & State
University, Technomic Publishing Co, Inc, pp. 1-12.
[9] Ahmad, I. (1988), Smart Structures and Materials, Proceedings of U.S. Army Research Office Workshop on Smart
Materials, Structures and Mathematical Issues, edited by C. A. Rogers, September 15-16, Virginia Polytechnic Institute &
State University, Technomic Publishing Co, Inc, pp. 13-16.
[10] Jan Bozorgi, A. & Ghanad, Z. (2010). Intelligent Building System, Kison Quarterly, No. 43, Winter 2010
[11]Gupta, R. & Chandiwala, S. (2007) How to Conserve Energy in Further Education Colleges, Building for the Future –
Sustainable Construction for Professionals, retrieved 25 February 2013 from: www.eauc.org.
uk/sorted/files/conserving_energy.pdf
[12] Reginald, A. I. (2015). Integrating BIM with BMS in Energy Performance Assessment: Case Study of a University
Building in UK. International Journal of 3-D Information Modeling, 4(1), 19-44, January-March 2015
[13] A. H. Oti, E. Kurul, F. Cheung and J. H. M. Tah. (2016) A framework for the utilization of Building Management
System data in building information models for building design and operation, Automation in Construction.
[14] NIBS, National Building Information Modeling Standard, United States: National Institute of Bu

جهت دریافت مشاوره رایگان محصولات و اخذ اطلاعات تخصصی با شماره های زیر تماس بگیرید :
09127606716
09305501606
09303613350

پادنار بر قله افتخار