تاثير طراحي اقليمي ساختمان بر کاهش انرژي نهفته و مقايسه با برق مصرفي (نمونه موردي شهر شيراز)
محورهای موضوعی : مهندسی قدرت و مدیریت انرژیآذر زینلی خراجی 1 * , مریم حق پناه 2
1 - استادیار گروه معماری ، واحد رودان، دانشگاه آزاد اسلامی ، رودان، ایران
2 - استادیار گروه معماری ، واحد شیراز ، دانشگاه آزاد اسلامی ، شیراز ، ایران
کلید واژه: انرژي نهفته, طراحي معماري, مصالح ساختماني, روش¬های معماری, برق مصرفي,
چکیده مقاله :
اين پژوهش به ارزيابي کاهش مصرف انرژي نهفته درساختمان (انرژي مصرف شده در زمان ساخت) و مقايسه آن با مصرف انرژي در دوره بهرهبرداي (برق مصرفي) پرداخته است. ابتدا با توجه به مطالعات ميداني و کتابخانهاي متغيرهاي مستقل تاثيرگذار تبيين ميشوند. سپس انرژي نهفته يک ساختمان در اقليم گرموخشک در شهر شيراز پس از مدلسازي در نرمافزار اکسل محاسبه ميگردد. نتايج در اين مقاله شامل دو بخش است: نتايج نظري که محصول بررسي متون است و نتايج تجربي که از محاسبات حاصل شده و تحليل گرديده است. دستاوردهاي اين پژوهش نشان ميدهد که انرژي نهفته هر مترمربع ساختمان نمونه در بخش معماري 8/1 مگاژول در هر مترمربع است و نتايج نشان ميدهد که اين متغيرها باعث تغيير انرژي نهفته بين 3/0 تا 75/3 مگاژول در هر مترمربع ميگردند. همانطور که مشخص است انرژي نهفته زمان ساخت يک ساختمان با متراژ 1080 مترمربع برابر با مصرف سه سال برق مصرفي يک ساختمان ميباشد. اين تحقيق همچنين نشان ميدهد که با راهکارهاي معماري ميتوان انرژي نهفته ساختمان را در صنعت ساختمان کاهش داد.
This research has evaluated the reduction of embodied energy consumption in the building (energy consumed during construction) and comparing it with energy consumption during the exploitation period (electricity consumption). First, according to field and library studies, influential independent variables are explained. Then the Embodied energy of a building in hot and dry climate in Shiraz city is calculated after modeling in Excel software. The results in this article include two parts: theoretical results that are the product of literature review and experimental results that are obtained from calculations and analyzed. The results of this research show that the Embodied energy of each square meter of the sample building in the architectural sector is 1.8 megajoules per square meter and the results show that these variables change the Embodied energy between 0.3 and 3.75 megajoules per square meter. As it is known, the embodied energy during the construction of a building with an area of 1080 square meters is equal to three years of electricity consumption of a building. This research also shows that architectural efficiency can reduce the Embodied energy of the building in the construction industry.
کریم پور ،علی رضا ،تاثیر مؤلفه های طراحی معماری بر میزان مصرف انرژی در ساختمان های مسکونی با استفاده از مدل های شبیه سازی (مورد مطالعه: شهر تهران ) ،1394،پایان نامه برای درجه دکترا ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی
2. منصوری, حیدری, & شاهین. (2021). رویکردهای انرژی مدار در معماری از دیدگاه انرژی نهفته. معماری اقلیم گرم و خشک, 13(9), 137-153.
مرادخانی, سالم, & محمد دانا. (2022). بررسی تأثیر جداره های خارجی ساختمان های مسکونی بر میزان انرژی نهفته و گاز دی اکسید کربن انتشار یافته (Co2eq)؛ مطالعه موردی سنندج. فصلنامه جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای), 12(46), 940-957.
مرادخانی, ا., نیک قدم, ن., & طاهباز, م. (2020). مصرف انرژی و انتشار کربن معادل در چرخه حیات جداره‌های خارجی متداول مسکن شهری، رهیافتی در توسعه پایدار انرژی (مطالعه موردی: مناطق شهر سنندج). مطالعات برنامه ریزی سکونتگاه های انسانی, 5(4), 1035.
عباس زاده, حق لسان, مسعود, ابراهیمی اصل, & حسن. (2022). شبیه سازی ساختمانهای مسکونی با مولفه های مختلف معماری در جهت بهینه سازی مصرف انرژی در شهر تهران (مطالعه موردی منطقه 1). فصلنامه جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای), 12(49), 430-448.
زینلی خراجی, آ., آذر, نیک قدم, مفیدی شمیرانی, & سید مجید. (2021). تبیین تاثیر طراحی ساختمان بر کاهش انرژی نهفته در موقعیت جغرافیایی و اقلیمی بندرعباس. فصلنامه علمی و پژوهشی نگرش های نو در جغرافیای انسانی, 13(3), 570-590.
3. Abdagiri, P. V. (2017). Relationship Between Embodied Energy and Cost of Building Materials: A Case Study (Doctoral dissertation).51
4. Ajayi, S. O., Oyedele, L. O., Ilori, O. M. (2019). Changing significance of embodied energy: A comparative study of material specifications and building energy sources. Journal of Building Engineering, 23, 324-333.
5. Aktas, C. B., & Bilec, M. M. (2012). Impact of lifetime on US residential building LCA results. The International Journal of Life Cycle Assessment, 17(3), 337-349.
6. Almeida, M., Barbosa, R., Malheiro, R. (2020). Effect of Embodied Energy on Cost-Effectiveness of a Prefabricated Modular Solution on Renovation Scenarios in Social Housing in Porto, Portugal. Sustainability, 12(4), 1631
7. Bardhan, S. (2011). Embodied energy analysis of multi-storied residential buildings in urban India. WIT Transactions on Ecology and the Environment, 143, 411-421
8. Chen, S., Tan, Y., & Liu, Z. (2019). Direct and embodied energy-water-carbon nexus at an inter-regional scale. Applied Energy, 251, 113401.
9. Crawford, R. et al. (2010). A comprehensive framework for assessing the life-cycle energy of building construction assemblies. Architectural science review, 53(3), 288-296
10. Crishna, N., Banfill, P. F. G., & Goodsir, S. (2011). Embodied energy and CO2 in UK dimension stone. Resources, Conservation and Recycling, 55(12), 1265-1273.
11. Dascalaki, E, et al. (2020 ). "On the share of embodied energy in the lifetime energy use of typical Hellenic residential buildings." IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Vol. 410. No. 1. IOP Publishing.
12. Ding, G., 2004. The development of a multi-criteria approach for the measurement of sustainable performance for built projects and facilities. PhD Thesis, University of Technology, Sydney.
13. Dixit, M. K., et al. (2014). Recurrent embodied energy and its relationship with service life and life cycle energy: a review paper. Facilities, 32(3-4), 160-181.
14. Hammond, Geoff, et al. (2008) Inventory of carbon energy: ICE. Vol. 5. Bath: Sustainable Energy Research Team, Department of Mechanical Engineering, University of Bath.
15. Haynes, R. (2010). Embodied energy calculations within life cycle analysis of residential buildings. Etet1812. Staging-Cloud. Netregistry, 1-16.
16. Hu, M. (2020). A Building Life-Cycle Embodied Performance Index—The Relationship between Embodied Energy, Embodied Carbon and Environmental Impact. Energies, 13(8), 1905.
17. Koezjakov, A., et al. (2018) "The relationship between operational energy demand and embodied energy in Dutch residential buildings." Energy and Buildings 165: 233-245.
18. Lolli, N., Fufa, S. M., & Wiik, M. R. K. (2017). A parametric tool for the assessment of operational energy use embodied energy and embodied material emissions in building.
19. Maassarani, S., et al. (2017). Developing a Calculation Tool for Embodied Energy in the Conceptual Design Phase. International Journal of Computer Applications, 975, 8887.
20. Malmqvist, Tove, et al. (2018)"Design and construction strategies for reducing embodied impacts from buildings–Case study analysis." Energy and Buildings 166: 35-47.
21. Nizam, R. S., et al. (2018). A BIM-based tool for assessing embodied energy for buildings. Energy and Buildings, 170, 1-14.
22. Noman, A., et al. (2019). Sustainable Design of Reinforced Concrete Flat- Plate Buildings Based on Cost, Embodied Energy, and Carbon Footprint.
23. Omrany, Hossein, et al. (2020) "Application of life cycle energy assessment in residential buildings: a critical review of recent trends." Sustainability 12.1: 351.
24. Praseeda, K. I., et al. (2016). Embodied and operational energy of urban residential buildings in India. Energy and buildings, 110, 211-219.
25. Ramesh, S. (2012). Appraisal of vernacular building materials and alternative technologies for roofing and terracing options of embodied energy in buildings. Energy Procedia, 14, 1843-1848.
26. Rasmussen, F. et al. (2018). Analyzing methodological choices in calculations of embodied energy and GHG emissions from buildings. Energy and buildings, 158, 1487-1498.
27. Rauf, A. (2015). The effect of building and material service life on building life cycle embodied energy (Doctoral dissertation). Faculty of Architecture, Building Planning، The University of Melbourne،189
28. Reddy, B. V., Kumar, P. P. (2010). Embodied energy in cement stabilized rammed earth walls. Energy and Buildings, 42(3), 380-385
29. Reztrie, N. D., Larasati, D. (2019, July). Factors Influence Embodied Energy and Embodied Carbon Value at Design Phase of Low Middle-Class Apartment in Indonesia. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 294, No. 1, p. 012095). IOP Publishing.
30. Salehian, S et al. (2020). Assessment on Embodied Energy of Non-Load Bearing Walls for Office Buildings. Buildings, 10(4), 79.
31. Shukla, A., Tiwari, G. N., & Sodha, M. S. (2009). Embodied energy analysis of adobe house. Renewable Energy, 34(3), 755-761.
32. Stephan, A. (2013). Towards a comprehensive energy assessment of residential buildings: a multi-scale life cycle energy analysis framework (Doctoral dissertation).
33. Taffese, W. Z., Abegaz, K. A. (2019). Embodied energy and CO2 emissions of widely used building materials: The Ethiopian context. Buildings, 9(6), 136.
34. Takano, A., Pal, S. K., Kuittinen, M., & Alanne, K. (2015). Life cycle energy balance of residential buildings: A case study on hypothetical building models in Finland. Energy and Buildings, 105, 154-164.
35. Tarabieh, K., Khorshed, M. (2019). Optimizing Evaluation Methods for the Embodied Energy and Carbon Management of Existing Buildings in Egypt. Buildings, 9(4), 90.
36. Treloar, G. J. (1998). Comprehensive embodied energy analysis framework (No. Ph. D.). Deakin University.Deakin University, Victoria; 311
37. UNEP. 2018 Global Status Report: Towards a Zero-Emission, E cient and Resilient Buildings and Construction Sector. 2018. Available online: https://www.globalabc.org/uploads/media/default/0001/
38. Whitworth, A. H., Tsavdaridis, K. D. (2020). Genetic Algorithm for Embodied Energy Optimisation of Single Grid Steel and Concrete Composite Structures. Procedia Manufacturing
39. Zhu, Han, et al. "The exploration of the life-cycle energy saving potential for using prefabrication in residential buildings in China." Energy and Buildings 166 (2018): 561-570.
Z. Li, F. Liu, W. Yang, S. Pengand J. Zhou, “A Survey of Convolutional Neural Networks: Analysis, Applications, and Prospects”, Jun. 2021, doi: 10.1109/TNNLS.2021.3084827.
The effect of climatic design of the building …/ Zinali and Haghpanah
The effect of climatic design of the building on the reduction of Embodied energy and comparison with the consumed electricity (A case-study of Shiraz city)
Azar Zinali-kharagy1*, Maryam Haghpanah2
1 Associate Professor, Department of Architecture, Roudan Branch, Islamic Azad University, Roudan, Iran
2 Associate Professor, Department of Architecture, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
Abstract: This research has evaluated the reduction of embodied energy consumption in the building (energy consumed during construction) and comparing it with energy consumption during the exploitation period (electricity consumption). First, according to field and library studies, influential independent variables are explained. Then the Embodied energy of a building in hot and dry climate in Shiraz city is calculated after modeling in Excel software. The results in this article include two parts: theoretical results that are the product of literature review and experimental results that are obtained from calculations and analyzed. The results of this research show that the Embodied energy of each square meter of the sample building in the architectural sector is 1.8 megajoules per square meter and the results show that these variables change the Embodied energy between 0.3 and 3.75 megajoules per square meter. As it is known, the embodied energy during the construction of a building with an area of 1080 square meters is equal to three years of electricity consumption of a building. This research also shows that architectural efficiency can reduce the Embodied energy of the building in the construction industry.
Keywords: Embodied Energy, architectural design, building materials, architectural solutions, consumed electricity
JCDSA, Vol. 2, No. 4, Winter 2025 | Online ISSN: 2981-1295 | Journal Homepage: https://sanad.iau.ir/en/Journal/jcdsa |
Received: 2024-09-14 | Accepted: 2024-12-31 | Published: 2025-03-20 |
CITATION | Zinali, A. , Haghpanah, M. , "reduction of Embodied energy and comparison with the consumed electricity (A case study of Shiraz city)", Journal of Circuits, Data and Systems Analysis (JCDSA), Vol. 2, No. 4, pp. 70-79, 2025. DOI: 10.82526/jcdsa.2025.1183872 | |
COPYRIGHTS
| ©2025 by the authors. Published by the Islamic Azad University Shiraz Branch. This article is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) | |
* Corresponding author
Extended Abstract
1-Introduction
Given the high energy consumption of buildings in Iran and the fact that no research has been conducted on reducing latent energy by utilizing architectural design in residential buildings in the hot and dry climate of Shiraz, the present study aims to fill this research gap. Background studies show that although a number of variables can reduce the energy during operation and electricity of a building, they significantly increase the latent energy of the building, so it is necessary to address this important effect. The ultimate goal of this study is to help construction workers, including architects, to present designs that, given the high volume of construction in the country, in addition to observing all the principles of architectural design, also reduce latent energy. Therefore, the hypothesis that strategies for reducing latent energy during operation increase latent energy is proposed and the question will be answered: What effect do practical strategies for reducing latent energy during operation have on latent energy?
2-Methodology
The type of research in this study is applied and the method of collecting field and library information is used. The data analysis method is quantitative and based on statistics and tables. The analysis in this study is of a quantitative explanatory type. In explanatory analysis, the cause and effect relationships between independent and dependent variables are discussed and examined, and the researcher confirms or rejects the cause and effect relationships between variables and Embodied energy by rejecting or confirming statistical hypotheses, and after analysis, solutions are explained. In this study, a review of the research literature has been used to select the method of calculating the Embodied energy of materials and implementation details and selecting variables. First, the Embodied energy of the building is calculated in Excel software. Then, the Embodied energy of the entire building is compared with the changes in the energy reduction variables during operation, and then the analysis is performed. According to the research literature, the components of energy consumption reduction during operation in climate design are considered as independent variables and Embodied energy as dependent variables.
3-Results and discussion
In this study, to prove the hypothesis, after reviewing the research literature, the design variables effective on reducing energy during operation in hot and dry climates were determined. In order to determine the effect of the variables on the total Embodied energy in the building under study, it was necessary to calculate the total Embodied energy of the building, and then in the table designed in Excel, the research variables could be changed each time and the Embodied energy results extracted. This was done by examining 8 variables. The total Embodied energy of the building under study, calculated in Shiraz with an area of 1080 square meters, was 1944 (Gigajoules), and the Embodied energy per square meter of the building was 1.8 Gigajoules. In examining the energy consumption variables during operation and Embodied energy, the following results were obtained. Thermal insulation, double-glazed glass, glazing, and pilot lights reduce energy consumption, but increase Embodied energy in the building. Reducing the surface area of external walls, reducing the surface area of openings, and building density reduce Embodied energy and reduce energy consumption. Variables such as building orientation and opening orientation reduce energy during operation but have no effect on the latent heat.
4-Conclusion
The results show that the research variables cause the Embodied energy to change between 0.3 and 3.75 megajoules per square meter. The researcher, in examining the electrical energy consumption of a building and the Embodied energy, has concluded that the Embodied energy during the construction of a building with an area of 1080 square meters is equal to the three-year electricity consumption of a building. Therefore, according to the research objectives, the following solutions are effective in the Shiraz climate.
1-Architects can calculate the effect of increasing spaces and areas according to the Embodied energy table of the building and avoid additional spaces and details in the plan and provide solutions in the design that reduce the energy during operation and Embodied energy.
2-The porch and central courtyard in this climate, although they reduce the energy during operation, significantly increase the Embodied energy of the building.
3-In the study of climate design, the use of windows with fewer surfaces and external walls with fewer surfaces and a dense plan reduces energy during operation and reduces the Embodied energy of the building.
4-The use of multi-pane glass and thermal insulation reduces energy during operation but increases the Embodied energy of the building, but this increase in Embodied energy is not significant.
تاثير طراحي اقليمي ساختمان بر کاهش انرژي نهفته و مقايسه با برق مصرفي (نمونه موردي شهر شيراز)
آذر زينلي خراجي 11، مريم حقپناه2
1- گروه معماري، واحد رودان، دانشگاه آزاد اسلامي، رودان، ايران ( zinaliazar@gmail. com)
2- گروه معماري، واحد شيراز، دانشگاه آزاد اسلامي، شيراز، ايران (mar. haghpanah@gmail. com)
چکيده: اين پژوهش به ارزيابي کاهش مصرف انرژي نهفته درساختمان (انرژي مصرف شده در زمان ساخت) و مقايسه آن با مصرف انرژي در دوره بهرهبرداي (برق مصرفي) پرداخته است. ابتدا با توجه به مطالعات ميداني و کتابخانهاي متغيرهاي مستقل تاثيرگذار تبيين ميشوند. سپس انرژي نهفته يک ساختمان در اقليم گرموخشک در شهر شيراز پس از مدلسازي در نرمافزار اکسل محاسبه ميگردد. نتايج در اين مقاله شامل دو بخش است: نتايج نظري که محصول بررسي متون است و نتايج تجربي که از محاسبات حاصل شده و تحليل گرديده است. دستاوردهاي اين پژوهش نشان ميدهد که انرژي نهفته هر مترمربع ساختمان نمونه در بخش معماري 8/1 مگاژول در هر مترمربع است و نتايج نشان ميدهد که اين متغيرها باعث تغيير انرژي نهفته بين 3/0 تا 75/3 مگاژول در هر مترمربع ميگردند. همانطور که مشخص است انرژي نهفته زمان ساخت يک ساختمان با متراژ 1080 مترمربع برابر با مصرف سه سال برق مصرفي يک ساختمان ميباشد. اين تحقيق همچنين نشان ميدهد که با راهکارهاي معماري ميتوان انرژي نهفته ساختمان را در صنعت ساختمان کاهش داد.
واژه هاي کليدي: انرژي نهفته، طراحي معماري، مصالح ساختماني، روشهای معماری، برق مصرفي
DOI: 10.82526/jcdsa.2025.1183872 |
| نوع مقاله: پژوهشی |
تاریخ چاپ مقاله: 30/12/1403 | تاریخ پذیرش مقاله: 11/10/1403 | تاریخ ارسال مقاله: 24/06/1403 |
[1] نویسنده مسئول
1- مقدمه
با توجه به مصرف بالاي انرژي ساختمان در ايران و با توجه به اينکه هيچ پژوهش جامعي در مورد کاهش انرژي نهفته با بهرهگيري از طراحي معماري در ساختمانهاي مسکوني در اقليم گرم و خشک شيراز صورت نگرفته است. پژوهش حاضر با هدف پرکردن اين خلاتحقيقاتي و دستيابي به نتايج عملي و فني و اقتصادي مطلوب صورت گرفته است. مطالعات پيشينه تحقيق نشان ميدهد که هر چند تعدادي از متغيرها ميتوانند انرژي زمان بهره برداري وبرق ساختمان را کاهش دهند اما به طور قابل توجهي باعث افزايش انرژي نهفته ساختمان ميگردند. پس ضرورت دارد که به اين تاثير مهم پرداخته شود. هدف نهايي اين پژوهش اين است که به دست اندرکاران ساخت و ساز از جمله معماران کمک کند که با توجه به حجم بالاي ساخت و ساز در کشور طرحهايي را ارائه دهند که علاوه بر رعايت همه اصول طراحي معماري، به کاهش انرژي نهفته نيز بپردازند. بنابراين اين فرضيه که راهبردهاي کاهش انرژي زمان بهره برداري انرژي نهفته را افزايش ميدهند مطرح ميگردد و با توجه به راهبرد علت و معلولي تحقيق به اين پرسش پاسخ داده خواهد شد که راهبردهاي کاربردي کاهش انرژي زمان بهرهبرداري چه تاثيري بر انرژي نهفته دارند؟ راهکارهاي ارائه شده در اين تحقيق در کل ساختمانها بر اساس محاسبه انرژي نهفته هر ساختمان قابل تعميم است و باعث کاهش مصرف انرژي نهفته به عنوان راهحل کاهش تاثيرات زيستمحيطي ميگردد.
ساختمانها با انواع مصالح ساختماني که به انرژي در سراسر مراحل توليد، استفاده و تخريب خود نياز دارند، ساخته شدهاند. انرژي نهفته مواد ساختماني مختلف وابسته به فرايند توليد آن است و محتواي انرژي نهفته تا حد زيادي در انواع مختلف ساخت متغير است (انرژي نهفته را به عنوان کل انرژي مورد نياز در ايجاد يک ساختمان، از جمله انرژي مستقيم مورد استفاده در روند ساخت، مونتاژ و انرژي غير مستقيم، که لازم است براي توليد مواد و قطعات ساختمان مصرف شود تعريف ميکنند [1]. انرژي نهفته عبارت است از انرژي مصرف شده در طول استخراج و فرآوري موادخام، حملونقل موادخام اصلي، توليد مصالح ساختماني و قطعات و استفاده از انرژي براي فرآيندهاي مختلف در طول ساخت و تخريب ساختمان. ساختمانها در طول مراحل پيش از ساخت، فرآيندهاي مختلف ساخت و مراحل پس از ساخت، مانند بازسازي و نوسازي و تخريبنهايي انرژي مصرف ميکنند. اين مراحل شامل استخراج موادخام، حملونقل، ساخت، مونتاژ، نصب و راهاندازي و همچنين جداسازي قطعات، ساختارزدايي و تخريب آنها است انرژي مصرف شده در مراحل چرخه حيات يک ساختمان در مجموع به عنوان انرژي نهفته تفسير شده است [2]. با توجه به تعاريف ارائه شده، انرژينهفته يک ساختمان را ميتوان به صورت زير بيان نمود:
انرژينهفته ساختمان = انرژينهفته مصالح + انرژينهفته حمل + انرژي مصرفي در سايت
3- مکان پژوهش
با توجه به اينکه ساختمانهاي اقليم گرم وخشک در گروهبندي ميزان مصرف انرژي، در گروه مصرف انرژي بالا قرار دارند و کاهش مصرف انرژي در اين شهرها از اولويتهاي کشور ميباشد، مکان پژوهش دراقليم گرموخشک و شهر شيراز انتخاب شده است. شهر شيراز در استان فارس واقع شده و از نظر تقسيمات کشوري و سياسي مرکز اين استان است. براي انجام اين تحقيق در ابتدا يک ساختمان با توجه به فراواني در شهر شيراز به عنوان نمونهموردي با جزئيات اجرايي مشخص انتخاب ميگردد. نقشه ساختمان شاهد در زميني به مساحت 300 مترمربع و به ابعاد 15 در20 متر قرار دارد. اين ساختمان داراي شش طبقه روي همکف و يک طبقه در همکف ميباشد که مساحت هرطبقه 180 مترمربع و مجموع کل مساحت ساختمان 1080 مترمربع ميباشد. اين ساختمان با ديوار بلوک سفالي و نماي سنگ و کف طبقات از سراميک ساخته شده است.
4- پيشينه تحقيق
بر طبق نظر بسياري از نويسندگان، بين انرژي زمان بهرهبرداري و انرژينهفته ساختمان ارتباط معناداري وجود دارد که به اين معني است که کاهش انرژي زمان بهرهبرداري منجر به افزايش انرژينهفته مي شود. به عنوان مثال، با کاهش بخشي از پوشش ساختمان و يا راهحلهاي فني، کاهش انرژي در بهرهبرداري ميتواند بطور قابلتوجهي کاهش يابد. با اين حال، انرژينهفته به دليل اقدامات صرفهجويي انرژي ممکن است افزايش يا کاهش يابد. در اين تحقيق پيشينه پژوهش داخلي و خارجي به دو دسته پايان نامهها و مقالات دستهبندي شدهاست. جستجوي ادبيات با رويکرد گلولهبرفي انجام شدهاست که در نتيجه صدها مقاله در مجلات علمي يا پاياننامهها انتخاب گرديده است. سپس کليه خلاصه مقالات اين ليست از ادبيات بررسي و در نتيجه مقالاتي مرتبط با هدف اين تحقيق انتخاب شده است . پس از بررسي پيشينه تحقيق 140 مقاله و رساله خارجي و20 مقاله وپاياننامه داخلي با توجه به اهداف وسولات وفرضيه تحقيق جمعآوري سپس همه آنها بررسي گرديدهاست. در نتيجه پژوهشهاي مرتبط با هدف اين تحقيق انتخاب شده است، که از اين تعداد 70 مورد انتخاب گرديدهاست که پس از غربالگري نهايي 55 موردکه با اهداف و فرضيه تحقيق همخواناتر بودند ودر بازهزماني ده سال قرار داشتند انتخاب شدند. در جدول (1) نتايج بررسي ادبيات تحقيق با توجه به نمونههاي موردي ونوع نمونه ونوع تحقيق و زمينه پژوهش وساير موارد دستهبندي شده-است. که هر چند اين محققين در متن ارجاع دادهنشدهاند اما در روشهاي محاسبات ومقدار انرژينهفته ومتغيرهاي تحقيق از اين پيشينههاي تحقيق استفاده شدهاند. همچنين در بررسي ادبيات تحقيق 14 محقق به رابطه انرژينهفته و انرژيزمانبهرهبرداري (مصرفي) پرداختهاند که در زير شرح دادهشده است .
در [1] نشان داد که يک ساختمان اداري دو طبقه با نسبت 2 در 52. 5 داراي انرژي عملياتي تقريبا 11. 4 ميليون مگاوات در طول 25 سال است. که با رعايت جهتگيري و بهينهسازي ساختمان انرژيعملياتي 9. 4 ميليون مگاژول براي 25 سال ميباشد . همچنين نتايج نشان داد که انرژي نهفته اين پروژه حدود 3 ميليون مگاژول و انرژي عملياتي حدود 11 ميليون مگاژول(در طول 25 سال) است. پاياننامه [2] ، با عنوان ارزيابي انرژينهفته سازهساختمان بيان ميکند که تلاشهاي شديدي براي کاهش انرژي عملياتي انجام ميگيرد. با اين حال ممکن است انرژي عملياتي کاهش يابد، اما انرژينهفته افزايش يابد. بنابراين در تحقيق خود انرژينهفته سازهساختمان را محاسبه ميکند و نتيجه ميگيرد که نوع مواد سازهاي در طراحي ساختمانهاي که حفظ محيط داخلي را از طريق استفاده موثر از انرژي دارند کاهش میدهد. همچنین استفاده از طراحي انرژي منفعل، (کاهش مصرف انرژي، از طريق مصالح با انرژي نهفته کمتر و کاهش مصرف انرژي با استفاده از مصالح بازيافتي و بازسازي) باعث کاهش انرژی ساختمانها ميباشد. در [3] به مقايسه انرژي عملياتي و انرژي نهفته پرداخته شده است. بیان میکند که، ممکن است انرژي عملياتي کاهش پيدا کند اما انرژي نهفته افزايش بيابد .
بررسی 73 مورد را در 13 کشور در [4] نشان داد که انرژي نهفته10-20 درصد از کل انرژي چرخه زندگي را در مقايسه با 80-90 درصد براي انرژي عملياتي نشان ميدهد. مقاله [5] انرژي عملياتي در مقابل انرژي نهفته را با استفاده از دستورالعمل ساختمان جديد انرژي در 97 آپارتمان نشان دادند. انرژي عملياتي در ساختمانهاي امروز به طور متوسط 187/2 مگاژول بر مترمربع بود و انرژي نهفته حدود 372/2 مگاژول بر مترمربع است، که حدود 25/3% براي عمر50 ساله را نشان ميدهد. کاهش عمده انرژي عملياتي به اين معني است که انرژي مورد نياز براي ساخت مصالح ساختماني، انرژي نهفته، در آينده نزديک به 400 درصد انرژي عملياتي خواهد رسيد. در بخش دوم کار، اقدامات صرفه جويي در انرژي مشترک، اندازه گيري انرژي نهفته و تاثير آنها در برآورد برخي از صرفهجوييهاي عملياتي انرژي ميباشد. نتايج نشان مي دهد که زمان بازيابي حدود 4 تا 9 سال بسته به اقدامات مورد بررسي است [6]. براي يک خانه کوچک حدود 65 مترمربع، ميانگين مصرف انرژي مي تواند در محدوده 120 تا 150 واحد (کيلووات ساعت) در هر ماه باشد. اين بدان معناست که در حدود 540 مگاژول در هر ماه در 180 واحد يا در کل 324 گيگا ژول در طول عمر50 ساله براي مساحت 65 مترمربع اختصاص مييابد. از اين رو، انرژي عملياتي مي تواند در دامنه 4. 98 گيگا ژول بر مترمربع باشد. انرژي نهفته ميتواند در شرايط اقليمي مطلوب بخش قابل توجهي از کل انرژي چرخه زندگي باشد [7].
براي يک خانه معمولي تک خانواده، درصد انرژي نهفته ميتواند تا 40٪ -50٪ از کل مصرف انرژي اوليه چرخه زندگي را تشکيل دهد [9]. اين مطالعه نشان ميدهد که عليرغم تأثيرات عظيم مرحله عملياتي برکربن چرخه عمر ساختمانهاي با سوخت فسيلي، اثرات نهفته بين 8/8 و 8/23 درصد متغير باشد. تعيين کننده اصلي تأثير متناسب انرژي نهفته، ماهيت مواد مورد استفاده در ساخت و سازهاي ساختمان است. ساختمانهاي که از مواد با جرم حرارتي بالا مانند بتن و آجر ساخته شدهاند، باعث کاهش انرژي عملياتي ميشوند، اما به نوبه خود، اثرات نهفته در کل چرخهعمر را افزايش ميدهد. از طرف ديگر ساختمان هاي با قاب چوب و فولاد. افزايش انرژي نهفته بيش از سود حاصل از انرژي عملياتي ميباشد، به ويژه هنگامي که ساختمانهاي چوب و قاب فولادي از مواد عايق کافي برخوردار هستند. بنابراين، اين نياز به کاهش انرژي نهفته به عنوان ابزاري براي کاهش تأثيرات زيست محيطي کل زندگي را نشان ميدهد [10].
در [11] پيشنهاد ميشود که در حالي که اندازهگيري انرژي عملياتي آسان است، تعيين انرژي نهفته پيچيده و وقتگير است. افزونبراين، هيچ روش عمومي قابل قبول براي محاسبه انرژينهفته بادقت و پايدار وجود ندارد، بنابراين تغييرات گستردهاي در ارقام اندازهگيري اجتنابناپذير است. ممکن است اقداماتي براي کاهش انرژي عملياتي ساختمانها منجر به افزايش انرژينهفته شود. به عنوان مثال از طريق انتخاب مسئولانه ساختن محصولات، ممکن است به طور قابل توجهي انرژي عملياتي و انرژي کلي را کاهش دهد. اين را ميتوان با مثال زير نشان داد.
براي بهبود عملکرد حرارتي ديوارهاي خارجي ضخامت لايه عايق مي تواند افزايش يابد. استفاده از عايقهاي بيشتر بدين معني است که انرژي نهفته بيشتري لازم است. عملکرد حرارتي بهبوديافته ديوار موجب کاهش انرژي عملياتي خواهد شد. بنابراين، در اين مثال، افزايش انرژي نهفته منجر به کاهش انرژي عملياتي ميشود. مقايسه انرژي کل دو ساختمان با مقادير مختلف انرژي نهفته که منجر به ارزشهاي عملياتي مختلفي مي شود: در طول عمر ساختمان، با انرژي نهفته بالاتر، اما انرژي عملياتي پايينتر ميتواند انرژي کمتري داشته باشد [12]. با توجه به مطالب بالا تاثير انرژي نهفته بر ساختمان بيشتر از انرژي عملياتي يا مصرفي ميباشد. در جدول (2) بين انرژي عملياتي و انرژي نهفته ساختمان مقايسه انجام شده است [13].
5- روش تحقيق
نوع پژوهش در اين تحقيق کاربردي است و روش گردآوري اطلاعات براي تمام مراحل تحقيق شامل گردآوري اطلاعات به صورت اسنادي، ميداني و کتابخانهاي است. روش تحليل دادهها کمي و مبتني بر آمار و جداول ميباشند. تجزيه و تحليل در اين پژوهش از نوع کمي تبييني است. در تجزيه و تحليل تبييني، روابط علت و معلول بين متغيرهاي مستقل و وابسته مورد بحث و بررسي قرار ميگيرد و پژوهشگر با رد يا تأييد فرضهاي آماري به تأييد يا رد روابط علت و معلول بين متغيرها و انرژي نهفته مي‌پردازد و پس از تحليل راهکارهايي تبيين مي شود.
در اين تحقيق براي انتخاب نحوه محاسبه انرژي نهفته مصالح و جزئيات اجرايي و انتخاب متغيرها از بررسي ادبيات پژوهش استفاده شده است. در ابتدا انرژي نهفته ساختمان در نرم افزار اکسل محاسبه ميگردد. سپس انرژي نهفته کل ساختمان با تغيير متغيرهاي کاهش انرژي زمان بهرهبرداري مقايسه ميگردد وسپس تحليل انجام ميگيرد. بر اساس ادبيات تحقيق مؤلفههاي کاهش مصرف انرژي زمان بهرهبرداري در طراحي اقليمي به عنوان متغير مستقل و انرژي نهفته به عنوان متغير وابسته و ساير عوامل مانند طراحي سازه و تاسيسات متغير کنترل ميباشند.
6- روش محاسبه انرژي نهفته در تحقيق
به منظور هماهنگي در محاسبات نياز به واحدي يکسان در انجام تمامي محاسبات است. در اين تحقيق واحد انرژي نهفته مگاژول برکيلوگرم است، که پس از ضرب در جرمحجمي مواد به واحد مگاژول برمترمکعب تبديل مي شود که براي بدست آوردن مقدار انرژي نهفته هر مترمربع ساختمان با واحد گيگاژول براي هر مترمربع ساختمان اندازهگيري ميشود . واحد اندازهگيري جرمحجمي کيلوگرم برمترمکعب است و مصالح ساختماني در اين تحقيق با واحدهاي مترمربع و کيلوگرم محاسبه شدهاند.
در اين تحقيق با توجه به مطالعات پيشينه تحقيق که بيشتر از نرمافزار اکسل در محاسبات استفاده کرده بودند محقق نيز در اين تحقيق براي محاسبات انرژي نهفته از اکسل استفاده کرده است . براي مدلسازي و محاسبه مصالح از نرمافزارهاي بيم شامل: ريويت و اتوکد استفاده شده است. سپس تحليلدادهها در اکسل انجام شده است. در ابتدا جدولي مانند جدول (3) در برنامه اکسل طراحي ميشود که انرژي نهفته جزئيات متفاوت را محاسبه نمايد. در جدول (3) اطلاعات موردنياز براي محاسبه انرژي نهفته جزئيات شامل وزن مخصوص که از مبحث ششم مقررات ملي ساختمان و انرژي نهفته مصالح از اطلاعات دانشگاه بت و ضخامت مصالح در جزئيات اجرايي از اطلاعات کتابخانهاي و ميداني بدست آمده است. در اين جدول وزن مخصوص مصالح در انرژي نهفته مصالح ساختماني با واحد مگاژول درکيلوگرم که در جدول (2) انرژي نهفته تعدادي از مصالح آورده شده است، ضرب ميگردد تا انرژي نهفته با واحد مگاژول در هر مترمکعب بدست آيد. سپس در ضخامت ومقدار مصالح که در جزئيات مشخص شده است ضرب ميگردد تا انرژي نهفته با واحد مگاژول بدست بيايد واز جمع همه مصالح آن جزئيات انرژي نهفته هر جزئيات محاسبه ميگردد و از جمع همه جزئيات انرژي نهفته کل هر جزئيات محاسبه ميگردد. بايد همه جزئيات را در متراژها ضرب کرد تا انرژي نهفته کل ساختمان محاسبه گردد. همچنين با توجه به تغيير متغيرهاي مستقل در جدول اکسل نهايي انرژي نهفته کل محاسبه ميگردد. در انتها پس از تحليل نتايج راهکارهايي براي معماران براي کاهش انرژي نهفته ساختمان مناسب با طراحي اقليمي ارائه ميگردد.
7- متغيرهاي کاهش مصرف انرژي ساختمان
در اين قسمت پس از بررسي ادبيات موضوع ،متغيرهاي مناسب براي کاهش انرژي زمان مصرفي( برق) ساختمان شامل: عايق حرارتي، پنجره با شيشه دوجداره، وجود رواق، کاهش سطح پنجره، کاهش مساحت ديوارهاي خارجي، وجود پيلوت در ساختمان، جهت پنجرهها و جهت ساختمان در اقليم گرم وخشک شيراز انتخاب گرديد. اثر هرکدام از متغيرها بر کاهش انرژي نهفته ساختمان بررسي وتحليل مي گردد.
7-1- متغير عايق حرارتي بر انرژي نهفته
ممکن است اقداماتي براي کاهش انرژي زمان بهره برداري ساختمان ها منجر به افزايش انرژي نهفته شود. به عنوان مثال از طريق انتخاب مسئولانه ساختن محصولات، ممکن است به طور قابل توجهي انرژي زمان بهرهبرداري و انرژي کلي را کاهش دهد. اين را ميتوان با مثال زير نشان داد. براي بهبود عملکرد حرارتي ديوارهاي خارجي ضخامت لايه عايق ميتواند افزايش يابد. استفاده از عايقهاي بيشتر بدين معني است که انرژي نهفته بيشتري لازم است. عملکرد حرارتي بهبوديافته ديوار موجب کاهش انرژي زمان بهرهبرداري خواهدشد. بنابراين، در اين مثال، افزايش انرژي نهفته منجر به کاهش انرژي زمان بهرهبرداري (برق) ميشود. مقايسه انرژي کل دو ساختمان با مقادير مختلف انرژي نهفته که منجر به ارزشهاي زمان بهره برداري مختلفي مي شود، در طول عمر ساختمان، ساختمان با انرژي نهفته بالاتر، اما انرژي زمان بهرهبرداري پايينتر ميتواند انرژي کمتري داشته باشد [8].
در اين تحقيق پس از محاسبات انرژي نهفته کل ساختمان شاهد در نرمافزار اکسل که 8/1 مگاژول در هر مترمربع بدست آمده است. اين بار انرژي نهفته همان ساختمان با اضافه کردن متغير عايق حرارتي محاسبه ميگردد، که نتايج جدول (4) نشان ميدهد. با استفاده از يک لايه عايق حرارتي انرژي مصرفي کمتر ميشود. ولي انرژي نهفته ساختمان 442 گيگا ژول افزايش مييابد وبراي هرمترمربع ساختمان 3گيگاژول انرژي نهفته افزايش ميآید که پيشنهاد ميگردد مصالح جايگزين با انرژي نهفته کمتر استفاده شود.
7-2- متغير شيشه دو جداره بر انرژي نهفته
در جدول محاسبات انرژي نهفته کل اين بار محاسبات انرژي نهفته کل با تغيير متغير شيشه دو جداره انجام شده است که نتايج جدول (5) نشان ميدهد با انتخاب شيشههاي دو جداره در ساختمان انرژي مصرفي کاهش مييابد اما انرژي نهفته 7 گيگا ژول در اين ساختمان تغيير ميکند که ميتوان از اين افزايش صرفهجويي کرد.
جدول (1): جمع بندي منابع در پيشينه تحقيق
نتايج بررسي در 55 تحقيق از سال 1999 تا 2021 | |||||
گرايش محققين | زمينه محقق | نوع تحقيق | |||
معماري | غير معماري | متغير | تعاريف انرژي نهفته | مقاله | تز |
30 | 25 | 50 | 5 | 42 | 13 |
54% | 46% | %90 | %10 | 77% | 23% |
نرم افزار محاسبات | انتخاب نمونه موردي | تعداد ساختمان | |||
اکسل | ساير نرم افزارها | مسکوني | غير مسکوني | يک خانه | بيشتر |
5 | 9 | 36 | 7 | 24 | 19 |
%36 | %64 | 83% | 17% | 56% | 44% |
جدول (2): جدول انرژي نهفته مصالح متداول ( ماخذ: نگارنده )
انرژي نهفته MJ/M3 | انرژي نهفته MJ/kg | وزن مخصوص kg/M3 | مصالح مصرفي | رديف |
2667 | 27/1 | 2100 | ملات ماسه سيمان | 1 |
86400 | 36 | 2400 | سنگ نما تراورتن | 2 |
12240 | 2/7 | 1700 | ديوار آجري | 3 |
5850 | 5/4 | 1300 | گچ پرداختي | 4 |
260 | 15/0 | 1300 | بلوک سفالي | 5 |
05/7 | 47/0 | 15 | عايق رطوبتي | 6 |
68 | 04/0 | 1700 | سراميک | 7 |
144 | 24/0 | 600 | بتن پوکه | 8 |
2400 | 1 | 2400 | بتن کف سازي | 9 |
2115 | 94/0 | 2500 | موزائيک | 10 |
4320 | 2/7 | 600 | آجر 5×10×21. 5 | 11 |
21240 | 2/29 | 7200 | سازه فلزي | 12 |
37500 | 15 | 2500 | شيشه | 13 |
515700 | 191 | 2700 | آلومينيم (کامپوزيت) | 14 |
جدول (3): محاسبه انرژي نهفته در هر جزئيات (ماخذ: نگارنده)
متراژ M2 | ضخامت(متر) | انرژي نهفته MJ/M3 | انرژي نهفته MJ/kg | وزن مخصوص kg/M3 | مصالح مصرفي | رديف |
A4 | A3 | A1*A2 | A2 | A1 | A | 1 |
B4 | B3 | B1*B2 | B2 | B1 | B | 2 |
C4 | C3 | C1*C2 | C2 | C1 | C | 3 |
جمع کل MJ | ||||||
جدول (4): مقايسه انرژي نهفته کل ساختمان با عايق حرار تي و بدون عايق حرارتي ( نگارنده)
رديف | تغييرات | انرژي نهفته کل ساختمان (گيگا ژول) | انرژي نهفته ساختمان براي هر مترمربع (گيگا ژول ) |
1 | ديوارها و کف هاي خارجي با يک لايه پلي استايرن مياني به ضخامت 6 سانتيمتر | 2930 | 1/2 |
2 | ساختمان بدون عايق حرارتي | 2488 | 8/1 |
3 | اختلاف | 442 | 3/0 |
جدول (5): انرژي نهفته با تغييرات در شيشه ها
رديف | تغييرات | انرژي نهفته کل ساختمان (گيگا ژول) | انرژي نهفته ساختمان براي هر مترمربع (گيگا ژول ) |
1 | بازشوها با شيشه دوجداره | 2995 | 8/1 |
2 | بازشوها بدون شيشه دوجداره | 2488 | 8/1 |
3 | اختلاف | 7 | 0 |
جدول (6): انرژي نهفته کل ساختمان شاهد با تغيير متغيرهاي مصالح نما ( نگارنده)
انرژي نهفته | نماي سيماني | نماي اجري | نماي سنگ گرانيت | نماي آلومينيوم |
انرژي نهفته گيگا ژول | 25/6 | 4927 | 2491 | 5/66 |
انرژي نهفته گيگا ژول بر مترمربع | 1. 85 | 3/64 | 1. 84
| 3/74 |
7-3- متغير رواق بر انرژي نهفته
در ابتدا انرژي نهفته هرمترمربع جزئيات رواق در نرمافزار اکسل محاسبات جزئيات ساختمان محاسبه گرديده است که نتايج نشان ميدهد هر مترمربع رواق در همکف 1030 مگاژول در هر مترمربع و انرژي نهفته رواق در طبقات 1491 مگاژول در هرمترمربع ميباشد. پس نتيجه ميگيريم که استفاده از رواق در طراحي معماري براي کاهش انرژي زمان بهرهبرداري، هر چند که باعث کاهش انرژي زمان بهره برداري ميگردد ولي انرژي نهفته را افزايش ميدهد.
7-4- متغير سطح بازشوها بر انرژي نهفته
انرژي نهفته هر مترمربع شيشه 453 گيگا ژول براي هر مترمربع ديوار است، که پس از بررسي متغير مساحت بازشوها در ديوارهاي خارجي هر مترمربع بازشو باعث افزايش 48 مگاژول بر مترمربع انرژي نهفته ساختمان ميگردد پس نتيجه ميگيريم که کاهش سطح بازشوها باعث کاهش انرژي نهفته وانرژي بهره برداري ميگردد.
7-5- متغير مساحت ديوارخارجي بر انرژي نهفته
مساحت ديوارهاي خارجي طبق محاسبات جدول 6 با توجه به جزئيات متفاوت تاثير زيادي بر انرژي نهفته دارد و ميتواند انرژي نهفته ساختمان را بين 85/1 تا 74/3 گيگاژول برمترمربع تغيير دهد. بنابراين متغير مساحت ديوارهاي خارجي همانطور که بر انرژي مصرفي زمان بهرهبرداري موثر است بيشترين تاثير را بر انرژي نهفته دارد.
7-6- متغير جهت بازشوها بر انرژي نهفته
جهت قرارگيري بازشوها هر چند که تاثير زيادي بر کاهش انرژي زمان بهرهبرداري ساختمان دارد، اما بر انرژي نهفته کل ساختمان موثر نیست.
7-7- متغير جهت ساختمان بر انرژي نهفته
در [1] نشان دادهشد که يک ساختمان اداري دو طبقه با نسبت 2 در 52/5 داراي انرژي زمان بهره برداري تقريبا 11/4ميليون مگاوات در طول 25 سال است. که با رعايت جهتگيري و بهينهسازي ساختمان انرژي زمان بهرهبرداري 9/4 ميليون مگاژول براي 25 سال است. همچنين نتايج او نشان داد که انرژي نهفته اين پروژه حدود 3 ميليون مگاژول و انرژي زمان بهرهبرداري حدود 11 ميليون مگاژول (در طول 25 سال) است. نتايج نشان ميدهد که جهت قرارگيري ساختمان هر چند که در انرژي زمان بهرهبرداري موثر ميباشد اما تاثيري بر انرژي نهفته ندارد.
7-8- متغير پيلوت بر انرژي نهفته
با توجه به محاسبات انرژي نهفته ساختمان انرژي نهفته کفها 40درصد انرژي نهفته کل ساختمان را شامل ميشود. دو عامل مساحت کفها و جزئيات و مقدار انرژي نهفته هر کدام از جزئيات کف ها عوامل موثر بر انرژي نهفته جزئيات است، که اين عوامل توسط معماران در زمان طراحي قابل کنترل ميباشند . پس اضافه کردن هر مترمربع درکف باعث افزايش انرژي نهفته ميگردد. هر چند که وجود پيلوت که به نوعي اضافه کردن کف است باعث کاهش انرژي زمان بهرهبرداري در اقليم گرم وخشک ميگردد .
8- مقايسه انرژي نهفته وانرژي برق مصرفي با تغيير متغيرها
محقق در ساختمان شاهد مصرف سالانه با توجه به قبوض برق را بدست آورده است، که در بررسي انرژي مصرفي ساختمان شاهد با توجه به فيشهاي برق ماهانه ساختمان در يک مطالعه ميداني ميزان انرژي مصرفي يک سال 16416 کيلو وات ساعت است. پس از تبديل واحد(هر وات ساعت 3600 ژول است) 56/0 مگاژول براي هر مترمربع در سال بدست آمده است. که با توجه به محاسبات انرژي نهفته ساختمان شاهد در شهر شيراز 8/1 مگاژول براي هر مترمربع بدست آمده است. همانطور که مشخص است انرژي نهفته زمان ساخت يک ساختمان با متراژ 1080 مترمربع برابر با مصرف سه سال برق مصرفي يک ساختمان ميباشد. در اين تحقيق با توجه به جدول (7) با تغيير در متغيرهاي که انرژي نهفته را تغيير ميدهند ما ميتوانيم انرژي مصرفي را بين 3 تا 33 سال تغيير دهيم. در جدول (8) مقايسه بين انرژي نهفته و انرژي عملياتي (انرژي مصرفي) ساختمان از ادبيات تحقيق آورده شده است و با نتايج محقق مقايسه گرديده است.
9- يافته هاي تحقيق
در اين تحقيق براي اثبات فرضيه در ابتدا پس از بررسي ادبيات پژوهش متغيرهاي طراحي موثر بر کاهش انرژي زمان بهرهبرداري در اقليم گرم و خشک مشخص گرديد. براي تاثير متغيرها بر انرژي نهفته کل در ساختمان مورد بررسي، نياز بود که انرژي نهفته کل ساختمان محاسبه گردد و سپس در جدول طراحي شده در اکسل بتوان هر بار متغيرهاي تحقيق را تغيير داد و نتايج انرژي نهفته را استخراج کرد. اين کار با بررسي 8 متغير انجام شد، که نتايج کلي در جدول (9) آورده شده است. انرژي نهفته کل ساختمان مورد مطالعه محاسبه شده در شهر شيراز به متراژ 1080 مترمربع مقدار 1944 (گيگا ژول) و انرژي نهفته هرمترمربع ساختمان 1/8 گيگاژول بدست آمده است. سپس نتايج انرژي نهفته کل با مقادير مباني نظري مقايسه و تحليل گرديده است. در بررسي متغيرهاي انرژي مصرفي زمان بهرهبرداري وانرژي نهفته نتايج در جدول 9 نشان داده شده است. عايق حرارتي، شيشه دوجداره، رواق و پيلوت باعث کاهش انرژي مصرفي ميگردند، اما باعث افزايش انرژي نهفته در ساختمان ميشود. کاهش سطح ديوارهاي خارجي وکاهش سطح بازشوها وتراکم ساختمان باعث کاهش انرژي نهفته وکاهش انرژي مصرفي ميگردند. متغيرهای جهت قرارگيري ساختمان وجهت بازشوها، باعث کاهش انرژي زمان بهرهبرداري ميگردند، اما تاثيري بر انرژی نهفته ندارند.
10- نتيجه گيري وپيشنهادات
در اين پژوهش با توجه به گردآوري دادههاي تحقيق و فرضيه، پرسش و اهداف تحقيق در ابتدا تاثير 8 متغير بررسي شد. نتايج نشان ميدهد که اين متغيرها باعث تغيير انرژي نهفته بين 3/0 تا 75/3 مگاژول در هر مترمربع ميگردند. بنابراين اين فرضيه که راهبردهاي کاهش انرژي زمان بهرهبرداري انرژي نهفته را افزايش ميدهند مورد تاييد نميباشد. ميتوانيم بگوييم که راهبردهاي کاهش مصرف انرژي زمان بهرهبرداري بر انرژي نهفته موثر ميباشند. و با توجه به راهبرد علت و معلولي تحقيق به اين پرسش پاسخ داده شده است که راهبردهاي کاربردي کاهش انرژي زمان بهرهبرداري چه تاثيري بر انرژي نهفته دارند؟
جدول (7): تاثير متغيرهاي طراحي و انرژي مصرفي ساختمان (نگارنده)
تغيير متغير ها | مقدار انرژي نهفته کل | انرژي نهفته مگاژول براي هر مترمربع | انرژي مصرفي مگاژول هر مترمربع در سال | مقايسه انرژي مصرفي و نهفته در سال |
تغيير در مصالح (نما و ديوار) | 25010 | 5/18 | 56/0 | 33 |
تغيير در نما (آلومينيوم) | 7/18715 | 8/13 | 56/0 | 25 |
تغيير در ديوار (آجري) | 14760 | 5/6 | 56/0 | 12 |
تغيير در جزئيات (نرده استيل ) | 6/2664 | 2 | 56/0 | 4 |
تغيير اندازها | 2535 | 9/1 | 56/0 | 3 |
ساختمان شاهد | 4/2491 | 9/1 | 56/0 | 3 |
جدول (8): انرژي عملياتي و انرژي نهفته [17]
انرژي نهفته براي هر خانه | انرژي عملياتي براي هر خانه | انرژي نهفته | انرژي عملياتي |
6/73 | 4/250 | 4/66 | 184 |
7/67 | 1/243 | 4/74 | 7/168 |
46 | 7/146 | 47 | 7/99 |
2/49 | 9/164 | 3/55 | 5/109 |
1/45 | 1/154 | 7/39 | 4/114 |
5/46 | 3/154 | 3/34 | 120 |
2/44 | 8/152 | 7/37 | 115 |
8/52 | 4/162 | 7/37 | 7/124 |
2/39 | 3/87 | 3/21 | 66 |
69 | 9/151 | 2/26 | 7/125 |
5/59 | 7/154 | 5/34 | 2/120 |
9/48 | 6/132 | 5/43 | 1/89 |
جدول (9): نتايج تاثير متغيرها
رديف | نوع متغير | تاثير بر انرژي نهفته | تاثير بر انرژي زمان بهره برداري |
1 | عايق حرارتي | افزايش | کاهش |
2 | شيشه دو جداره | افزايش | کاهش |
3 | طراحي رواق | افزايش | کاهش |
4 | پيلوت در ساختمان | افزايش | کاهش |
5 | مساحت ديوار هاي خارجي | کاهش | کاهش |
6 | سطح بازشوها | کاهش | کاهش |
7 | جهت باز شوها | بدون تاثير | کاهش |
8 | جهت ساختمان | بدون تاثير | کاهش |
همانطور که در جدول (9) مشخص است چهار متغير انرژي نهفته را افزايش ميدهند دو متغير انرژي نهفته را کاهش ميدهند ودو متغير تاثيري بر انرژي نهفته ندارند همچنين با توجه به سوال تحقيق نتايج نشان ميدهد که مساحت ديوار خارجي بيشترين تاثير را بر انرژي نهفته دارد محقق در ساختمان شاهد مصرف سالانه با توجه به قبوض برق را بدست آورده است. در بررسي انرژي مصرفي ساختمان شاهد با توجه به فيشهاي برق ماهانه ساختمان در يک مطالعه ميداني ميزان انرژي مصرفي يک سال 16416 کيلو وات ساعت که پس از تبديل واحد (هر وات ساعت 3600 ژول است) 56/0 مگاژول براي هر مترمربع در سال بدست آمده است. که با توجه به محاسبات انرژي نهفته ساختمان شاهد در شهر شيراز 8/1 مگاژول براي هر مترمربع بدست آمده است. همانطور که مشخص است انرژي نهفته زمان ساخت يک ساختمان با متراژ 1080 مترمربع برابر با مصرف سه سال برق مصرفي يک ساختمان مي باشد. بنابراين با توجه به اهداف تحقيق راهکارهاي زير موثر مي باشد.
1. با توجه به نتايج تحقيق انرژي نهفته هر مترمربع ساختمان 1. 8 مگاژول است پس معماران مي توانند تاثير افزايش فضا ها ومساحت ها را با توجه به جدول انرژي نهفته ساختمان محاسبه واز فضا ها و جزئيات اضافه در نقشه اجتناب کنند و راهکارهايي را در طراحي ارائه بدهند که باعث کاهش انرژي زمان بهرهبرداري و انرژي نهفته گردند.
2. در طراحي معماري اقليمي گرم و مرطوب شهر شيراز، استفاده از حياط مرکزي ورواق در جبهههاي ساختمان پيشنهاد ميشود، اما با توجه به محاسبات انرژي نهفته هر مترمربع ساختمان با مصالح متداول داراي 8/1 مگاژول انرژي نهفته است. با توجه به تحليل اقليمي شهر شيراز رواق وحياط مرکزي در اين اقليم هر چند انرژي زمان بهرهبرداري را کاهش ميدهند، اما باعث افزايش قابل توجه انرژي نهفته ساختمان ميگردند.
3. در بررسي طراحي ساختمان در اقليم گرم وخشک استفاده از پنجرهها با سطوح کمتر و ديوارهاي خارجي با سطوح کمتر و پلان متراکم باعث کاهش انرژي زمان بهرهبرداري و کاهش انرژي نهفته ساختمان ميگردند.
4. استفاده از شيشه چندجداره و عايقحرارتي باعث کاهش انرژي زمان بهرهبرداري در اقليم گرم وخشک شيراز ميگردند، اما باعث افزايش انرزي نهفته ساختمان ميگردند. اين افزايش انرژي نهفته قابل توجه نيست.
5. ارائه نقشه هاي فاز دوم معماري و انتخاب مصالح و انتخاب جزئيات با توجه به محاسبات انرژي نهفته ساختمان پس از راهحلهاي طراحي ميتواند دستورالعمل مناسبي براي کاهش انرژي باشد. همچنين آگاهکردن دستاندراران ساخت وساز از جمله معماران درخصوص اهميت انرژي نهفته در ساختمان و آگاهي ايشان در نحوه محاسبات و متغيرهاي با اهميت در انرژي نهفته کل ساختمان و ارائه راهکارهايي که سبب کاهش انرژي نهفته ساختمان و در نتيجه از تغيير اقليم و حفظ جلوگيري محيط زيست گردد.
مراجع
[1] A. M. Soe, “The Low Volatility Effect: A Comprehensive Look,” SSRN Electronic Journal, 2012, doi: https://doi.org/10.2139/ssrn.2128634.
[2] B. G. Amado, R. Arce, and A. Herraiz, “Psychological injury in victims of child sexual abuse: A meta-analytic review,” Psychosocial Intervention, vol. 24, no. 1, pp. 49–62, Jan. 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.psi.2015.03.002.
[3] C. B. Aktas and M. M. Bilec, “Impact of lifetime on US residential building LCA results,” International Journal of Life Cycle Assessment, vol. 17, no. 3, pp. 337–349, Mar. 2012, doi: https://doi.org/10.1007/S11367-011-0363-X
[4] C. Langston, F. K. W. Wong, E. C. M. Hui, and L.-Y. Shen, “Strategic assessment of building adaptive reuse opportunities in Hong Kong,” Building and Environment, vol. 43, no. 10, pp. 1709–1718, Oct. 2008, doi: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2007.10.017
[5] C. Thormark, “A low energy building in a life cycle—its embodied energy, energy need for operation and recycling potential,” Building and Environment, vol. 37, no. 4, pp. 429–435, Apr. 2002, doi: https://doi.org/10.1016/s0360-1323(01)00033-6.
[6] D. M. K. W. Dissanayake, C. Jayasinghe, and M. T. R. Jayasinghe, “A comparative embodied energy analysis of a house with recycled expanded polystyrene (EPS) based foam concrete wall panels,” Energy and Buildings, vol. 135, pp. 85–94, Jan. 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.11.044
[7] E. Dascalaki, P. Argiropoulou, C. A. Balaras, K. Droutsa, S. Kontoyiannidis, and D. Koubogiannis, “On the share of embodied energy in the lifetime energy use of typical Hellenic residential buildings,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 410, p. 012070, Jan. 2020, doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/410/1/012070.
[8] G. F. Menzies, “Historic Scotland Technical Paper 13: Embodied Energy Considerations for Historic Buildings,” Sep. 2011
[9] G. Syngros, C. A. Balaras, and D. G. Koubogiannis, “Embodied CO 2 Emissions in Building Construction Materials of Hellenic Dwellings,” Procedia Environmental Sciences, vol. 38, pp. 500–508, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.proenv.2017.03.113
[10] J. Giesekam and F. Pomponi, “Briefing: Embodied carbon dioxide assessment in buildings: guidance and gaps,” Proceedings of the Institution of Civil Engineers - Engineering Sustainability, vol. 171, no. 7, pp. 334–341, Oct. 2018, doi: https://doi.org/10.1680/jensu.17.00032.
[11] K. I. Praseeda, B. V. Venkatarama Reddy, and M. Mani, “Embodied and operational energy of urban residential buildings in India,” Energy and Buildings, vol. 110, pp. 211–219, Jan. 2016, doi: https://doi.org/10.1016/J.ENBUILD.2015.09.072.
[12] L. Aye, T. Ngo, R. H. Crawford, R. Gammampila, and P. Mendis, “Life cycle greenhouse gas emissions and energy analysis of prefabricated reusable building modules,” Energy and Buildings, vol. 47, pp. 159–168, Apr. 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.11.049.
[13] M. G. de Almeida, R. L. Barbosa, and R. L. M. Castro Malheiro, “Effect of Embodied Energy on Cost-Effectiveness of a Prefabricated Modular Solution on Renovation Scenarios in Social Housing in Porto, Portugal,” Sustainability, vol. 12, no. 4, p. 1631, Feb. 2020, doi: https://doi.org/10.3390/SU12041631
[14] M. Hu, “A Building Life-Cycle Embodied Performance Index—The Relationship between Embodied Energy, Embodied Carbon and Environmental Impact,” Energies, vol. 13, no. 8, p. 1905, Apr. 2020, doi: https://doi.org/10.3390/en13081905.
[15] M. K. Dixit, “Embodied Energy Calculation: Method and Guidelines for a Building and its Constituent Materials,” Oct. 2013.
[16] M. K. Dixit, C. H. Culp, S. Lavy, and J. Fernandez-Solis, “Recurrent embodied energy and its relationship with service life and life cycle energy,” Facilities, vol. 32, no. 3/4, pp. 160–181, Feb. 2014, doi: https://doi.org/10.1108/f-06-2012-0041
[17] Pullen, S. (2007). A tool for depicting the embodied energy of the Adelaide urban environment (Doctoral dissertation, AIBS) https://doi.org/10.2495/esus110351.
[18] R. Pacheco-Torres, S. Etxebarria-Berrizbeitia, and E. J. Gago, “Influence of urban density on energy retrofit of building stock: case study of Spain,” Architectural Engineering and Design Management, pp. 1–24, Jan. 2024, doi: https://doi.org/10.1080/17452007.2024.2307992.
[19] S. Bardhan, “Embodied energy analysis of multi-storied residential buildings in urban India,” Energy and Sustainability III, Apr. 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113401
[20] S. O. Ajayi, L. O. Oyedele, and O. M. Ilori, “Changing Significance of Embodied Energy: A comparative study of material specifications and building energy sources,” Journal of building engineering, vol. 23, pp. 324–333, Feb. 2019, doi: https://doi.org/10.1016/J.JOBE.2019.02.008.
[21] S. Ramesh, “Appraisal of Vernacular Building Materials and Alternative Technoligies for Roofing and Terracing Options of Embodied Energy in Buildings,” Energy Procedia, vol. 14, pp. 1843–1848, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1177
