تحلیل های اقتصادی و ارزیابی میزان مصرف انرژی بر اساس نوع و نسبت پنجره ها با استفاده از مدلهای شبیه سازی (مورد مطالعه: یک واحد مسکونی نمونه در شهر تهران)
الموضوعات :
علیرضا کریم پور
1
,
داراب دیبا
2
,
ایرج اعتصام
3
1 - داﻧﺸﺠﻮى دﮐﺘﺮى ﻣﻌﻤﺎرى، داﻧﺸﮑﺪه ﻫﻨﺮ و ﻣﻌﻤﺎرى، داﻧﺸﮕﺎه آزاد اﺳﻼﻣﻰ، واﺣﺪ ﺗﻬﺮان ﻣﺮﮐﺰى، ﺗﻬﺮان، اﯾﺮان
2 - اﺳﺘﺎد داﻧﺸﮑﺪه ﻫﻨﺮ و ﻣﻌﻤﺎرى، داﻧﺸﮕﺎه آزاد اﺳﻼﻣﻰ، واﺣﺪ ﺗﻬﺮان ﻣﺮﮐﺰى، ﺗﻬﺮان، اﯾﺮان.
3 - اﺳﺘﺎد داﻧﺸﮑﺪه ﻫﻨﺮ و ﻣﻌﻤﺎرى، داﻧﺸﮕﺎه آزاد اﺳﻼﻣﻰ، واﺣﺪ ﻋﻠﻮم و ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت، ﺗﻬﺮان، اﯾﺮان.
الکلمات المفتاحية: هزینه انرژی, دوره بازگشت سرمایه, شبیه سازی مصرف انرژی, نسبت پنجره به دیوار, نوع پنجره,
ملخص المقالة :
بسیاری ازساختمانهای امروزی بعلت عدم تطابق بااستانداردهای مصرف،ناگزیر ازمصرف بیش ازحدانرژی برای ایجادشرایط آسایش حرارتی بوده وموجب اتلاف منابع انرژی وافزایش هزینه ها میشوند.پنجره ها بعنوان یکی ازمهمترین اجزای پوشش حرارتی ساختمان،کارآمدی انرژی و آسایش محیطی را تحت تأثیرقرارداده ودرعین حال بزرگترین عناصر اتلاف حرارتی نیزمحسوب میگردند.دراین پژوهش نخست یک ساختمان مسکونی نمونه درشهر تهران چندین بار با ویژگیهای یکسان وتنها باتفاوت درنوع ونسبت پنجره شبیه سازی گردید و پنجره بهینه ازنظرمیزان کارآمدی انرژی مشخص شد.درگام بعد،هزینه های انرژی،دوره بازگشت سرمایه و نرخ بهره وری داخلی،یکبار درمدل ساختمانی نمونه و باردیگر درحالتیکه پنجره بهینه برروی آن ساختمان شبیه سازی شده بود،محاسبه گردید.نتایج نشان میدهد که تنها با استفاده از پنجره هایی با کارایی بالا و نسبت بهینه،مصرف انرژی تا 20/3 %کاهش می یابد.همچنین باتوجه به قیمت فعلی سوخت درایران ودوره زمانی 17/8ساله برای بازگشت سرمایه که ازتحلیلهای اقتصادی حاصل شد،هزینه های اولیه اضافی با اعمال سیاستهای پیشنهادی جبران خواهد شد.
_||_
تحلیلهای اقتصادی و ارزیابی میزان مصرف انرژی بر اساس نوع و نسبت پنجرهها با استفاده از مدلهای شبیهسازی
(مورد مطالعه: یک واحد مسکونی نمونه در شهر تهران)
علیرضا کریمپور1، داراب دیبا2، ایرج اعتصام3
1 دانشجوی دکتری معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران، ایران.
(نویسنده مسئول، E-mail: alireza.karimpour@yahoo.com)
2 استاد دانشكده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران مرکزی، تهران، ایران.
3 استاد دانشكده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.
«این مقاله برگرفته از رساله دکتری نگارنده اول تحت عنوان "بررسی تاثیر مولفههای طراحی معماری بر میزان مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی با استفاده از مدلهای شبیهسازی (مورد مطالعه: شهر تهران)" در رشته معماری به راهنمایی نگارنده دوم و مشاوره نگارنده سوم میباشد.»
چکیده
غالب ساختمانهاي امروزی بعلت عدم تطابق با استانداردهاي مصرف، ناگزیر از مصرف بيشازحد انرژي براي ايجاد شرايط آسايشحرارتي میباشند. پنجرهها در ساختمان، کارآمدی انرژی و آسایش محیطی را تحت تأثیر قرارداده و درعین حال بزرگترين عناصر اتلاف حرارتی نيز محسوبمیگردند. در این پژوهش بر پایه روشتحقیق «شبیهسازیومدلسازی» و «استدلالمنطقی»، نخست یک ساختمان مسکونی نمونه درشهر تهران چندینبار با ویژگیهای یکسان و تنها با تفاوت در نوع و نسبت پنجره شبیهسازیگردید و پنجره بهینه از نظر میزان کارآمدی انرژی مشخصشد. درگامبعد، هزینههای انرژی و دوره بازگشتسرمایه، یکبار در مدل ساختمانی نمونه و بار دیگر در حالتیکه پنجره بهینه بر روی آن ساختمان شبیهسازی شدهبود، محاسبهگردید. نتایج نشانمیدهد که تنها با استفاده از پنجرههایی با کارایی بالا و نسبت بهینه، مصرف انرژی تا 3/20% کاهشمییابد. همچنین با توجه به قیمت فعلی سوخت در ایران و دوره زمانی8/17ساله برای بازگشتسرمایه که از تحلیلهای اقتصادی حاصلشد، هزینههای اولیه اضافی با اعمال سیاستهای پیشنهادی جبرانخواهدشد.
واژه‌های کلیدی
شبیهسازی مصرف انرژی، نوع پنجره، نسبت پنجره به دیوار، هزینه انرژی، دوره بازگشت سرمایه
مقدمه
محدودیت منابع فسیلی و مصرف بالای انرژی در دهههای اخیر توجهات بسیاری را به خود جلب نموده است. مصرف انرژی در ایران بطور قابل ملاحظهای بالاتر از استانداردهای جهانی است و مهمترین دلیل آن وضعیت نامطلوب ساختمانها از حیث مصرف انرژی میباشد (ابراهیم پور و محمدکاری،1390، 78). از آنجا که بالاترین سهم مصرف انرژی در بین بخشهای مصرف کننده مربوط به حوزه ساختمان و مسکن با حدود 40% از کل انرژی میباشد، بهینهسازی مصرف انرژی در این بخش منطقی و ضروری به نظر میرسد (خانمحمدي و همکاران، 1392). در سالهای اخیر، واحدهای مسکونی رشد چشمگیری را ـ به خصوص در شهر تهران به عنوان پرجمعیتترین شهر ایران و طبیعتاً جایی که بیشترین حوزه مصرف انرژی در بخش مسکونی را داراست ـ داشته است1 (شیرازیان و همکاران، 1393) که در کنار حذف یارانههای انرژی و افزایش قیمت حاملهای انرژی، بر اهمیت صرفهجویی انرژی در ساختمانها افزوده است (نصراللهی، 1390).
یکی از مؤلفههای طراحی معماری که میزان مصرف انرژی و شرایط آسایش محیطی را تحت تأثیر قرار میدهد، پوشش حرارتی ساختمان میباشد و پنجره به عنوان یکی اجزای اصلی پوشش حرارتی، نقش حساسي در صرفهجويي انرژي ایفا مینماید (دقیق و مشتاق، 1382، 955)؛ چرا كه حدود 30% از كل اتلاف حرارتي ساختمان از پنجرهها صورت ميگيرد (شركت بهينهسازي مصرف سوخت، 1394). بنابراین ارزیابی نوع و نسبت بهینه پنجره در مرحله طراحی معماری، نقش مهمی در انرژی کارآمدی و بهبود کیفیت محیط داخلی ایفاء میکند (حبیب و همکاران، 1393). لذا هدف اصلی این پژوهش ارائه ابزار و رهنمودهایی برای طراحان در راستای گزینش نوع و نسبت بهینه پنجره برای ساختمان در فاز طراحی و مطالعه تأثیر آن بر هزینههای انرژی و ساخت و همینطور دیگر جنبههای اقتصادی متاثر از آن میباشد. این مطالعه با بهرهگیری از نرمافزارهای شبیهسازی، در آغاز تأثیر نوع و نسبت پنجره به دیوار2 را بر میزان مصرف انرژی ساختمان مورد بررسی و تحلیل قرار داده و در نهايت ميزان صرفهجويي و بازگشت سرمايه3 ناشي از اجراي راهكارهای بخش اول پژوهش را از منظر اقتصادی محاسبه و تحليل مینماید.
روش تحقیق
در این مقاله یک ساختمان مسکونی نمونه از میان نمونههای رایج شهر تهران انتخاب شده و سپس اقدامات بهینهسازی میزان مصرف انرژی با استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی، روی آن انجام شدهاست. ویژگی بهینهسازی در این پژوهش شامل صرفهجویی در مصرف انرژی کل ساختمان میباشد که براي دو مشخصه اصلی پوشش حرارتی ساختمان یعنی نوع و نسبت بهینه پنجره، با استفاده از شبیهسازي عددي محاسبه شدهاند. روش تحقیق براساس هدف پژوهش از نوع «کاربردی» و از نظر رویکرد اتخاذ شده و ماهیت از نوع «شبیهسازی و مدلسازی» و «استدلال منطقی» است. در ابتدای پژوهش، مطالعاتی بر مبنای تحقیقات موجود، صورت گرفته و چهار نوع از پنجرههای شناخته شده و موجود در کشور که یکی از آنها تک جداره و سه تای دیگر سهجداره می باشند، به همراه ویژگیهای نوری و حرارتی آنها معرفی شدهاند. در گام اول پژوهش این چهار نوع پنجره در چهار جهتگیری اصلی و با تغییر نسبت پنجره به دیوار از 5 تا 55% بر روی ساختمان مسکونی نمونه شبیهسازی گردیدند و پس از محاسبه میزان مصرف انرژی آنها، نسبت بهینه پنجره برای هر یک از انواع پنجره مشخص گردید. در گام بعدی پنجره با نسبت بهینه در سه جهتگیری بر روی مدل ساختمانی قرار گرفت و این بار تنها نسبت پنجره در یک جهتگیری از 5 تا 55% تغییر یافت. تا میزان مصرف انرژی و به تبع آن درصد صرفهجویی در انرژی برای هر جهت به طور مجزا به دست آید. سپس به منظور حصول اطمینان از وجود صرفه اقتصادی در کنار صرفهجویی انرژی پنجره بهینه، در بخش تحلیل اقتصادی پژوهش، ساختمان جدیدی مشابه ساختمان قبلی و فقط با یک عامل متفاوت که همان نوع و نسبت بهینه پنجره است، طراحی شد. سپس دو ساختمان از نظر هزینه انرژی، دوره بازگشت سرمایه و نرخ بهرهوری داخلی با هم مقایسه شدند و در نهایت تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از مقایسه تطبیقی آنها با دادههای اولیه پژوهش و روشهای آماری استدلال منطقی صورت گرفت.
پیشینه تحقیق
در حال حاضر مطالعات زیادی در مورد تأثیر نوع و نسبت بهینه پنجره به دیوار و ویژگیهای حرارتی ناشی از آن در ساختمان انجام شده است. ييلديز و همکارانش به كمك نرمافزار EnergyPlus، تأثير نسبت پنجره به ديوار و نوع شيشه و جهتگيري را بر مصرف انرژي يك مدرسه در اقليم گرم و مرطوب بررسي نمودند (Yildiz et al., 2011). الدوساري و همکارانش الگوهاي مصرف انرژي را در سه ساختمان ويلايي و سه آپارتمان مسکونی مورد بررسي قرار دادند. شبيهسازي انرژي سالانه اين ساختمانها به كمك نرمافزار IES-VE و تحليل ميزان صرفهجويي انرژي پنجرههاي كارآمد، آفتابگيرها و منابع انرژي تجديدپذير خانگي صورت گرفت. بر طبق نتايج شبيهسازيها كاهش مصرف انرژي بين ٢١٪ تا ٣٧٪ با بهرهگيري از پنجرههای دوجداره، آفتابگير خارجي و نصب سيستم توليد برق فتوولتائيك در محل حاصل خواهد شد (Aldossary et al., 2014). غيايي و همکارانش با توجه به تقاضاي انرژي بالاي ساختمانهاي اداري بلندمرتبه در ايران، همچنين شناخت پوسته حرارتی ساختمان به عنوان يكي از اجزاي مؤثر در صرفهجويي انرژي، نسبت پنجره به ديوار و جهتگيري يك نوع پنجره ثابت را در اين ساختمانها با نرمافزار eQUEST تحليل نمودند. نتايج حاكي از آن است که ٢٠٪ كاهش در نسبت پنجره ميتواند مصرف انرژي سالانه ساختمان مبنا را تا ١٧٪ كاهش دهد (Ghiai et al., 2014). یانگ و همکارانش با بهرهگيري از نرمافزار شبيهسازي DEST تقاضاي انرژي گرمايش و سرمايش سالانه يك ساختمان اداري را در سه شهر نمونه از اقليم گرم و خشك در شرايط مختلف نسبت پنجره، نوع پنجره و نوع سيستم تهويه مطبوع محاسبه نمودند. در نتيجهگيري اين مطالعه آمده است كه با افزايش نسبت پنجره به ديوار در پنجرههاي كم گسیل، مصرف انرژي كل خصوصاً در جهات شرق و غرب افزايش مييابد (Yang et al., 2015). تأثير قيمت حاملهاي انرژي بر اقدامات صرفهجویانه انرژی در ساختمانها نیز در پژوهشهاي اقتصادي دهههاي اخير بطور قابل ملاحظهاي رو به افزايش است. سلطانی و یوسفیکیا تاثیر استفاده از پنجرههاي با كارآيي بالاي حرارتي، بر كاهش سرمايهگذاري اوليه تاسيسات حرارتي ساختمان را مورد مطالعه قرار دادهاند. نتایج نشان میدهد به کمک این پنجرهها، از هزينه اجرایی تاسيسات حرارتي ساختمان تا 47% کاسته ميشود (سلطانی و یوسفیکیا ،1384، 6). هملین و زمورنو، پس از مطالعه نسبتهاي مختلف پنجره در يك ساختمان مسكوني يك طبقه با استفاده از نرمافزار TRNSYS، به بررسي و تحليل تأثير پنجرههاي كارآمد در كاهش مصرف و هزينههاي انرژي ساختمان پرداختهاند (Hamelin & Zmeureanu, 2014, 96). بطوركلي سابقه تحقيق نشان ميدهد كه فقط بخش كمي از مطالعات به بررسي توأمان نوع و نسبت پنجره بهينه در ساختمان و تحلیلهای اقتصادی مترتب بر آن پرداختهاند، كه بيشتر آن هم بر ساختمانهاي عمومي و اداري متمركز شدهاند.
مشخصات مدل ساختمانی نمونه
ساختمان نمونه با توجه به گستردگی شهر تهران یک آپارتمان 6 طبقه جنوبی است که از میان ساختمانهای مسکونی متعارف در این شهر به منظور شبیهسازی و تحلیل تأثیر نوع و نسبت پنجره بر میزان مصرف انرژی، انتخاب گردیده است. مساحت زمین 312 مترمربع و مساحت هر طبقه 189 مترمربع میباشد.4 همچنین تمامی اجزای پوشش حرارتی ساختمان شامل دیوارهای خارجی، بام و قاب پنجرهها، دارای عایق حرارتی است (شکل 1). با توجه به اینکه محدوده آسایش حرارتی شهر تهران در بازه°c 4/20 تا°c 8/26 میباشد (Nasrollahi et al., 2013) ، فرض بر آن است که با عبور دمای محیط از این حدود، تجهیزات مکانیکی گرمایشی و سرمایشی ساختمان استفاده خواهند شد. همچنین ظرفیت حرارتی و انرژی گرمایشی ناشی از تجهیزات ساختمان هم در محاسبات در نظر گرفته شده است. مشخصات ساختمان نمونه در جدول (1) آمده است.
شکل 1. پلان تیپ طبقات و پرسپکتیو ساختمان مسکونی نمونه
جدول 1. مشخصات مدل ساختمانی نمونه
مشخصات | توضیحات |
مساحت زمین / زیربنای هر طبقه (مترمربع) | 312 (12 x 26 متر) / 189 |
جهتگیری | جنوبی |
تعداد طبقات و تعداد واحدهای مسکونی | 6 طبقه ـ 10 واحد (مساحت هر واحد 86 مترمربع) |
ارتفاع طبقات (متر) | 80/2 (کف تا زیر سقف ـ به انضمام 30 سانتیمتر ضخامت سقف) |
مساحت دیوارهای خارجی هر طبقه (مترمربع) | 6/33 (دیوارهای شمالی و جنوبی) ـ 2/44 (دیوارهای شرقی و غربی) |
U-Value 5 (W/m2K) ضریب کل هدایت حرارتی دیوارهای خارجی | 46/0 (دیوارها شامل 25 سانتیمتر بلوک سفالی و 5 سانتیمتر عایق پلی استایرن است) |
U-Value (W/m2K) ضریب کل هدایت حرارتی بام | 61/0 (بام از دال بتنی مسلح) |
تراکم ساکنین / نرخ تغییر هوا (ACH) 6 | 15 مترمربع برای هر نفر / 6/0 در ساعت |
میزان مصرف انرژی کل (kWh/m2a) | 8/52 |
روششناسی شبیهسازی
شبیهسازی انرژی، علم برآورد میزان بهرهوری انرژی ساختمان است و نرمافزارهای شبیهسازی از طریق مدلسازی دقیق استراتژیهای گوناگون طراحی، به کاهش هزینه و مصرف انرژی ساختمان میانجامند (غیائی و همکاران، 1392). در این پژوهش یک روش دو مرحلهای برای نیل به هدف پژوهش مدنظر قرار گرفته است. در مرحله اول جهت تعیین نوع و نسبت بهینه پنجره در ساختمان نمونه از نرمافزار VisualDOE v.4.0 که برنامهای کارآمد، مرجع و متعارف در زمینه شبیهسازی انرژی میباشد، استفاده شده است.7 این نرمافزار محاسبات انرژی کل8 را برای انواع پنجره و سیستمهای تهویه مطبوع ساختمان، در بازههای زمانی مورد درخواست، انجام میدهد. در مرحله دوم با استفاده از نرمافزار مشاور اقتصادی Oeko-Rat v.2.3 تحلیلهای اقتصادی از طریق مقایسه میان هزینه انرژی، دوره بازگشت سرمایه و نرخ بهرهوری داخلی9 ساختمان نمونه در حالت عادی و حالتی که نوع و نسبت بهینه پنجره بر روی آن شبیهسازی شده است، صورت میگیرد.
ارزیابی نوع و نسبت پنجرهها بر میزان مصرف انرژی ساختمان نمونه
- تعیین دادهها (مشخصات پنجرهها)
شکل 2. محیط نرمافزار VisualDOE و نحوه وارد کردن دادهها و شبیهسازی
|
جدول 2. مشخصات پنجرهها (Source: Pilkington, 2015)
نوع پنجره | ضخامت جدارهها (mm) | ضخامت گاز آرگون بین جدارهها (mm) | VT 13 (ضریب وضوح دید) (%) | SC 14 (ضریب سایه) (%) | SHGC 15 (ضریب جذب حرارت خورشیدی) (%) | U-Value (ضریب کل هدایت حرارتی پنجره) (W/m2K) |
تک جداره شفاف | 8 | ـ | 89/0 | 93/0 | 86/0 | 31/6 |
سه جداره شفاف | 6ـ4ـ6 | 8 | 75/0 | 79/0 | 68/0 | 64/1 |
سه جداره کم گسیل | 6ـ4ـ6 | 8 | 71/0 | 55/0 | 52/0 | 71/0 |
سه جداره انعکاسی | 6ـ4ـ6 | 8 | 53/0 | 32/0 | 31/0 | 83/0 |
- ارزیابی کارامدی انرژی و تعیین نسبت بهینه پنجرهها بر اساس متغیرها
در این بخش میزان مصرف انرژی کل برای چهار نوع پنجره با نسبتهای مختلف پنجره به دیوار در جهات شمال، جنوب، شرق و غرب به کمک نرم افزار، شبیهسازی گردید و میزان صرفهجویی در مصرف انرژی پنجرههای سهجداره با هم و با پنجره مرجع (پنجره تک جداره شفاف) مقایسه شد تا معیاری برای گزینش نوع و نسبت بهینه پنجره حاصل گردد. در اینجا دو مرحله برای شبیهسازیها در راستای نیل به هدف پژوهش در نظر گرفته شد. در مرحله اول نسبت پنجره به دیوار در ساختمان نمونه در چهار جهت اصلی با درصد یکسان از 5 تا 55% 16 تغییر یافت. نتایج حاصل از شبیهسازی مرحله اول در شکل (3) نشان داده شده است.
در مرحله دوم متغیر نسبت پنجره بطور جداگانه در هر جهت بررسی شد. بدینگونه که در هر نمونه نسبت متفاوتي از مساحت پنجره در يك جهتگیری وجود دارد و ساير ديوارها از نسبت پنجره بهینه بدست آمده در مرحله اول بهره میبرند. نتایج حاصل از شبیهسازی مرحله دوم در شکلهای (4) تا (7) نشان داده شده است.
شکل 3. میزان مصرف انرژي كل ساختمان با نوع و نسبت مختلف مساحت پنجره در تمام جهات (بر اساس نتایج حاصل از مدلهای شبیهسازی)
|
شکل 4. میزان مصرف انرژي كل ساختمان با نوع و نسبت مختلف مساحت پنجره در جهت جنوب (بر اساس نتایج حاصل از مدلهای شبیهسازی)
|
شکل 5. میزان مصرف انرژي كل ساختمان با نوع و نسبت مختلف مساحت پنجره در جهت شرق (بر اساس نتایج حاصل از مدلهای شبیهسازی)
|
شکل 6. میزان مصرف انرژي كل ساختمان با نوع و نسبت مختلف مساحت پنجره در جهت غرب (بر اساس نتایج حاصل از مدلهای شبیهسازی)
|
شکل 7. میزان مصرف انرژي كل ساختمان با نوع و نسبت مختلف مساحت پنجره در جهت شمال (بر اساس نتایج حاصل از مدلهای شبیهسازی)
|
در انتها و پس از مقایسههای صورت گرفته میان نمودارها برای هر چهار نوع پنجره در چهار جهت اصلی، مشخص گردید که در بين همه جهات، پنجرههاي جهت جنوبي بيشترين تأثير را بر کاهش مصرف انرژي دارند. لذا بايد تا حد ممكن در طراحي از آنها بهره گرفته شود. اگرچه مصرف انرژي با بهرهگيري از پنجرههاي جنوبي بسيار کمتر از پنجرههاي شرقي است، اما پنجرههاي شرقي در مقايسه با پنجرههاي غربي و خصوصاً شمالي در کاهش مصرف انرژي ساختمان مؤثرترند. بنابراين استفاده از پنجرههاي جهت شرق بيشتر از غرب توصيه ميگردد، زيرا آنها در صبحگاه حرارت خورشيدي را جذب ميکنند در حالي که پنجرههاي غربي حرارت خورشيدي را در بعدازظهر جذب مينمايند (يعني وقتی که غالباً ساختمان گرم است و نيازي هم به جذب گرما نيست). پنجرههاي شمالي نيز بايد در کمترين حد ممكن در ساختمان به کار گرفته شوند. در مجموع، نسبت بهینه پنجره بر اساس نوع آن در هر جهتگیری در جدول (3) نشان داده شده است.
جدول 3. نسبت بهینه پنجره بر اساس نوع آن در هر جهتگیری مبتنی بر محاسبات VisualDOE
نوع پنجره | نسبت بهینه در هر جهتگیری (%) | |||
جنوب | شرق | غرب | شمال | |
تک جداره شفاف | 25 | 15 | 10 | 5 |
سه جداره شفاف | 30 | 20 | 15 | 5 |
سه جداره کم گسیل | 35 | 20 | 20 | 10 |
سه جداره انعکاسی | 45 | 15 | 15 | 10 |
3.3. میزان صرفهجویی در انرژی با استفاده از انواع پنجرهها
از آنجا که شاخص اصلی برای مقایسه گزینههای پنجره، میزان صرفهجویی در انرژی حاصل از آنهاست، در این بخش میزان صرفهجویی در مصرف انرژی برای جهتگیریهای اصلی و انواع پنجره و نسبتهای مختلف پنجره در جدول (4) نشان داده شده است تا به کمک نتایج حاصل از آن گزینش مساحت و نوع پنجره ایدهآل صورت گیرد.
جدول 4. میزان صرفهجویی در مصرف انرژی بر اساس نوع و نسبت مساحت پنجره به دیوار مبتنی بر محاسبات VisualDOE (مأخذ: نویسندگان، 1394)
جهتگیری پنجره | نوع پنجره | نسبت مساحت پنجره به دیوار | |||||||||||
5% | 10% | 15% | 20% | 25% | 30% | 35% | 40% | 45% | 50% | 55% | |||
میزان صرفهجویی در مصرف انرژی (%) | جنوب | تک جداره | 8/9 | 10 | 8/10 | 7/11 | 2/12 | 8/11 | 6/11 | 3/11 | 9/10 | 9/10 | 7/10 |
سهجداره شفاف | 13 | 4/14 | 3/15 | 7/16 | 5/18 | 6/19 | 1/18 | 7/17 | 9/16 | 5/16 | 9/15 | ||
سهجداره کم گسیل | 6/12 | 9/13 | 15 | 1/16 | 8/17 | 9/18 | 3/20 | 7/19 | 19 | 4/18 | 7/17 | ||
سهجداره انعکاسی | 7/11 | 3/12 | 7/13 | 5/14 | 3/15 | 1/16 | 9/16 | 5/17 | 9/18 | 8/17 | 1/17 | ||
شرق | تک جداره | 6/9 | 1/10 | 3/11 | 8/10 | 6/10 | 2/10 | 1/10 | 8/9 | 6/9 | 5/9 | 3/9 | |
سهجداره شفاف | 1/15 | 8/15 | 1/16 | 17 | 9/15 | 5/15 | 15 | 8/14 | 6/14 | 1/14 | 14 | ||
سهجداره کم گسیل | 4/14 | 1/17 | 2/18 | 8/18 | 7/16 | 8/15 | 4/15 | 15 | 9/14 | 7/14 | 1/14 | ||
سهجداره انعکاسی | 8/12 | 5/15 | 7/17 | 3/17 | 9/16 | 16 | 7/15 | 1/15 | 9/14 | 8/14 | 6/14 | ||
غرب | تک جداره | 2/9 | 3/10 | 10 | 8/9 | 6/9 | 5/9 | 5/9 | 3/9 | 2/9 | 2/9 | 1/9 | |
سهجداره شفاف | 7/11 | 1/13 | 8/15 | 4/15 | 9/14 | 2/14 | 14 | 9/13 | 8/13 | 5/13 | 2/13 | ||
سهجداره کم گسیل | 8/12 | 5/14 | 3/16 | 9/16 | 6/16 | 1/16 | 15 | 7/14 | 1/14 | 14 | 9/13 | ||
سهجداره انعکاسی | 9/13 | 15 | 3/17 | 1/16 | 9/15 | 6/15 | 9/14 | 8/14 | 7/14 | 5/14 | 3/14 | ||
شمال | تک جداره | 9 | 9/8 | 9/8 | 8/8 | 8/8 | 7/8 | 6/8 | 5/8 | 3/8 | 2/8 | 8/7 | |
سهجداره شفاف | 9/13 | 7/13 | 5/13 | 2/13 | 8/12 | 3/12 | 8/11 | 11 | 11 | 2/10 | 7/9 | ||
سهجداره کم گسیل | 14 | 7/15 | 15 | 7/14 | 3/14 | 9/13 | 1/13 | 3/12 | 12 | 11 | 11 | ||
سهجداره انعکاسی | 8/12 | 15 | 6/14 | 14 | 7/13 | 1/13 | 6/12 | 1/12 | 2/11 | 8/10 | 4/10 | ||
در جدول (4)، نوع و نسبت پنجرههایی که بیشترین امکان صرفهجویی در انرژی را در یک جهتگیری خاص دارد، با تغییر رنگ مشخص گردیده است. در میان تمام جهتگیریها، جهت جنوب بیشترین تاثیر را در صرفهجویی انرژی داراست. در میان تمام انواع پنجره و نسبتها نیز پنجره سهجداره کم گسیل با نسبت 35% در جهت جنوبی حداکثر صرفهجویی در مصرف انرژی را به دنبال دارد که 3/20 % (kWh/m2a 1/42) میباشد. همچنین حداقل صرفهجویی در مصرف انرژی در جهت شمال و برای پنجره تک جداره در نسبتهای بزرگ (مثلاً 55%) رخ میدهد که 8/7 % میباشد. بر اساس جدول با بهینه کردن نسبت پنجره در تمام جهتگیریها، بیشترین تاثیر میزان صرفهجویی در مصرف انرژی به ترتیب در جهات جنوب، شرق، غرب و شمال صورت خواهد گرفت.
با توجه به جدول امکان بررسی میزان صرفهجویی انرژی در هر جهتگیری به طور مجزا نیز وجود دارد. در جهت جنوب حداکثر صرفهجویی در مصرف انرژی می‌تواند از دو نسبت پنجره مختلف حاصل شود یکی پنجره سهجداره کم گسیل در نسبت 35% و دیگری پنجره سهجداره شفاف در نسبت 30%. در جهت شرق بیشترین میزان صرفهجویی در مصرف انرژی 8/18 % میباشد که با استفاده از پنجره سهجداره کم گسیل در نسبت 20% حاصل میگردد. در جهت غرب بیشترین میزان صرفهجویی انرژی با استفاده از پنجره سهجداره انعکاسی در نسبت 15% و به میزان 3/17 % میباشد. بهبود آسایش بصری، جلوگیری از تابش مستقیم نور خورشید و کاهش خیرگی از مزایای استفاده از پنجره انعکاسی در جهت غرب است. در جهت شمال با افزایش نسبت پنجره در تمام انواع پنجره، کاهش صرفهجویی در انرژی مشاهده می‌شود و بیشترین صرفهجویی در مصرف انرژی 7/15 % است که توسط پنجره سهجداره کم گسیل در نسبت 10% حاصل می‌شود.17
4. تحلیل اقتصادی
به منظور حصول اطمینان از نتایج مربوط به شناسایی پنجره بهینه ساختمان که در گام اول این پژوهش با انجام شبیهسازی صورت گرفت، ارزیابی اقتصادی و تاثیر آنها بر هزینههای انرژی ساختمان در کنار کارامدی انرژی بسیار ضروری است. (Alaidroos & Krarti, 2015, 15) در این گام از پژوهش به منظور انجام تحلیلهای اقتصادی، از نرمافزار ارزیابی اقتصادی Economic Evaluation (Oeko-Rat) که بطور خاص برای محاسبات اقتصادی صرفهجویی انرژی ساختمان و انرژیهای تجدیدپذیر طراحی گردیده، استفاده شده است. این نرمافزار از روش «ارزش سرمایه»18 و «دوره بازگشت سرمایه» که از روشهای استاندارد ارزیابی بهرهوری طرحهای اقتصادی و مناسب برای محاسبه هزینه انرژی ساختمان به شمار میروند، بهره میگیرد. به منظور انجام تحلیلهای اقتصادی، ساختمان مسکونی نمونه در دو حالت دارای پوشش حرارتی بهینه (نوع و نسبت پنجره بهینه) و بدون آن و کاملاً مشابه در دیگر ویژگیها، با هم مقايسه شدند و هزينه ساخت و اجراي اين دو ساختمان و هزینه مصرف انرژی آنها مورد سنجش قرار گرفت.
در شکل (8) تفاوت هزينههاي اجرايي یک مترمربع از انواع پنجره با هم مقايسه شده است. بر اساس نمودار، هزینه اجراي ساختمان مسكوني دارای پنجره بهینه از نوع سهجداره شفاف، سهجداره انعکاسی و سهجداره کم گسیل، به ترتیب حدوداً 3، 2/4 و 8/4 برابر پرهزينهتر از ساختمان نمونه با پنجره تک جداره است.19
شکل 8. مقايسه هزينههاي اجرايي يك مترمربع از انواع پنجره ساختمان مسكوني در دو حالت دارای پوشش حرارتی بهینه (نوع و نسبت پنجره بهینه) و بدون آن (Source: Tehranwin, 2015)
|
شرط اوليه بهرهوري اين است كه زمان بازگشت سرمايه بايد كمتر از زمان طول عمر آن سيستم (در اينجا دوره مصرف ساختمان) باشد. اگر اين شرط اعمال شود، «نرخ بهره داخلي سرمایه» دومين شرط براي ارزيابي بهرهوري اقتصادي يك سرمايهگذاري است. به این منظور درآمدهای تنزیل شده در طول دوره بازگشت سرمایه با هزینههای تنزیل شده در همین دوره برابر قرار داده میشوند و بر این اساس نرخ بازگشت، تعیین می‌شود. اگر این نرخ بازگشت از نرخ بهره واقعی بیشتر باشد، طرح سودآور و قابل اجرا بوده و اگر نرخ بازگشت محاسبه شده کمتر از نرخ بهره واقعی باشد، طرح زیان‌ده و غیرقابل اجرا است. (Knittel et al., 2014)
جدول ٥. نرخ مولفههای اقتصادي موثر بر ارزيابي اقتصادي در ايران و جهان در سال 2015
عوامل اقتصادی | ایران | متوسط جهانی |
هزینههای سرمایهگذاری اولیه (ریال) | 200/129/754 (Tehranwin, 2015) | 240/168/273 (Diypvcwindows, 2015) |
صرفهجویی انرژی سالانه22 (کیلووات ساعت) | 32/12172 | 32/12172 |
هزینههای انرژی گاز طبیعی (ریال به مترمکعب) | 1230 (شرکت ملی گاز ایران، 1393) | 97400 (معادل 9/2 دلار به مترمکعب) (Iea, 2015a) |
هزینههای انرژی برق (ریال به کیلووات ساعت) | 578 (شرکت برق منطقهای تهران، 1393) | 6600 (معادل 2/0 دلار به کیلووات ساعت) (lea, 2015b) |
هزینههای بهرهبرداری سالانه23 (%) | 2 | 2 |
دوره زمانی کاربری (دوره مصرف)24 (سال) | 30 | 30 |
نرخ بهره25 (%) (worldbank, 2015b) | 20 | 17 |
نرخ تورم کلی26 (%) (worldbank, 2015a) | 2/17 | 6/2 |
نرخ تورم انرژی گاز طبیعی و برق (%) (worldbank, 2015a) | 1/6 | 5/0 |
- ارزيابي اقتصادي بر اساس هزينههاي انرژي در ايران
ارزيابي اقتصادي به كمك هزينههاي انرژي ايران نشان ميدهد كه سرمايهگذاري در ساختمانی دارای نوع و نسبت بهینه پنجره در ايران از نظر اقتصادي چندان به صرفه نيست، زيرا زمان بازگشت سرمايه در اين سرمايهگذاري در حالت عادی، بيش از نصف دوره مصرف ساختمان (30 سال) است (شکل 9). بر اساس محاسبات، 8/17 سال زمان لازم است تا هزینه پرداختی جهت استفاده از پنجره بهینه، با میزان پسانداز ناشی از صرفهجویی انرژی متاثر از آن، جبران گردد. علت اين امر هزينه پائين انرژي در ايران در مقايسه با قيمت جهاني است. همچنین نرخ بهرهوري داخلي اين سرمايهگذاري 6/2% ميباشد كه كمتر از نرخ بهرهوري كلي (20%) است.
شکل 9. تحلیل اقتصادی با نرمافزار Oeko-Rat در راستای استفاده از نوع و نسبت بهینه پنجره در ساختمان با استفاده از نرخ هزینههای انرژی در ايران
- ارزيابي اقتصادي بر اساس متوسط هزينههاي انرژي جهانی
به دليل هزینههای پایین انرژي در ایران، ارزيابي اقتصادي با استفاده از متوسط هزينههای انرژي جهانی، معتبر و قابل استناد خواهد بود. (شکل 10). بر اساس محاسبات، در این حالت زمان بازگشت سرمایه 6/2 سال است. این مدت زمانی است که طی آن هزینه پرداختی جهت استفاده از پنجره بهینه، با میزان پسانداز ناشی از صرفهجویی انرژی متاثر از آن، جبران میگردد که در حدود 09/0 دوره مصرف ساختمان (30 سال) میباشد. اين محاسبه نشان ميدهد كه تحت اين شرايط سرمايهگذاري براي ساخت ساختمانی دارای نوع و نسبت بهینه پنجره، بر اساس نرخ متوسط هزینههای انرژی جهانی به صرفه خواهد بود. نرخ بهرهوري داخلي اين سرمايهگذاري هم 5/50% است كه در مقایسه با نرخ بهرهوري كلي (17%)، بسیار مناسب میباشد.
شکل 10. تحلیل اقتصادی با نرمافزار Oeko-Rat در راستای استفاده از نوع و نسبت بهینه پنجره در ساختمان با استفاده از متوسط هزینههای انرژی جهانی
نتایج ارزيابي اقتصادي
قیمت پایین حاملهای انرژی در ایران در مقایسه با کشورهای دیگر و نرخ جهانی آن و در عین حال هزینه بالای مصالح ساختماني و عدم استفاده از مصالح با کیفیت، تفاوت زيادي را در هزينههاي ساخت و ساز (حدود 8/4 برابر) ما بين ساختمان مسكوني انرژی کارآمد و ساختمان نمونه نشان میدهد. با اين حال اگر ساختمانهاي مسكوني از نوع و نسبت بهینه پنجره بهره ببرند (يعني مبتني بر عوامل پيشنهادي براي كاهش مصرف انرژي ساختمان در اقليم گرم و خشک شهر تهران باشند) و بر اساس هزينههاي انرژي بينالمللي تحليل شوند، طراحی این ساختمانها از نظر اقتصادي هم به صرفه خواهد بود. سرمايهگذاري در چنين ساختمانهايي زمان بازگشت سرمايه بسيار كوتاهي دارند (6/2 سال) و نرخ بهره داخلي آنها زياد است (5/50%).
بنابراين اگرچه سرمايهگذاري در اين بخش مزايايی مهم و حياتي را در سطح ملي به دنبال خواهد داشت، اما بخاطر اعطاي يارانه انرژي در ايران تقاضاي مردمي زيادي براي چنين پروژههايي وجود ندارد، مگر اينكه حمايتهای دولتي در این حوزه صورت گیرد. به طور کلی صرفهجويي در میزان مصرف انرژي كل کشور و به طور خاص در بخش ساختمان، مادامي كه صرفه اقتصادي نداشته باشد، بطور مؤثر در ايران رخ نخواهد داد. تحقق اين امر منوط به دخالت نهادهای دولتي خواهد بود كه ميتواند از طريق كاهش يا حذف کامل يارانه سوختهاي فسيلي انجام شود و يا از طريق اعطاي يارانه به اقدامات صرفهجويانه انرژي مانند بكارگيري مصالح عايق، پنجرههاي چندجداره و ... صورت پذيرد. در این صورت صرفهجويي در ميزان مصرف انرژي ساختمانهای مسکونی بطور فزايندهاي از نظر اقتصادي پربازده خواهد بود و علاقه جمعي به صرفهجويي در انرژي و پروژههاي انرژي كارآمد را افزايش خواهد داد.
نتیجه گیری
امروزه مطالعات زیادی برای یافتن روشهای ذخیره انرژی در ساختمان صورت گرفته است. از آنجا که حدود یک سوم انرژی ساختمانها از طریق پنجرهها هدر میرود، به همین دلیل تلاش برای کاهش مصرف انرژی در ساختمانها بر روی پنجرهها، به عنوان ضعیفترین بخش پوشش حرارتی، متمرکز شده است. هدف از این تحقیق، گزینش نوع و نسبت بهینه پنجره در ساختمان و مطالعه تأثیر آن بر هزینههای انرژی و همینطور ارزیابی دوره بازگشت سرمایه و نرخ بهرهوری داخلی متاثر از آن بود که این امر از طریق شبیهسازی به کمک دو نرمافزار VisualDOE و Oeko-Rat میسر گردید. شبيهسازیها نشان داد که نسبت بهینه برای يك پنجره در هر جهتگيري با توجه به عواملی چون مساحت پنجره در ديگر جهتگيريها، نوع پنجره و میزان انتقال انرژي خورشيدي آنها متفاوت خواهد بود. بنابراين دستورالعمل یکسانی که بتواند نسبت پنجره بهينه براي هر ديوار را در کليه ساختمانها تعيين نمايد، امكانپذير نميباشد و صرفهجویی در میزان مصرف انرژی مشابهی می‌تواند از چند نوع پنجره مختلف در نسبتهای متفاوت حاصل گردد، که این امر نیاز به بررسی توأمان نوع و نسبت پنجره در مراحل اولیه طراحی ساختمان را آشکار مینماید. در مجموع یافتههای تحقیق در گام اول را میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:
- همانگونه که انتظار میرفت استفاده از انواع پنجره سه جداره در مقایسه با پنجره تک جداره ، بین 25% تا 40% ، میزان مصرف انرژی را کاهش خواهد داد.
- تاثیر نسبت پنجره بر میزان صرفهجویی در انرژی ساختمان در نسبتهای کمتر از 55% محسوستر است و در نسبتهای بیشتر در تمام انواع پنجره و جهات کاهش در میزان صرفهجویی انرژی دیده می‌شود.
- شیشههای با کارایی بالای حرارتی و انتقال مرئی کم (شیشه سه جداره انعکاسی) امکان استفاده از نسبتهای بزرگتری را برای پنجره ایجاد میکنند و در نسبتهای پایین، پنجرههای با انتقال مرئی زیاد (شیشه تک جداره شفاف) عملکرد بهتری دارند.
- با مطالعه درصد یکسان نسبت پنجره به دیوار در چهار جهت اصلی، مشخص گردید که پنجرههای تکجداره، سهجداره شفاف، سهجداره کم گسیل و سهجداره انعکاسی به ترتیب در نسبتهای 15%، 25%، 25% و 35% بیشترین میزان صرفهجویی در مصرف انرژی را دارا هستند.
- با مطالعه نسبت مختلف پنجره در هر یک از جهات و بهرهمند از نسبت بهینه در سه جهت دیگر مشخص گردیدکه بسته به نوع پنجره، نسبتهای متفاوتی بیشترین صرفهجویی را حاصل خواهند کرد (جدول 3) و در این مورد جهات، جنوب، شرق، غرب و شمال به ترتیب بیشترین تاثیر را بر صرفهجویی در مصرف انرژی دارند.
- به طور کلی به کمک بهینهسازی نوع و نسبت پنجره در حدود 3/20% صرفهجویی در ساختمان مسکونی نمونه در هر تهران بدست آمد که اهمیت توجه به این مقوله را در فاز اولیه طراحی نشان میدهد.
مطابق نتايج تحلیلهای اقتصادی، زمان لازم براي بازگشت سرمايهگذاري اوليه، با توجه به قيمت حاملهای انرژی در ایران و متوسط جهانی، به ترتیب 8/17 و 6/2 سال است كه تفاوت بسيار زيادي را بين این دو نشان میدهد. به این ترتیب سياستهاي صرفاً تشويقي دولت در زمينه ترغیب مصرفکننده داخلی به صرف چنین هزینه بالایی كارساز نخواهد بود. یکی از راهكارها براي بهينهسازي مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی با بهرهگیری از پنجرههای بهینه، اعمال سياستهاي قيمتي بر روي حاملهای انرژی ميباشد، بدين معني كه قيمت سوخت در كشور مطابق با قيمتهاي جهاني متعادل گردد اما به دلایل شرایط اقتصادی و اجتماعی ایران، این افزایش قیمت حتی تا سطح قیمت منطقه نیز باعث اقتصادی بودن بسیاری از طرحهای صرفهجویی انرژی نمیگردد و با استقبال عمومی روبرو نخواهد شد.
آنچه كه معقول و نتيجه بخش به نظر ميرسد، اعمال سياستهاي يارانه بر مصالح و اجزای ساختماني است، بهنحوی که دولت با تقبل بخشي از هزينههای بهینهسازی مصرف انرژی در ساختمان، مصرفكننده را تشويق نمايد. همچنین حمایت‌های مالی، امکانات و تسهیلات کمکی، مشاوره و ارائه اطلاعات تکنیکی رایگان و حمایت‌های مشابه برای طراحی و ساخت ساختمانهای کم انرژی، باعث جلب علاقه عمومی برای ساخت ساختمانهای انرژی‌کارا میگردد. بودجه تامین اینگونه حمایت‌های مالی و نیز حمایت‌های فنی می‌تواند از منبع حذف یارانههای انرژی تامین گردد.
پینوشتها
1. در سال 1393 پروانههای احداث ساختمان مسکونی صادر شده از سوی شهرداریهای شهر تهران بالغ بر 26775 واحد بوده است که از این تعداد حدود 7/0 درصد مربوط به افزایش بنا و 3/99 درصد مربوط به احداث ساختمان بوده است (مرکز آمار ایران، 1394).
2. نسبت پنجره به دیوار ـ (WWR) window to wall ratio ـ درصدی از حاصل تقسیم مساحت پنجره به مساحت دیوارهای خارجی است، که متغیری تأثیرگذار در انرژی کارآمدی ساختمان به شمار میآید. این نسبت بر مصرف انرژی گرمایش، سرمایش و روشنایی به اندازه نور طبیعی، تهویه و دید اثر دارد (Commercialwindows, 2015).
3. Payback Period: دوره بازگشت سرمایه، مقطع زمانی (به سال) است که در آن سود خالص تجمعی یا مجموع جریانهای نقدی ورودی طرح در طی سالهای مختلف، معادل رقم مربوط به سرمایهگذاری انجام شده در طی دوران احداث (یا بهرهبرداری) باشد (Kaldellis et al., 2010).
4. در سال 1393 میانگین مساحت زمین در شهر تهران 314 مترمربع و متوسط مساحت زیربنای هر واحد مسکونی 2/94 مترمربع بوده است (مرکز آمار ایران، 1394).
5. (U-Value) : هرچه میزان این ضریب کمتر باشد، پنجره مقاومت بیشتری را در برابر انتقال گرما دارا میباشد.
6. Air Change per Hour
7. در راستای اعتبارسنجی نرمافزارهای شبیهسازی انرژی، در سال 2005 طی گزارشی که با همکاری دانشگاه ویسکانسین در آمریکا و دپارتمان انرژی آمریکا انجام گرفت، قابلیتهای عمومی بیست نرمافزار مطرح شبیهسازی آورده شده و برترین نرمافزارها معرفی شدند که نرمافزار VisualDOE یکی از آنهاست (Drury et al., 2008). شبیهسازیها نشان میدهد که این نرمافزار با دقتی قابل قبول مصرف انرژی را محاسبه مینماید.
8. انرژی کل شامل مجموع انرژیهای گرمایش، سرمایش و روشنایی میباشد.
9. Internal Rate of Return: نرخ بهره داخلي سرمايه، نرخ بازدهی مورد استفاده در بودجهبندی سرمایه برای اندازهگیری و مقایسه سودآوری سرمایهگذاری است. در این روش تلاش می‌شود تا جریان نقدینگی با نرخ بازگشت نامعلومی به نرخ کنونی تنزیل داده شوند. به گونه‌ای که ارزش خالص فعلی آن برابر صفر گردد (بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران، 1394).
10. ملاک گزینش پنجرهها دارا بودن نشان سازمان ملی استاندارد ایران و همینطور استانداردهای تعیین ویژگیهای نوری پنجره (EN 410)، آزمایش جذب، انعکاس و انتقال خورشیدی شیشه (ASTM-E 903) و استاندارد شیشه و قاب پنجره کمیته اروپایی استاندارد (CEN) و نیز پرمصرف بودن آنها در حوزه ساختمان و مسکن بوده است (شرکت مهندسین مشاور نقش جهان ـ پارس، 1386).
11. دانسته است که ساختار مقالات علمی ـ پژوهشی با رویکرد بهینهسازی مصرف انرژی، بر مطالعه و بررسی، بسترسازی و کمک به توسعه کاربرد فناوریهای نوین انرژی و آموزش و اطلاعرسانی، استوار است. تاکنون غالب پژوهشهای داخلی مشابه بر پنجرههای دو جداره متمرکز بوده و با توجه به گسترش روزافزون استفاده از پنجرههای سهجداره و همچنین جنبه نوآورانه بودن مقاله، پنجرههای سهجداره در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفتهاند. کارایی پنجرههای سهجداره بیش از دوجداره بوده (افزودن هر جداره به پنجره در حدود 12% بازدهی را افزایش میدهد) و در دراز مدت صرفهجویی بیشتری در مصرف انرژی و کاهش هزینههای ناشی از تقاضای انرژی به همراه خواهند داشت. در عین حال میزان نورگذر بودن پنجره با افزایش تعداد جدارههای آن کاهش قابل توجهی ندارد (میرهاشمی و همکاری، 1389، 44).
12. پرشدن لایه میانی جدارهها توسط گازهای بیاثر (همچون آرگون) با وزن ملکولی بالاتر نسبت به هوا، انتقال حرارت را در پنجره کمی بیشتر کاهش میدهد (دانش، 1382، 96).
13. Visible Transmittance
14. Shading Coefficient
15. Solar Heat Gain Coefficient
16. برای ورود حداقل میزان نور طبیعی و امکان دید بصری خارجی، کمترین نسبت پنجره در شبیهسازیها 5% فرض شده است. همچنین از آنجا که در نسبتهای پنجره بیشتر از 55% روند مشابهی در شبیهسازیها مشاهده شد، نسبتهای بالاتر در نمودارها نمایش داده نشده است.
17. در راستای اعتبارسنجی نتایج حاصل از این پژوهش، خروجیهای نرمافزار Design Builder که در رساله دکتری نگارنده اول برای شبیهسازی میزان مصرف انرژی ساختمانهای مسکونی با انواع و نسبتهای مختلف پنجره در شهر تهران بکار گرفته شده بود، با نتایج شبیهسازی نرمافزار VisualDOE تطبیق داده شد و سازگاری قابل قبولی مشاهده گردید.
18. Capital Value: ارزش سرمایه، قیمت احتمالی است که در تاریخ ارزشگذاری برای یک دارایی پرداخت شده است (Pless & Torcellini, 2012, 3).
19. در محاسبات هزینه اجرا، مساحت پنجرهها در حالت بهینه که در مرحله نخست پژوهش بدست آمد، لحاظ شده است.
20. هزينههاي سرمايهگذاري اوليه، مابهالتفاوت هزينه كل ساختمان نمونه و ساختمان دارای پنجره بهینه میباشد (طبیبیان، 1379).
21. عمر مفيد ساختمان در ايران يك پنجم ميانگين جهان و حدود 25 تا 30 سال است (ولدان، 1393).
22. صرفهجویی انرژی سالانه (کیلووات ساعت) = (عدد انرژی اولیه – عدد انرژی بهینه) x زیربنای کل ساختمان.
23. Annual operating costs
24. دوره زمانی کاربری (دوره مصرف) که به عنوان داده به نرمافزار ارزیابی اقتصادی داده می‌شود، صرفاً عمر مفید ساختمان نیست بلکه مدت زمانی است که بهرهوری اقتصادی یک سرمایهگذاری در طول آن مدت زمانی، سنجیده می‌شود. از آنجا که دوره بازگشت سرمایه در کشورهای مختلف بستگی به شاخصهای اقتصادی متعددی نظیر میزان تورم، قیمت حاملهای انرژی، هزینههای بهرهبرداری و ... دارد، لذا در ارزیابی اقتصادی این پژوهش، به دلیل قیمت کم حاملهای انرژی در ایران، ارزیابی اقتصادی با استفاده از هزینههای انرژی بر اساس نرخ جهانی و بینالمللی آن مستند و قابل اعتبار خواهد بود. در عین حال برای آنکه تاثیر پایین بودن قیمت حاملهای انرژی در ایران به طور عملی یافت گردد، بایستی دادههای دیگر ثابت فرض شود تا مقایسه در شرایط یکسان صورت گیرد و در تمامی آمارها و شاخصهای جهانی نیز به این صورت عمل میگردد.
25. Interest rate
26. General Inflation rate
فهرست مراجع
1. ابراهیمپور، عبدالسلام؛ و محمدکاری، بهروز. (1390). روشی جدیدی برای طراحی پنجره با توجه به مصرف انرژی. مهندسی مکانیک مدرس، 11(1)، 88-77.
2. بانک مرکزی جمهوری اسلامی ایران. (1389). اداره بررسیها و سیاستهای اقتصادی. بهرهوري و شدت انرژي در ايران و جهان. بازیابی 19 دی، 1394، از http://www.cbi.ir/page/7249.aspx
3. حبیب، فرح؛ برزگر، زهرا؛ و چشمه قصابانی، مریم. (1393). رتبهبندی پارامترهای موثر بر مصرف انرژی ساختمان با کاربرد فرایند تحلیل سلسلهمراتبی. نقش جهان. 4(2)، 53-47.
4. خانمحمدي، شعيب؛ خانمحمدي، صابر؛ اميرعلي پور، مجيد؛ و همايون، احمد. (1392). پتانسيلسنجي و بهينهسازي مصرف انرژي در ساختمانهاي اداري، اولين همايش تخصصي محيط زيست، انرژي و صنعت پاك. آذر 12-11، (ص 11 -1). تهران: دانشكده محيط زيست دانشگاه تهران. بازیابی 14 خرداد، 1394، از http://www.civilica.com/Paper-EECICO01-EECICO01_380.html
5. دانش، ماندانا. (1382). پنجرههای حرارتی برای استفاده بهینه از انرژی خورشیدی. سومین همایش بینالمللی بهینهسازی مصرف سوخت در ساختمان. بهمن26-27، (ص103-93). تهران: سازمان بهینهسازی مصرف سوخت کشور. بازیابی 16 اردیبهشت، 1394، از http://www.civilica.com/Paper-CECB03-CECB03_009.html
6. دقیق، روناک؛ و مشتاق، جلیل. (1382). انتخاب بهینه سیستمهای شیشه و پنجره به منظور صرفهجویی در مصرف انرژی، سومین همایش بهینهسازی سوخت در ساختمان. بهمن27-26، (ص 963-955). تهران: سازمان بهينه سازي مصرف سوخت كشور. بازیابی 11 اسفند، 1393، از http://ifco.ir/building/amozesh/lecture/doc/building/0053.pdf
7. شرکت برق منطقهای تهران. (1393). نرخ برق مشترکین خانگی و تجاری. بازیابی 3 بهمن، 1393، از http://trec.co.ir/Default.aspx?tabid=4754
8. شركت بهينهسازي مصرف سوخت. (1394). ساختمان و لوازم خانگی. صرفهجويي انرژي در پنجرهها. بازیابی 19 اردیبهشت، 1394، از http://ifco.ir/building/build/window_extra5.asp
9. شرکت مهندسین مشاور نقش جهان ـ پارس. (1386). مطالعات طرح جامع مسکن تهران. تهران: پدیدآورنده.
10. شرکت ملی گاز ایران. (1393). جدول تعرفه گازبهای خانگی. بازیابی 5 بهمن، 1393، از http://www.nigc.ir/Portal/Home/ShowPage.aspx?Object=NEWS&CategoryID=1601f6c2-3b71-410c-ad90-8b94b25601
11. شیرازیان، محمدحسین؛ حسینی، سید باقر؛ و نوروزیان ملکی، سعید. (1393). مطالعة تطبیقی جدارههای خارجی (نما) در ساختمانهای مسکونی تهران با روش تحلیل سلسله مراتبی. هویت شهر. 8(18)، 70-61.
12. طبیبیان، محمد. (1379). اقتصاد کلان. تهران: موسسه عالی پژوهش در برنامهریزی و توسعه.
13. غیائی، محمدمهدی؛ مهدوینیا، مجتبی؛ طاهباز، منصوره؛ و مفیدی شمیرانی، مجید. (1392). روششناسی گزینش نرمافزارهای کاربردی شبیهساز انرژی در حوزه معماری. هویت شهر، 7(13)، 55-45.
14. مرکز آمار ایران. (1394). اطلاعات پروانههای ساختمانی صادر شده توسط شهرداریهای کشور. بازیابی 16 فروردین، 1394، از http://www.amar.org.ir/Portals/0/Files/fulltext/1393/n_epsstshk_93-2.pdf
15. میرهاشمی، سیدمهدی؛ شاپوريان، سيد محمدهادي؛ و قیابکلو، زهرا. (1389). روشی نوین در بهینهسازی پنجرههای تكجداره. هنرهای زیبا ـ معماری و شهرسازی. 43، 48-43.
16. نصراللهی، فرشاد. (1390). ضوابط معماري و شهرسازي کاهش دهنده مصرف انرژي ساختمانها، همایش معماری ساختمان، اقلیم و بهینهسازی مصرف انرژی. اسفند 17، (ص 45-1). تهران: کمیته ملی انرژي ایران، بازیابی 17 دی، 1393، از http://www.saba.org.ir/saba_content/media/image/2012/03/3512_orig.pdf
17. ولدان، مجيد. (1393). عمر مفيد ساختمان در ايران. بازیابی 19 خرداد، 1394، از http://www.irceo.net/fullstory.aspx?id=5193
18. Alaidroos, A., & Krarti, M. (2015). Optimal design of residential building envelope systems in the Kingdom of Saudi Arabia. Energy and Buildings, 86, 104-117. Retrieved March 27, 2015, from http://www.researchgate.net/publication/267456152.
19. Aldossary, N. A., Rezgui, Y., & Kwan, A. (2014). Domestic energy consumption patterns in a hot and humid climate: a multiple-case study analysis. Applied Energy, 114, 353-365. Retrieved April 8, 2015, from http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261913008088
20. Commercialwindows. (2015). Retrieved June 18, 2015, from http://www.commercialwindows.org/wwr.php
21. Diypvcwindows. (2015). Retrieved May 12, 2015, from www.diypvcwindows.co.uk
22. Dury, B., Jon, W., Kummert, M., & Brent, T. (2008). Contrasting the capabilities of building energy performance simulation programs. Building and Environment, 43, 661-673.
23. Ghiai, M., Mahdavinia, M., Parvane, F., & Jafarikhah, S. (2014). Relation between Energy Consumption and Window to Wall Ratio in High-Rise Office Buildings in Tehran. Natural and Social Sciences. 3(2), 366-375. Retrieved January 10, 2015, from http://european-science.com/eojnss/article/view/1423/pdf.
24. Hamelin, M.C., & Zmeureanu, R. (2014). Optimum Envelope of a Single-Family House Based on Life Cycle Analysis. Buildings, 4, 95-112. Retrieved June 3, 2015, from https://www.mdpi.com/2075-5309/4/2/95/pdf.
25. Iea. (2015a). Natural gas. Retrieved May 14, 2015, from http://www.iea.org/topics/naturalgas
26. Iea. (2015b). Electricity. Retrieved May 14, 2015, from http://www.iea.org/topics/electricity
27. Kaldellis, J.K., Zafirakis, D., & Kondili, E. (2010). Energy pay-back period analysis of stand-alone photovoltaic systems. Renewable Energy, 35 (7), 1444-1454. Retrieved June 9, 2015, from http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148109005655
28. Knittel, C.R., Greenstone M., & de la Peña C.T. (2014). Understanding the Economics of Energy Efficiency. Seizing the Energy Efficiency Opportunity in the Commercial Built Environment. May 12, (pp.1-22). Massachusetts: MIT Energy Initiative.
29. Nasrollahi, F., Wehage, P., Shahriari, E., & Tarkashvand, A. (2013). Energy Efficient Housing for Iran Pilot Buildings in Hashtgerd New Town. Berlin: Universitätsverlag der TU Berlin.
30. Pilkington. (2015). Retrieved May 21, 2015, from http://www.pilkington.com/resources/glasshandbook2010english.pdf
31. Pless, Sh., & Torcellini, P. (2012). Controlling Capital Costs in High Performance Office Buildings: A Review of Best Practices for Overcoming Cost Barriers. ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings. August 12-17, (pp.1-19). California: national laboratory of the U.S. Department of Energy.
32. Tehranwin. (2015). Retrieved January 21, 2015, from http://www.tehranwin.com/
33. Worldbank. (2015a). Inflation, consumer prices (annual %). Retrieved May 14, 2015, from http://data.worldbank.org/indicator/FP.CPI.TOTL.ZG
34. worldbank .(2015b). Real interest rate (%). Retrieved May 14, 2015, from http://data.worldbank.org/indicator/FR.INR.RINR
35. Yang, Q., Liu, M., Shu, C., Mmereki, D., Hossain, U., & Zhan, X. (2015). Impact Analysis of Window-Wall Ratio on Heating and Cooling Energy Consumption of Residential Buildings in Hot Summer and Cold Winter Zone in China. Journal of Engineering, 18(1), 1-17. Retrieved May 11, 2015, from http://www.hindawi.com/journals/je/2015/538254/
36. Yildiz, Y., Ozbalta, T.G., & Arsan, Z. D. (2011). Impact of Window-to-Wall Surface Area for Different Window Glass Types and Wall Orientations on Building Energy Performance: A Case Study for a School Building Located in Izmir Turkey. Megaron, 6(1), 30-38. Retrieved January 22, 2015, from http://www.megaronjournal.com/download.asp?ID=39.
