بهینه‌سازی ساختمان مجهز به نمای دو پوسته، ماده تغییر فازدهنده، سقف سبز، و فتوولتاییک و بررسی اثرات محیط زیستی و اقتصادی آن

محورهای موضوعی : انرژی های تجدید پذیر

سبحان ایزدپناه ¹ , فریور فاضلپور ² , محمد افتخاری یزذی ³

1 - گروه مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - گروه مهندسی سیستم انرژی، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات)
3 - گروه مکانیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

تاریخ دریافت : 1402/07/29 تاریخ پذیرش : 1402/10/20 تاریخ انتشار : 1403/03/01

کلید واژه: بهینه سازی مصرف انرژی, سقف سبز, ماده تغییر فازدهنده, نمای دو پوسته, فتوولتاییک.,

چکیده مقاله :

زمینه و هدف: با عنایت به اهمیت و ضرورت کاهش مصرف انرژی در کشور، روش‌های متفاوتی به منظور نیل به این هدف در ساختمان معرفی و مورد بررسی محققان قرار گرفته است، استفاده توامان از پنل‌‌های فتوولتاییک، سقف سبز و مواد تغییر فازدهنده و نمای دو پوسته، منجر به کاهش تقریباً70% مصرف انرژی می‌شود، با توجه به این نکته در این تحقیق هدف بهینه‌سازی حالات استفاده از فناوری‌های بالا با درنظر گرفتن جنبه‌های اقتصادی و محیط زیستی می‌باشد.

روش بررسی: در این تحقیق بهینه‌سازی نوع و نحوه‌ی به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده در دیوار خارجی و بام سبز، با هدف کاهش توامان بار سرمایشی و گرمایشی برای نخستین مرتبه در ساختمان مجهز به فناوری‌های یاد شده انجام پذیرفته، از الگوریتم ژنتیک در سه شرایط آب هوایی گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی،گرم و خشک کویری و آب و هوای معتدل و مرطوب، استفاده شده است. روش انجام این تحقیق، بهینه‌سازی با کمک نرم‌افزار دیزاین بیلدر است که در سال 1402 انجام و نهایی شده است و نتایج از منظر محیط زیستی و اقتصادی بررسی شدند.

یافته‌ها: در نتیجه‌ی این اقدام به ترتیب 9، 9 و 6 پاسخ‌ بهینه برای شهرهای تهران با آب و هوای گرم و خشک استپی ، یزد با آب و هوای کویری و آمل با آب و هوای معتدل و مرطوب حاصل شده که بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی 9/70% برای آب و هوای معتدل مرطوب بوده است.

بحث و نتیجه‌گیری: با در نظر گرفتن آنالیز اقتصادی و اثرات محیط زیستی دو حالت بهینه نسبت به سایر گزینه‌ها ارجحیت داشته که عبارتند از: 1- استفاده از ماده تغییر فازدهنده، RT31 در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان مسکونی واقع در شرایط آب و هوایی گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی 2- استفاده از ماده تغییر فازدهنده، RT26 در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان مسکونی واقع در شرایط آب و هوایی گرم و خشک کویری

چکیده انگلیسی:

Background and Objective: Considering the importance and necessity of energy saving in Iran, different methods have been introduced and examined in order to achieve this goal in the building section. simultaneous use of photovoltaic panels, green roofs, phase-change materials and double-skin facades, can lead to almost 70% Energy saving. considering this fact, it is important to optimize the use of the above technologies, with analyzing their economic and environmental aspects.

Material and Methodology: In this research, the optimization of PCM types and PCM location in external wall and green roof layers, with the objective of cooling and heating load reduction, for the first time in a building equipped with the aforementioned technologies, was carried out using the genetic algorithm. Three climate condition of Iran consist of Hot arid (steppe-dry mid-latitude and Desert biome-dry tropical) and mild-humid climate was selected. The study was conducted using Design Builder software version 6.1.5.2.

Findings: As a result, 9, 9 and 6 optimal solutions were calculated for Tehran with steppe-dry mid-latitude climate, Yazd with Desert biome-dry tropical climates, and Amol with mild-humid climate respectively. The highest amount of energy saving of 70.9% has been achieved for mild-humid climate.

Discussion and Conclusion: Considering the economic analysis and environmental effects, two following solutions are suggested 1- using RT31 PCM between brick and plaster layers of external wall of the building located in steppe-dry mid-latitude climate 2- using, RT26 Between brick and plaster layers of external wall of the building in desert biome-dry tropical climate.

منابع و مأخذ:

1. Frédéric Kuznik JV. Experimental assessment of a phase change material for wall building use. Applied Energy. 2009;86:2038-46.
2. Yilin Li JD, Georgios Kokogiannakis. Heat transfer analysis of an integrated double skin façade and phase change material blind system. Building and Environment. 2017.
3. Alvaro de Gracia LN, Albert Castell, Álvaro Ruiz-Pardob, Servando Alvárez,, Cabeza LF. Experimental study of a ventilated facade with PCM during winter period. energy and buildings. 2013;58:324-32.
4. Alvaro de Graciaa LN, Albert Castell, Álvaro Ruiz-Pardob,, Servando Álvarez LFC. Thermal analysis of a ventilated facade with PCM for cooling applications. energy and buildings. 2013;65:508-15.
5. Alvaro de Gracia LN, Albert Castell, Dieter Boer, Luisa F. Cabeza. Life cycle assessment of a ventilated facade with PCM in its air chamber. Solar Energy. 2014;104:115-23.
6. Liene Kancane RV, Andra Blumberga. Modeling of building envelope’s thermal properties by applying phase change materials. energy Procedia. 2016;95:175-80.
7. Kun Du JC, Zhonghua Wang, Yupeng Wu, Hao Liu. A review of the applications of phase change materials in cooling, heating and power generation in different temperature ranges. Applied Energy. 2018;220:242-73.
8. Saman Nimali Gunasekara RP, Justin Ningwei Chiu, Viktoria Martin. Polyols as phase change materials for surplus thermal energy storage. Applied Energy. 2015.
9. Guohui Feng KH, Hailun Xie, Huixing Li, Xin Liu, Shibo Liu, Chihong Cao. DSC test error of phase change material (PCM) and its influence on the simulation of the PCM floor. Renewable Energy. 2015:1-6.
10. Xiangfei Kong PJ, Chengqiang Yao, Yun Liu. Experimental study on thermal performance of phase change material passive and active combined using for building application in winter. Applied Energy. 2017;206:293-302.
11. Heqing Tian LD, Xiaolan Wei, Suyan Deng, Weilong Wang, Jing Ding. Enhanced thermal conductivity of ternary carbonate salt phase change material with Mg particles for solar thermal energy storage. Applied Energy. 2017;204:525-30.
12. Zongtao Li YW, Baoshan Zhuang, Xuezhi Zhao, Yong Tang, Xinrui Ding,, Chen K. Preparation of novel copper-powder-sintered frame/paraffin form-stable phase change materials with extremely high thermal conductivity. Applied Energy. 2017.
13. Haiyue Yang YW, Qianqian Yu, Guoliang Cao, Rue Yang, Jiaona Ke, Xin Di, Feng Liu, Wenbo Zhang, Chengyu Wang. Composite phase change materials with good reversible thermochromic ability in delignified wood substrate for thermal energy storage. Applied Energy. 2018;212:455-64.
14. Guanghui Leng GQ, Zhu Jiang, Guizhi Xu, Yue Qin, Chun Chang, Yulong Ding. Micro encapsulated & form-stable phase change materials for high temperature thermal energy storage. Applied Energy. 2018;217:212-20.
15. Anna Laura Pisello VLC, Franco Cotana. Dynamic thermal-energy performance analysis of a prototype building with integrated phase change materials. Energy Procedia. 2015;81:82-8.
16. Stfephane Guichard FM, Dimitri Bigot, Bruno Malet-Damour, Karim Beddiar, Harry Boyer. A complex roof incorporating phase change material for improving thermal comfort in a dedicated test cell. Renewable Energy. 2017;101:450-61.
17. Pere Llorach-Massana JP, Joan Rieradevall, J. Ignacio Montero. Analysis of the technical, environmental and economic potential of phase change materials (PCM) for root zone heating in Mediterranean greenhouses. Renewable Energy. 2017;103:570-81.
18. Kecheng Zhong SL, Gaofeng Sun, Shanshan Li, Xiaosong Zhang. Simulation study on dynamic heat transfer performance of PCM-filledglass window with different thermophysical parameters of phasechange material. energy and buildings. 2015;106:87-95.
19. Shuhong Li GS, Kaikai Zou, Xiaosong Zhang. Experimental research on the dynamic thermal performance of anovel triple-pane building window filled with PCM. Sustainable Cities and Society. 2016;27:15-22.
20. Changyu Liu YW, Yongjian Zhu, Dong Li, Lingyong Ma. Experimental investigation of optical and thermal performance of aPCM-glazed unit for building applications. energy and buildings. 2018;158:794-800.
21. sayanthan Ramakrishnan XW, Jay Sanjayan, John Wilson. Thermal performance of buildings integrated with phase change materials to reduce heat stress risks during extreme heatwave events. Applied Energy. 2017.
22. Antonella D'Alessandro ALP, Claudia Fabiani, Filippo Ubertini, Luisa F. Cabeza, Franco Cotana. Multifunctional smart concretes with novel phase change materials: Mechanical and thermo-energy investigation. Applied Energy. 2018;212:1448-61.
23. Amine Laaouatni NM, Rachid Bennacer, Mohamed El Omari, Mohammed El Ganaoui. Phase change materials for improving the building thermal inertia. Energy Procedia. 2017;139:744-9.
24. Sayanthan Ramakrishnan XW, Jay Sanjayan, John Wilson. Thermal performance assessment of phase change material integrated cementitious composites in buildings: Experimental and numerical approach. Applied Energy. 2017.
25. Hagar Elarga FG, Angelo Zarrella, Andrea Dal Monte, Ernesto Benini. Thermal and electrical performance of an integrated PV-PCM system in double skin façades: A numerical study. Solar Energy. 2016;136:112-24.
26. Mohamad Ahangari MM. An innovative PCM system for thermal comfort improvement and energy demand reduction in building under different climate conditions. sustainable Cities and Society. 2018.
27. Mingfang Tang XZ. Experimental study of the thermal performance of an extensive green roof on sunny summer days. Applied Energy. 2019;242:1010-21.
28. Wan Iman Wan Mohd Nazi YW, Haisheng Chen, Xinjing Zhang, Anthony Paul Roskilly. Passive Cooling Using Phase Change Material and Insulation for High rise Office Building Tropical Climate. Energy Procedia. 2017;142:2295-302.
29. Stefano Cascone FC, Antonio Gagliano, Gaetano Sciuto. A comprehensive study on green roof performance for retrofitting existing buildings. Building and Environment. 2018;136:227-39.
30. Caterina Gargari CB, Fabio Fantozzi, Carlo Alberto Campiotti. Simulation of the thermal behaviour of a building retrofitted with a green roof: optimization of energy efficiency with reference to italian climatic zones. Agriculture and Agricultural Sceince Procedia. 2016;8:628-36.
31. Qingwei Xing XH, Yaolin Lin , Hang Tan , Ke Yang. Experimental Investigation on the Thermal Performance of a Vertical Greening System with Green Roof in Wet and Cold Climates during Winter. energy and buildings. 2019;183:105-17.
32. 32. Jutta Schade SL, Joel Lönnqvis. The thermal performance of a green roof on a highly insulated building in a sub-arctic climate. Energy and buildings. 2021;241:110961.
33. Yongqiang Luo LZ, Xiliang Wang, Lei Xie, Zhongbing Liu, Jing Wu, Yelin Zhang, Xihua He. A comparative study on thermal performance evaluation of a new double skin façade system integrated with photovoltaic blinds. Applied Energy. 2017;199:281-93.
34. Chao Chen HL, Zhiqiang (John) Zhai, Yin Li, Fengguang Yang, Fengtao Han, Shen Wei. Thermal performance of an active-passive ventilation wall with phase change material in solar greenhouses. Applied Energy. 2018;216:602-12.
35. Siliang Yang AC, Aldo Di Carlo, Deo Prasad, Alistair Sproul, Francesco Fiorito. Performance assessment of BIPV/T double-skin façade for various climate zones in Australia: Effects on energy consumption. Solar Energy. 2020;199:377–99.
36. Muhammad Shafique XL, Jian Zuo. Photovoltaic-green roofs: A review of benefits, limitations, and trends. Solar Energy. 2020;202:485–97.
37. Piero Bevilacqua RB, Natale Arcuri. Green roofs in a Mediterranean climate: Energy performances based on in-situ experimental data. Renewable Energy. 2020;152:1414-30.
38. J. Xamán AR-A, I. Zavala-Guillén, I. Hernández-Pérez, J. Arce, D., Sauceda. Thermal performance analysis of a roof with a PCM-layer under Mexican weather conditions. Renewable Energy. 2020;149:773-85.
39. Ji Hun Park UB, Seong Jin Chang, Seunghwan Wi, Yujin Kang, Sumin Kim. Energy retrofit of PCM-applied apartment buildings considering building orientation and height. Energy. 2021;222:119877.
40. Liu Y, Ming H, Luo X, Hu L, Sun Y. Timetabling optimization of classrooms and self-study rooms in university teaching buildings based on the building controls virtual test bed platform considering energy efficiency. Building Simulation. 2023;16(2):263-77.
41. Krarti M, Aldubyan M. Peak demand-based optimization approach for building retrofits: case study of Saudi residential buildings. Energy Efficiency. 2022;15(8):69.
42. Kümpel A, Stoffel P, Müller D. Development of a Long-Term Operational Optimization Model for a Building Energy System Supplied by a Geothermal Field. Journal of Thermal Science. 2022;31(5):1293-301.
43. Xue Q, Wang Z, Chen Q. Multi-objective optimization of building design for life cycle cost and CO2 emissions: A case study of a low-energy residential building in a severe cold climate. Building Simulation. 2022;15(1):83-98.
44. Ronghui S, Liangrong N. An intelligent fuzzy-based hybrid metaheuristic algorithm for analysis the strength, energy and cost optimization of building material in construction management. Engineering with Computers. 2022;38(4):2663-80.
45. Abbasizade F, Abbaspour M. Developing an optimization-based simulation approach for building energy performance evaluation (case study: Iran). International Journal of Energy and Water Resources. 2021;5(3):277-86.
46. Li X, Rodriguez D. Optimization of a building energy performance by a multi-objective optimization, using sustainable energy combinations. Evolving Systems. 2021;12(4):949-63.
47. Ma L, Ge H, Wang L, Wang L. Optimization of passive solar design and integration of building integrated photovoltaic/thermal (BIPV/T) system in northern housing. Building Simulation. 2021;14(5):1467-86.
48. Lin Y, Yang W. An ANN-exhaustive-listing method for optimization of multiple building shapes and envelope properties with maximum thermal performance. Frontiers in Energy. 2021;15(2):550-6.
49. Tian S, Su X, Shao X, Wang L. Optimization and evaluation of a solar energy, heat pump and desiccant wheel hybrid system in a nearly zero energy building. Building Simulation. 2020;13(6):1291-303.
50. Zhao J, Du Y. Multi-objective optimization design for windows and shading configuration considering energy consumption and thermal comfort: A case study for office building in different climatic regions of China. Solar Energy. 2020;206:997-1017.
51. Ameur M, Kharbouch Y, Mimet A. Optimization of passive design features for a naturally ventilated residential building according to the bioclimatic architecture concept and considering the northern Morocco climate. Building Simulation. 2020;13(3):677-89.
52. Zhang T, Wang D, Liu H, Liu Y, Wu H. Numerical investigation on building envelope optimization for low-energy buildings in low latitudes of China. Building Simulation. 2020;13(2):257-69.
53. Mahdavi Adeli M, Farahat S, Sarhaddi F. Increasing thermal comfort of a net-zero energy building inhabitant by optimization of energy consumption. International Journal of Environmental Science and Technology. 2020;17(5):2819-34.
54. Ciardiello A, Rosso F, Dell'Olmo J, Ciancio V, Ferrero M, Salata F. Multi-objective approach to the optimization of shape and envelope in building energy design. Applied Energy. 2020;280:115984.
55. Zhang J, Liu N, Wang S. A parametric approach for performance optimization of residential building design in Beijing. Building Simulation. 2020;13(2):223-35.
56. Izadpanah S, Fazelpour F, Eftekhari Yazdi M. Comparative study of simultaneous use of a double or a triple skin facade with phase change materials, green roof, and photovoltaics in residential buildings of Iran. Environmental Progress & Sustainable Energy. 2023;42(1):e13935.
57. Ivan Andric AK, Sami G. Al-Ghamdi Efficiency of green roofs and green walls as climate change mitigation measures in extremely hot and dry climate: Case study of Qatar. Energy Reports. 2020;6:2476–89.
58. Morshed Alam HJ, Jay Sanjayan, John Wilson. Energy saving potential of phase change materials in major Australian cities. Energy and Buildings. 2014;78:192–201.
59. Niloufar Ziasistani FF. Comparative study of DSF, PV-DSF and PV-DSF/PCM building energy performance considering multiple parameters. Solar Energy. 2019;187:115-28.
60. Mukhamet T, Kobeyev S, Nadeem A, Memon SA. Ranking PCMs for building façade applications using multi-criteria decision-making tools combined with energy simulations. Energy. 2021;215:119102.
61. Mi X, Liu R, Cui H, Memon SA, Xing F, Lo Y. Energy and economic analysis of building integrated with PCM in different cities of China. Applied Energy. 2016;175:324-36.
62. Movahed Y, Bakhtiari A, Eslami S, Noorollahi Y. Investigation of single-storey residential green roof contribution to buildings energy demand reduction in different climate zones of Iran. International Journal of Green Energy. 2021;18(1):100-10.
63. Heydari AH, Haghighi Khoshkhoo R. Techno-economical analysis of DSF, BIPV and PCM in administrative buildings in four climates of Iran. International Journal of Ambient Energy. 2022;43(1):8474-85.
64. Gholami H, Nils Røstvik H, Manoj Kumar N, Chopra SS. Lifecycle cost analysis (LCCA) of tailor-made building integrated photovoltaics (BIPV) façade: Solsmaragden case study in Norway. Solar Energy. 2020;211:488-502.
65. Passera A, Lollini R, Avesani S, Lovati M, Maturi L, Moser D. BIPV Facades: Market potential of retroft application in the european building stock 2018.

متن کامل:



 

بهینه‌سازی ساختمان مجهز به نمای دو پوسته، ماده تغییر فازدهنده، سقف سبز، و فتوولتاییک و بررسی اثرات محیط زیستی و اقتصادی آن

 

 

چکیده زمینه و هدف: با عنایت به اهمیت و ضرورت کاهش مصرف انرژی در کشور، روش‌های متفاوتی به منظور نیل به این هدف در ساختمان معرفی و مورد بررسی محققین قرار گرفته است، استفاده توامان از پنل‌‌های فتوولتاییک، سقف سبز و مواد تغییر فازدهنده و نمای دو پوسته، منجر به کاهش تقریباً70% مصرف انرژی می‌شود، با توجه به این نکته بهینه‌سازی حالات استفاده از فناوری‌های فوق با درنظر گرفتن جنبه‌های اقتصادی و محیط زیستی اهمیت می‌یابد.  روش بررسی: در این تحقیق بهینه‌سازی نوع و نحوه‌ی به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده در دیوار خارجی و بام سبز، با هدف کاهش توامان بار سرمایشی و گرمایشی برای نخستین مرتبه در ساختمان مجهز به فناوری‌های مذکور انجام پذیرفته، از الگوریتم ژنتیک در سه شرایط آب هوایی گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی،گرم و خشک کویری و آب و هوای معتدل و مرطوب، استفاده شده است. بهینه‌سازی با کمک نرم‌افزار دیزاین بیلدر که بر پایه موتور انرژی پلاس است انجام و نهایی شده و از منظر محیط زیستی و اقتصادی بررسی شده‌اند.  یافته‌ها: در نتیجه‌ی این اقدام به ترتیب 9، 9 و 6 پاسخ‌ بهینه برای شهرهای تهران با آب و هوای گرم و خشک استپی ، یزد با آب و هوای کویری و آمل با آب و هوای معتدل و مرطوب حاصل شده که بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی 9/70% برای آب و هوای معتدل مرطوب بوده است.  بحث و نتیجه‌گیری: با در نظر گرفتن آنالیز اقتصادی و اثرات محیط زیستی دو حالت بهینه نسبت به سایر گزینه‌ها ارجحیت داشته که عبارتند از: 1- استفاده از ماده تغییر فازدهنده، RT31 در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان مسکونی واقع در شرایط آب و هوایی گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی 2- استفاده از ماده تغییر فازدهنده، RT26 در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان مسکونی واقع در شرایط آب و هوایی گرم گرم و خشک کویری   كلمات كليدي: بهینه سازی مصرف انرژی؛ سقف سبز؛ ماده تغییر فازدهنده؛ نمای دو پوسته؛ فتوولتاییک.

 

Optimization of a building equipped with double skin façade, phase change materials, green roof, and photovoltaic with evaluation of their economic and environmental aspects

 

 

Abstract Background and Objective: Considering the importance and necessity of energy saving in Iran, different methods have been introduced and examined in order to achieve this goal in the building section. simultaneous use of photovoltaic panels, green roofs, phase-change materials and double-skin facades, can lead to almost 70% Energy saving. considering this fact, it is important to optimize the use of the above technologies, with analyzing their economic and environmental aspects. Material and Methodology: In this research, the optimization of PCM types and PCM location in external wall and green roof layers, with the objective of cooling and heating load reduction, for the first time in a building equipped with the aforementioned technologies, was carried out using the genetic algorithm. Three climate condition of Iran consist of Hot arid (steppe-dry mid-latitude and Desert biome-dry tropical) and mild-humid climate was selected. The study was conducted using Design Builder software version 6.1.5.2. Findings: As a result, 9, 9 and 6 optimal solutions were calculated for Tehran with steppe-dry mid-latitude climate, Yazd with Desert biome-dry tropical climates, and Amol with mild-humid climate respectively. The highest amount of energy saving of 70.9% has been achieved for mild-humid climate. Discussion and Conclusion: Considering the economic analysis and environmental effects, two following solutions are suggested 1- using RT31 PCM between brick and plaster layers of external wall of the building located in steppe-dry mid-latitude climate 2- using, RT26 Between brick and plaster layers of external wall of the building in desert biome-dry tropical climate.    Keywords: Energy Optimazation; Double Skin Façade; Phase Change Material; Green Roof, Photovoltaics.

 

1- زمینه و هدف  

مسئله مصرف برق در کشور ایران به خصوص در سالیان اخیر با توجه به افزایش قطعی برق از اهمیت فراوانی برخوردار بوده است، بخش عمده این افزایش قطعی برق به دلیل افزایش مصرف در بخش ساختمانی علی الخصوص در فصل تابستان و افزایش درخواست بار سرمایشی مورد نیاز می‌باشد. بدین منظور ضرورت دارد با نگاهی مجدد به فناوری‌های کاهش مصرف انرژی در ساختمان، راه‌حل‌های بهینه معرفی و به کار گرفته شود. از جمله فناوری‌های پیشنهادی، استفاده از مواد تغییر فازدهنده در ساختمان می‌باشد این مواد با عنایت به توانایی جابه‌جایی ساعات اوج مصرف برق (1) می‌توانند راه‌حل مناسبی برای برون رفت از وضعیت فعلی باشند، برای نمونه استفاده از این مواد در نماهای دوجداره تهویه شونده (2-5) به طور کامل عملکرد حرارتی ساختمان را بهبود بخشیده است. نخستین نکته در خصوص استفاده از این مواد، انتخاب ماده تغییر فازدهنده مناسب می‌باشد(6, 7)، بدین منظور در تحقیقات بسیاری پارامترهای تاثیر گذار بر عملکرد این مواد ‌(8, 9) بررسی و یا ترکیبات جدید آن معرفی شده‌اند(10-14) . جایگاه استقرار این مواد در ساختمان از جمله مسائلی بوده که تا کنون مورد بررسی، تحقیق و تحلیل قرار گرفته است، استقرار این مواد در سقف ساختمان تا 6/12% ذخیره‌ی سرمایش را افزایش داده است(15). همچنین بررسی اثر استفاده از این مواد در سقف به همراه لایه‌ی هوای تهویه نشده (16, 17) بهبود آسایش حرارتی ساکنین را نشان داده است.

نکته‌ی دیگر در برخورد با مواد تغییر فازدهنده، نحوه‌ی استفاده از این مواد به ویژه در مصالح و اجزای ساختمان نظیر شیشه و دیوار و ..... می‌باشد. برای مثال (18) با اضافه کردن ماده تغییر فازدهنده به شیشه دوجداره، اثر جابه‌جایی پیک بار سرمایشی و خواص عایق حرارتی سیستم، به خصوص در تابستان‌های گرم و زمستان‌های سرد کشور چین افزایشی است و حرارت ورودی به ساختمان در یک روز آفتابی تا 3/18% کاهش می‌یابد. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در بین جدارهای پنجره دوجداره به خصوص در تابستان اثر قابل توجهی در کاهش مصرف انرژی در ساختمان دارد. آزاد‌سازی گرمای نهان این مواد در شب‌های تابستان بسیار قابل توجه بوده و در نتیجه ممکن است به علت ذوب کامل این مواد حالت بیش گرمایش در ساختمان ایجاد کند، (19, 20)، در تحقیقی در سال 2017(21) نشان داده شد که بازسازی ساختمان با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده می‌تواند خطرات ناشی از تنش حرارتی داخلی ساختمان را به طور موثر کاهش دهد. از انواع دیگر کاربرد مواد تغییر فازدهنده در ساختمان استفاده از آن‌ها در مصالح ساختمانی نظیر بتن(22, 23) و یا به صورت کامپوزیت سیمانی می‌توان نام برد(24).

همچنین مشخص شده است که استفاده از یک لایه فتوولتاییک و یک لایه از مواد تغییر فازدهنده در نمای ساختمان ماهانه 20 تا 30% بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان را کاهش می‌دهد(25). یکی از موارد مهم در استفاده از مواد تغییر فازدهنده وابستگی عملکرد این مواد به تغییرات آب و هوایی است، محمد اهنگری و مهدی معرفت در سال 2018 (26) به منظور ارتقای آسایش حرارتی و مصرف انرژی در ساختمان، ماده تغییر فاز دهنده دو لایه را پیشنهاد کردند و نتایج نشان داد که استفاده از طرح پیشنهادی، زمان رسیدن اتاق به آسایش حرارتی را در مناطق خشک از 73 تا %93 و در مناطق نیمه مرطوب از 63 تا 75% افزایش می‌دهد. هم‌چنین مصرف انرژی حرارتی در مناطق خشک تا 5/17% و در مناطق مرطوب تا 4/10% کاهش می‌یابد.

سقف‌های سبز یک راه‌حل مناسب برای افزایش حفظ آب باران و بهبود عملکرد انرژی ساختمان‌های جدید و موجود می‌باشند. مزیت‌های اصلی سقف سبز صرفه‌جویی انرژی و منافع زیست‌محیطی آن‌هاست(27-29). بررسی اثر استفاده از سقف سبز در یک مکان عمومی (30) مشخص کرد که میزان صرفه‌جویی مصرف انرژی در ساختمان با استفاده از سقف سبز، به حالت اولیه ساختمان بدون استفاده از آن، وابسته می‌باشد. از جمله پارامترهایی که بر میزان کاهش بار سرمایشی ناشی از وجود سقف سبز تاثیر گذار است می‌توان به شرایط آب و هوایی و میزان استفاده از عایق حرارتی در ساختمان نام برد. ژینگ و همکاران در سال 2019 (31) به صورت تجربی به بررسی عملکرد حرارتی سقف و دیوار سبز در مناطقی با آب و هوای سرد و مرطوب در فصل زمستان پرداختند، نتایج نشان داد که در حالت عدم وجود گرمایش با استفاده از دیوار و سقف سبز دمای داخل ساختمان افزایش می‌یابد. در مقاله‌ای در سال  2021 (32) عملکرد حرارتی بام سبز در شرایط اب و هوایی مادون قطبی مورد بررسی قرار گرفت، که بر اساس نتایج این مقاله، مشخص گردید که تاثیر حرارتی استفاده از سقف سبز در صرفه‌جویی مصرف انرژی در ساختمانی با عایق‌کاری (با کیفیت و شدت بالا) در شرایط آب و هوایی مادون قطبی پایین است.

نمای شیشه‌ای و شفاف، نمای مورد علاقه بسیاری از معماران در سرتاسر دنیا است، اما استفاده از این نماها عامل افزایش مصرف انرژی می‌شود، لذا محققان در تلاش‌اند با ارائه طرح‌های مبتکرانه مصرف انرژی در ساختمان‌ها با نمای شفاف را کاهش دهند(33, 34) در سال 2017 طرح جدیدی پیشنهاد گردید، در این طرح در بین نمای دوجداره شیشه‌ای از کرکره‌ای استفاده شد که پره‌های این کرکره مجهز به سیستم فتوولتاییک بوده است، مشخص شد طرح پیشنهادی می‌تواند از 16/12 تا 57/25% درصد مصرف انرژی را در مقایسه با نمای دوجداره معمولی کاهش دهد.

در سال 2020 (35) در کشور استرالیا با در نظر گرفتن شرایط آب و هوایی استوایی ساوانا و نیمه استوایی و اقیانوسی در یک ساختمان اداری به بررسی استفاده هم‌زمان از نمای دو پوسته و سیستم فتوولتاییک پرداخته شده و با مقایسه حالت‌های عملیاتی مختلف، مشخص شد که نمای دوپوسته با تهویه طبیعی و سلول خورشیدی پروسکایت، می‌تواند پیکربندی بهینه‌ای باشد که به بالاترین میزان صرفه‌جویی دست می‌یابد. میزان کل صرفه‌جویی سالانه انرژی به ترتیب در داروین، سیدنی و کانبرا با شرایط آب و هوایی استوایی ساوانا و نیمه استوایی و اقیانوسی در مقایسه با فن‌آوری‌های سنتی به میزان 1/34%، ۸۶% و %106 رسید.

در سال 2020 (36, 37) در مقاله‌ای بعد از بررسی جامع ۱۴۵ مقاله تحقیقاتی مرتبط با بام‌های فتوولتاییک سبز، مزایای بام‌های فتوولتاییک سبز از شش دیدگاه مختلف، چالش‌های تحقیق و مشکلات تحقیقات موجود و مسیرهای تحقیقات آینده بیان و مشخص شد که این فناوری یک استراتژی موثر برای تولید انرژی پاک در مقیاس ساختمانی است. با این حال، هنوز چالش‌های مختلفی وجود دارند که مانع از اجرای این بام‌ها در مقیاس بزرگ می‌شوند، از جمله هزینه‌های اولیه بالا، داده‌های تجربی محدود و عدم آگاهی در مورد مزایای بلند مدت. این چالش‌ها را می‌توان از طریق طراحی مقرون‌به‌صرفه جدید بام‌های فتوولتاییک سبز و اتخاذ مناسب‌ترین مواد، که می‌توانند در یک دوره طولانی‌تر به طور موثرتری عمل کنند، برطرف نمود.

بر اساس نتایج تحقیقات (38) استفاده از مواد تغییر فازدهنده در لایه‌ی درونی سقف بتنی تا 57% بار حرارتی کمتری را نسبت به سقف معمولی در طول سردترین و گرم‌ترین روز در شرایط اقلیم آب و هوایی گرم کشور مکزیک ایجاد می‌کند. هم‌چنین ارزیابی تاثیر پارامترهایی نظیر جهت، ارتفاع و نوع ساختمان در عملکرد حرارتی ساختمان تجهیز شده با مواد تغییر فازدهنده در سال 2021 (39) مشخص کرد که انتخاب جهت‌ و ارتفاع مناسب با هدف کاهش مصرف انرژی به ویژگی‌های تابش خورشید در محل استقرار ساختمان، جهت و سرعت باد وابسته است. علاوه بر این، پارامترهای مورد اشاره، بر عملکرد حرارتی ماده تغییر فازدهنده‌ی مورد استفاده در ساختمان نیز موثر می‌باشند. 

در ادامه بررسی پیشینه تحقیق مشخص گردید تحقیقات بسیاری به منظور بهینه‌سازی پارمترهای موثر در عملکرد حرارتی ساختمان انجام شده، اما تاکنون بهینه‌سازی ساختمان با مشخصات مدنظر در این تحقیق انجام نشده است(40-55). با عنایت به نتایج آنالیز حرارتی ساختمان مجهز به بام سبز، ماده تغییر فازدهنده، نمای دو پوسته و فتووالتاییک(56)، برای نخستین مرتبه در این تحقیق، بهینه‌سازی دو هدفه ساختمانی مسکونی با شرایط مذکور، به منظور کاهش بار سرمایشی و گرمایشی مورد نیاز انجام پذیرفته و ضمن بررسی اثرات محیط زیستی و آنالیز اقتصادی، بهترین گزینه در بین راه‌حل‌های پیشنهادی معرفی شده است. لذا برخی از نوآوری‌های این تحقیق عبارتند از: 1- بهینه‌سازی ساختمانی مسکونی با ترکیب استفاده از دیوار ارتقایافته با ماده تغییر فازدهنده، بام سبز، فتوولتاییک و پنجره و نمای دو پوسته، با هدف کاهش بار سرمایشی و گرمایشی 2- انتخاب حالت بهینه محل استقرار ماده تغییر فازدهنده در دیوار و سقف ساختمان مجهز به دیوار ارتقایافته با این مواد، بام سبز، فتوولتاییک و نمای دو پوسته 3- انتخاب ماده تغییر فازدهنده مناسب مستند بر نتایج بهینه در ساختمان مجهز به فناوری‌های مذکور 4- تصمیم‌گیری در خصوص استفاده یا عدم استفاده از ماده تغییر فازدهنده در دیوار و سقف ساختمان با شرایط پیش‌بینی شده در تحقیق 5-آنالیز اقتصادی و بررسی اثرات محیط زیستی حالات بهینه در ساختمان با شرایط مذکور. 

 

2- روش بررسی

در این تحقیق با در نظر گرفتن یک ساختمان مسکونی به مساحت بنای 1195 متر مربع با انجام بهینه‌سازی دو هدفه به منظور کاهش توامان بار سرمایشی و گرمایشی ساختمان مجهز به فناوری‌های معرفی شده، راه‌حل‌های بهینه مشخص و سپس با در نظر گرفتن المان‌های محیط زیستی و اقتصادی بهترین گزینه انتخاب و به تحلیل نتایج پرداخته شده است. در انجام بهینه‌سازی‌ها از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. بهینه‌سازی‌ها بر اساس فلوچارت شکل 1 انجام و اجرایی شده است. مشخصه‌ها و جزییات متریال و مصالح منتخب در دیوار، سقف و کف ساختمان در جدول 1 ارائه شده است. طراحی ساختمان مذکور در نرم افزار دیزاین بیلدر بر اساس طرح دو بعدی شکل 2 - الف اجرا شده است، طرح سه بعدی ساختمان در شکل 3- ب نمایش داده شده است. شبیه‌سازی قسمت فتووالتاییک ساختمان بر اساس اطلاعات مندرج در جدول 2 و بام سبز طراحی شده بر اساس داده‌های مورد استفاده در مرجع (57) بوده که اطلاعات آن در جدول 3 ارائه شده، اجرایی شده است. سه شهر تهران، یزد و آمل انتخاب شده‌اند (شکل3). جهت اخذ اطلاعات مربوط به داده‌های آب و هوایی تهران و یزد از اطلاعات کتابخانه نرم‌افزار دیزاین‌بیلدر استفاده شده است و جهت حصول اطلاعات آب و هوای شهر آمل از نرم‌افزارهای شبیه‌ساز مترونوم استفاده گردید، اطلاعات مذکور در جدول 4 ارائه شده است. ، با عنایت به تعدد استفاده از داده‌های مذکور در مقالات معتبر ایرانی و بین‌المللی، استفاده از این اطلاعات قابل توجیه است

جدول1: مصالح به کار رفته 

Table1: Construction material

کف ساختمان			سقف معمولی ساختمان			دیوار خارجی ساختمان
U (W/m2-K)	ضخامت (cm)	مصالح	U (W/m2-K)	ضخامت (cm)	مصالح	U (W/m2-K)	ضخامت (cm)	مصالح
2/0	3/33	مجموع اجزای کف	6/0	5/31	مجموع اجزای سقف	1/3	5/15	مجموع اجزای دیوار
3/0	3/13	فوم فرمالدهید و اوره	2/5	7	گراول	4/175	2	تراورتن
3/11	10	بتن ریخته‌گری	17	1	قیر	9/114	1	سیمان
8/5	7	شمشه کف	8/0	20	بتن سقف	1/9	11	آجر
7/21666	3	کفپوش تخته‌ای	36	2	سیمان	50	1	گچ
			7/16	5/1	7/16	5/1	5/0	گچ سفیدکاری

 

	(الف)   (ب)
شکل1: فلوچارت بهینه‌سازی  Figure1: Optimization diagram	شکل 2: طراحی الف) دو بعدی ب) سه بعدی ساختمان Figure2: a) 2D b)3D design of building

         

جدول2: اطلاعات سیستم فتوولتاییک  Table2: Properties of the PV module	جدول3: مشخصات بام سبز (57) Table3: Construction material used in Green Roof (57)
Monocrystalline Total solar transmission(SHGC) 7/0 Direct Solar /transmission 6/0 Light Transmission 7/0 U-Value (W/m2-K) 9/1	U (W/m2-K) ضخامت (cm) مصالح مورد استفاده   4/0 5/58   مجموع اجزای بام سبز  2 20 پوشش گیاهی   2/5 10 خاک   2/3 4 کائوچوی طبیعی   17 1 قیر خالص   36 2 ملات سیمانی   8/0 20 دال بتنی   2 5/1 گچ

 

جدول 4: اطلاعات آب و هوایی شهرهای منتخب

Table4:Information of selected Cities Climate condition

Outside Dry-Bulb Temperature (C°)	Outside Dew-Point Temperature (C°)	Direct Normal Solar (kWh)	Diffuse Horizontal Solar (kWh)	Wind Speed (m/s)	Wind Direction (°)	Atmospheric Pressure (Pa)	نوع اقلیم آب و هوایی	شهر
3/17	6/1	5/1799	6/1059	7/2	8/145	6/87939	گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی	تهران
2/19	8/1-	1/1346	4/1212	4/2	9/123	1/87586	گرم و خشک کویری	یزد
1/17	5/13	1/893	4/816	2/1	6/180	8/99586	معتدل و مرطوب	آمل

 

3- اعتبار سنجی

با عنایت به نتایج دو تحقیق پیشین (58) و (59)، به منظور اعتبارسنجی و ارزیابی صحت شبیه‌سازی‌ها در نرم افزار دیزاین بیلدر، اتاقی به مساحت 16 متر مربع با کمک دیزاین بیلدر شبیه‌سازی شد. با مقایسه‌ی نتایج، خطای بسیاری کمی مشاهده شد که با استناد به این بررسی، صحت شبیه‌سازی در دیزاین بیلدر تایید و در ادامه سایر شبیه‌سازی‌ها بر این اساس انجام و اجرایی شد (شکل4).

 

شکل 3: موقعیت جغرافیایی شهرهای منتخب Figure3: Location of selected Cities	شکل4: اعتبارسنجی Figure4. Validation

 

شکل5: نمودار آنتالپی به دما مواد تغییر فاز دهنده Figure5: PCM enthalpy-temperature curves     شکل7: کاهش مصرف انرژی در پاسخ‌های بهینه تهران Figure7: Energy saving of Tehran optimal solution

(الف)   (ب) شکل6: الف) انواع دیوار ب) انواع سقف سبز پیشنهادی Figure6:a)External wall types b)Green roof types

 

5- بهینه‌سازی

در این تحقیق یک ساختمان مجهز به پنجره‌های فتووالتاییک و نمای دو پوسته در بخش شمالی و جنوبی ساختمان که با استفاده از بام سبز و مواد تغییر فازدهنده از منظر عملکرد انرژی ارتقا یافته، مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه به منظور کاهش توامان بارسرمایشی و گرمایشی مورد نیاز ساختمان با کمک الگوریتم ژنتیک، بهینه‌سازی انجام شده است. هدف دستیابی به بهترین گزینه از منظر متغییر‌هایی شامل: نوع ماده تغییر فاز دهنده، استفاده یا عدم استفاده از ماده تغییرفازدهنده در دیوار خارجی و سقف ساختمان، محل استقرار ماده تغییر فاز دهنده در دیوار خارجی و سقف ساختمان، استفاده یا عدم استفاده توامان از مواد تغییرفازدهنده و عایق حرارتی در دیوار ساختمان، بوده است. به منظور بررسی نوع ماده تغییر فازدهنده مواد تغییر فاز دهنده صنعتی که در شکل 5 نمودار آنتالپی و دمای آن‌ها ارائه شده است مورد ارزیابی قرار گرفتند(60). متغییر بعدی، استفاده یا عدم استفاده از ماده تغییر فازدهنده در دیوار خارجی و محل استقرار این مواد در بین اجزای دیوار خارجی ساختمان می‌باشد، بر این اساس و به منظور ارزیابی این متغییر، چینش اجزای دیوار بر اساس 5 طرح پیشنهادی که در شکل شماره 6-الف نشان داده شده است، بررسی شدند. سقف سبز مورد استفاده در ساختمان در 4 حالت مورد ارزیابی قرار گرفته که این حالات در شکل 6-ب نشان داده شده است، در این حالات استفاده و عدم استفاده از مواد تغییر فازدهنده در سقف سبز و محل استقرار این مواد در بین اجزای سقف مدنظر بوده است.

 

6-یافته‌ها

در این مقاله بهینه‌سازی دوهدفه به منظور دست‌یابی به کم‌ترین میزان بار سرمایشی و گرمایشی برای نخستین مرتبه در یک ساختمان مسکونی مجهز به پنل فتوولتاییک، نمای دو جداره، دیوارها با ماده تغییر فازدهنده و بام سبز، صورت پذیرفته، در ادامه با درج نتایج، پاسخ‌های حالات بهینه بررسی و ارزیابی شده‌اند. بهینه‌سازی با کمک دیزاین بیلدر ورژن 6.1.5.2 انجام شد، بیشترین تعداد نسل‌ها در بهینه‌سازی 20 و بیشترین اندازه‌ی هر نسل در بهینه‌سازی، 100 بوده است، فرآیند هر مرتبه بهینه‌سازی به مدت سه الی چهار روز در سیستم ‌Core i5 با سی پی یوی m 2430 با رم 4 گیگابایتی، انجام شده است. پس از اتمام بهینه‌سازی ساختمان در هر یک از شهرها، نتایج با ساختمان مسکونی با شرایط عادی مقایسه شده (جدول5) و در ادامه ارزیابی و بررسی نتایج مکسوب ارائه شده است.

جدول5: مشخصات حرارتی ساختمان مسکونی شبیه‌سازی شده (حالت پایه)

Table5: Sample building’s internal gain (Base scenario)

شهر	بار سرمایشی (‌kWh‌)	بار گرمایشی (‌kWh‌)	انرژی مصرفی (‌kWh‌)	تولید برق (‌kWh‌)
تهران	7/198540	8/72057	591452	1/72
یزد	9/216886	9/58932	2/56339	9/64
آمل	9/149379	6/69311	3/529669	3/48

 

1-6- تهران

جدول6: حالات بهینه تهران

Table6: Tehran optimal solutions

ردیف	نوع ماده تغییر فازدهنده	سقف	دیوار خارجی	بار سرمایشی (‌kWh‌)	بار گرمایشی (‌kWh‌)	انرژی مصرفی (‌kWh‌)	کربن‌دی‌اکسید (‌kg‌)
1	RT24	ج	ب	5778942/	79085/	3699844/	1761074/
2	RT24	ب	ج	5841244/	55713/	3704191/	1777087/
3	RT-28HC	د	ب	5789077/	78982/	3705336/	176446
4	RT31	الف	ج	2140064/	166499/	1793692/	558354/
5	RT-25HC	ج	د	5840008/	56671/	3704757/	1776906/
6	RT31	ب	د	5840305/	56614/	3704848/	1776992/
7	RT26	ج	ج	5840959/	55766/	3704101/	1777004/
8	RT26	ب	ب	577925	79023/	3699936/	1761163/
9	RT31	د	ج	5851242/	55681/	3709697/	1780444/

 

در پی بهینه‌سازی در شهر تهران، نُه نقطه‌ی بهینه حاصل شد که مشخصات، بار سرمایشی و گرمایشی مورد نیاز، کل انرژی مصرفی و میزان کربن‌دی‌اکسید تولیدی در شرایط مذکور در جدول 6 ارائه شده است. بررسی پاسخ‌های حالات بهینه نشان می‌دهد، برای دیوار خارجی ساختمان، دیوار بدون ماده تغییر فازدهنده و استقرار این ماده در بین لایه‌های ملات سیمانی و عایق پیشنهاد نشده است، لذا می‌توان نتیجه گرفت که از منظر کاهش بار سرمایش و گرمایش ساختمان واقع در تهران، این دو طرح مناسب نمی‌باشند.

اشکال 7، 8-الف و 8-ب مقایسه‌ی پاسخ‌های حالات بهینه با یکدیگر به ترتیب از منظر صرفه‌جویی مصرف انرژی، کاهش بار گرمایشی و تغییرات بار سرمایشی را نشان می‌دهند، بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی 7/69% (پاسخ شماره 4) می‌باشد، از منظر کاهش بار گرمایشی به طور کلی همه‌ی پاسخ‌های بهینه تاثیر مثبتی (تا 3/92% کاهش بار گرمایشی) را ایجاد کرده‌اند، اما در خصوص بار سرمایشی (شکل8-ب) همه‌ی پاسخ‌ها تاثیر منفی داشته و در اکثر حالات بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان 5/1 تا 2 برابر بیشتر شده است، لذا از بین پاسخ‌ها، گزینه‌ی مطلوب‌تر می‌تواند گزینه‌ای با اثر منفی کمتر در بار سرمایشی مورد نیاز ‌باشد (پاسخ شماره 4). 

 

 

(الف)	(ب)

شکل8: الف: کاهش بار گرمایشی ب) تاثیر پاسخ‌های بهینه بر روی بار سرمایشی در تهران

Figure8:a) Heating b) Cooling load changes of Tehran optimal solutions

 

2-6- یزد

شکل9: میزان صرفه‌جویی مصرف انرژی در حالات بهینه یزد Figure9: Energy saving of Yazd optimal solutions     شکل 11: میزان صرفه جویی مصرف انرژی در پاسخ‌های بهینه آمل  Figure11: Energy saving of Amol optimal solutions

(الف)   (ب) شکل10: الف: کاهش بار گرمایشی ب) تاثیر پاسخ‌های بهینه بر روی بار سرمایشی در یزد Figure10:a) Heating b) Cooling load changes of Yazd optimal solutions

بخشی زیادی از اقلیم آب و هوای ایران دارای آب و هوای گرم و خشک کویری می‌باشد، شهر یزد با شرایط آب و هوایی مذکور در این تحقیق مدنظر قرار گرفته، نتایج بهینه‌سازی در این شهر منجر به استخراج نه راه‌حل بهینه گردید که مشخصات این نقاط در جدول 7 ارائه شده است. با عنایت به نتایج، ماده تغییر فازدهنده RT31 با دمای تغییر فاز بالا پیشنهاد مناسبی برای شرایط آب و هوایی مذکور نمی‌باشد.

در خصوص دیوار خارجی ساختمان، عدم استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در آن و جایگذاری این مواد در بین لایه‌های ملات سیمانی و عایق حرارتی در بین هیچ یک از راه‌حل‌های مستخرج برای این شهر مشاهده نمی‌شود، لذا همانند تهران می‌توان اینگونه استنباط کرد که این دو طرح، مناسب شرایط آب و هوایی گرم و خشک کویری در ساختمان با شرایط معرفی شده در این تحقیق نمی‌باشند. در شکل 9 بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی (پاسخ شماره 1) % 2/69 بوده است. در این حالت از ماده تغییر فازدهنده در بام سبز استفاده نشده است. استفاده از شرایط مذکور منجر به بیشترین‌ تاثیرگذاری مثبت در کاهش بار سرمایشی (شکل 10-الف) شده است، اما از منظر بار گرمایشی (شکل 10-ب) در مقایسه با سایر راه‌حل‌های مستخرج این شرایط تاثیرگذاری کمتری داشته است. با رجوع به شکل 10-الف، مشاهده می‌شود که همه‌ی گزینه‌های موجود تاثیر مثبتی در کاهش بار گرمایشی ساختمان، دارند و در 8 حالت بیش از 85% و در 5 حالت بیش از 90% کاهش بار گرمایشی ایجاده شده، از طرفی با توجه به اقلیم گرم و خشک کویری در شهر یزد، کاهش بار سرمایشی بیشتر‌ مورد توجه است. در میان همه ‌نقاط بهینه تنها یک گزینه باعث کاهش بار سرمایشی و در نتیجه کاهش 2/69% مصرف انرژی شده است (پاسخ شماره 1). لذا این پاسخ، راه‌حل مناسب‌تری برای این شهر می‌باشد.

جدول7: حالات بهینه یزد

Table7: Yazd optimal solutions

ردیف	نوع ماده تغییر فازدهنده	سقف	دیوار خارجی	بار سرمایشی (‌kWh‌)	بار گرمایشی (‌kWh‌)	انرژی مصرفی (‌kWh‌)	تولید کربن دی‌اکسید (‌kg‌)
1	RT26	الف	ج	2116684/	132809/	1734298/	584944/
2	RT-28HC	ب	ب	5634021/	62845/	3596465/	1751233/
3	RT-25HC	د	ب	5644559/	62805/	3593958/	1754771/
4	RT-25HC	ج	د	5670529/	45848/	3594715/	1760033/
5	RT-28HC	ج	ج	5671155/	44941/	3593874/	1760021/
6	RT24	د	ج	5682092/	44856/	3602266/	1763682/
7	RT-28HC	ب	د	5670766/	45793/	3594777/	176010
8	RT-28HC	ب	ج	5671426/	44889/	3599838/	176010
9	RT-28HC	ج	ب	5633786/	62907/	3596413/	1751169/

 

 

3-6- آمل

جدول8: حالات بهینه محاسبه شده برای آمل

Table8: Amol optimal solutions

ردیف	نوع ماده تغییر فازدهنده	سقف	دیوار خارجی	بار سرمایشی (‌kWh‌)	بار گرمایشی (‌kWh‌)	انرژی مصرفی (‌kWh‌)	تولید کربن دی‌اکسید (‌kg‌)
1	RT31	ب	ج	3076361/	96585/	2223204/	1000273/
2	RT31	ج	ج	3076167/	97083/	2223635/	1000309/
3	RT31	د	ج	3111382/	95552/	224118	1011786/
4	RT-25HC	الف	ج	1650854/	180063/	1540594/	54086
5	RT26	ج	ب	3044568/	124446/	2240922/	995819/
6	RT31	ب	ب	3044633/	123845/	2240285/	995715/

 

به عنوان سومین تنوع آب و هوایی، شهر آمل واقع در استان مازندران با شرایط آب و هوایی معتدل و مرطوب، در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، بهینه‌سازی ساختمان منتخب با شرایط تعریف شده در این تحقیق، منجر به استخراج شش پاسخ حالت بهینه شده است، پاسخ‌های مستخرج در جدول8 نشان داده شده‌اند، با استناد به نقاط مذکور می‌توان گفت اجرای ماده تغییر فازدهنده در لایه‌های درونی نزدیک به محیط داخلی ساختمان مناسب‌تر است و مواد تغییر فازدهنده RT24 و RT-28HC برای این شهر پیشنهاد نمی‌شوند. بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی در شرایط عدم استفاده از ماده تغییر فاز دهنده در بام سبز و به میزان 9/70% می‌باشد (شکل11) که در این وضعیت از ماده تغییر فازدهنده‌ی RT-25HC در دیوار خارجی ساختمان استفاده شده است، در مقایسه با سایر حالات پیشنهادی این حالت تاثیر کمتری در کاهش بار گرمایشی داشته، اما بر روی بار سرمایشی تاثیر منفی کمتری دارد.

(الف)	(ب)

شکل12: الف: کاهش بار گرمایشی ب) تاثیر پاسخ‌های بهینه بر روی بار سرمایشی در آمل

Figure12:a) Heating b) Cooling load changes of Amol optimal solutions

ضمن بررسی شکل 12-الف و ب مشخص شده که کلیه‌ی پاسخ‌های بهینه تاثیر مثبتی بر کاهش بار حرارتی داشته و این پاسخ‌ها عامل افزایش بار برودتی بوده‌اند، لذا در صورتی که تاثیر منفی در بار برودتی در بین حالات بهینه کاهش یابد، راه‌حل بهینه مذکور می‌تواند عامل کاهش بیشتر مصرف انرژی باشد (شکل 11). اگر فقط از منظر کاهش بار گرمایشی ساختمان به پاسخ‌های بهینه توجه شود، سه گزینه مناسب وجود خواهد داشته که بالای 85% کاهش بار گرمایشی را ایجاد می‌کنند. البته این گزینه‌ها بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان را بیش از دوبرابر افزایش داده‌اند. (شکل12-ب). با توجه به شکل 12-ب در بین پاسخ‌های حالات بهینه، کلیه‌ی پاسخ‌های رفتار مشابهی در کاهش بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان داشته‌اند و همگی موجب افزایش بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان شده‌اند.

 

4-6- اثرات زیست محیطی

به منظور ارزیابی اثرات محیط زیستی، تولید کربن دی‌ اکسید به عنوان شاخص بررسی این اثرات انتخاب شد، نتایج در جداول 6، 7 و 8 ارائه شده است. با مقایسه حالات بهینه در شهرهای آمل، تهران و یزد، کم‌ترین میزان کربن دی اکسید تولیدی سالانه در شرایط آب و هوایی مستقر در آمل تجربه شد. از طرفی مشاهده‌ می‌شود که اکثریت نقاط بهینه‌ اثر منفی در میزان کربن‌دی اکسید تولیدی داشته‌ و عامل افزایش این گاز بوده‌اند. (شکل 13) در میان حالات بهینه معرفی شده تنها 3 پاسخ موجبات کاهش تولید این گاز را فراهم کرده‌اند، این پاسخ‌ها بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی را به همراه داشته‌اند، لذا این گونه استنباط می‌شود که میزان اثرگذاری بر تولید گاز کربن‌دی اکسید و کاهش مصرف انرژی در شرایط تعریف شده در این مقاله نسبت مستقیمی دارند.

 

شکل 13: میزان اثرگذاری هریک از راه‌حل‌های بهینه بر تولید گاز کربن‌‌دی‌اکسید Figure13: Impact of optimal solutions on anuall CO2 prodution	شکل14: بازگشت سرمایه استاتیک حالات بهینه مستخرج Figure14: Static pay pack of optimal solutions

 

 

5-6- آنالیز اقتصادی

به منظور بررسی و ارزیابی اقتصادی حالات بهینه مستخرج در شبیه‌سازی‌ها و ارزیابی‌های صورت گرفته از روش تحلیل بازگشت سرمایه استفاده شده است، دوره بازگشت سرمایه، حداقل زمانی است که برای بازیابی هزینه‌های سرمایه‌گذاری لازم است. دوره بازگشت سرمایه برای یک سیستم انرژی به صورت کل هزینه سرمایه‌گذاری تقسیم بر درآمد سال اول ناشی از صرفه‌جویی انرژی ذخیره شده‌، جابجا و یا تولید شده محاسبه می‌شود. در تحلیل بازگشت سرمایه، واحد اندازه‌گیری تعداد سال‌هایی است که به "بازپرداخت" هزینه سرمایه‌گذاری اختصاص می‌یابد. پروژه‌ها با دوره‌های بازپرداخت کوتاه‌مدت، خطرات کمتری دارند. روش بازگشت سرمایه اغلب به عنوان یک راهنمای تقریبی برای ارزیابی مقرون‌به‌صرفه بودن یک سرمایه‌گذاری استفاده می‌شود. اگر دوره بازگشت سرمایه به میزان قابل‌توجهی کم‌تر از عمر سیستم مورد انتظار باشد، پروژه به احتمال زیاد مقرون‌به‌صرفه است. در ارزیابی اقتصادی مورد استفاده در این مقاله با استناد به مبالغ مورد اشاره در جدول 9 که از مقالات معتبر استخراج شده است و با تکیه بر معادله شماره 1(61) که بازگشت سرمایه استاتیک را نشان می‌دهد، نتایج حاصل شده‌اند.

(1)

 

پس از انجام محاسبات مربوط به ارزیابی اقتصادی حالات بهینه نتایج مربوط به این ارزیابی در شکل 14 نمایش داده شده است. با عنایت به این نکته که معمولاً پنل‌های فتوولتاییک طول عمری بین 25 تا 30 دارند و مواد تغییر فازدهنده نیز تقریبا 10000 سیکل را می‌توانند طی کنند، (60) لذا از منظر اقتصادی بسیاری از گزینه‌های بهینه مطرح نمی‌باشند، با این وجود برای تهران حالت بهینه شماره 4 پس از تقریباً 7 سال بازگشت سرمایه داشته و در یزد نیز حالت شماره1 پس از 9 سال بازگشت سرمایه داشته است.

 

جدول 9: مبالغ مورد استفاده و منابع مستخرج

Table10: Using prices and its refrences

ردیف	ماده تغیر فازدهنده	قیمت	واحد	منبع	ردیف	توضیحات فناوری	مبلغ	واحد	منبع
1	RT22HC	8759	$/m3	(60)	1	هزینه اجرای بام سبز	9	$/m2	(62)
2	RT24	5597	$/m3	(60)	2	هزینه سرمایه‌گذاری و اجرای نمای دو پوسته با پنجره‌ی فوتوولتاییک	200	$/m2	(63-65)
3	RT25HC	10868	$/m3	(60)	3	متوسط جهانی تعرفه قیمت برق	058/0	$/KWh	(63)
4	RT26	5058	$/m3	(60)
5	RT28HC	7784	$/m3	(60)
6	RT31	3990	$/m3	(60)

 

 

7- بحث و نتیجه‌گیری

در این مقاله برای نخستین مرتبه بهینه‌سازی دو هدفه در ساختمان مسکونی مجهز به نمای دو پوسته و فتووالتاییک، دیوارهای خارجی مجهز به ماده تغییر فازدهنده و بام سبز انجام شده است. به منظور انجام شبیه‌سازی و بهینه‌سازی از نرم‌افزار دیزاین بیلدر استفاده شده است، هدف بهینه‌سازی کاهش توامان بار سرمایشی و گرمایشی و متغییرهای مورد بررسی شامل: نوع و محل استقرار ماده تغییر فازدهنده در دیوار و بام سبز، استفاده یا عدم استفاده از این مواد و استفاده یا عدم استفاده‌ی توامان از عایق حرارتی و مواد تغییر فازدهنده در دیوار، می‌باشد. نتایج از منظر ارزیابی عملکرد حرارتی و مصرف انرژی، محیط زیستی و اقتصادی بررسی شده‌اند، از نقطه نظر انرژی، میزان اثرگذاری در کاهش بار سرمایشی و گرمایشی و صرفه‌جویی مصرف انرژی در یک دوره یک ساله، در خصوص اثرات محیط زیستی اثر گذاری بر میزان تولید کربن‌دی اکسید سالانه، مدنظر قرار گرفته‌اند و آنالیز اقتصادی بر اساس تحلیل بازگشت سرمایه استاتیک انجام شده است. کلیه‌ی مراحل شبیه‌سازی، بهینه‌سازی و آنالیزهای اقتصادی در سه شهر تهران، یزد و آمل تکرار و برای شهرهای مورد بررسی به ترتیب نه، نه و شش نقطه بهینه استخراج شده است. بر اساس نتایج تحقیقات به طور کلی می‌توان نتیجه گرفت:

·       بر اساس نتایج بهینه‌سازی و ارزیابی اقتصادی و محیط زیستی، در شرایط آب و هوایی گرم و خشک استپی در عرض جغرافیایی میانی (شهر تهران)، مناسب‌ترین پاسخ بهینه استفاده از ماده تغییر فازدهنده‌ی RT31، در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان است.

·       بر اساس نتایج بهینه‌سازی و ارزیابی اقتصادی و محیط زیستی، در شرایط آب و هوایی گرم و خشک کویری (شهر یزد)، مناسب‌ترین پاسخ حالت بهینه استفاده از ماده تغییر فازدهنده‌ی RT26، در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار خارجی ساختمان، است.

·       بر اساس نتایج بهینه‌سازی و از منظر عملکرد حرارتی و برودتی و محیط زیستی، در شرایط آب و هوایی معتدل و مرطوب (شهر آمل)، مناسب‌ترین پاسخ بهینه، استفاده از ماده تغییر فازدهنده‌‎ی RT25-HC، در بین لایه‌های آهک و آجر در دیوار ساختمان بوده، در حالی که از منظر اقتصادی هیچ گزینه‌ای نسبت به سایرین ارجحیت ندارد.

·       بیشترین میزان صرفه‌جویی انرژی در بین شهرهای منتخب مربوط به آب و هوای معتدل و مرطوب و برابر با 9/70% می‌باشد.

·       محل استقرار مواد تغییر فاز دهنده در دیوار یا سقف و شرایط آب و هوایی در انتخاب نوع این مواد، بسیار اثرگذار است.

·       در بین حالات بهینه، میزان اثرگذاری بر کاهش بار سرمایشی، تاثیر بیشتری در صرفه‌جویی انرژی ساختمان دارد.

·       بر اساس نتایج بهینه‌سازی، متغییرهای تعریف شده عموماً اثر منفی در کاهش بار سرمایشی و اثر مثبت در کاهش بار گرمایشی و مصرف انرژی داشته‌اند.

·       کاهش مصرف انرژی و کاهش دی اکسید کربن تولیدی، ارتباطی مستقیم دارند.

 

8- فهرست علایم و اختصارات

	هزینه سرمایه‌گذاری اضافی مرتبط با وآوری‌‌های پیشنهادی
PCM	ماده تغییر فاز دهنده
	درآمد حاصل از صرفه‌جویی در مصرف انرژی و تولید الکتریسیته
SHGC	ضریب انتقال نور خورشید
	بازگشت سرمایه استاتیک
T	دما، C°
Time	ساعت در طول یک شبانه روز، hr
U	ضریب انتقال حرارت، W/m2-K

 

9- مراجع

 

1.        Frédéric Kuznik JV. Experimental assessment of a phase change material for wall building use. Applied Energy. 2009;86:2038-46.

2.        Yilin Li JD, Georgios Kokogiannakis. Heat transfer analysis of an integrated double skin façade and phase change material blind system. Building and Environment. 2017.

3.        Alvaro de Gracia LN, Albert Castell, Álvaro Ruiz-Pardob, Servando Alvárez,, Cabeza LF. Experimental study of a ventilated facade with PCM during winter period. energy and buildings. 2013;58:324-32.

4.        Alvaro de Graciaa LN, Albert Castell, Álvaro Ruiz-Pardob,, Servando Álvarez LFC. Thermal analysis of a ventilated facade with PCM for cooling applications. energy and buildings. 2013;65:508-15.

5.        Alvaro de Gracia LN, Albert Castell, Dieter Boer, Luisa F. Cabeza. Life cycle assessment of a ventilated facade with PCM in its air chamber. Solar Energy. 2014;104:115-23.

6.        Liene Kancane RV, Andra Blumberga. Modeling of building envelope’s thermal properties by applying phase change materials. energy Procedia. 2016;95:175-80.

7.        Kun Du JC, Zhonghua Wang, Yupeng Wu, Hao Liu. A review of the applications of phase change materials in cooling, heating and power generation in different temperature ranges. Applied Energy. 2018;220:242-73.

8.        Saman Nimali Gunasekara RP, Justin Ningwei Chiu, Viktoria Martin. Polyols as phase change materials for surplus thermal energy storage. Applied Energy. 2015.

9.        Guohui Feng KH, Hailun Xie, Huixing Li, Xin Liu, Shibo Liu, Chihong Cao. DSC test error of phase change material (PCM) and its influence on the simulation of the PCM floor. Renewable Energy. 2015:1-6.

10.        Xiangfei Kong PJ, Chengqiang Yao, Yun Liu. Experimental study on thermal performance of phase change material passive and active combined using for building application in winter. Applied Energy. 2017;206:293-302.

11.        Heqing Tian LD, Xiaolan Wei, Suyan Deng, Weilong Wang, Jing Ding. Enhanced thermal conductivity of ternary carbonate salt phase change material with Mg particles for solar thermal energy storage. Applied Energy. 2017;204:525-30.

12.        Zongtao Li YW, Baoshan Zhuang, Xuezhi Zhao, Yong Tang, Xinrui Ding,, Chen K. Preparation of novel copper-powder-sintered frame/paraffin form-stable phase change materials with extremely high thermal conductivity. Applied Energy. 2017.

13.        Haiyue Yang YW, Qianqian Yu, Guoliang Cao, Rue Yang, Jiaona Ke, Xin Di, Feng Liu, Wenbo Zhang, Chengyu Wang. Composite phase change materials with good reversible thermochromic ability in delignified wood substrate for thermal energy storage. Applied Energy. 2018;212:455-64.

14.        Guanghui Leng GQ, Zhu Jiang, Guizhi Xu, Yue Qin, Chun Chang, Yulong Ding. Micro encapsulated & form-stable phase change materials for high temperature thermal energy storage. Applied Energy. 2018;217:212-20.

15.        Anna Laura Pisello VLC, Franco Cotana. Dynamic thermal-energy performance analysis of a prototype

building with integrated phase change materials. Energy Procedia. 2015;81:82-8.

16.        Stfephane Guichard FM, Dimitri Bigot, Bruno Malet-Damour, Karim Beddiar, Harry Boyer. A complex roof incorporating phase change material for improving thermal comfort in a dedicated test cell. Renewable Energy. 2017;101:450-61.

17.        Pere Llorach-Massana JP, Joan Rieradevall, J. Ignacio Montero. Analysis of the technical, environmental and economic potential of phase change materials (PCM) for root zone heating in Mediterranean greenhouses. Renewable Energy. 2017;103:570-81.

18.        Kecheng Zhong SL, Gaofeng Sun, Shanshan Li, Xiaosong Zhang. Simulation study on dynamic heat transfer performance of PCM-filledglass window with different thermophysical parameters of phasechange material. energy and buildings. 2015;106:87-95.

19.        Shuhong Li GS, Kaikai Zou, Xiaosong Zhang. Experimental research on the dynamic thermal performance of anovel triple-pane building window filled with PCM. Sustainable Cities and Society. 2016;27:15-22.

20.        Changyu Liu YW, Yongjian Zhu, Dong Li, Lingyong Ma. Experimental investigation of optical and thermal performance of aPCM-glazed unit for building applications. energy and buildings. 2018;158:794-800.

21.        sayanthan Ramakrishnan XW, Jay Sanjayan, John Wilson. Thermal performance of buildings integrated with phase change materials to reduce heat stress risks during extreme heatwave events. Applied Energy. 2017.

22.        Antonella D'Alessandro ALP, Claudia Fabiani, Filippo Ubertini, Luisa F. Cabeza, Franco Cotana. Multifunctional smart concretes with novel phase change materials: Mechanical and thermo-energy investigation. Applied Energy. 2018;212:1448-61.

23.        Amine Laaouatni NM, Rachid Bennacer, Mohamed El Omari, Mohammed El Ganaoui. Phase change materials for improving the building thermal inertia. Energy Procedia. 2017;139:744-9.

24.        Sayanthan Ramakrishnan XW, Jay Sanjayan, John Wilson. Thermal performance assessment of phase change material integrated cementitious composites in buildings: Experimental and numerical approach. Applied Energy. 2017.

25.        Hagar Elarga FG, Angelo Zarrella, Andrea Dal Monte, Ernesto Benini. Thermal and electrical performance of an integrated PV-PCM system in double skin façades: A numerical study. Solar Energy. 2016;136:112-24.

26.        Mohamad Ahangari MM. An innovative PCM system for thermal comfort improvement and energy demand reduction in building under different climate conditions. sustainable Cities and Society. 2018.

27.        Mingfang Tang XZ. Experimental study of the thermal performance of an extensive green roof on sunny summer days. Applied Energy. 2019;242:1010-21.

28.        Wan Iman Wan Mohd Nazi YW, Haisheng Chen, Xinjing Zhang, Anthony Paul Roskilly. Passive Cooling Using Phase Change Material and Insulation for High rise Office Building Tropical Climate. Energy Procedia. 2017;142:2295-302.

29.        Stefano Cascone FC, Antonio Gagliano, Gaetano Sciuto. A comprehensive study on green roof performance for retrofitting existing buildings. Building and Environment. 2018;136:227-39.

30.        Caterina Gargari CB, Fabio Fantozzi, Carlo Alberto Campiotti. Simulation of the thermal behaviour of a building retrofitted with a green roof: optimization of energy efficiency with reference to italian climatic zones. Agriculture and Agricultural Sceince Procedia. 2016;8:628-36.

31.        Qingwei Xing XH, Yaolin Lin , Hang Tan , Ke Yang. Experimental Investigation on the Thermal Performance of a Vertical Greening System with Green Roof in Wet and Cold Climates during Winter. energy and buildings. 2019;183:105-17.

32.        Jutta Schade SL, Joel Lönnqvis. The thermal performance of a green roof on a highly insulated building in a sub-arctic climate. Energy and buildings. 2021;241:110961.

33.        Yongqiang Luo LZ, Xiliang Wang, Lei Xie, Zhongbing Liu, Jing Wu, Yelin Zhang, Xihua He. A comparative study on thermal performance evaluation of a new double skin façade system integrated with photovoltaic blinds. Applied Energy. 2017;199:281-93.

34.        Chao Chen HL, Zhiqiang (John) Zhai, Yin Li, Fengguang Yang, Fengtao Han, Shen Wei. Thermal performance of an active-passive ventilation wall with phase change material in solar greenhouses. Applied Energy. 2018;216:602-12.

35.        Siliang Yang AC, Aldo Di Carlo, Deo Prasad, Alistair Sproul, Francesco Fiorito. Performance assessment of BIPV/T double-skin façade for various climate zones in Australia: Effects on energy consumption. Solar Energy. 2020;199:377–99.

36.        Muhammad Shafique XL, Jian Zuo. Photovoltaic-green roofs: A review of benefits, limitations, and trends. Solar Energy. 2020;202:485–97.

37.        Piero Bevilacqua RB, Natale Arcuri. Green roofs in a Mediterranean climate: Energy performances based on in-situ experimental data. Renewable Energy. 2020;152:1414-30.

38.        J. Xamán AR-A, I. Zavala-Guillén, I. Hernández-Pérez, J. Arce, D., Sauceda. Thermal performance analysis of a roof with a PCM-layer under Mexican weather conditions. Renewable Energy. 2020;149:773-85.

39.        Ji Hun Park UB, Seong Jin Chang, Seunghwan Wi, Yujin Kang, Sumin Kim. Energy retrofit of PCM-applied apartment buildings considering building orientation and height. Energy. 2021;222:119877.

40.        Liu Y, Ming H, Luo X, Hu L, Sun Y. Timetabling optimization of classrooms and self-study rooms in university teaching buildings based on the building controls virtual test bed platform considering energy efficiency. Building Simulation. 2023;16(2):263-77.

41.        Krarti M, Aldubyan M. Peak demand-based optimization approach for building retrofits: case study of Saudi residential buildings. Energy Efficiency. 2022;15(8):69.

42.        Kümpel A, Stoffel P, Müller D. Development of a Long-Term Operational Optimization Model for a Building Energy System Supplied by a Geothermal Field. Journal of Thermal Science. 2022;31(5):1293-301.

43.        Xue Q, Wang Z, Chen Q. Multi-objective optimization of building design for life cycle cost and CO2 emissions: A case study of a low-energy residential building in a severe cold climate. Building Simulation. 2022;15(1):83-98.

44.        Ronghui S, Liangrong N. An intelligent fuzzy-based hybrid metaheuristic algorithm for analysis the strength, energy and cost optimization of building material in construction management. Engineering with Computers. 2022;38(4):2663-80.

45.        Abbasizade F, Abbaspour M. Developing an optimization-based simulation approach for building energy performance evaluation (case study: Iran). International Journal of Energy and Water Resources. 2021;5(3):277-86.

46.        Li X, Rodriguez D. Optimization of a building energy performance by a multi-objective optimization, using sustainable energy combinations. Evolving Systems. 2021;12(4):949-63.

47.        Ma L, Ge H, Wang L, Wang L. Optimization of passive solar design and integration of building integrated photovoltaic/thermal (BIPV/T) system in northern housing. Building Simulation. 2021;14(5):1467-86.

48.        Lin Y, Yang W. An ANN-exhaustive-listing method for optimization of multiple building shapes and envelope properties with maximum thermal performance. Frontiers in Energy. 2021;15(2):550-63.

49.        Tian S, Su X, Shao X, Wang L. Optimization and evaluation of a solar energy, heat pump and desiccant wheel hybrid system in a nearly zero energy building. Building Simulation. 2020;13(6):1291-303.

50.        Zhao J, Du Y. Multi-objective optimization design for windows and shading configuration considering energy consumption and thermal comfort: A case study for office building in different climatic regions of China. Solar Energy. 2020;206:997-1017.

51.        Ameur M, Kharbouch Y, Mimet A. Optimization of passive design features for a naturally ventilated residential building according to the bioclimatic architecture concept and considering the northern Morocco climate. Building Simulation. 2020;13(3):677-89.

52.        Zhang T, Wang D, Liu H, Liu Y, Wu H. Numerical investigation on building envelope optimization for low-energy buildings in low latitudes of China. Building Simulation. 2020;13(2):257-69.

53.        Mahdavi Adeli M, Farahat S, Sarhaddi F. Increasing thermal comfort of a net-zero energy building inhabitant by optimization of energy consumption. International Journal of Environmental Science and Technology. 2020;17(5):2819-34.

54.        Ciardiello A, Rosso F, Dell'Olmo J, Ciancio V, Ferrero M, Salata F. Multi-objective approach to the optimization of shape and envelope in building energy design. Applied Energy. 2020;280:115984.

55.        Zhang J, Liu N, Wang S. A parametric approach for performance optimization of residential building design in Beijing. Building Simulation. 2020;13(2):223-35.

56.        Izadpanah S, Fazelpour F, Eftekhari Yazdi M. Comparative study of simultaneous use of a double or a triple skin facade with phase change materials, green roof, and photovoltaics in residential buildings of Iran. Environmental Progress & Sustainable Energy. 2023;42(1):e13935.

57.        Ivan Andric AK, Sami G. Al-Ghamdi Efficiency of green roofs and green walls as climate change mitigation measures in extremely hot and dry climate: Case study of Qatar. Energy Reports. 2020;6:2476–89.

58.        Morshed Alam HJ, Jay Sanjayan, John Wilson. Energy saving potential of phase change materials in major Australian cities. Energy and Buildings. 2014;78:192–201.

59.        Niloufar Ziasistani FF. Comparative study of DSF, PV-DSF and PV-DSF/PCM building energy performance considering multiple parameters. Solar Energy. 2019;187:115-28.

60.        Mukhamet T, Kobeyev S, Nadeem A, Memon SA. Ranking PCMs for building façade applications using multi-criteria decision-making tools combined with energy simulations. Energy. 2021;215:119102.

61.        Mi X, Liu R, Cui H, Memon SA, Xing F, Lo Y. Energy and economic analysis of building integrated with PCM in different cities of China. Applied Energy. 2016;175:324-36.

62.        Movahed Y, Bakhtiari A, Eslami S, Noorollahi Y. Investigation of single-storey residential green roof contribution to buildings energy demand reduction in different climate zones of Iran. International Journal of Green Energy. 2021;18(1):100-10.

63.        Heydari AH, Haghighi Khoshkhoo R. Techno-economical analysis of DSF, BIPV and PCM in administrative buildings in four climates of Iran. International Journal of Ambient Energy. 2022;43(1):8474-85.

64.        Gholami H, Nils Røstvik H, Manoj Kumar N, Chopra SS. Lifecycle cost analysis (LCCA) of tailor-made building integrated photovoltaics (BIPV) façade: Solsmaragden case study in Norway. Solar Energy. 2020;211:488-502.

65.        Passera A, Lollini R, Avesani S, Lovati M, Maturi L, Moser D. BIPV FACADES: MARKET POTENTIAL OF RETROFIT APPLICATION IN THE EUROPEAN BUILDING STOCK2018.

 

---