مصرف انرژی در ساختمان

دراین سلسله مطالب برآنیم به آموزش ممیزی انرژی در ساختمان بپردازیم. تعریف انرژی در ساختمان ، معرفی ممیزی انرژی  و بررسی روشهای ممیزی انرژی ساختمان ، تحلیل مراحل ممیزی انرژی در بخشهای مختلف عمده مصرف کننده انرژی در ساختمان و در نهایت مدیریت مصرف انرژی در ساختمان های مختلف در این رشته مطالب ارائه می گردد.

مصرف انرژی به چه معناست

پیش از اینکه موضوع انرژی ساختمان را  شروع کنیم بهتر است یک بار دیگر مفهوم انرژی را با یکدیگر مرور کنیم.

همه ما با کلمه انرژی آشنا هستیم چراکه از کتاب های علوم دوره ابتدایی و کتاب های فیزیک دبیرستان گرفته تا کتاب های دوره دانشگاه همواره در مورد انرژی و انواع آن صحبت شده است اما تعداد اندکی از افراد هستند که ماهیت واقعی انرژی را درک کرده باشند. در کلام کلمه انرژی بسیار راحت و بی ملاحظه استفاده می شود و عموما کلماتی مانند کار، توان، سوخت و انرژی مترادف همدیگر به کار می روند که صحیح نیست. برای مهندسین و فیزیکدانان، انرژی یک کلمه بسیار واضح و مشخص است که بهترین توصیف آن به مثال زیر برمی گردد.

دستهای وزنه بردار برای بالا بردن وزنه

در نظر بگیرید جرمی به وزن یک کیلوگرم به اندازه یک متر، در سطحی مشخص را به بالا می بریم. مسلم است که برای بالا بردن این وزنه یک کیلوگرمی به اندازه یک متر، بایستی یک شخص یا یک ماشین کاری را انجام دهد. به معنای دیگر کاری به سیستم اعمال می شود تا وزنه را از سطحی به سطح دیگر ببرد. این کار مقدار انرژی است که به سیستم تزریق شده است.بنابراین وقتی وزنه در ازتفاع یک متر نسبت به سطح اولیه باشد در سطح بالاتری از انرژی نسبت به وضعیت اولیه قرار دارد. در واقع این مثال اساس سیستم بین المللی (SI) را برای تعریف واحد انرژی شکل می دهد و واحد انرژی “ژول” را می توان بدین صورت شرح داد:

یک ژول (J) کار حاصل نیرویی به قدرت یک نیوتن (N) است که بر جسمی وارد شده و آن را به اندازه یک متر (m) در جهت نیرو به حرکت در می آورد.

و یک نیوتن (N) نیرویی است جهت افزایش یا کاهش سرعت یک جسم یک کیلوگرمی در یک متر بر ثانیه در هر ثانیه.

مقدار نیوتن لازم جهت شتابدهی به یک جسم از فرمول زیر محاسبه می گردد:

F=m*a

در این فرمول m جرم جسم است (kg) و a شتاب آن(متر بر مجذور ثانیه).

فرض کنیم که شتاب نسبت به جاذبه برابر است با 9/81  متر بر مجذور ثانیه،جرمی به وزن یک کیلوگرم نیرویی برابر 9/81 نیوتن بکار خواهد گرفت بنابراین نیروی لازم برای بالابردن یک متری آن جسم برابر 9/81  نیوتن خواهد بود.

اگر جرم یک کیلوگرمی را از فاصله یک متری سطح رها کنیم وقتی جسم به سطح می رسد انرژی پتانسیلی که در جرم در زمان بالا رفتن ذخیره شده بود آزد می گردد. توجه داشته باشید که انرژی آزاد شده برابر با کاری است که وزنه را بالا برده است.به همین دلیل در برخی مواقع کلمه کار به جای انرژی استفاده می شود. یکی از نگرشهای مطلوب به انرژی اینست که آنرا به عنوان کار ذخیره شده قلمداد می کنند. بنابراین انرژی پتانسیل معرف کاری است که پیش از این انجام شده است و برای مصرف آینده انبار یا ذخیره گردیده است. از فرمولهای محاسبه انرژی پتانسیل فرمول زیر است:

انرژی پتانسیل= m*g*h

که m  جرم جسم برحسب کیلوگرم و g شتاب جاذبه و h  ارتفاعی است که جسم بالا برده می شود.

جسمی که در حال افتادن است در واقع انرژی ذخیره شده را تبدیل به انرژی جنبشی می کند. انرژی جنبشی یک جسم متناسب با جرم جسم و مجذور سرعت آن است.

انرژی جنبشی= m*V^2*1/2

که V سرعت جسم برحسب متر بر ثانیه است.

بنابراین در هنگام افتادن جسم انرژی پتانسیل ذخیره شده در آن کم شده و انرژی جنبشی آن افزایش می یابد و حاصل جمع هر دو شکل از انرژی جسم ثابت است. به این حالته ثبات انرژی، قانون بقای انرژی می گویند و مشخص می کند که مجموع مقدار انرژی در هر جسمی ثابت است.

این موضوع قابل توجه است که مقدار انرژی مصرف شده جهت بالا بردن وزنه، از زمان انجام کار مستقل است. اگر این کار در یک ثانیه یا یک روز انجام شده باشد تفاوتی در انرژی پتانسیل ذخیره شده ایجاد نمی شود.اما در توان شخص یا ماشین انجام دهنده کار تاثیر دارد. واضح است که برای سریعتر بالا بردن جسم باید از شخص یا ماشین قدرتمند تر و پر توان تر استفاده شود. بنابراین توان به عنوان نرخ تولید یا مصرف انرژی تعریف می شود و واحد بین المللی (SI) آن، وات (W) است. ماشینی با توان یک وات می تواند انرژی برابر یک ژول را در یک ثانیه به سیستم اعمال کند( وات برابر است ژول بر ثانیه).از نظر علم الکترونیک یک وات، انرژی رها شده در یک ثانیه با یک جریان یک آمپری در گذر از مقاومتی یک اهمی است.

واضح است که اگر دو سطح را با هم بساییم کار لازم برای غلبه بر اصطکاک بین دو سطح به حرارت تبدیل می شود و همچنین الکتریسته می تواند جهت انجام کار مکانیکی توسط بهره گیری از یک الکتروموتور مورد استفاده قرار گیرد.بنابراین انرژی اشکال مختلفی به خود می گیرد (انرژی الکتریکی، کار مکانیکی و حرارت) و قابل تبدیل از شکلی به شکل دیگر است. مثلا یک سوخت فسیلی با سوختن در یک نیروگاه برف تبدیل به حرارت می شود. پس از آن انرژی حرارتی تولید شده توسط توربین به انرژی مکانیکی تبدیل شده و در ژنراتور تبدیل به انرژی الکتریکی می گردد. در نهایت برق تولید شده به منازل و کارخانجات انتقال می یابد و توسط الکتروموتورها به کار مکانیکی، توسط المانهای گرمایی به گرما و توسط انواع لامپ های الکتریکی به روشنایی تبدیل می گردد.

مصرف انرژی چگونه اندازه گیری می شود

واحد های مختلفی چهت معرفی انرژی های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. از معروفترین و پر کاربرد ترین این واحد ها می توان:

کیلو وات ساعت (kWh)

کیلو وات ساعت (kWh) یکی از واحدهای پرکاربرد انرژی است که در صنعت برق بسیار زیاد و نسبتا در صنعت گاز بکار برده می شود و به مقدار انرژی مصرفی در یک ساعت توسط یک دستگاه که دارای نرخ توان کیلو وات است گفته می شود.

یک کیلو وات ساعت معادل   3^10*3/6 ژول می باشد.

کیلووات ساعت در بررسی مصرف انرژی ساختمان بسیار پرکاربرد است.

تصوير حباب لامپ باتنگستن شکل ساختمان

کیلووات ساعت یکی از واحد های پرکاربرد در انرژی ساختمان

واحد حرارتی انگلیسی(BTU-British Termal Unit)

واحد حرارتی انگلیسی (BTU) یک واحد انرژی سلطنتی قدیمیست، که هنوز بسیار کاربرد دارد و در ایالات متحده امریکا بسیار پر طرفدار است.

یک BTU معادل 3^10*1/055 ژول است.

کالری

صنعت غذایی کالری بیشترین کاربرد را دارد. به مقدار انرژی گرمایی لازم که درجه حرارت یک گرم از آب را یک درجه سانتیگراد بالا ببرد کالری می گویند.

یک کالری معادل 3^10*4/2 ژول می باشد.

بشکه

واحد بشکه در صنعت نفت بسیار پر کاربرد است. یک بشکه معادل 9^10*6 ژول است.

انرژی در ساختمان چگونه مصرف می شود

ساختمان بناییست كه بوسيله ديوار از محیط اطراف خود جداشده است و تشکیل دهنده فضای مستقل و مجزا می باشد. هر ساختمان شامل يك يا چند اطاق و یا فضاهای مسقف دیگر بوده كه برای سكونت، كسب و کار و يا ديگر مقاصد ساخته شده باشد. یکی از وظایف اصلی هر ساختمان تامین شرایط زیستی برای ساکنین است که شامل وضعیت مناسب برای زندگی و فعالیت مربوط به کاربری آن و ایجاد شرایط آسایش بدن می باشد.

تصوير پدر و پسری در حال بازی در ساختمان با آسايش حرارتی در اثرمصرف انرژی در ساختمان

مصرف انرژی در ساختمان برای تامین آسایش

برای آنکه در ساختمان بتوانیم شرایط آسایش و زیستی افراد را تامین نماییم نیاز به مصرف انرژی هستیم. از این رو تاسیسات و تجهیزاتی در هر ساختمان تعبیه می شود تا بوسیله آنها بتوان ساختمان را به محیطی مناسب برای زندگی تبدیل نمود. بخش های عمده مصرف کننده انرژی در هر ساختمان شامل تجهیزات مربوط به تامین آسایش حرارتی و برودتی ( سیستم های سرمایش و گرمایش )، تاسیسات تامین کننده آب و آبگرم بهداشتی ، تاسیسات مروبط به روشنایی و … می باشد. علاوه بر آنها در هر ساختمان تجهیزاتی متفاوتی با توجه به کاربری نصب گردیده که هر یک به نوبه خود انرژی مصرف می کند. بنابراین در هر ساختمان برای تامین نیازهای ساکنین انرژی به اشکال مختلف مصرف می شود.

شعله اجاق گاز روشن در حال مصرف انرژی

اجاق گاز مصرف کننده انرژی در ساختمان

مصرف انرژی در ساختمان چگونه افزایش می یابد

پیش از وارد شدن به مقوله ممیزی انرژی ساختمان و تجزیه و تحلیل انرژی، شناسایی دلایل هدر رفت انرژی در ساختمانها ارزشمند است چرا که با شناخت آنها هدف گذاری تجزیه و تحلیل مصرف انرژی در ساختمان مشخص می گردد.

  • یکی از عمده ترین دلایل هدر رفت انرژی در ساختمان ها، طراحی و ساخت ضعیف و بی کیفیت ساختمانها و تاسیسات آنها. طراحی معماری نامتناسب با اقلیم جغرافیایی ساختمان ، عایق بندی ضعیف ساختمانها و تاسیسات ، جانمایی نامناسب فضاها ، استفاده از مصالح و تجهیزات نامرغوب و غیر استاندارد و … این موارد علاوه بر اینکه هزینه جاری مصرف انرژی ساختمان را به شدت بالا می برد، هزینه های تعمیر نگهداری هنگفتی را نیز به مرور زمان به ساکنین تحمیل می کند. همچنین عموما سیستم های تاسیساتی بی کیفیت و نامرغوب امکان ایجاد آسایش حرارتی و برودتی و زیستی مورد نیاز ساکنین را ندارند. برکسی پوشیده نیست که ساخت ساختمان خود مستلزم صرف سرمایه و انرژی زیادی است که با پایین آمدن عمر مفید ساختمانها هزینه و انرژی زیادی به هدر می رود. طراحی و ساخت با کیفیت ساختمانها باعث بالا رفتن عمر مفید ساختمان نیز می گردد. در واقع طراحان یک ساختمان می توانند در هنگام طراحی بخشی از هزینه های انرژی ساختمان را بدون هیچ پول اضافه ای بپرازند. طراحان نباید در طرح خود به سراغ راه حل هایی بروند که هزینه های سرمایه گذاری کمتری دارد و می توانند با طراحی بهینه تر علاوه بر کنترل هزینه های ساخت و ساز ، از هزینه جاری مصرف انرژی و نگهداری ساختمان در طول دوره بهره برداری نیز بکاهند.
  • عدم استفاده سیستم های کنترلی و یا وجود سیستم های کنترلی نامناسب و ضعیف بر روی تاسیسات و تجهیزات ساختمان نیز یکی از دلایل اصلی هدر رفت انرژی می باشد.
  • استفاده از تجهیزات با راندمان پایین و بعضا با تکنولوژی های قدیمی که این مساله با عملیات تعمیر و نگهداری ضعیف بسیار بدتر می گردد.
  • عدم استفاده از سنسورهای مناسب برای سیستم های روشنایی در ساختمان باعث روشن ماندن بی جهت چراغ ها و افزایش مصرف انرژی می شود.
  • عدم وجود فرهنگ مصرف و عدم آگاهی ساکنین از نحوه مصرف بهینه انرژی و همچنین عدم اطلاع از هزینه های مصرفی ساختمان باعث می شود تا ساکنین انرژی را بدون هیچ ملاحظه ای با سهل انگاری به هدر دهند.
  • در اختیار داشتن انرژی ارزانقیمت یکی از دلایل هدر رفت انرژی نه تنها در بخش ساختمان بلکه در کلیه بخش های مصرف کننده انرژی محسوب می شود.

از موارد گفته شده بر می آید که هدر رفت انرژی از مدیریت عملیاتی و استراتژیک ضعیف و همچنین از عدم وجود فرهنگ صرفه جویی حاصل می شود.

مصرف انرژی در ساختمان چرا بررسی می شود

اطلاعات مصرف انرژی در ساختمان ها یا از طریق تکنیک های ممیزی انرژی یا بوسیله برنامه های نظارتی و کنترلی مستمر تهیه و جمع آوری می گردد. اما این اطلاعات صرفا خام بوده و بدون تحلیل و بررسی به ما کمکی در راستای کاهش مصرف انرژی در ساختمان نمی کنند.مگر آنکه به روش و تکنیک مناسبی مورد تحلیل و بررسی قرار گیرند.

مردی درحال کشيدن پنل کاهش خورشيدی در سقف ساختمان براي مصرف انرژی در ساختمان

استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان

بنابراین بر روی اطلاعات جمع آوری شده از مصرف انرژی در ساختمان باید تجزیه و تحلیل مناسبی انجام شود تا بتوان روشها و راهکارهایی که به کاهش مصرف انرژی در ساختمان می انجامد را شناسایی نمود. تکنیک های تجزیه و تحلیل متفاوت و متنوعی در جهت تفسیر اطلاعات مصرف انرژی در ساختمان وجود دارد. این تکنیک های تجزیه و تحلیل عددی و آماری را می توان در جهت درک اینکه چرا انرژی در ساختمان به روشی خاص مصرف می گردد بکار گرفت. برخی از این تکنیک ها بسیار ساده هستند و با یک حساب و کتاب ساده انجام می گیرند در حالی که برخی دیگر بسیار پیچیده بوده و ممکن است به نرم افزارهای کامپیوتری نیاز باشد.

در ادامه این سلسله مطالب آموزش ممیزی انرژی در ساختمان، ممیزی انرژی در ساختمان را تعریف نموده و روش های انجام آن را بررسی می کنیم. همچنین مراحل ممیزی انرژی تفصیلی را تشریح می نماییم.

بازخورد این مطلب در راستای آشنایی با مصرف انرژی در ساختمان را با ما در میان گذاشته و به بیلدینگ پلاس برای کنکاش بیشتر در این مقوله و موضوعات دیگر یاری رسانید.

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”

تاریخ : 1395 / 07 / 03
دسته :

نظرات کاربران

کارشناس بیلدینگ پلاس

سلام کارشناس بیلدینگ پلاس هستم به شما کمک میکنم متناسب با کار و نیاز خود محصول مناسب را انتخاب نمایید از صحبت با شما خوشحال خواهم شد.

02126415104