Loading…
معماری معماری با انرژی وری بهره : کارا انرژی اداری های ساختمان
Nasrollahi, Farshad
Young Cities Research Paper Series
Der erste Schritt zu einem Nachhaltigen Entwurf führt über die Analyse der Klimadaten, um die Möglichkeiten des Klimas für einen klimatisch verantwortungsvollen Entwurf zu untersuchen. Das erste Kapitel dieser Publikation zeigt auf, wie Klimadaten zu analysieren sind und welche Folgerungen aus diesen Analysen für einen klimagerechten Entwurf gezogen werden können. Da die Studien, die in diesem Buch publiziert werden, für Hashtgerd New Town durchgeführt wurden, wurden die Klimadaten dieser Stadt analysiert. Diese haben gezeigt, dass passive solare Gewinne (24,8% p.A.) und interne Wärmegewinne (20,0% p.A.) wichtige Faktoren zum beheizen des Gebäudes sind, Fensterverschattung (17,2% p.A.) und die natürliche Belüftung (7,4% p.A.) wirken sich hingegen positiv auf die Kühlung des Gebäudes aus. Aufgrund der Tatsache, dass Energieeinsparungen in Gebäuden nur durch kosten- und energieintensive Messungen mit hohem Resssourcenverbrauch und CO2-Ausstoß möglich sind, ist es zuerst nötig, kosten- und ressourcenschonende Methoden zur Ermittlung von Einsparpotentialen anzuwenden. Die Methode der architektonischen Energieeinsparung ist eine parametrische Methode zur Energieeinsparung, in der für sich betrachtet einzelne energiebezogene architektonische Faktoren bezüglich ihres Energiebedarfes im Gebäude untersucht werden. Dabei kommen dynamische Energie-Simulationen zum Einsatz, um die optimalen Werte jedes einzelnen architektonischen und konstruktiven Faktors zu finden. Diese sind unter anderem die Ausrichtung, die Erstreckung des Baukörpers, die Gebäudekubatur, Geschoßanzahl, das Öffnungsverhältnis in den verschiedenen Himmelsrichtungen, die Verschattung, die natürliche Belüftung und die luftwechselrate. Nachdem diese Entwurfsparameter den Heiz- und Kühlbedarf, sowie den Bedarf an künstlicher Beleuchtung beeinflusst, lassen sich die besten Varianten basierend auf eben diesen Faktoren durch den Endenergiebedarf, Primärenergiebedarf, den CO2-Ausstoß, Energiekosten oder die Lebenszeitenkosten für den Energiebedarf ermittelt werden. In dieser Publikation wird die Architektonische Energieeinsparung an einem Bürogebäude im Klima der Region um Tehran angewandt. Diese Studie hat gezeigt, dass die optimale Ausrichtung für einen minimalen absoluten und minimalen Primärenergiebedarf in Richtung Süden ist. Der Primärenergiebedarf von nord-ausgerichteten Bürogebäude ist ebenfalls niedrig. Gemäß den Ergebnissen, die die Fensterflächen des Gebäudes untersucht haben, trägt die Abmessung der Fensterfläche wesentlich zum Energiebedarf bei. Bei Gebäuden mit einem allseitig gleichen Fenster-zu-Wand-Verhätnis und ohne Verschattungselemente betrug die optimale Fensterrate für den geringsten Endenergiebedarf und Primärenergiebedarf 50% beziehungsweise 30%. Wenn man den unterschiedlichen Himmelsrichtungen mit verschiedenen Fassaden gerecht wird, ergibt sich für die Südseite ein Wert von 60%, im Norden 10% und im Osten, sowie Westen 30%. Die Ergebnisse bezüglich der Verschattungselemente zeigen, dass bei tiefen Überhängen ein erweitern der Tiefe auch den totalen Energieverbrauch des Bürogebäudes ansteigen lässt. Bürogebäude mit außenliegenden Verschattungselementen benötigen weniger Energie als Gebäude ohne. Dies trifft jedoch nur zu, wenn die Verschattungselemente effektiv gesteuert werden. Das dritte Kapitel des Buches zeigt den Entstehungsprozess des New Generation Office Buildings als energie- und kosteneffektives Bürogebäude. Die Entwurfsgrundsätze richten sich nach den Erfordernissen der Architektonischen Energieeinsparung. In diesem Gebäude ermöglichen diese Maßnahmen Energieeinsparungen von bis zu 50% im Vergleich zu bestehenden Bürogebäuden. Zusätzlich werden weitere Methoden für zusätzliche Einsparungen angewandt, wie unter anderem innovative feste Verschattungselemente, die Kombination von natürlicher Belüftung und Verdunstungskühlung, Sonnenlichtlenkung, mechanische Wärmerückgewinnungsanlagen, sowie ein begrüntes Dach.
The first step towards creating an environmental design and identifying the possibilities for climate responsive architecture is the analysis of the climatic data. In order to understand the climate conditions and create an energy-efficient design, tools, such as the psychrometric chart, wind wheels, sun charts and sun shading charts, are required. The first chapter of this publication shows how the climate data must be analysed and which conclusions can be drawn from these analyses for an environmental design. As the research findings presented in this book are elaborated for Hashtgerd New Town, the climatic conditions of this particular city are used as a basis. The studies have shown that passive solar heat gains (24.8% of the year) and internal heat gains (20.0% of the year) are very important for heating buildings, but that shading devices at windows (17.2% of the year) and natural ventilation (7.4% of the year) are also very important measures for cooling. Due to the fact that energy savings through cost and energy-intensive measures can only be achieved with a great consumption of resources and CO2 emissions for their production, it is first of all necessary to apply cost and resource-efficient measures to save energy in buildings. Architectural Energy Efficiency is a parametric method of energy saving which separately studies the effects of various energy-related architectural factors on the energy demands of buildings. Dynamic energy simulation methods are used to find the optimum value for each of the architectural and constructional factors, including orientation, building elongation, building form, opening ratio in different orientations, number of stories, sun shading, natural ventilation, airchange rate etc. As the architectural design affects the heating and cooling as well as the lighting energy demands of buildings, the criteria for selecting the best variant is best based on the total heating, cooling and lighting energy demand, or the primary energy demand, the CO2 emissions, energy costs or life cycle costs for all three energy demands. In this publication, Architectural Energy Efficiency is implemented in office buildings in the climatic conditions of the Tehran region. The study has shown that the optimum orientation for a minimum total and primary energy demand is the south orientation. The primary energy demand of north-facing office buildings is also fairly low. According to the results regarding the window area, the cardinal direction can significantly affect the building’s energy demand. Buildings with the same window-to-wall ratio in all cardinal directions and without shading devices have their lowest total and primary energy demands at a window-to-wall ratio of 50% and 30% respectively. The proportion of window area for each orientation should differ; the optimum window-to-wall ratios for the south, east/west and north-facing facades are 60%, 10% and 30% respectively. The results regarding shading devices show that large overhangs and an increase of overhang depth raise the total energy demand of office buildings. Office buildings with external blinds require less energy than office buildings without any blinds; however, this is only the case if the blinds are controlled effectively. The third chapter presents the design process of the New Generation Office Building as an energy and cost-efficient office building. In comparison to an average office building, the energy-efficient design principles, which resulted from the application of Architectural Energy Efficiency in this pilot project, led to energy savings of 50%. Some further energy saving concepts have been applied in this green office building for additional energy savings. These include an optimal urban and building form, innovative fixed shading devices, a combination of natural ventilation and evaporative cooling, solar reflectors, a mechanical heat recovery system and extensive green roofs.
بدلیل کاهش منابع سوختهای فسیلی و تخریب محیط زیست جهانی، که غالبا ناشی از مصرف سوختهای فسیلی است، کاهش مصرف انرژی امری مهم و ضروری است. ازآنجا که حدود 40 درصد انرژی جهان توسط بخش ساختمان مصرف میگردد، معرفی و بکارگیری ساختمانهای انرژیکارا میتواند مصرف جهانی انرژی را کاهش دهد.
از آنجا که هر سه جنبه معماری ساختمان، مقاومت پوسته حرارتی ساختمان و نوع و بازدهی سیستمهای تاسیساتی ساختمانی بر مصرف انرژی ساختمانها موثرند، از هر یک از این سه جنبه میتوان برای کاهش مصرف انرژی ساختمانها استفاده نمود. جنبهای از ساختمان که بایستی در درجه اول برای کاهش مصرف انرژی ساختمانها مورد توجه واقع گردد، جنبه معماری است. اولین قدم در طراحی انرژیکارا، آگاهی دقیق از شرایط اقلیمی و تعیین پتانسیلها و امکانهای اقلیم محل قرارگیری ساختمان، برای دستیابی به یک معماری مبتنی و پاسخگو به اقلیم و در نتیجه یک معماری انرژیکارا است.
فصل اول این کتاب به این مساله میپردازد که دادههای اقلیمی چگونه بایستی تحلیل گردند و چه نتایجی میتواند از این تحلیلها برای یک طراحی اقلیمی بدست آید. در این کتاب از منطقه شهر تهران و بصورت خاص از اقلیم شهر جدید هشتگرد به عنوان نمونه موردی و بستر مطالعات استفاده شده است. بررسیها نشان میدهد که دریافت غیرفعال خورشیدی و دریافت انرژی از منابع داخلی ساختمان برای گرمایش ساختمانها در این اقلیم بسیار مهم است. همچنین استفاده از سایبانها و تهویه طبیعی نیز اقداماتی ضروری برای سرمایش غیرفعال در این اقلیم میباشند.
از آنجاکه صرفهجویی انرژی در ساختمانها با استفاده از راهکارهای هزینه بر و انرژی بر، منجر به مصرف عمده منابع برای تولید مصالح و همچنین انتشار گاز دیاکسیدکربن حاصل از مصرف انرژی و پروسه تولید مصالح میگردد، ابتدا بایستی از راهکارهایی که تا حد امکان منجر به افزایش مصرف منابع و انتشار گاز دیاکسید کربن نمیگردند و هزینه سرمایهگذاری ساختمان را افزایش نمیدهند، استفاده نمود. کاربرد این راهکارها منجر به دستیابی به بهرهوری اقتصادی و بهرهوری در استفاده از منابع برای دستیابی به ساختمانهای انرژیکارا میگردد.
به دلیل اینکه طراحی معماری بر مصرف انرژی گرمایشی، سرمایشی و روشنایی ساختمان و در نتیجه بر مصرف انرژی اولیه و میزان انتشار گاز دیاکسید کربن و هزینههای چرخه حیات ساختمان اثر میگذارد، با یک طراحی معماری هوشمندانه و انرژیکارا میتوان مصارف انرژی ساختمان و هزینههای مرتبط با آن را کاهش داد و این بهترین روش برای دستیابی به ساختمانهای اقتصادی انرژیکارا میباشد. بهرهوری انرژی با معماری انرژیکارا، بعنوان یک روش برای بهینه کردن طراحی معماری با هدف به حداقل رساندن مصرف انرژی، میتواند برای ساختمانهای با کاربری مختلف و نیز اقلیمهای مختلف استفاده گردد. راهکارهای استخراجی از این روش برای ساختمان های با کاربری های متفاوت میتواند بصورت ضوابطی برای طراحی شهری و طراحی معماری ساختمانها در اقلیم های متفاوت تدوین گردد. در فصل دوم این کتاب، روش بهرهوری انرژی با معماری انرژیکارا در ساختمانهای اداری در شرایط اقلیمی منطقه تهران، بکار گرفته شده است. در این بخش شاخص های معماری و ساختمانی موثر بر مصرف انرژی ساختمان ها همچون جهت گیری، کشیدگی ساختمان، تعداد طبقات، مساحت پنجره ها، انواع سایبان ها، محدوده آسایش حرارتی و تعویض ناخواسته هوای ساختمان مورد مطالعه قرار گرفته و اثر آنها بر مصارف مختلف انرژی ساختمان های اداری بررسی شده و میزان بهینه هر کدام از این شاخص ها برای به حداقل رساندن مصرف انرژی کل و یا انرژی اولیه ساختمان ها تعیین شده است.
بررسیهای انجام شده در این زمینه نشان میدهد که بهترین جهتگیری برای کمترین مصرف انرژی کل و انرژی اولیه ساختمان، جهت گیری جنوبی است. کشیدگی بهینه ساختمان های اداری در این اقلیم زمانی است که طول ضلع جنوبی ساختمان سه برابر ضلع شرقی ساختمان باشد. همچنین تعداد طبقات، مصرف انرژی ساختمان ها را بشدت تغییر می دهد. تعداد طبقات بهینه برای داشتن کمترین میزان انرژی کل و انرژی اولیه، دو طبقه می باشد.
بر اساس نتایج مربوط به سطح بهینه پنجرهها، جهت و سطح پنجرهها میتواند به میزان قابل توجهی بر نیاز انرژی ساختمانها اثر بگذارد. برای ساختمانهای با نسبت مساوی پنجره به سطح دیوار در همه جبههها، نسبت بهینه سطح پنجره به سطح دیوار برای ساختمانهای بدون سایبان و با سایبان خارجی به ترتیب 50% و 60% میباشد. البته برای دستیابی به کمترین مصرف انرژی، سطح پنجرهها در جبهههای مختلف میبایستی متفاوت باشد. سطح بهینه پنجرهها به دیوارها برای دستیابی به کمترین میزان مصرف انرژی کل، برای جبهههای جنوبی، شرقی و غربی و جبهه شمالی به ترتیب 60%، 10% و 30% میباشد. نتایج مربوط به سایبانها نشان میدهد که با افزایش عمق سایبانهای ثابت افقی، مصرف انرژی کل ساختمانهای اداری افزایش مییابد. هرچند سایبان های با عمقی به اندازه یک نهم ارتفاع پنجره، مصرف انرژی اولیه ساختمان ها را به کمترین میزان کاهش می دهند. همچنین این سایبان ها بایستی با فاصله ای به اندازه عمق خود، بالاتر از لبه بالایی پنجره تعبیه شوند تا اثرات منفی سایه اندازی این سایبان ها بر روی پنجره ها در دوره گرمایش به حداقل ممکن کاهش یابد. سایبانهای پردهای خارجی نیز مصرف انرژی ساختمانهای اداری را کاهش می دهند. البته کارایی سایبانهای متحرک به نحوه کنترل این سایبانها بستگی داشته و تنها درصورتی سایبانهای متحرک منجر به بهرهوری انرژی میگردند، که بر حسب نیاز گرمایشی، سرمایشی و نوری کنترل شوند.
در این فصل همچنین اثر تغییرات محدوده آسایش حرارتی بر مصرف انرژی ساختمان های اداری بررسی شده است. بر اساس نتایج این بخش، افزایش دمای داخلی ساختمان ها در دوره گرمایش، منجر به افزایش عمده مصرف انرژی گرمایشی می گردد. همچنین کاهش دمای داخلی ساختمان ها در دوره سرمایش، مصرف انرژی سرمایشی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. با افزایش یک درجه دما در دوره گرمایش و کاهش یک درجه دما در دوره سرمایش، مصرف انرژی گرمایشی و سرمایشی ساختمان به ترتیب 5/16 و 0/9 درصد افزایش می یابد. افزایش تعویض ناخواسته هوای ساختمان نیز مصرف انرژی گرمایشی، انرژی کل و انرژی اولیه ساختمان را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد؛ درحالیکه این تعویض تا میزان 6/1 بار در ساعت، منجر به کاهش و پس از آن منجر به افزایش مصرف انرژی سرمایشی می گردد. بر این اساس، ساختمان ها برای داشتن کمترین میزان مصرف انرژی کل و انرژی اولیه می بایستی کمترین میزان ممکن نرخ تعویض هوا را داشته باشند.
فصل سوم کتاب، روند طراحی ساختمان اداری نسل جدید، به عنوان یک ساختمان پایلوت انرژیکارا و اقتصادی را ارائه میدهد. کاربرد راهکارهای حاصل از روش بهرهوری انرژی با معماری انرژیکارا در طراحی این ساختمان اداری، منجر به صرفهجویی 50 درصدی مصرف انرژی گردیده است. کاربرد برخی ایدههای جدید صرفهجویی انرژی، شامل فرم شهری و فرم ساختمانی بهینه، سایبانهای ثابت نوآورانه، ترکیب تهویه طبیعی و سرمایش تبخیری، بازتابندههای خورشیدی، سیستم مکانیکی بازیافت حرارت و بام سبز، منجر به صرفهجویی انرژی بیشتری در این ساختمان شده است.
Published by Universitätsverlag der TU Berlin, ISBN 978-3-7983-2734-4 ISSN 2193-6102
