تعداد نشریات | 50 |
تعداد شمارهها | 2,232 |
تعداد مقالات | 20,476 |
تعداد مشاهده مقاله | 25,348,087 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 23,004,505 |
ارزیابی فنی و اقتصادی ساختمان تجاری انرژی خالص صفر در شهر اهواز با در نظرگرفتن قابلیت اطمینان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
علوم و تکنولوژی محیط زیست | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقاله 17، دوره 22، شماره 6 - شماره پیاپی 97، شهریور 1399، صفحه 235-250 اصل مقاله (1.3 M) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نوع مقاله: مستخرج از پایان نامه | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/jest.2018.21553.3076 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نویسندگان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
سیدمحمدامین موسوی سادات1؛ حسین محمد نژاد شورکایی 2؛ سودابه سلیمانی3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق قدرت، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، گروه برق و کامپیوتر، تهران، ایران. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2استادیار، گروه برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران(مسئول مکاتبات). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3دانشیار، گروه برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
چکیده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
زمینه و هدف : گسترش مولدهای برق وابسته به انرژی باد و خورشید، موجب توسعهی ساختمانهای مجهز به منابع تجدیدپذیر شدهاست. طراحی ساختمان انرژی صفر از بعد فنی و اقتصادی هدف اصلی این مقاله است. در بعد فنی ظرفیت منابع تجدیدپذیر، نوع مصالح، محل و جهت ساخت، ارتفاع با توجه به نوع بارهای الکتریکی سرمایشی و گرمایشی تعیین میشود. در بعد اقتصادی، با کمک تحلیل هزینهی فایده، به صرفهبودن احداث این گونه ساختمانها مورد بررسی قرار میگیرد. روش بررسی : در این مقاله در ابتدا میزان پتانسیل انرژی خورشیدی محاسبه میشود، در ادامه با توجه به مشخصات اقلیمی شهر اهواز میزان بار الکتریکی، گرمایشی و سرمایشی محاسبه میشود و با استفاده از مدلهای نرمافزاری این دادهها صحتسنجی میشوند. با بررسی نرمافزاری و مدلسازی با استفاده از نرمافزار AutoCAD و نرم افزارتحلیلی Design builder بهترین طرح فنی استخراج و برای انتخاب اندازه سیستم از نرمافزارSystem Advisor model (SAM) استفاده میشود و مدل نرمافزاری سیستم سرمایش خورشیدی با نرمافزار PISTACHE شبیهسازی میگردد و برای تحلیل اقتصادی از اندازهگیری ارزش خالص فعلی(NPW) و نرمافزار COMFAR استفاده می شود. چشمانداز در نظر گرفته شده برای طراحی ساختمان، 20 ساله میباشد. یافتهها : با استفاده از ارزیابی فنی به روش عددی و نرم افزاری انتخاب بهترین طرح فنی در ساختمان با کاربری تجاری با مساحت کل زمین 1500 متر مربع و زیر بنای460متر مربع با تعداد 15 واحد تجاری در دو طبقه بررسی شد که نتایج تحقیق نشان میدهد ساختمان با توجه به شرایط آب و هوایی در شهر اهواز 15 درجه نسبت به جنوب طراحی و احداث شود تا بیشترین تابش به سمت بام ساختمان در تابستان و همچنین بدنهی ساختمان در زمستان را داشته باشیم. علاوه بر این با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان و متصلبودن ساختمان به برق شبکهی سراسری مشخص گردید که مشکلات تامین بار در ساختمان به حداقل ممکن میرسد و ساختمان میتواند با شبکه داد و ستد داشته باشد به طوری که در تابستان باید از شبکهی سراسری برق گرفت و در زمستان برق اضافی به شبکه تزریق گردد. بحث و نتیجهگیری : در پایان با استفاده از تحلیل فنی نشان داده میشود که نیازهای حرارتی و برودتی ساختمان را میتوان از انرژی خورشیدی با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان تامین کرد و همچنین با تحلیل اقتصادی نشان داده میشود که طراحی ساختمان انرژی صفر نسبت به حالت غیربهینهی ساختمان دارای سود خالص میباشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه میباشد. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
کلیدواژهها | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ساختمان تجاری؛ انرژی صفر؛ تجدیدپذیر؛ فتوولتائیک؛ ارزش فعلی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
اصل مقاله | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره شش، شهریور ماه 99 ارزیابی فنی و اقتصادی ساختمان تجاری انرژی خالص صفر در شهر اهوازبا در نظرگرفتن قابلیت اطمینان
سید محمدامین موسویسادات[1] حسین محمدنژاد شورکایی[2] h-mohamadnejad@srbiau.ac.ir سودابه سلیمانی[3]
چکیده زمینه و هدف : گسترش مولدهای برق وابسته به انرژی باد و خورشید، موجب توسعهی ساختمانهای مجهز به منابع تجدیدپذیر شدهاست. طراحی ساختمان انرژی صفر از بعد فنی و اقتصادی هدف اصلی این مقاله است. در بعد فنی ظرفیت منابع تجدیدپذیر، نوع مصالح، محل و جهت ساخت، ارتفاع با توجه به نوع بارهای الکتریکی سرمایشی و گرمایشی تعیین میشود. در بعد اقتصادی، با کمک تحلیل هزینهی فایده، به صرفهبودن احداث این گونه ساختمانها مورد بررسی قرار میگیرد. روش بررسی : در این مقاله در ابتدا میزان پتانسیل انرژی خورشیدی محاسبه میشود، در ادامه با توجه به مشخصات اقلیمی شهر اهواز میزان بار الکتریکی، گرمایشی و سرمایشی محاسبه میشود و با استفاده از مدلهای نرمافزاری این دادهها صحتسنجی میشوند. با بررسی نرمافزاری و مدلسازی با استفاده از نرمافزار AutoCAD و نرم افزارتحلیلی Design builder بهترین طرح فنی استخراج و برای انتخاب اندازه سیستم از نرمافزارSystem Advisor model (SAM) استفاده میشود و مدل نرمافزاری سیستم سرمایش خورشیدی با نرمافزار PISTACHE شبیهسازی میگردد و برای تحلیل اقتصادی از اندازهگیری ارزش خالص فعلی(NPW) و نرمافزار COMFAR استفاده می شود. چشمانداز در نظر گرفته شده برای طراحی ساختمان، 20 ساله میباشد. یافتهها : با استفاده از ارزیابی فنی به روش عددی و نرم افزاری انتخاب بهترین طرح فنی در ساختمان با کاربری تجاری با مساحت کل زمین 1500 متر مربع و زیر بنای460متر مربع با تعداد 15 واحد تجاری در دو طبقه بررسی شد که نتایج تحقیق نشان میدهد ساختمان با توجه به شرایط آب و هوایی در شهر اهواز 15 درجه نسبت به جنوب طراحی و احداث شود تا بیشترین تابش به سمت بام ساختمان در تابستان و همچنین بدنهی ساختمان در زمستان را داشته باشیم. علاوه بر این با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان و متصلبودن ساختمان به برق شبکهی سراسری مشخص گردید که مشکلات تامین بار در ساختمان به حداقل ممکن میرسد و ساختمان میتواند با شبکه داد و ستد داشته باشد به طوری که در تابستان باید از شبکهی سراسری برق گرفت و در زمستان برق اضافی به شبکه تزریق گردد. بحث و نتیجهگیری : در پایان با استفاده از تحلیل فنی نشان داده میشود که نیازهای حرارتی و برودتی ساختمان را میتوان از انرژی خورشیدی با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان تامین کرد و همچنین با تحلیل اقتصادی نشان داده میشود که طراحی ساختمان انرژی صفر نسبت به حالت غیربهینهی ساختمان دارای سود خالص میباشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه میباشد. واژههای کلیدی : ساختمان تجاری، انرژی صفر، تجدیدپذیر، فتوولتائیک، ارزش فعلی
Technical and Economical Assessment of a Net Zero Energy Commercial Building Connected to the Network in Ahvaz, Considering Reliability Constraint
Mohammad Amin Musavi Sadat[4] Hossein Mohammadnejad Shourakayi*[5] h-mohamadnejad@srbiau.ac.ir Soudabeh Soleimani[6]
Abstract Background and Objective: The expansion of wind and solar power generators has led to the development of buildings equipped with renewable sources. The main purpose of this article is to design a zero energy building from a technical and economic point of view. In the technical dimension, the capacity of renewable sources, type of materials, location and direction of construction, height are determined according to the type of electric cooling and heating charges. In the economic dimension, with the help of cost-benefit analysis, the cost-effectiveness of constructing such buildings is examined. Methods: In this paper, first the amount of solar energy potential is calculated, then according to the climatic characteristics of Ahvaz city, the amount of electric, heating and cooling load is calculated and using software models, these data are correct. They are measured. By examining software and modeling using AutoCAD software and Design builder analytical software, the best technical design is extracted and System Advisor model (SAM) software is used to select the system size and the cooling system software model is used. The solar is simulated with PISTACHE software and the Net Present Value (NPW) measurement and COMFAR software are used for economic analysis. The landscape intended for the design of the building is 20 years old. Finding: Using numerical and software technical evaluation, the selection of the best technical design in a commercial building with a total land area of 1500 square meters and 460 square meters of infrastructure with 15 commercial units on two floors was reviewed. The research results show that the building with Paying attention to the weather conditions in the city of Ahvaz, 15 degrees to the south should be designed and constructed so that we have the most radiation towards the roof of the building in summer and also the body of the building in winter. In addition, considering the reliability and connectivity of the building to the electricity of the national network, it was determined that the problems of load supply in the building are minimized and the building can trade with the network so that in summer, electricity must be supplied from the national grid and in winter, additional electricity must be injected into the grid. Discussion and Conclusion: Finally, using technical analysis, it is shown that the thermal and refrigeration needs of the building can be met from solar energy with regard to reliability, and also economic analysis shows that the design of the building is zero energy compared to The non-optimal condition of the building has a net profit and is economically viable. Key words: Commercial Building, Zero Energy, Renewable, Photovoltaic, Actual Value
مقدمه محدود بودن ذخایر سوختهای فسیلی و همچنین آلودگیهای محیط زیستی ناشی از سوزاندن آنها باعث گسترش مباحث مربوط به محیط زیست و انرژی شده است. از اوایل دههی 1970 میلادی، بحران انرژی و تخریب لایهی ازن و گرمشدن کرهی زمین موجب اعمال قوانین برای کنترل مصرف انرژی را فراهم آورد. از آن زمان، مبحث توسعه و طراحی پایدار به عنوان یکی از مباحث مهم در طراحی ساختمانهای انرژی صفر مطرح شد. احداث ساختمان انرژی صفر از نظر مصالح ساخت و زاویه قرارگیری ساختمان، ارتفاع و نوع سیستمهای سرمایشی و گرمایشی و مهمتر از همه بحث اقتصادی بودن آن، جنبههای مجهولی میباشد که در این مطالعه به بررسی دقیق آن پرداخته خواهد شد. بنا بر اطلاعات منتشر شده در ترازنامه انرژی سال 1394، در کشور ما بیشترین میزان مصرف انرژی به ترتیب در بخشهای خانگی و تجاری، صنعت، حمل و نقل و کشاورزی است. بر اساس این آمار، مصرف انرژی در بخش خانگی و تجاری 4/55، صنعت 5/41 درصد، حمل و نقل 41 و کشاورزی 5/6 درصد بوده است. به عبارت دیگر، بیشترین سهم مصرف انرژی به بخش خانگی و تجاری تعلق دارد و این در حالی است که در کشورهای توسعهیافته این بخش به مراتب سهم کمتری را نسبت به بخش صنعت به خود اختصاص میدهد(1). ارزش بالای انرژی، محدودیت در منابع اولیه انرژیهای متداول و بالارفتن مداوم مصرف انرژی در ساختمان، مهندسین را بر آن داشت که با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر بخشی از انرژی موردنیاز ساختمان شامل روشنایی، حرارتی و سرمایشی را تامین کنند و رفتهرفته این روند توسعه پیدا کرد که همهی انرژی مورد نیاز ساختمان را بتوان از این منابع تامین کرد. از آنجایی که در این ساختمانها هیچگونه انرژی فسیلی مصرف نمیشود با نام "ساختمان انرژی صفر " شناخته میشوند(3،2). احداث ساختمان انرژی صفر از نظر نوع مصالح، محل و جهت ساخت، ارتفاع و نوع سیستمهای سرمایشی و گرمایشی و مهمتر از همه بحث اقتصادیبودن آن جنبههای مجهولی میباشد که در این مطالعه به بررسی دقیق آن پرداخته خواهد شد. بدین ترتیب با بررسی نرمافزاری و مدلسازی از طریق نرمافزار اتوکد، طرح اصلی ساختمان با موقیت فضاهای داخلی آن طراحی میگردد و با نرمافزار طراحی DesignBuilder ، شناسایی و محاسبهی بارهای حرارتی(گرمایش و سرمایش) ساختمان با توجه به شرایط آب و هوایی شهر اهواز انجام میگیرد. طراحی سیستم خورشیدی با در نظرگرفتن سیستمهای پشتیبان، توسط نرمافزار Dispatche انجام گرفت و برای انتخاب اندازهی سیستم از نرمافزار System Advisor Model(SAM) استفاده شده است که در آن انتخاب نوع صفحهی خورشیدی، محل نصب ماژولها، نوع اینوتر و غیره استفادهشده در ساختمان مشخص گردید. در پایان، با استفاده از ارزیابی اقتصادی به روش عددی ارزش خالص فعلی و نرمافزار COMFAR، طراحی بهینهی ساختمان مورد بررسی قرار میگیرد که آیا این طراحی صرفهی اقتصادی دارد یا خیر. مشخصات ساختمان مورد مطالعه طراحی پلان با فرض تجاری بودن ساختمان صورت گرفته است که خلاصهای از مشخصات آن در جدول 1 آورده شده است.
جدول 1 - مشخصات تفکیکی فضاهای ساختمان Table 1 – Denotative characteristic of dimensions of building
استفاده از سایبان مناسب سبب سایهافکنی روی پنجرههای جنوبی در تابستان خواهد گشت تا بار سرمایشی کاهش یابد.
شکل1 - موقعیت خورشید در یک ظهر تابستانی Figure1 – Position of sun in a summer afternoon
در مورد روشنایی باید در نظر داشت که اکثر فضاها در طراحی معماری به گونه ای طراحی شدهاند تا بتوانند از نور طبیعی استفاده حداکثری نمایند. استفاده از پنجرههای زیاد با مشخصات حرارتی بالا در سمت جنوب ساختمان و طراحی صحیح آنها، چرخش 15 درجهای ساختمان به سمت غرب و موارد دیگر از جمله راهکارها برای استفاده حداکثری از روشنایی طبیعی بوده است. با در نظرگرفتن ضرایب همزمانی، مجموع توانهای سیستم روشنایی و دیگر تجهیزات بر حسب (W) به همراه متراژ فضاهای ساختمان در جدول 2 آمده است.
جدول 2- مشخصات تفکیکی فضاهای ساختمان Table 2 - Denotative characteristic of dimensions of building
از آنجایی که اجرای سیستمهای انرژی نو تنها در ساختمانهایی با مشخصات حرارتی مناسب اجرا میگردد(توجیه اقتصادی)، فرض میکنیم عایقکاری پوستهی ساختمان، تعویض دربها و پنجرهها و درزبندی برای این ساختمان انجام شده و مشخصات حرارتی بهینه است. همچنین تمامی تجهیزات الکتریکی مانند رایانهها و سیستم روشنایی، از بین بهینهترین پربازدهترین انتخاب شده است. سازهی به کار گرفتهشده در پوستهی ساختمان متوسط وزن بوده و مشخصات دیوارها در جدول 3 آورده شده است.
جدول 3- مشخصات روشنایی و تجهیزات ساختمان Table 3 - Characteristic of illustration and components of building
با توجه به مقادیر ارایه شده میزان ضریب انتقال حرارت سطحی ساختمان203/0 و مقدار ضریب انتقال حرارت سطحی برای سقف 24/0 طراحی و محاسبه گشته است. این در حالی است که در صورت عدم استفاده از عایق، ضریب انتقال حرارت دیوار 5/1 و ضریب انتقال حرارت سقف 13/2 به دست میآید. با توجه به مقادیر ارایهشده میزان ضریب انتقال حرارت سطحی ساختمان203/0 و مقدار ضریب انتقال حرارت سطحی برای سقف 24/0 طراحی و محاسبه گشته است. این در حالی است که در صورت عدم استفاده از عایق، ضریب انتقال حرارت دیوار 5/1 و ضریب انتقال حرارت سقف 13/2 به دست میآید. محاسبهی بار طراحی و شبیهسازی مصرف بارهای حرارتی مورد نیاز هر کدام از فضاها توسط نرمافزارهای به منظور محاسبهی بار سرمایشی از نرمافزار Design Builder استفاده شده است. میزان بار سرمایشی و گرمایشی ساختمان به ترتیب kW 6/46 و kW 65/20 بدست آمده است(برای ساختمان با پوسته غیربهینه، این مقادیر به ترتیب kW46/81 و kW 5/33 است). دقت گردد بار گرمایشی و سرمایشی محاسبهشده در این بخش، به عنوان بیشینه نیاز ساختمان جهت تامین گرمایش و سرمایش بوده و با مصرف انرژی سالیانه، ماهیانه و ... متفاوت است. در شکلهای 2 و 3 جزییات این بارها آمده است.
شکل 2- بخشهای مختلف بار سرمایشی ساختمان(تعادل حرارتی) Figure 2 – The several sections of cooling load of building (the thermal balance)
شکل3 - بخشهای مختلف بار گرمایشی ساختمان(تعادل حرارتی) Figure 3 – The several sections of heating load of building (the thermal balance)
همانگونه که مشاهده میگردد، بخش عمدهای از بار سرمایشی مربوط به تابش خورشید و بخش عمده بار گرمایشی مربوط به هوای مورد نیاز تهویه میباشد. در ادامه مصارف انرژی چون سرمایشی، گرمایشی، آبگرم مصرفی، روشنایی و تجهیزات به صورت ساعتی، روزانه و ماهیانه در ساختمان شبیهسازی شده است. در جدول 4 مقادیر بارهای سرمایشی (بدون در نظرگرفتن راندمان سیستمهای تولید آنها)، روشنایی و تجهیزات آورده شده است. در واقع جهت رسیدن به ساختمان انرژی صفر، نیاز است این مصارف در محل تامین گردند. دقت گردد با توجه به اقلیم گرم اهواز، نوع کاربری ساختمان(تولید بالای حرارت به واسطهی تجهیزات و نفرات در کنار عدم کارکرد در شب) و پوسته بسیار بهینهی ساختمان(حرارت تولیدی نفرات و تجهیزات به واسطهی عایق مناسب و جرم حرارتی در داخل فضا حفظ میگردد) نیاز گرمایش و آب گرم مصرفی دما بالا بسیار کم بوده و از آن چشمپوشی شده است. دقت گردد در رابطه با شاخص سرمایش هنوز میزان راندمان تجهیز سرمایشی وارد نشده است. برای مثال اگر COP سیستم سرمایشی خود را 5/4 ثابت در نظر بگیریم، شاخص مصرف برق سرمایش برابر با kWh/m2 5/38 به دست خواهد آمد. دقت گردد با توجه به اقلیم شهر اهواز، پوسته با مقاومت حرارتی بالا و کاربری ساختمان نیاز اندک سرمایشی در فصول سرد نیز محاسبه شده است که از آنها صرف نظر شده است.
جدول 4- بارهای ماهیانهی سرمایش، روشنایی و تجهیزات در ساختمان Table 4 – Monthly cooling loads, illustration loads and components in building
در شکلهای 4 تا 9 نتایج شبیهسازی توسط در بازههای ساعتی، روزانه و ساعتی و در رابطه با دادههای سایت، دادههای مربوط به نفوذ هوا و تهویه، سوختهای مصرفی، شرایط آسایش حرارتی، تولید دیاکسیدکربن و بارهای سیستم آورده شده است.
شکل4 - دادههای روزانه سایت (دمای خشک، نقطه شبنم و تابش خورشید) Figure 4- The daily data of site (Dry temperature, Dew point, Reflection of sun)
شکل5 - نتایج ساعتی مربوط به پارامترهای آسایش حرارتی در ساختمان (دما و رطوبت نسبی) Figure 5- hourly results of thermal comfort parameters in building (Temperature and relative humidity)
شکل 6- نتایج ماهیانه بارهای اکتسابی و خورشیدی Figure 6– Monthly results of adventitious and solar loads
شکل7 - نتایج ساعتی بارهای اکتسابی و خورشیدی Figure 7- Hourly results of adventitious and solar loads
مدلسازی سیستم سرمایش خورشیدی همانگونه که اشاره نمودیم، طراحی سیستم خورشیدی را با درنظر داشتن سیستمهای پشتیبان یا کمکی انجام خواهیم داد. مدل کامل خورشیدی طراحیشده شامل مدارات تولید(کلکتورهای خورشیدی، گرمایش کمکی و سرمایش کمکی)، مدارات انتقال (مخزن ذخیره، چیلر جذبی و سیستم دفع حرارت) و بخش بهرهوری(گرمایش، سرمایش و آب گرم مصرفی) میباشد. شبیهسازی این قسمت با استفاده از نرمافزار Pistache انجام شده است(13). سیستم سرمایشی خورشیدی با کسر خورشیدی 50% طراحی شده است و چیلر جذبی مورد استفاده SAKURA SHL با ظرفیت kW20 و ضریب عملکرد 72/0 میباشد.
شکل8 - نتایج ساعتی تفکیکی بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان Figure 8 – The hourly and denotative of cooling and heating of building
شکل 9 - نتایج ساعتی تولید co2 Figure 9- Hourly results of CO2 production
در این مقاله برای انتخاب نوع ماژول مورد استفاده از موارد موجود در کشور با کیفیت بالا مدل LG250S1C-G2 از کارخانه سازنده LG با توان نامی250 وات برای استفاده در ساختمان انرژی صفر انتخاب شده است. این مدل ماژول از تک کریستالهای سیلیکون ساخته شده است که 593/1 متر مربع مساحت دارد و از شصت سلول تشکیل شده است. بازدهی این صفحه خورشیدی به صورت نامی 71/15% میباشد. برای انتخاب اندازهی سیستم با داشتن اطلاعات بار مصرفی به صورت ساعتی و استفاده از نرمافزار System Advisor Model یک آرایه شامل 78 ماژول طراحی شده است تا توان نامی 20 کیلووات را در زمان کارکرد استاندارد تولید کند(14). انحراف زاویهای مناسب برای ماژولها پس از بررسی چند باره 30 درجه انتخاب شده است. اگرچه امکان تعبیه تجهزات لازم بر روی ماژولها برای تعقیب در شکل 10 تولید انرژی خالص خروجی برای سیستم در هر ماه نمایش داده شده است. بدیهی است این نمودار در تطابق کامل با نمودار تابش افقی میباشد. بر طبق مدل سیستم در ماههای دسامبر، ژانویه و فوریه کمترین میزان تابش و تولید انرژی را خواهیم داشت.
شکل 10 - انرژی خالص خروجی ماهانه Figure 10 – Monthly output pure energy
در پایان بخش شبیهسازی طراحی ساختمان از دید فنی، خلاصه نتایج مربوط به تولید و مصرف انرژی در ساختمان در شکل11 آورده شده است. در این جدول مصارف جانبی سیستمهای سرمایشی و گرمایشی همچون پمپها و فن واحد HRV آورده شده است. در این جدول Eaux و Eauxsol به ترتیب کل مصرف برق سیستمهای سرمایشی و کل مصرف برق سیستمهای خورشیدی میباشد.
شکل 11 - خلاصه نتایج مربوط به تولید و مصرف انرژی در ساختمان Figure 11 – The summary results of production and consumption of energy in building
ارزیابی اقتصادی
در این مقاله تا به حال به بررسی فنی طراحی یک ساختمان انرژی صفر پرداختیم. در این قسمت به این امر میپردازیم که آیا طرح پیشنهادی از لحاظ اقتصادی توجیهپذیر میباشد یا خیر. برای مقایسه توجیهپذیری طراحی پیشنهادی از روش NPW یا روش ارزش خالص فعلی استفاده میکنیم(15). یکی از ابزارهای مورد نیاز برای ارزیابی اقتصادی استفاده از دیاگرام نقدی میباشد که در شکل 13 ترسیم شده است. نرخ تنزیل در نظر گرفتهشده برای پروژه را با توجه به نرخ رسمی سپس با توجه به نامحدودبودن عمر پروژه با استفاده از رابطهی ارزش خالص فعلی آنها را به دست میآوریم و با جمع آن با هزینههای اولیه به NPW میرسیم.
شکل 12 - دیاگرام جریان نقدی Figure 12 – Diagram of cash flow
برای محاسبهی نرخ NPW، ابتدا با توجه به رابطهی زیر نرخ هزینه مربوط به هر ماه را محاسبه میکنیم. که در جدول 5 آمده است. پس دیاگرام جریانات نقدی که در شکل 12 آمده است به دیاگرام شکل 13 تبدیل میشود.
جدول 5- مقادیر مربوط به نرخ هزینه برای ماههای سال Table 5 – The values of cost rate for months of a year
شکل 13 - دیاگرام جریان نقدی جدید Figure 13 – The new diagram of cash flow
در جدول 6 ریز هزینههای لازم برای ساخت پروژه آورده شده
جدول 6- ریز هزینههای مورد نیاز برای ساخت پروژه Table 6 – Detail requeired costs for project
با توجه به رابطهی هزینه و اطلاعات جدول 6 ارزش فعلی برابر است با:
حال میتوانیم NPW را حساب کنیم و آن را NPW1 نامگذاری میکنیم.
لازم به ذکر است عدد منفی در نظر گرفتهشده به خاطر ماهیت هزینه است و لازم به یادآوری است برای هزینههای اولیه فقط هزینه ساخت ساختمان انرژی و لوازم اداری ساختمان در نظر گرفته شده است. همانند مراحل بالا به محاسبه NPW ساختمان بهینه میپردازیم با این فرض که علاوه بر تفاوت در هزینههای اولیه با ساختمان قبلی که هزینههای دیگری همچون هزینه کلی سیستم خورشیدی طراحیشده، هزینه صفحهی خورشیدی، هزینهی اینورتر و هزینهی دستگاه بازیافت انرژی انتخابشده را نیز در نظر میگیریم و همچنین به خاطر طراحی سیستم خورشیدی در سه ماه اول و دو ماه آخر سال مازاد تولید برق داریم که درآمدی از محل فروش آن به سازمان برق عایدمان میشود. با توجه به مبالغ موجود برای پرباری، میانباری و کمباری ساختمان طراحیشده نرخ هزینه برابر با 517/38 دلار میباشد. ارزش فعلی برابر است با:
حال میتوانیم NPW را حساب کنیم و آن را NPW2 نامگذاری میکنیم.
حال برای مقایسهی دو طراحی بهینه و غیربهینه بایستی مقدار سود خالص را حساب کنیم:
با توجه به مثبتشدن مقدار خالص فایدهمندی نتیجه میشود ساخت ساختمان دوم (بهینه) موجب کاهش هزینه میشود. در پایان به محاسبهی دورهی بازگشت سرمایه میپردازیم که به صورت زیر حاصل میشود:
بنابراین دورهی بازگشت سرمایه 79/6 سال میباشد.
نتیجهگیری استفاده از انرژی خورشیدی در طراحی ساختمان انرژی صفر، سبب کاهش مصرف انرژی میشود. با استفاده از نرمافزار AutoCAD و نرم افزارتحلیلی Design builder بهترین طرح فنی استخراج و برای انتخاب اندازه سیستم از نرمافزارSystem Advisor model(Sam) استفاده میشود و مدل نرمافزاری سیستم سرمایش خورشیدی با نرمافزار PISTACHE شبیهسازی میگردد، و برای تحلیل اقتصادی از روش ارزشگذاری فعلی استفاده میشود. مشخصات پوسته ساختمان نقش اساسی روی بارهای سرمایشی و گرمایشی ایفا مینمایند. به منظور محاسبهی بار سرمایشی از نرمافزار دیزاینبیلدر استفاده شده است. میزان بیشینهی بار سرمایشی و گرمایشی ساختمان به ترتیب kW 6/46 و kW 65/20 بدست آمده است(برای ساختمان با پوسته غیربهینه، این مقادیر به ترتیب kW46/81 و kW 5/33 است) که برای تامین حدود 40 درصد بارهای سرمایشی از چیلر جذیبی با کلکتور خورشیدی لولهی خلا استفاده شده است. کاهش میزان بارهای سرمایشی و گرمایشی بهگونهای که حد آسایش ساکنین نیز از بین نرود (در اینجا دمای ترموستات برای سرمایش و گرمایش به ترتیب 25 و 20 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شد)، سبب کاهش سایز تجهیزات تولیدکننده سرما و گرما خوهد شد. از طرفی بکارگیری حداکثری روشنایی طبیعی، استفاده از سیستم بازیافت حرارت تهویه، استفاده از پنجرههای پربازده، استفاده از سایبان، تجهیزات برقی پر راندمان و .... سبب کاهش چشمگیر مصرف انرژی در ساختمان شده است به گونهای که کل مصرف (سرمایش، گرمایش، تجهیزات گازی و برقی، آبگرم مصرفی و روشنایی) در ساختمان 31141 کیلووات ساعت میباشد، در صورتی که تولید برق توسط پنلهای فتوولتاییک 32017 کیلووات ساعت حاصل گردید. در پایان با استفاده از تحلیل اقتصادی به این نیز نشان داده شد که طراحی ساختمان انرژی صفر نسبت به حالت غیربهینهی ساختمان دارای سود خالص میباشد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه میباشد.
منابع
[1] - کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق قدرت، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، گروه برق و کامپیوتر، تهران، ایران. [2] -استادیار، گروه برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران(مسئول مکاتبات). [3] - دانشیار، گروه برق و کامپیوتر، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران. [4]-M.Sc., Electrical Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad university, Tehran, Iran [5]-Assistant Professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran [6]-Associate Professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,087 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 352 |