صفحات 45 – 5645نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی دوره ۱۸

شماره۱ بهار ۱۳۹۲
101661011653

بررسی تاثیر تابش دریافتی خورشید در بدنه های ساختمان بر مصرف انرژی بخش خانگی*
نمونه موردی جهت گیری جنوب غربی و جنوب شرقی در شهر شیراز

زهرا برزگر**1، شاهین حیدری2
۱ دانشجوی دکتری معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران .
۲ دانشیار دانشکده معماری، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
)تاریخ دریافت مقاله: ۱5/6/۹۱، تاریخ پذیرش نهایی: ۲۱/۲/۹۲(
چکیده
در این تحقیق از آنالیز رگرسیون چند منظوره و روش انتخابی گام به گام جهت بررسی تاثیر انرژی خورشیدی بر میزان مصرف انرژی اولیه، سرمایش و گرمایش در بخش مسکونی استفاده شده است. در شهر شیراز )با قابلیت بالای بهره گیری از انرژی خورشیدی در تامین بخشی از انرژی(، ساختمانهای مسکونی بر اساس جهتگیری ساختمان به دو گروه شمال شرقی- جنوب غربی و شمال غربی- جنوب شرقی تقسیم گردیدند و با استفاده از تست دوربین- واتسون فرضیه وجود همبستگی میان خطاها رد گردید. همچنین ،جهت حذف تاثیر عوامل نامطلوب ساختمانی از مصرف انرژی اولیه، با بهره گیری از نرم افزار EC9.5 فرایند تحلیل سلسله مراتبی وزن هر یک از عوامل تعیین گردید. با توجه به ارتباط بین میانگین تابش دریافتی بدنههای عمودی با مصرف انرژی اولیه، سرمایش و گرمایش در هر دو گروه، فرضیه اولیه تحقیق محقق گردید. این فرضیه بیان مینماید که خانههای دارای جهت گیری اقلیمی دارای مصرف کمتری میباشند. به عنوان یک نتیجه مشخص گردیدکه ۹۹.74% تابش دریافتی خانهها مربوط به سطوح افقی می باشد. در پایان راه حلهایی جهت بهره گیری از انرژی خورشیدی در کاهش مصرف انرژی خانهها در شهر شیراز و پیشنهاداتی به منظور گسترش و ادامه تحقیق ارائه گردیده است.
واژههای کلیدی
مصرف انرژی، بخش خانگی، انرژی خورشیدی، جهت گیری ساختمان، رگرسیون، تحلیل سلسله مراتبی.

* این مقاله برگرفته از رساله دکتری نگارنده اول تحت عنوان “تدوین الگوی انرژی خانه ایرانی در پیوندی با انرژی های نو در شهر شیراز”در رشتۀ معماری به راهنمایی نگارنده دوم می باشد.
.E-mail: zahrabarzegar86@yahoo.com ،۰7۱۱-6۲۲۲۲۸4 :نویسنده مسئول: تلفن: ۰۹۱77۱۸۹۳7۸، نمابر **
46

مقدمه

امروزه با افزایش رفاه، نیاز به انرژی در حال افزایش بسیار سریع اسـت و ایـن در حالیسـت کـه منابـع انـرژی محـدود اسـت)Pugha et. al, 2011, 634(. سـاختمان ها 45 درصـد انـرژی مصرفـی دنیـا را مصـرف می نماینـد و همچنیـن ۳۰ درصـد گازهـای گلخانـه ای آمریـکا را تولیـد مینماینـد)Zhai et. al, 2010, 357(. دلایـل روز افـزون مصـرف انرژی سـاختمان ها شـامل تغییر اقلیـم، افزایش نیاز بـرق خانگـی، افزایش سـاختمانها، رشـد اسـتفاده از وسـایل برقی خانگـی، تغییـرات در صنعـت، مصـرف زیاد سـاختمانهای موجود و فقدان نظارت دولتی است)Yao, 2011, 2197(. ساختمانهای بخـش مسـکونی از اصلی تریـن بخش هـای مصـرف کننـده انـرژی اسـت. مانند بسـیاری دیگر از کشـورها در ایران نیز بخش مسکونی سهم بسزایی در مصرف انرژی دارد و تحقیق در این زمینه یکی از نیازهای روز جامعه می باشـد. مصرف انرژی وابسـتگی شـدیدی با اقلیـم منطقـه دارد)Zhang, 2004,1217( . اقلیـم گرم و خشـک با دو مشخصه مهم گرمای زیاد و خشکی هوا تعریف میشود )کسمایی ،۱۳۸5، ۳7(. در ایـن مناطـق تابـش مسـتقیم خورشـیدی بـر سـطح
افق بین 7۰۰ تا ۸۰۰ 2k cal/h/m اسـت)Moradia et. al, 2011, 37(. طبری با بررسی روند حدا کثر و حداقل دمای هوا در مناطق گرم و خشـک ایـران نشـان داد کـه دمای حداقل و حدا کثر بـه مرور زمان افزایش یافته اند) Tabari et.al, 2011, 4(.
3705001010221

شـهر شـیراز در عـرض جغرافیایـی۳۳” °۲۹ و در طـول جغرافیایی۳۳”°5۲ در منطقه نیمه گرم و خشک ایران قرار دارد .بـا افزایـش جمعیـت) ۱74۹۹۲6 در سـال ۱۳۸۹( و تعـداد خانـوار )644۱۹5 در سـال ۱۳۸5( این شـهر دارای خانههای بسـیار اسـت )درگاه آمـار ایـران(. بـا توجـه بـه آمـار شـرکت توزیـع بـرق منطقه ای ،در سـال ۱۳۸۹، مصـرف انـرژی سـاختمانهای شـیراز ۹6.4 درصـد کل اسـت) shirazedc.co(. بـا توجـه بـه تعـداد بالای مشـترکین برق خانگـی) ۳5.7۹% کل سـاختمانها( و مصـرف بـالای ایـن بخـش ،درنظرگرفتـن سیاسـتهای کنترلـی ضـروری اسـت. از طرفـی دیگـر ،محاسـبه تابـش خورشـیدی شـهر شـیراز توسـط جعفرپـور و همـکاران )Jafarpour, 1989, 177(، نشـان داد کـه ایـن منطقـه دارای فراوانـی دریافت تابش خورشید است. کل تابش سالانه، میانگین تابش روزانه ،درصـد تکـرار روزهـای آفتابـی بـه ترتیـب 7۲5۰ 2MJ/m2 ۱۹.۹ ،MJ/m و 5۹ درصـد بـود کـه امـکان بهره گیری از تابش خورشـید در راسـتای کاهش مصرف انرژی ساختمان در شهر شیراز را بیان می نماید. لذا برای تامین آسایش حرارتی و کاهش مصرف انرژی توامان با توجه به افزایش قیمت حاملهای انرژی و حذف یارانه های این بخش ،ضـرورت توجـه و کنتـرل مصـرف انـرژی در این بخـش و بهره گیری از انرژی هـای جایگزینـی ماننـد انـرژی خورشـیدی نمایـان می گـردد .بـا درک و شناسـایی مشـخصات اقلیمـی، معمـاران گذشـته شـیراز ،سـاختمان هایی خلـق نمـوده انـد کـه مبنـای اولیـه آنـان آسـایش حرارتی بوده اسـت )قبادیان ،۱۳۸7، ۱4(. این تحقیق تاثیر جهت گیـری سـاختمان ابتـدا بـر مصـرف انـرژی اولیـه ))E primary و سـپس بر مصرف انرژی گاز ))E Gas و برق ))E Electricity در بخشهای سرمایش و گرمایش) E cooling و E heating( را در خانه های مسـکونی شـهر شـیراز در دو بازه سالانه و ماهانه تعیین نموده است. خانه ها به دو گروه شـمال شـرقی- جنـوب غربـی) NE-SW( و شـمال غربـی – جنـوب شرقی) NW-SE( تقسیم گردیده اند .
سـابقه تحقیـق – مصـرف انـرژی در بخـش مسکونی و تاثیر جهت گیری ساختمان بر آن در سالهای اخیر، درک روند مصرف و تبیین روش هایی جهت بهینه سـازی، مـورد توجـه پژوهشـگران و مدیـران انـرژی در بخـش مسکونی قرار گرفته است. در این زمینه، سوان و آ گورسال به مرور ادبیات تکنیکهای متفاوت اسـتفاده شـده در مدل سـازی انرژی مصرفـی بخـش مسـکونی پرداختهانـد)Swan et. al, 2009,1824( . دونگ و همکارانش از یک الگوریتم شبکه عصبی، برای پیش بینی مصرف انرژی ساختمان در مناطق گرمسیر استفاده کردند)Dong et. al, 2005 552( . بـرای بدسـت آوردن اطلاعـات تخصصـی تـر در زمینـه مدیریـت انـرژی سـاختمان، لـی و کونـگ در مقالـه خـود پیشـنهاد تعدیـل روش سـنتی را بـا اسـتفاده از طبقـه بنـدی آب و هوایـی و تحلیـل پوششـی دادههـا )DEA( مطـرح کردنـد.Lee et( )1801 ,2011 ,al. بـا اسـتفاده از دادههـای آمـاری، ژانـگ مصـرف سالانه برق، گاز مایع، گاز طبیعی و زغال سنگ و همچنین انرژی بـرای گرمایـش منطقـه در اقامتگاه هـای شـهری مناطـق مختلف را بـا معـادلات رگرسـیون تجزیه و تحلیـل کـرد)1219 ,2004 ,Zhang(. هیرسـت و همکارانـش، داده هـای پیمایـش مصـرف موقـت انـرژی در سـطح ملـی )NIECS( در مـورد مصـرف انـرژی خانگـی اعـم ازکل انـرژی مصرفـی، مصـرف بـرق و اسـتفاده از سـوخت های اصلـی گرمایش فضا را بررسی کردند )76 ,1982 ,Hirest et. al(. با استفاده از داده های پیمایش مصرف انرژی مناطق مسـکونی، کازا از روش آنالیـز کمـی رگرسـیون بـه منظـور تبییـن اثـرات پارامترهـای مختلـف بـر توزیـع کل در طیـف مصـرف انـرژی اسـتفاده نمـود. نتایـج حا کی از آن بـود کـه در حالـی کـه انـدازه مسـکن بـرای تهویـه فضـا اهمیـت دارد، نـوع مسـکن دارای تاثیـر کمتـری اسـت. عـلاوه بر ایـن، به نظر نمـی رسـد ترا کـم همجواری هـای گـزارش شـده هیـچ نـوع تاثیـری بـر مصـرف انـرژی داشـته باشـد )6578 ,2010 ,Kaza(. در تحقیـق دیگری، میچالیک و همکاران از رویکرد سیسـتم فازی برای پیش بینی نیاز انرژی بخش مسکونی استفاده نموده اند .Michalik et( )950 ,1997 ,al.
تحقیقاتـی کـه بـه منظـور مطالعـه اثـر جهـت سـاختمان در مصرف انرژی انجام شده باشند، بسیار کم است. یو و همکارانش از نرم افـزار EQUEST بـرای تجزیـه و تحلیـل اثـرات راهکارهـای صرفه جویـی در مصـرف انـرژی کولـر در اتـاق هایـی بـا جهت هـای مختلـف در چیـن اسـتفاده نمودنـد. نتایـج نشـان می دهـد کـه سـایبان و عایق بنـدی دیوارهـای خارجـی، بهتریـن راهـکار بـرای کاهش مصرف برق است که صرفه جویی ۱۱.۳۱ و ۱۱.55 درصدی را بـه دنبـال دارد. بهینه سـازی راهکارهای مختلـف می تواند مصرف سـالانه بـرق را تـا ۲5.۹۲ درصـد کاهـش داده و مصـرف بـرق بـرای سـرمایش و گرمایـش بـه ترتیـب تـا ۲۱.۰۸ و ۳4.77 درصـد کاهـش می یابـد)1539 ,2008 ,Jinghua et. al(. جابـر و عجیـب، ارزیابـی بهتریـن جهـت گیـری سـاختمان، انـدازه پنجـره، و ضخامـت عایـق کاری حرارتـی بـرای یـک سـاختمان مسـکونی در منطقـه مدیترانـه را بررسـی کـرده انـد. نتایـج دال بـر ایـن مطلـب بودنـد کـه در حـدود ۲7.5۹ درصد از مصرف انرژی سالانه را می توان با انتخاب بهترین جهـت، انـدازه بهینـه پنجره ها، سـایبان و ضخامـت مطلوب عایق صرفه جویی نمود )1830 ,2011 ,Jaber et. al(.

معرفی خانه های انتخابی
نحوه گزینش نمونه های موردی
بـا توجـه بـه گسـتردگی شـیراز، خانه هـای انتخابـی از میـان منـازل بـا عمـر 4۰ سـال در سـطح شـهر نمونه گیـری شـده اند. در ابتـدا بـا انتخـاب کامـلاً تصادفـی و براسـاس همـکاری سـا کنین ۱۰۰ خانـه، جامعـه آمـاری اولیـه شـکل گرفـت و سـپس بـا در نظـر گرفتن تنهـا دو جهـت شـمال شـرقی- جنـوب غربـی)NE-SW( و شـمال غربی– جنوب شـرقی )NW-SE( که بالاترین درصد)حدود ۸۳%( جهـت گیـری در میـان جامعـه آمـاری اولیـه را دارا بودنـد ،۸ خانـه نهایـی بـه روش تصادفـی انتخاب گردید. نکته حائز اهمیت، تغییر گونـه معمـاری مسـکونی شـیراز از ایـن تاریـخ و فاصلهگیـری خانه هـا از بافـت تاریخـی اسـت. لـذا بررسـی انرژی این خانـه از این نظر حائز اهمیـت میباشـد کـه معمـاری بـه اصطـلاح التقاطـی نـو و در واقـع جهـش از معمـاری سـنتی بـه معمـاری مـدرن را مـورد کنـدوکاو قـرار میدهـد. در ایـن گونـه از معمـاری، کلیـه اجـزای معمـاری عـوض گردیده اسـت و همچنین سـبد مصرف انرژی خانهها از نفت به گاز و برق تغییر یافته است.
مصرف انرژی در نمونه های موردی
مصـرف انـرژی بـه فا کتورهـای متعددی وابسـته اسـت. در این مقاله دو فا کتور برجسـته مشـخصات سـاختمان و ادوات انرژی بر ،در نمونه هـای مـوردی مـورد بررسـی قـرار گرفته انـد. یکـی از ایـن
تعداد نما نسبت پنجره به دیوار سطح همجوار با همسایه نسبت طول به عرض تعداد طبقات مساحت زیربنا )2)m مساحت زمین )2)m تعداد سا کنین ردیف گروه
۱
۲
۱ 0.26 SW-
0.061 SW0.21 NE
0.26 SW- ۸۸.5۰
5۲.5۰
۹4.5۰ ۱.۰۸
۱.۰7
۰.۲7 ۲
۱
۱ ۲7۳
7۸.۲۰
۱۲۲.۸ ۱۲۸
۱۰۲
۲۲۱.۹۰ ۳
4 5 H1
H2
H3 NE-SW:۱
۲ 0.15 NE0.36 SW ۱74 ۱.۰۲ 2 ۱6۰ ۳۱۲.5 5 H7 ۱
۱
۲
۱ 0.29 SE-
0.31 SE0.071NW0.14 SE
0.36 SE- 5۹.4۰
7۳.۲۰
۱5۱.6۰
7۳.5۰ ۱
۱.۲
۰.75
۱.۱۲ ۱
۱
۱
۱ ۹۸.۰۱
۱۱۸
۱۱6.۳
۱۳۲.۹ ۲۰۰
۲۰۹
۱۱۸.5۳
۲۱۳.۹ 5
5 4
7 H4
H5
H6
H8 NW-SE:۲
جدول 1- عوامل نامطلوب نمونه های موردی.
47
خانگی
عوامـل بدنـه سـاختمان اسـت، بدین معنا که مشـخصات مختلف طراحـی و سـاخت یـک بنـا بـر میـزان انـرژی مصرفـی خانـه رابطـه نزدیـک دارد کـه در ایـن مقالـه انـرژی تابشـی بر بدنه هـا ملا ک عمل اسـت. یکـی دیگـر از عوامل ادوات انرژیبر، درون سـاختمان اسـت که مستقیماً بر میزان انرژی تاثیر میگذارند .
الـف( انـرژی تابشـی خورشـید در نمونههـای مـوردی: در اصـل مصـرف انـرژی سـاختمان بـه چگونگـی پاسـخگویی طراحـی ساختمان به اقلیم وابسته است. برای مثال موقعیت پنجره ها در یک ساختمان دارای اهمیت بسیاری است زیرا می تواند بر میزان جـذب نـور، میـزان سـرمایش و تهویـه تاثیـر مسـتقیم گـذارد)Taleb et. al, 2011, 384(. پینـل و همـکاران) ۲۰۱۱، ۳5۹( از تحقیـق خـود دریافتنـد کـه ذخیـره فصلـی انـرژی گرمایـی دارای پتانسـیل بالایـی بـرای تامیـن گرمایـش و آب گـرم بخـش مسـکونی اسـت .بنابراین مشخصات معمارانه متفاوتی بر میزان مصرف انرژی تاثیر می گذارند؛ مانند کیفیت بدنه ها، مصالح سقف، شکل ساختمان ،تعداد طبقات، اندازه و موقعیت پنجره ها، نفوذپذیری و ارتباط با زمیـن. در ایـن مقالـه، جهـت بررسـی تنهـا تاثیـر عامـل جهـت گیری عوامل دیگر عوامل نامطلوب اطلاق می شوند )جدول ۱(.
تابـش خورشـیدی تاثیـر بسـزایی بـر میـزان آسـایش حرارتـی ساختمان دارد، چه در زمستان با جذب حرارت و چه در تابستان بـا جلوگیـری و دفـع حـرارت از سـاختمان. بـرای جلوگیـری از جذب تابـش خورشـید در بدنههـای سـاختمان در گرمـای تابسـتان، از سـایه انـدازی و عایـق حرارتـی در معمـاری بومـی بهـره می گرفته انـد )Borong et. al, 2004, 74(. شـن و همکارانـش) ۲۰۱۱، 5۸۰(، دریافتنـد کـه تابـش خورشـیدی بـر دمـای داخلـی و خارجـی تاثیـر میگـذارد. پارکـر و همکارانـش) ۱۹۹4(، بـا بررسـی مصـرف انـرژی 6 خانـه قبـل و بعـد از عایـق کاری سـقف، شـاهد کاهـش مصـرف برق تهویـه مطبـوع خانه هـا از ۱۱% تـا 4۳% بودنـد. بـا توجـه بـه اهمیـت داده هـای تابـش خورشـیدی در بسـیاری از زمینههـای تحقیقاتـی و همچنیـن مهندسـی، روش هـای متفاوتـی بـرای محاسـبه آن وجـود دارد) Sabziparvar, 2008, 1003(. برخـی از محققـان تابـش خورشیدی بر سطح افق را اندازه گیری نمودهاند. پارتریج و پروکتر )۱۹76، ۲۳5(، مدلـی را بـرای تخمیـن تابش خورشـیدی در سـطح زمین بکار گرفته اند. دانشـیار) Sabziparvar, 2008, 1002(، مدلی را بـرای پیـش بینـی تابـش روزانـه در شـهر تهـران ارائـه داده اسـت .جعفر پور و یعقوبی) ۱۹۸۹، ۱77( نیز تابش ماهانه و سالانه را برای یـک نقطـه مشـخص در شـهر شـیراز بـرآورد نمـوده انـد. در تحقیـق دیگری یعقوبی و سبزواری) ۱۹۹6، ۳۹۹(، ضریب وضوح ماهانه شهر شـیراز را محاسـبه نمـوده انـد) Sabziparvar, 2008, 1010(. بـا وجود اسـتفاده آسـان از ایـن مدل هـای پیشـنهادی در کلیه نقـاط ایران ،تابـش خورشـیدی بـر سـطوح عمـودی بـا زوایـای متفـاوت نسـبت بـه شـمال جغرافیایـی کـه دارای اسـتفاده بسـیار در شـاخه های مهندسـی و بویـژه معمـاری اسـت، هنـوز توسـط محققـان بـرای شـهر شـیراز محاسـبه نگردیـده اسـت. بـرای حصـول به ایـن هدف ،نـرم افزارهـای کامپیوتـری متعـددی ماننـد Eco ،Energy plus Ret screen ،Transys ،tech بکارگرفتـه میشـود، امـا مشـکل، عـدم وجود دادههای اقلیمی شهر شیراز در این نرم افزارهاست. بنابراین بـا کمـک روش ویکتـور اولگـی تابـش خورشـیدی بـر سـطوح افقـی و عمودی برای دو گروه خانههای شهر شیراز محاسبه گردیده است.
ب( ادوات انـرژی بـر سـاختمان: دیلـی و همـکاران) ۲۰۱۰،

تصویر 1- پلان، نما و مقطع تعدادی از نمونههای موردی؛ A: خانه شماره 3 یک طبقه با هم جواری هم پلا ک از گروه 1؛ B: خانه شماره 1 دوطبقه با همجواری هم پلا ک از گروه 1؛ C: خانه

شماره 7 دو طبقه با همجواری هم پلا ک از گروه 1؛ D: خانه شماره 4 یک طبقه با همجواری هم پلا ک از گروه 2؛ E: خانه شماره 6 یک طبقه با همجواری هم پلا ک از گروه 2.
۲۲۱۹( تا کیـد نمـوده انـد کـه تخریـب محیـط زیسـت نتیجـه تامیـنآسایش حرارتی با کمک ادوات مکانیکی سرمایشی، تهویه مطبوع و نورپردازی اسـت. با توجه به سـبد انرژی شـهر شیراز شامل نفت ،گاز طبیعـی و الکتریسـیته، بـرای ارزیابـی مصـرف انـرژی نمونه هـای مـوردی انـرژی الکتریسـیته بـه چهـار دسـته سـرمایش))E Cooling، گرمایـش))E Heating، روشـنایی ))E Lighting و تجهیـزات منـزل))E Equip طبقـه بنـدی گردیـده انـد. مهمتریـن بخـش مصرفکننـده انـرژی الکتریسـیته در شـهر شـیراز بدلیل گرمای شدید تابستان و خشکی همزمان هوا، بخش سـرمایش اسـت. در نمونههای موردی، کلیه خانههـا سـرمایش اصلـی خـود را بـا کولـر از نـوع انـرژی الکتریسـیته تامیـن مینماینـد. عـلاوه بـر آن مصـرف گاز به بخشهـای گرمایش ))E Heating و تجهیـزات ))E Equip دسـته بنـدی گردیدهانـد کـه مصـرف کننـده اصلـی ایـن انـرژی در شـیراز گرمایـش اسـت و فصـل زمسـتان بدلیـل سـرمای خشـک و بـاد سـوزآور وجـود گرمایـش را ضـروری مینماید. در نمونههای موردی انتخابی، تنها بخاری با انرژی گازبکار گرفته شده است .
ج( معرفی تفصیلی یکی از نمونه های موردی: نمونه موردی )خانـه شـماره ۳ در گـروه اول(، دارای جهت گیـری شـمال شـرقی- جنـوب غربـی NE-SW اسـت )تصویـر۱(. ایـن خانـه دارای عمـر حـدود 4۰ سـال در بخـش میانـی شـهر قـراردارد. ایـن نمونه موردی در نمـای جنـوب غربـی، سـقف و پاسـیو سـقفی خـود در جبهـه شـمال شـرقی، تابـش خورشـیدی را دریافـت مینمایـد. ایـن خانـه دارای نمـای جنـوب غربـی بـه مسـاحت ۸۰/۲۸ متـر و سـقف بـه مساحت 6۸/۱۱۳ متر و دو نورگذر به مساحت های ۸5/۰و ۲۸/۸ متـر اسـت. دو اتـاق انتهایـی از پاسـیوی ۰.۸5 متـر مربعـی، انتهـای میانـی نورگیـر می باشـند و اتـاق میانـی دارای پنجـره ای بـه سـمت راهـرو داخـل هـال می باشـد. نورگیـر میانی نیز روبروی آشـپزخانه در مرکز خانه جهت نورگیری فضاهای میانی خانه تعبیه شـده اسـت .لیسـت ادوات انـرژی بـر نیـز تهیـه گردیـده اسـت که بخـش گرمایش شـامل ۲ بخـاری، بخـش گرمایـش شـامل ۱ کولـر و ۲ پنکـه، بخـش روشـنایی شـامل ۸ لامپ کم مصرف و یک لامپ پرمصرف، بخش تجهیـزات شـامل یخچـال، فریـزر، ماشـین لباسشـویی، جاروبرقـی ،تلویزیون، کامپیوتر است.
مراحل و روش تحقیق
تحقیـق حاضـر بـا کمـک روشهـای تجربـی و تحلیلـی انجـام شـده کـه شـامل انتخـاب نمونه هـای مـوردی؛ بررسـی ویژگی هـای نمونه هـای مـوردی؛ محاسـبه کل تابـش ماهانـه و سـالانه دریافتـی بـر بدنه هـای سـاختمان) Er( شـامل تابـش خورشـیدی بـر سـطوح افقـی ))Ehr و سـطوح عمـودی))Evr بدنه هـای سـاختمان؛ محاسـبه مصـرف انـرژی اولیـه ))E Primary سـاختمان با کمک ضریب مبنـا4 )EIA, 2011(؛ محاسـبه انـرژی مصرفـی بخـش سـرمایش و گرمایـش سـاختمان ))E cooling, E heating؛ آنالیـز Er بـا E Primary جهـت بدسـت آوردن میـزان تاثیـر Er بـر مصـرف انـرژی سـاختمان اسـت .روش اولگـی روش مبنـای محاسـبه تابـش دریافتـی بـر بدنه هـای سـاختمان اسـت. ویکتـور اولگـی بـا ارائـه نقالـه محاسـبه انـرژی خورشـیدی امـکان محاسـبه سـریع میـزان انـرژی خورشـیدی مستقیم، انعکاسی و پرا کنده بر سطوح افقی و قائم در جهت های مختلف را ایجاد نموده اسـت )جهت مطالعه بیشـتر رجوع شـود به کسمایی ،۱۳۸5، ۲۹-۳۰(.
بسـیاری از محققـان مصـرف انـرژی در سـاختمان از روش

خانگی
جدول2- نتایج تست دوربین- واتسون.
دوربین- واتسون خطای استاندارد پیش بینی 2R تعدیل شده R 2 R گروه متغیر وابسته
1.846
1.556 332.06009
1134.13467 0.790
0.565 0.794
0.574 0.891
0.758 1
2 E cooling
1.716
1.699 423.80631
834.44732 0.656
0.581 0.663
0.589 0.814
0.767 1
2 E heating
2.071
1.507 2754.51948
3925.22106 0.643
0.464 0.650
0.475 0.806
0.689 1
2 E primary
a. Predictors: Er رگرسـیون بهـره برده انـد)Lee, 2011; Kaza,2010; Tso Geoffrey,
2007) محبوبیت این روش شاید بدلیل تفسیر پذیری پارامترهای مـدل و سـهولت اسـتفاده باشـد)Tso Geoffrey, 2007, 1762( . در این مقاله از تحلیل رگرسیون چندمنظوره برای تعیین تاثیر میزان تابش خورشـید به بدنه ها ))Er بر مصرف انرژی بخش سـرمایش)E )cooling، گرمایـش))E heating و انـرژی اولیـه ))EPrimary اسـتفاده شـده اسـت. همچنیـن از تسـت دوربیـن- واتسـون جهـت پیـدا کـردن همبسـتگی بیـن خطاهـا کمـک گرفتـه شـده اسـت. در تحلیـل رگرسـیون، آمـاره دوربیـن- واتسـون یـک آمـاره آزمـون میباشـد کـه بـرای بررسـی وجـود خـود همبسـتگی بیـن باقیماندههـا در تحلیـل رگرسیون استفاده می گردد. مقدار این آماره همواره بین ۰ تا 4 قرار میگیرد که آستانههای مورد پذیرش آن به صورت زیر است:
مقـدار ۲ بـرای ایـن آمـاره، نشـانگر عدم وجود خود همبسـتگی میباشد که حالت مطلوب در فرضیات اصلی مربوط به باقیماندهها در تحلیل رگرسیون میباشد.
مقـدار بیشـتر از ۲ ایـن آمـاره، همبسـتگی پیاپـی منفـی را در بین باقیمانده نشان میدهد .
مقـدار آمـاره آزمـون ا گـر کمتـر از ۱ یـا بیشـتر از ۳ باشـد، زنـگ هشدار برای وجود خود همبستگی مثبت یا منفی بین باقیمانده میباشد.
فرمول محاسـبه بصورت زیر می باشـد که در آن از تاخیر مرتبه یک استفاده شده است وet باقیمانده t ام در معادله رگرسیون و T تعداد کل مشاهدات میباشد:
d=)sum from t=2 to t=T of: )et-et-1(2/)sum from t=1 to
t=T of: et2(
نتایـج ایـن تسـت نشـان دادهانـد کـه فرضیه وجود همبسـتگی بیـن خطاهـا رد شـده اسـت )جـدول۲(. بنابرایـن تحلیـل رگرسـیون می توانـد در ایـن تحقیـق اسـتفاده گـردد. در مـدل رگرسـیون روش انتخاب گام به گام بکارگرفته شده است.
در مـورد مراحـل انـدازه گیـری و محاسـبات نـکات زیـر حائـز اهمیت میباشد:
میزان تابش ماهانه دریافتی خورشیدی بر بدنههای افقی و عمودی توسـط روش ویکتور اولگی برای دو گروه خانههای شـیراز محاسبه گردید. این میزان جهت کلیه ماه های سال بدست آمده اسـت و تنها به بازه زمانی سـرد و گرم سـال بسـنده نگردیده اسـت ،

زیرا اسـتفاده از ادوات سرمایشـی و گرمایشـی در شـهر مورد بررسی ،تنهـا بـه زمسـتان و تابسـتان محـدود نگردیـده اسـت. در ضمـن در کلیـه نمونه هـای مـوردی میـزان تابـش وارده بـر هـر متر مربع سـطح موردنظـر بـا جهـت گیـری و زاویه خاص خود بدسـت آمده و سـپس در سـطح مورد نظر اعمال گردیده اسـت. سـطوح سایه نیز از میزان سطوح کل حذف گردیده اند.
میزان انرژی های مصرفی نمونه از طریق دادههای دریافتی هـر یـک از خانههـا از اداره بـرق و گاز می باشـد. بـازه زمانـی بـرآورد از سـال 1387 تـا 1389 میباشـد و جهـت تعدیـل از میانگیـن ماهانـه هـر سـه سـال اسـتفاده شـده اسـت. مـدت زمـان بهره گیـری از سیسـتم های سرمایشـی و گرمایشـی بـر اسـاس خالـص سـازی و تفکیـک هـر یـک از گروههـای مصـرف کننـده انـرژی بدسـت آمـده است که در ذیل به آن پرداخته میشود:
چهـار بخـش متفـاوت بـرای مصـرف انـرژی گاز و الکتریسـیته وجود دارد:
E Cooling + E Heating + E Lighting + E Equip. = E Total = E Primary
– مصـرف انـرژی بخـش سـرمایش تنهـا از انـرژی الکتریسـیته اسـت. مصـرف انـرژی بخـش گرمایـش))E Heating تنهـا از انـرژی گاز اسـت. بـا توجـه بـه هـدف تحقیـق ، E Lighting و E Equipثابـت فـرض شـده اند و E Heating و E Cooling بـه روش زیـر محاسـبه گردیـده انـد و مدت زمان مصرف هر کدام مشخص گردیده است:
E Electricity:
تابستان: E Electricity = E Cooling + Cons.
Then: EC.E = E Cooling زمستان: E Electricity= E Heating + Cons. = 0 + Cons.
Then: EC.E = 0
E Natural gas:
تابسـتان: E Natural gas = E Cooling + Cons. = 0 + Cons. = Cons.
Then: EC.G = 0 زمستان : E Natural gas= E Heating + Cons.
Then: EC.G = E Heating
ماههـای اوج مصـرف گرمایـش فضایـی و سـرمایش فضایی، به رفتـار هریـک از نمونه هـای مـوردی و سـا کنین آنـان وابسـته بـود. از آن گذشته، عوامل نامطلوب مشخصه های ساختمانی می باشند کـه در جـدول ۱ در مـورد هـر یـک از نمونههـای مـوردی ارائه گردیده اسـت. ایـن عوامـل بدلیـل تفـاوت در هـر یـک از نمونـه هـا، امـکان مقایسـه یکسـان مصرف انرژی و انرژی تابیده شـده را بطور عادلانه مقدور نمی سـازند. لذا در این مقاله با کمک پرسشـنامه و سـپس اعمـال روش AHP حـذف گردیدنـد. ا گرچه عوامـل نامطلوب بر هر
دو عامل EPrimary و Er تاثیر میگذارند، اما در این مقاله تنها تاثیر آن بر EPrimary با کمک وزن هایAHP حذف شده است. در این راستا ،بـدواً پرسشـنامه هایـی تهیـه و توسـط گـروه ۳۰ نفـره تصمیم گیـران شـامل خبـرگان و اسـاتید رشـته های مهندسـی صنایـع، انـرژی ،معمـاری و مهندسـی مکانیـک دانشـگاه تهـران، شـهید بهشـتیو شـیراز تکمیـل شـد. از جملـه سـوالات ایـن پرسشـنامه تعییـناولویـت تاثیـر عوامـل مختلف بدنه بر مصرف انرژی یک خانه اسـت مانند تاثیر سـطح پنجره و یا جهت گیری سـاختمان. سـپس روند سلسـله مراتـب تحلیلـی )AHP( بـا کمـک نـرم افـزار Expert Choice 9.5 جهـت اولویـت بنـدی و تعریف وزن عوامـل نامطلوب بکار برده شـد. روش AHP یـا فراینـد تحلیـل سلسـله مراتبـی یـک تکنیـک تصمیم گیری چند معیاره است که می توان از آن در اولویت بندی اسـتفاده نمود. این فرایند که توسـط توماس سـاعتی ارائه گردید ،بـه گونـه ای طراحـی شـده اسـت کـه بـا ذهـن و طبیعـت بشـری مطابـق میشـود)Saaty, 1994,426; 1980,32( . در ایـن فراینـد کـه بـه منظـور دسـته بنـدی خواسـتههای مشـتریان یـک سـاختار سلسله مراتبی شامل هدف، معیارها، زیر معیارها و گزینهها ایجاد می شـود، محاسـبه وزن در دو قسـمت جدا گانـه وزن نسـبی و وزن نهایـی انجـام می پذیـرد. وزن معیارها منعکس کننده اهمیت آنها در تعییـن هـدف اسـت )قدسـی پـور ،۱۳7۹، ۲5(. در فرایند تحلیل سلسله مراتبی میتوان میزان سازگاری تصمیم را محاسبه نمود و نسـبت بـه قابـل قبول یـا مردود بودن آن قضاوت کرد )قدسـی پور ،۱۳7۹، ۲5(. از جملـه ویژگیهـای نـرم افـزار مـورد اشـاره، توانایـی آن در دریافـت داده هـای کمـی و کیفـی اسـت. خروجـی ایـن بخش جهت محاسبه ECooling ،EPrimary و EHeating بکارگرفته شده است. با اثردهی این وزن ها، میزان تاثیر عوامل نامطلوب در مصرف انرژی خانهها حذف گردیده اند و سپس مصرف انرژی خانه ها به شکلی پایه قابل مقایسه گردید .
بحثالـف( تاثیـر Er بـر E Cooling, E Heating, E Primary: در هـر دو گـروه انـرژی الکتریسـیته جهـت سـرمایش از آوریـل )فروردیـن( تـا نوامبـر )آبـان( و گاز طبیعـی نیـز جهـت گرمایـش از ا کتبـر )مهـر( تـا می)اردیبهشـت( مورد اسـتفاده بوده است. روند مصرف سرمایش و گرمایش در تمامی خانهها تقریباً یکسـان اسـت؛ حدا کثرE Cooling در جـولای )تیـر( و آ گوسـت )مـرداد( و حدا کثـر E Heating در ژانویـه )دی( و فوریه )بهمن( بوده است.
گـروه اول: در گـروه اول، خانـه ۱،کـم مصـرف تریـن خانه در سـه بخـش سـرمایش و گرمایـش و انـرژی اولیـه اسـت. اما خانـه با وجود عـدم مصـرف بـالا در بخـش سـرمایش و گرمایـش، در بخـش انـرژی اولیـه بیشـترین مصـرف را داراسـت. بنابرایـن مصـرف بـالای انـرژی اولیـه ایـن خانـه بـه بخشهـای دیگـر انـرژی بـر مربـوط اسـت. خانه شـماره 4، پر مصرف ترین نمونه در دو بخش سـرمایش و گرمایش اسـت )تصویـر۲(. نتایـج مقایسـه Er خانه هـای گـروه ۱ در زیـر بیـان گردیده است:
• رونـد تقریبـاً یکسـان نوسـان ایـن انـرژی در خانه هـای 2، 3 و
4، حا کی از حدا کثر دریافت تابش در ماه های گرم سـال و حداقل تابـش در ماههـای سـرد سـال اسـت، ایـن مطلـب نشـان دهنـده اقلیمـی نبـودن ایـن خانـه هاسـت، تنهـا عامـل نامطلـوب مشـترک خانههـای ۲ و 4 داشتـن دو نمـای متقابـل اسـت. یکـی از دلایـل افزایش مصرف انرژی در خانه شـماره 4، مطلب بیان شـده اسـت ،دلیـل دیگـر ایـن افزایش، مصرف دریافت حدا کثـر تابش در بدنه هانسـبت بـه خانههـای دیگـر بدلیـل سـطح زیـاد سـقف و بدنههـا
تصویر 2- مصرف انرژی اولیه، سرمایش و گرمایش در گروه 1 و 2.
)نسـبت طـول بـه عـرض 1.02( و سـطح زیـاد پنجـره) 0.36SW,
0.15NE( اسـت. در خانـه شـماره 2، اتـلاف از سـطح پنجـره نمـای شـمالی)0.21NE( سـبب افزایـش مصـرف زمسـتانی و دریافـت تابـش بـالا از سـقف سـبب افزایـش مصـرف تابسـتانی می گـردد. در کل مصـرف انـرژی خانـه شـماره 3 بسـیار بالاسـت کـه بدلیـل سـطح اندک نمای جنوبی و دریافت تابش بسیار اندک می باشد. نسبت طـول بـه عـرض سـاختمان 0.27 میباشـد کـه نشـاندهنده سـطح اندک نمای ساختمان است. میزان مصرف انرژی این خانه نیز در بخـش گرمایـش بدلیـل ذکـر شـده و سـطح زیـاد پنجرههـای قدیمی منفذدار بیشتر گردیده است )تصویر3(.
• رونـد نوسـان ایـن انـرژی در خانـه 1 حا کـی از حداقل دریافت تابـش در ماههـای ژوئـن )خـرداد(، آ گوسـت )مـرداد(، ژانویـه )دی( و حدا کثـر تابـش در ماههـای نوامبـر )آبـان(، ا کتبـر )مهـر(، آوریـل

خانگی
)فروردیـن( اسـت، ایـن مطلـب نشـان دهنـده اقلیمـی بـودن ایـن خانه در فصل تابستان، بهار و پاییز و غیر اقلیمی بودن در زمستان است. همچنین دو طبقه بودن و در نتیجه کاهش سطح سقف از عوامل اصلی مصرف کمتر بخش سرمایش است )تصویر3(.
4470001793046

.
2

و

1

گروه

های

خانه

های

بدنه

بر

شده

تابیده

انرژی

3

تصویر

.

2

و

1

گروه



قیمت: تومان

دسته بندی : معماری و شهرسازی

دیدگاهتان را بنویسید