محمد تحصیلدوست

بالا بودن هزینه سرمایه گذاری و دوره بازگشت سرمایه طولانی در پروژه های بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان ها، ارزیابی دقیق راهکارهای کاهش مصرف انرژی را قبل از اجرا ضروری کرده است. بدلیل گستردگی پارامترهای دخیل در مصرف انرژی، تصمیم گیری در رابطه با استراتژی ها و اجزا طراحی عملا بدون استفاده از ابزارهای شبیه سازی امکان پذیر نیست. برای بهره گیری صحیح از ابزارهای شبیه سازی در فرایند طراحی و ارزیابی، لازم است اعتبار آنها از طریق روشهای علمی بررسی شود، چراکه اعتبار و دقت چنین ابزارهایی تحت تاثیر عوامل مختلف است و متناسب کاربری، نوع بنا، اقلیم و داده ها، نرم افزار مناسب طلب می کند. در این پژوهش اعتبار دو نرم افزار شبیه سازی انرژی (دیزاین بیلدر و اکوتکت) با روش تجربی و مقایسه ای بررسی گردیده است: مصرف انرژی سالیانه یک ساختمان آموزشی موجود شبیه سازی، و سپس با مصرف واقعی حاصل از ممیزی انرژی ساختمان مقایسه شده است. با اصلاح ورودی های نرم افزار بر اساس برداشت های میدانی، پارامترهای اصلی موجد اختلاف بین مصارف پیش بینی شده و واقعی انرژی در ساختمان شناسایی شده اند. بر اساس نتایج این مطالعه، نرم افزار دیزاین بیلدر عملکرد خوبی در پیش بینی میزان مصرف انرژی و دمای داخلی فضاها مطابق شرایط ساخت و تجهیزات و اقلیم بررسی شده دارد.

فناوری معماری و علوم ساختمان همواره به دنبال بهره گیری از روش هایی بوده است که امکان کاهش مصرف منابع انرژی و افزایش آسایش محیطی را فراهم آورد. از جمله راهکارهای امروزه برای وابستگی کمتر به مصرف انرژی، در عین تأمین آسایش حرارتی و عملکرد بهینه صوتی که از دیدگاه نور روز و تأمین تهویه، در مقام مقایسه با بهره گیری از جداره های ضخیم تر خارجی و مصالح غیرشفاف و بازشوهای کوچک تر مطلوب تر است، امکان بهره گیری از پوسته دوم برای کنترل بهتر محیط داخلی است. طبعاً نورگذری، قابلیت تهویه، کنترل شرایط آکوستیکی، و بهره گیری از عملکردهای ترکیب این پوسته ها از دلایل توسعه و ترویج این ساختار شناخته می شود. با پیشرفت نماهای دوپوسته گونه های مختلفی شناسایی شد که عموماً در شرایط اقلیمی کشورهای سردسیر به کار بسته شده، ارزیابی، ارتقا و درنهایت در ساختمان سازی مرسوم ایشان وارد گردید. لیکن در ایران کمتر به این موضوع پرداخته شده و درنتیجه، اطلاع دقیقی از تیپولوژی بهینه متناسب شرایط اقلیمی شهرهای آن در دست نیست. این مقاله فرایند مطالعات طراحی یک نمونه عینی است که با استفاده از روش شبیه سازی و ارزیابی گزینه های طراحی، فرایند انتخاب ساختار بهینه نمای دوپوسته را در یک برج اداری در تهران شرح می دهد. به این منظور با شبیه سازی گزینه های مختلف پیکره بندی، تهویه، و نیز ترکیب و مشخصات اجزای آن و سنجش بر مبنای معیارهای انرژی و آسایش گزینه های بهینه شناسایی شده است. نتایج در مقایسه با یک نمای تک پوسته با کیفیت مطلوب، نشان دهنده کاهش نیاز به گرمایش و نیز بهبود شرایط فضای داخلی در دوره سرمایش است. کاهش مصرف منابع انرژی ناشی از استفاده از نمای دوپوسته در این ساختمان بین kWh/m2 ۵۴-۲۸ معادل 7.79% تا 14.80% کاهش ارزیابی شد. همچنین بیشترین تأثیر استفاده از گونه های مختلف نمای دوپوسته در کاهش بار سرمایشی است؛ اگرچه در تمام گونه های آن موجب افزایش بار روشنایی می شود.

اطمینان یافتن از ورود مقادیر مناسبی از نور روز به داخل فضا، به خصوص در فضاهای آموزشی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است ؛ زیرا در کنار تأثیر مثبت نور طبیعی بر خلق وخو، تمرکز و کیفیت یادگیری دانش آموزان و دانشجویان، وجود نور بیش از حد نیاز و عدم کنترل آن، منجر به بروز خیرگی و نارضایتی بصری می شود. امروزه به کمک شبیه سازی و با بهره گیری از شاخص ها، امکان پیش بینی کیفیت روشنایی و میزان رضایتمندی کاربران از شرایط نوری فضا (از نظر مقدار نور و خیرگی) فراهم شده است. هدف پژوهش پیش رو، بررسی میزان قابل اعتماد بودن ارزیابی های حاصل از شاخص های نورسنجی در فضاهای آموزشی است؛ به این منظور، عملکرد نور روز در تعدادی از آتلیه های طراحی معماری دانشگاه های تهران به دو روشِ «شبیه سازی و محاسبه شاخص های مربوط به مقدار نور و خیرگی» و «مطالعه میدانی و آگاهی از نظریات کاربران به کمک پرسشنامه» مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به دست آمده از دو روش با یکدیگر مقایسه شد. نتایج پژوهش حاکی از آن است که در میان شاخص های پیش بینی مقدار نور، بیشترین همبستگی با نظریات کاربران مربوط به شاخص روشنایی لحظه ای E p > n lx ( n بین 100 تا 300 لوکس) بوده است. شاخص های E P-LEED ، sDA و UDI ، با شباهت زیادی از نظر میزان همبستگی با نظر کاربران، در رتبه های بعدی جای می گیرند. این در حالی است که میان شاخص های خیرگی مورد بررسی و نظر کاربران، همبستگی ضعیف بوده یا رابطه ای وجود نداشته است. عملکرد مناسب ضوابط UDI300-3000,50%>75% و ASE1000lx,250h<10% ، به ترتیب برای تشخیص فضاهای قابل قبول از نظر مقدار نور و خیرگی، از دیگر نتایج حاصل شده از این پژوهش است.

عمده سهم مصرف انرژی در کشور و بیش از یک سوم اتلاف آن در کاربری مسکونی است. سرانه مصرف برق خانگی فاصله زیادی با استاندارد جهانی دارد و وجود یارانه حاملهای انرژی در ایران و درنتیجه قیمت پایین آنها، باعث کم توجهی ساکنان نسبت به مصرف انرژی می شود. نظر به سیاست حذف یارانه ها نمیتوان تاثیر بهسازی ابنیه و رفتار متصرفین بر مصرف را نادیده گرفت. هدف از این تحقیق بررسی اثر رفتار کاربران بر مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی شهر اصفهان است. جامعه آماری، ساختمانهای مسکونی (78 واحد با تیپ یکسان) کوی شهید پاکدل است، که 61 واحد از آنها به روش تمام شماری به عنوان نمونه انتخاب شدند. ارزیابی وضعیت بهسازی و مصرف انرژی ساختمانها در حالت موجود نشان داد، اقدامات بهسازی انجام شده و رده برچسب انرژی در %40 از واحدهای مسکونی مورد بررسی به سه دسته تقسیم شده است. 22 واحد با اقدامات گروه اول (رده برچسب انرژی C )، 2 واحد از آن با اقدامات گروه دوم (رده برچسب انرژی D ) و یک واحد از آن با اقدامات گروه سوم (رده برچسب انرژی F ) بهسازی شدند، سایر 36 واحد بدون بهسازی (رده برچسب انرژی F ) است. از اینرو در تحقیق حاضر علاوه بر سنجش مقدار کاهش مصرف ناشی از بهسازی از طریق ممیزی ساختمانهای مسکونی مشابه در کوی شهید پاکدل، به ارزیابی اثر نحوه رفتار متصرفین از طریق تحقیق میدانی و تطبیق یافته های حاصل از شبیه سازی (با استفاده از نرم افزار دیزاین بیلدر) بر مشاهدات و پرسشنامه ها (بر اساس استانداردهای بین المللی) می پردازد تا مشخص شود اصلاح الگوی رفتار متصرفین چه میزان امکان صرفه جویی در مصرف برق را فراهم می کند. مطابق نتایج، بهسازی ابنیه تا 4.6% و رفتار متصرفین بین سه تا ده برابر این مقدارکاهش در مصرف برق فراهم مینماید که بیشترین سهم مربوط به نحوه استفاده از لوازم الکتریکی و روشنایی است.

مطالعات مختلف تایید می کنند که ارزیابی شاخص های کیفیت محیطی داخلی، در کاربری های حساسی مانند ساختمان های درمانی، نقش مهمی را در حفظ سلامت، رضایت و بهبود بیماران ایفا می کند. تنوع نیازهای مختلف بهره برداران(بیمار، همراه بیمار و کارمندان)، شرایط فیزیولوژیکی و حساسیت های ذهنی ایشان، اهمیت انتخاب روش مناسب مطالعه این کاربری را افزایش می دهد. هدف اصلی این پژوهش بررسی کیفیت محیط داخلی اتاق استراحت بیمار به منظور شناخت مهمترین شاخص کیفیت محیط داخلی تاثیرگذار بر رضایت کاربر و مقایسه شرایط محیطی با استانداردهای موجود در این زمینه است. در پژوهش حاضر از دو روش اندازه گیری میدانی داده های فیزیکی و پرسشنامه رضایتمندی کاربر، برای سنجش کیفیت محیط داخلی بیمارستان استفاده شده است. سنجش کیفیت محیط داخلی عموما با استفاده از 4 شاخصه ی اصلی حرارت، نور، صوت و کیفیت هوای داخلی مورد پژوهش قرار می گیرد. به این منظور در پنج بیمارستان واقع در شهر تهران 482 پرسشنامه از بیماران و همراهان بیمار، جمع آوری شد. اندازه گیری متغیرهای محیطی مانند دمای هوای خشک، رطوبت نسبی، شدت روشنایی، تراز شدت صوت، غلظت ذرات معلق، در فضای اتاق استراحت بیمار، به صورت همزمان با تکمیل پرسشنامه توسط کاربران مطابق با پروتکل های مشخص، توسط پژوهشگر انجام می شود. بر اساس نتایج، بیشترین مطابقت با استاندارد در کیفیت هوای داخلی و کمترین در کیفیت صوتی بر اساس استاندارد سازمان جهانی بهداشت مشاهده شده است. نتایج نشان داده اند که همبستگی قابل توجهی بین دو شاخص حرارتی و نوری با کیفیت محیط داخلی به ترتیب به میزان  0/59 و 0/42 وجود دارد. این در حالی است که دو شاخص صوتی و کیفیت هوای داخل، باوجود میزان همبستگی بالا با کیفیت محیط داخلی (به ترتیب 0/62 و 0/67)، منبع داخلی دارند. مقایسه ی فراوانی نمونه های موردی که در داخل محدوده ی استاندارد دمایی (23-26 درجه سانتی گراد ) با سایر موارد، نشان دهنده ی افزایش 11 درصدی نارضایتی کاربران به واسطه عدم رعایت این بازه است. با توجه به اینکه کیفیت صوتیِ غالب نمونه های موردی خارج از حد استاندارد است، لیکن 30 تا 40 درصد از کاربران، رضایت نسبی از وضعیت صوتی را گزارش کرده اند. کیفیت روشنایی نیز، با توجه به روشنایی بیش ازحد استاندارد در غالب نمونه های موردی، میزان رضایت کاربران را به طور میانگین در بالاترین محدوده رضایت ثبت کرده است.

رشد سریع جمعیت منجر به افزایش نیاز به ساخت ساختمان های جدید می شود. با توجه به محدودیت زمین های شهری، ناگزیر ساختمان های بلند توسعه پیدا خواهندکرد. متغیرهای زیادی از جمله مشخصات معماری ساختمان بر میزان نیاز انرژی ساختمان و تامین آسایش حرارتی کاربران تاثیر گذارند. در این پژوهش بهینه سازی متغیرهای معماری به منظور تامین حداقل مصرف انرژی و حداکثر آسایش حرارتی با دو روش تحلیل پارامتریک و الگوریتم ژنتیک در سه اقلیم تهران، بندرعباس و تبریز بررسی شده است. همچنین حساسیت نتایح به دست آمده نسبت به تراکم بافت شهری ارزیابی شده است. نتایج نشان داده اند که در روش پارامتریک ساختمانی با فرم  مستطیل در  جهت گیری جنوبی با 40% سطح پنجره در دو شهر تهران و تبریز مناسب است. از طرف دیگر تنها در شهر بندرعباس تراکم بافت شهری زیاد در هر دو بخش انرژی وآسایش مناسب است و در دو شهر تهران و تبریز تراکم بافت شهری کم به عنوان الگوی شهری برگزیده انتخاب می شود. متغیرهای معماری: درصد پنجره، ساختار پنجره، فرم ساختمان به ترتیب با 4/15، 9/9 و 8/8 (درصد)  بیشترین میزان حساسیت را با استفاده از روش پارامتریک در بخش انرژی نمایش داده اند. این در حالی ست که در بخش بهینه سازی مصرف انرژی، شهرهای تهران، بندرعباس و تبریز به ترتیب با میزان 16، 6 و 23 (درصد) حساسیت در متغیرهای معماری در روش  الگوریتم ژنتیک را نشان می دهند. با بررسی هر دو  روش بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک نسبت به پارامتریک در بخش ارزیابی مصرف انرژی و عملکرد حرارتی دارای  شاخص حساسیت بالاتر به میزان 9.4 و 23.3 درصد به ترتیب است. از طرف دیگر روش پارامتریک با ایجاد روندی مرحله به مرحله، نتایج تصمیمات طراح را در گام های نخستین از وضعیت حرارتی و مصرف انرژی  به واسطه ی  تغییر در هر یک از متغیر های معماری ساختمان  آشکار می سازد.

توسعه روستایی و بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر در آن، با توجه به پراکندگی جغرافیایی، تنوع اقلیمی، تنوع بافت جمعیتی و آسیب پذیری اقتصادی آن ها امری پیچیده، هزینه بر و نیازمند زمان و امکانات فراوان است. مشکلات ناشی از آلایندگی سوخت های فسیلی، اتلاف انرژی، هزینه های تعمیر و نگهداری خطوط و شبکه انتقال و نظایر آن موجب جایگزینی انرژی های تجدیدپذیر به عنوان راهکار اصلی در دیگر کشورها شده است اما این نوع انرژی نیز همواره با موانعی چون مشکلات سیاستگذاری، اجتماعی، فنی، اقتصادی و ... مواجه بوده که استفاده از ظرفیت های کشور را محدود ساخته است. از این رو این مقاله می کوشد با تبیین موانع توسعه انرژی های پاک در مناطق روستایی و شناخت ظرفیت های آن در کشور، با نگاهی واقع گرایانه راهکارهای مجرب این توسعه را بررسی کند. به این ترتیب با استفاده از پرسشنامه نظرات 38 نفر از متخصصین و مسئولان حوزه های انرژی، برنامه ریزی و توسعه شهری و روستایی و سازمان های مرتبط، در رابطه با موانع و ظرفیت های توسعه انرژی های پاک در روستاها جمع آوری شده و با استفاده از تحلیل های آماری و با بررسی ادبیات موضوع و تجربیات دیگر کشورها در زمینه تشخیص موانع و چالش ها، تعیین ظرفیت ها و تطبیق محتوایی این موارد بررسی و جمع بندی شده است. این راهکارها در حوزه های فناوری، اقتصادی، اجتماعی و سیاست گذاری ارائه شده است. نتایج نشان می دهد اولاً آبگرم و پانل های خورشیدی مناسب ترین فناوری های تجدیدپذیر در مناطق روستایی کشور براساس مطالعات ظرفیت سنجی و آرا خبرگان است. به علاوه زمین گرمایی در این فهرست در آخرین رتبه قرار دارد. همچنین مشکلات اقتصادی و ضعف در سیاستگذاری اصلی ترین موانع این توسعه شناخته شد. راهکارهای اصلی پیشنهادی برای این موارد به ترتیب اعطای وام های کم بهره طولانی مدت و نیز تهیه برنامه جامع حمایتی و سیاست های تشویقی و اعطای یارانه و مخاطب اصلی این موارد نیز صندوق های سرمایه گذاری خصوصی و دولتی، سیستم های مشارکت مردمی و ارگان های سیاستگذار است. بدیهی است که فرهنگ سازی پیش نیاز چنین رخدادی در جوامع روستایی خواهد بود. به این جهت نقش رسانه ها و سازمان های مردم نهاد در این مهم مورد تأکید جامعه خبرگان قرار گرفت.

مسکن روستایی به واسطه تعداد، گستردگی، اقتصاد شکننده و نقش تعیین کننده آن در توسعه پایدار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. محصول توجه به این مهم، سیاست های توسعه وارتقای مسکن روستایی است که منجر به ارائه پیشنهاد الگوی مسکن روستایی برای اقلیم های مختلف شده است. همچنین با پیشرفت علوم و توسعه ابزارهای دقیق و معتبر شبیه سازی، امکان ارزیابی کمّی و نیز بهسازی طرح های پیشنهادی ایجاد شده است. این فرصت در کنار اهمیت موضوع مسکن روستایی امکان ارزیابی عملکرد الگوهای پیشنهادی و پیشبرد طرح و ارائه جزییاتی برای بهبود عملکرد آن ها را فراهم می سازد. از این رو این مقاله ابتدا با استفاده از شبیه سازی رایانه ای و مدلسازی شرایط بنا در رابط گرافیکیDesign builder و موتور محاسباتی Energy plus، عملکرد گونه های فوق را از نظر انرژی و آسایش در پنج اقلیم مختلف بررسی کرده، سپس با ارائه پیشنهادهای اصلاحی در برخی از اجزای طرح در شرایط اقلیمی فوق الذکر، ارتقای حاصل از اصلاحات را مشخص می کند. مطابق نتایج این پژوهش، اولاً متوسط مقدار مصرف انرژی در گونه های پیشنهادی فوق بین230 تا 435 کیلووات ساعت بر متر مربع است که به مراتب بیشتر از استاندارد جهانی مربوطه و نیز مقدار قابل قبول در برچسب انرژی کشور است. جهت گیری بهینه، افزودن عایق حرارتی در بام و دیوارهای خارجی، تغییر مشخصات پنجره ها (ابعاد، فریم و نوع شیشه)، بین 16 تا 30.5 درصد کاهش مصرف انرژی را در اقلیم های مختلف فراهم کرده است. همچنین بهره گیری از انرژی های تجدیدپذیر (پنل های فتوولتاییک و آبگرم کن های خورشیدی) موجب کاهش مصرف تا 84 درصد نسبت به گونه های مسکونی اولیه شده است.

تهویه طبیعی از مهم ترین استراتژی های غیرفعال کاهش مصرف انرژی ساختمان، ایجاد آسایش حرارتی، و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان بوده و از راه حل های کلیدی برای دستیابی به پایداری در صنعت ساختمان است. ازسوی دیگر، پتانسیل تهویه طبیعی به شدت وابسته به شرایط آب وهوایی است و به طور قابل توجهی از منطقه ای به منطقه دیگر متفاوت است. این درحالی است که اطلاعاتی از برقراری این امکان در کشور در دسترس نیست. ازاین رو پژوهش حاضر پتانسیل سنجی تهویه برای استفاده حداکثری در اقلیم های مختلف ایران را در دو بخش و دو مقیاس مطالعه کرده است. نخست پتانسیل تهویه در مقیاس اقلیم بر اساس داده های هواشناسی ارزیابی شده و حداکثر پتانسیل تهویه طبیعی 31 مرکز استان ازطریق محاسبه تعداد ساعات مناسب برای بهره گیری از تهویه برآورد شده و در بخش دوم تأثیر تهویه بر ارتقای آسایش حرارتی و کیفیت هوا در مقیاس ساختمان در فضای داخلی بررسی شده است. به این منظور، یک مدول از یک ساختمان اداری در نرم افزار راینو مدل سازی شده، سپس با استفاده از پلاگین کلایمت استودیو محدودیت هایی بر داده های هواشناسی (دما، باد و رطوبت) اعمال شده است. درنهایت، نتایج به صورت نقشه و با ارائه دسته بندی گزارش شده است. طبق نتایج، ساعات تهویه طبیعی از 1095 تا 6158 ساعت، درصد ساعات آسایش از 15/33% تا 32/50%، درصد ساعاتی با غلظت کربن دی اکسید استاندارد از 89/10% تا 16/50% و درصد ساعاتی با نرخ تعویض هوای مناسب نیز از 55/11% تا 85/48% متغیر بوده اند. بر این اساس، به منظور پاسخ به پرسش پژوهش (هریک از مناطق و اقالیم ایران، چه مقدار پتانسیل استفاده از تهویه طبیعی دارند؟) اطلس پتانسیل تهویه طبیعی فضاهای داخلی در اقلیم های مختلف کشور (و محدود به مراکز استان ها) تهیه شده که قابلیت استفاده در فرایند طراحی با توجه به امکان بهره گیری از پتانسیل های طبیعی را برای طراحان بدون نیاز به دانش فنی محاسباتی برآورده می سازد.