بررسی عملکرد انرژی در مدارس صفر انرژی

بررسی عملکرد انرژی در مدارس صفر انرژی هنگامی که بحث بر سر عملکرد انرژی یک ساختمان است، مدارس به نسبت دیگر کاربری ها، از شرایط خاص تری برخوردارند. به این جهت که در قیاس با رعایت مواردی چون آسایش حرارتی، حفظ کیفیت هوای داخل و روشنایی طبیعی که به شدت بر مسئله ی سلامت و توانایی دانش آموز در درک و فهم  دروس اثرگذار است، مواردی چون هزینه ی سرمایش، گرمایش و تهویه چندان اهمیتی ندارند.

با این حال، مطالعه ی مواردی چون مصرف انرژی، پتانسیل صرفه جویی انرژی و مسئله ی حفظ کیفیت هوای داخل در مدارس یونان نشان می دهد که در 52 درصد از مدارس مورد ارزیابی، تجمع دی اکسید کربن در داخل کلاس ها بیش از 1000ppm و متوسط مصرف انرژی در تمامی ساختمان ها در شمال یونان حدود 84 kWh/m² بوده است. و این در حالی است که طراحی بهتر مدارس و استفاده از تکنولوژی های انرژی کارآ همراه با بهبود روش های بهره برداری و نگهداری از آن ها، علاوه بر رعایت الزامات مرتبط با سلامت دانش آموز، می تواند تا 25 درصد از هزینه های مصرف انرژی نیز بکاهد.

چالش مهم دیگر، رسیدن به ساختمان های صفر انرژی است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند و مواردی به صورت پایلوت نیز جهت امکان سنجی روش های دستیابی به این نوع ساختمان ها اجرا شده است. ویژگی محوری تمامی این موارد، برقرار ساختن تعادلی میان استفاده از روش های تجدیدپذیر تولید انرژی و میزان تقاضا است تا هزینه ها کاهش یابد و از بکارگیری نامعقول تجهیزات انرژی اجتناب گردد. تلاش هایی در جهت ممکن ساختن هر چه بیشتر استفاده از تکنولوژی های انرژی کارآ و کم هزینه در ساختمان های صفر انرژی با کاهش موارد اختلاف میان این دو مقوله در بحث های انرژی، مسائل اقتصادی و محیط زیستی انجام گرفته است که نشان می دهد همچنان که روش های فعال و غیر فعال ابداعی، هوشمند و حتی کم هزینه در دسترس هستند، میزان اثرگذاری و تلفیق صحیح آن ها جای سوال های بسیار دارد.

مدرسه ای که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است، جزء نمونه ساختمان های صفر انرژی است که با زیربنای 5756 متر مربع، قرار است تا در تسالونیکی، یونان ساخته شود. ویژگی های شاخص بنا:

- جبهه ی جنوبی مجهز به مجموعه ای از سایبان های متحرک چوبی است. 

- یک شومینه ی خورشیدی در مرکز ساختمان تعبیه شده است که در طول تابستان باعث افزایش تهویه ی طبیعی در داخل مدرسه می شود.

- بر بام ساختمان، صفحات فتوولتائیک نصب می شود.

- جداره های خارجی و بام دارای عایقکاری حرارتی است و پنجره ها ضریب انتقال حرارت پایینی دارند.

- سازه ی ساختمان، به جهت کاهش زمان اجرا، قاب بندی فولادی سبک است که به صورت درجا در سایت پروژه سر هم بندی و نصب خواهد شد. همچنین مصالح مورد استفاده به نحوی انتخاب شده اند که میزان نیاز به انرژی را کاهش داده و در عین حال جوابگوی طرح معماری بنا باشد.

بررسی عملکرد انرژی

بر اساس مقررات ملی ساختمان و دستورالعمل عملکرد انرژی در ساختمانها، یک مدرسه مبنا طراحی شد. سپس این طرح و همچنین طرح مدرسه ی صفر انرژی در نرم افزار TRNSYS مدلسازی شدند. فضاها در ساختمان بر اساس موارد استفاده، برنامه ی زمان بندی و موقعیت آن ها در پروژه، به 25 زون حرارتی تقسیم شده و مدل های حرارتی TRNSYS جهت محاسبه ی بارهای سرمایش و گرمایش بکار گرفته شدند.

بر این اساس، کل بار انرژی ساختمان برای سرمایش و گرمایش حدود 61 kWh/m2 است. بخش اعظم بار سرمایش و گرمایش به کمک سیستم تهویه مطبوع VFR پوشش داده می شود. تولید برق مورد نیاز به کمک سیستم فتوولتائیک که در بام اجرا می شود، تامین می گردد که پاسخگوی بارهای سرمایش، گرمایش و تهویه و همچنین بخشی از روشنایی مصنوعی و تجهیزات برقی ساختمان خواهد بود. در جداول زیر می توان تاثیر مثبت راهکارهای اتخاذ شده در عملکرد انرژی ساختمان را مشاهده کرد.

بررسی شرایط آسایش حرارتی

جهت سنجش شرایط آسایش حرارتی در طرح مدرسه صفر انرژی در قیاس با طرح مبنا، از مدل های TRNSYS بر اساس شرایط متغیر استفاده شده است. به همین جهت، دمای داخلی در فضاهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد هم در تابستان و هم در زمستان، تفاوت 2 درجه سانتیگرادی بین طرح ساختمان صفر انرژی و طرح مبنا وجود دارد. نرخ تهویه در زمستان 0.5 در ساعت است که در تابستان به کمک شومینه ی خورشیدی، این رقم به 3 می رسد.

نتیجه

طراحی مدارس صفر انرژی مستلزم استفاده ی تمام و کمال از منابع طبیعی است. این مسئله البته می بایست با در نظر گرفتن جنبه های اقتصادی و محیط زیستی بهره گیری از تکنولوژی های انرژی کارآ پی گرفته شود. انتخاب سناریوهای بهینه سازی انرژی که کم هزینه و یا رایگان باشند در این میان دارای اولویت هستند. و این رویکردی است که در هر دو فاز طراحی و بازسازی مدرسه، جهت تسهیل اجرای ساختمان صفر انرژی می تواند کمک بزرگی باشد.

در فاز طراحی: مواردی چون دیوارهای بتنی با عایقکاری حرارتی همگن، سیستم زمین گرمایی با شبکه ی لوله کشی گسترده و مرکز گریز جهت تامین نیازهای سرمایش، گرمایش و آب گرم مصرفی، کنترل میزان دی اکسید کربن، رف نوری، لوله های نوری، بام مجهز به سیستم های فتوولتائیک و سیستم های ذخیره آب باران و در فاز بازسازی: نوسازی نما و بام، سیستم عایقکاری خارجی جداره ها، تعویض پنجره ها و نصب سایبان ها، استفاده از لامپ های LED، تعویض سیستم آب گرم مصرفی و... از جمله مواردی هستند که می توانند شرایط را در جهت برپایی هرچه بیشتر ساختمان های صفر انرژی مهیا سازند.

مبنع:

Energy analysis of zero energy schools: the case study of child’s asylum in Greece (2018)

D. Kolokotsa, V. Vagias, L. Fytraki & K. Oungrinis