26778

بهره‌وري انرژي در ساختمان‌هاي موجود از طريق بهسازي نما (موردپژوهي ساختمان‌هاي اداري منطقه 6 شهر تهران)

دكتري

معماري

1394

1401/04/22

دكتر فاطمه مهديزاده سراج و دكتر محسن فيضي

معماري و شهرسازي

امروزه نسبت ساختمان‌هاي موجود در شهرهاي بزرگي مانند تهران نسبت به ساختمان‌هاي نوساز بسيار زياد است و اين ساختمان‌ها اغلب به دليل ضعف پوسته‌هاي ساختماني سهم بزرگي از مصرف انرژي در حوزه ساختمان را به خود اختصاص مي‌دهند. بهسازي پوسته‌هاي ساختمان‌هاي موجود، به ويژه نما كه بيشترين ميزان تبادل انرژي در ساختمان را بر عهده دارد ‌مي‌تواند مصرف انرژي و مشكلات ناشي از آن را به ميزان قابل توجهي كاهش دهد. هرچند وجود راهكارهاي متعدد بهسازي و و ويژگي‌هاي متفاوت نماهاي ساختماني و همچنين محدوديت بودجه‌هاي موجود براي بهسازي، انتخاب بهترين راهكارها جهت ‌بهره‌وري انرژي در ساختمان‌هاي موجود را با چالش روبرو ‌مي‌كنند. در واقع مسئله اصلي پژوهش ايجاد تعادل ميان اهداف چندگانه و بعضا متغاير پژوهش است، به گونه‌اي كه تلاش ‌مي‌شود به راهكارهاي موثر بهسازي نما در كاهش مصرف انرژي با توجه به ويژگي‌هاي نماي موجود دست يافت درعين اينكه تلاش ‌مي‌شود حداقل هزينه‌هاي لازم براي بهسازي صرف شوند و زمان بازگشت سرمايه به حداقل برسد. براي اين منظور در گام نخست اولويت‌هاي استفاده از پارامترهاي بهسازي نما جهت كاهش مصرف سرمايش و گرمايش در ساختمان‌هاي اداري موجود در شهر تهران مورد بررسي قرار گرفتند. در اين راستا امكان كاهش مصرف انرژي در آلترناتيوهاي متعدد با افزودن عايق حرارتي، تعويض بازشوهاي ناكارآمد، افزودن ‌سايه‌بان، افزودن پوشش كم گسيل و تغيير سطوح بازشو در گام‌هاي متفاوت در دو جبهه شمال و جنوب مورد بررسي قرار گرفتند. با توجه به اينكه رويكرد روش‌شناختي پژوهش حاضر كمّي است، از راهبرد شبيه‌سازي و مدلسازي پارامتريك با استفاده از نرم‌افزار راينو و استفاده از افزونه گرسهاپر با تكيه بر موتور‌هاي شبيه سازي انرژي‌پلاس و اوپن استوديو و افزونه‌هاي‌هاني بي و ليدي‌باگ استفاده ‌شده‌است. همچنين از روش بررسي مقايسه‌اي براي مقايسه مصرف انرژي ساختمان پس از بهسازي نما با حالتي پايه از ساختمان‌هاي اداري استفاده ‌شده ‌است. اين پژوهش تنها به بررسي راهكارهاي كاهش مصرف انرژي محدود نشده و در گام بعد به يافتن رابطه بهينه ميان ‌بهره‌وري انرژي، هزينه‌هاي لازم براي بهسازي و دوره بازگشت سرمايه مي پردازد. در نهايت به منظور يافتن پاسخ بهينه در اين مسئله چند هدفه از روش بهينه پارتو براي استخراج نتايجي كه اهداف سه گانه پژوهش را تامين كنند، استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهند با تركيب صحيح پارامترهاي بهسازي، مي‌توان مصرف انرژي در ساختمان‌هاي اداري ناكارآمد را تا حداكثر 50% كاهش داد. در جهت جنوب در نما با سطح پنجره 30% و كمتر اولويت بهسازي با سايه بان، نوع پنجره، عايق حرارتي و پوشش كم گسيل و در جهت شمال اولويت به ترتيب با عايق حرارتي، نوع پنجره و پوشش كم گسيل است. در ساختمان‌هايي با جهتگيري شمالي و جنوبي، بهسازي نماي جنوبي از نظر اقتصادي نسبت به نماي شمالي اولويت دارد و دوره بازگشت سرمايه كوتاهتري دارد. هر چند هزينه هاي بهسازي در نماي جنوب 1 تا 5/2 برابر نماي شمال است. در جهت جنوب با بالابردن سرمايه الزاما بهترين نتايج در بهره وري انرژي حاصل نمي‌شوند، ولي در جهت شمال، با بالا بردن سرمايه ‌مي‌توان انتظار بهبود بهره‌وري داشت. بهسازي نما در همه حالات صرفه اقتصادي ندارد و زماني كه سطح پنجره ها در نماي جنوبي به بيش از 40% و در نماي شمالي به بيش از 50% بهسازي افزايش يابند، بهسازي مقرون به صرفه نيست.

1401/04/25

Energy Efficiency in Existing Buildings Through Facade Retrofit (Case Study of Office Buildings in District 6 of Tehran)

7/13/2022 12:00:00 AM

Today, the large ratio of existing buildings to new constructions in large cities like Tehran has led to considerable energy consumption in the building sector, primarily due to envelope inefficiencies. Retrofitting the building envelope, especially the building façade that accounts for great thermal transmittance, can significantly reduce energy consumption and the consequent environmental problems. However, various retrofit measures and the different thermos-physical properties of existing facades, on the one hand, and limited budgets available for facade retrofit, on the other hand, make the selection of energy-efficient retrofit solutions challenging in existing buildings. The main problem of the research is to strike a balance between multiple and contradictory research objectives to find effective solutions that reduce energy demand and requires the least necessary retrofit costs with a relatively shorter payback period. Therefore, in the first step, the efficiency of façade retrofit measures in reducing cooling and heating demand in existing office buildings in Tehran was scrutinized. Also, the possibility of energy demand reduction by using various façade retrofit measures such as thermal insulation, efficient windows, shading, window to wall ratio (WWR), and low-emissivity coating on the north and south existing facades have been investigated. Since the methodological approach of the present study is quantitative, this study is completed by simulation methods using Energy Plus and Open Studio. It is based on parametric modeling using Rhinoceros software and Grasshopper plugin and connected to the energy calculation engines by Ladybug and Honeybee plugins. Also, a comparative study method has been used to compare the energy consumption in existing buildings before and after the façade retrofit. This research takes a step further and tries to find the optimal scenarios that minimize energy demand, retrofit costs, and payback periods. The Pareto optimal has been used to find the optimal solutions that meet the three objectives criteria. The results show that the energy demand in existing inefficient office buildings could be reduced by up to 50%. In south façades with 30% or less WWR, the shading, window type, thermal insulation, and low-emissivity coating should be prioritized in façade retrofit, respectively. Thermal insulation, window type, and low-emissivity coating should be prioritized in the north façade. Retrofitting the south facade retrofit takes precedence over the north facade due to higher energy efficiency and lower payback period. However, the façade retrofit of south façade requires 1 to 2.5 more budget than that of the north façade. In the south façade, energy efficiency is not always achieved with more investment. But in north facades, the results improve by increasing the retrofit investments. Façade retrofit is not economical in all scenarios. When the WWR is increased to more than 40% in the south and more than 50% in the north, the façade retrofit is not economical.

بهسازي , نما , بهره‌ وري انرژي , ساختمان‌‌‌هاي اداري , سرمايش و گرمايش

Retrofit , Facade , Energy Efficiency , Office Buildings , Heating and Cooling

Soad Sarihi

Fatemeh Mehdizadeh Saradj and Mohsen Faizi