ارائه یک راهکار بهینه برای کاهش اثرات اقلیمی بر یک ساختمان آموزشی بر مبنای تکنینک انرژی خالص صفر

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی و مدیریت ساخت، گروه مهندسی عمران، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی‌(ره)، قزوین، ایران.

چکیده

تغییرات آب و هوایی یکی از مهم ترین مشکلاتی کره زمین می باشد. ساختمان ها با تکیه بر منابع انرژی غیرقابل تجدید، 40 درصد از کل انرژی مصرفی در سراسر دنیا و30 درصد از کل گاز کربن دی اکسید منتشر شده را به خود اختصاص داده اند. بخش ساخت و ساز در ایران 33.8 درصد از مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است که در این میان مصرف انرژی در ساختمان های آموزشی ایران 2.5 برابر کشورهای توسعه یافته می باشد. بازسازی ساختمان های موجود کمک شایانی به کاهش مصرف انرژی و انتشار گاز کربن دی اکسید در سطح جهانی می کند. در این پژوهش، بازسازی بهینه یک ساختمان آموزشی واقع در شهر تهران با استفاده از اقدامات غیر فعال مورد بررسی قرار گرفت. جهت کمینه سازی بار سرمایش، گرمایش و سرمایه گذاری اولیه ساختمان برای آب و هوای حاضر و آینده، از الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب در محیط jEPlus استفاده شد. در بهینه سازی ساختمان مذکور، گزینه های مختلفی چون پارامترهای مرتبط با پوشش ساختمان، مانند نوع عایق وضخامت آن و نوع شیشه به کارگرفته شده در پنجره ها در نظر گرفته شد و در نهایت از پنل های خورشیدی به منظور رسیدن به ساختمان با انرژی خالص صفر استفاده شد. گزینه غیرفعال انتخاب شده با در نظر گرفتن آب و هوای کنونی باعث کاهش 11.83درصدی در مصرف گاز سالانه ناشی از گرمایش و با در نظر گرفتن آب و هوای دهه باعث2080 کاهش بیش از 1.15 درصد در مصرف انرژی سالانه ناشی از سرمایش و کاهش 40.4 درصدی مصرف سالانه گازناشی از گرمایش و افزایش 4.84درصدی انرژی ناشی از سرمایش در مقایسه با مدل پایه می شود. نتایج نشان می دهد که ساختمان بهینه با فعلی نمیتواند به صورت بهینه در آینده باقی بماند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An optimized solution for tackling effects of climate change on an educational building based on net zero energy technique

نویسندگان [English]

  • Kimiya Aram 1
  • Roohollah Taherkhani 2
1 M.Sc. in Engineering & Construction Management, Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran.
چکیده [English]

Climate change is one of the most important problems of the planet. Buildings, relying on non-renewable energy sources, account for 40% of the total energy consumed worldwide and 30% of the total carbon dioxide emissions. The construction sector in Iran accounts for 33.8% of energy consumption, among which the energy consumption in Iran's educational buildings is 2.5 times that of developed countries. Renovation of existing buildings helps to reduce energy consumption and carbon dioxide emissions globally. In this research, the optimal reconstruction of an educational building located in Tehran was investigated using passive measures. In order to minimize the load of cooling, heating and the initial investment of the building for the current and future climate, the genetic algorithm with non-globe sorting was used in the jEPlus environment. In the optimization of the mentioned building, various options such as parameters related to the building cover, such as the type of insulation and its thickness and the type of glass used in the windows were considered and finally solar panels in order to reach the building with zero net energy. used. The passive option selected considering the current climate causes an 11.83% reduction in annual gas consumption due to heating and considering the climate of the decade 2080 causes a reduction of more than 1.15% in annual energy consumption due to cooling and a 40.4% reduction in consumption Annual gas emissions from heating and a 4.84% increase in cooling energy compared to the base model. The results show that the current optimal building cannot remain optimally in the future.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy retrofit
  • optimization
  • net zero energy
  • genetic algorithm
  • TOPSIS
  1. Zhai, Z. J., & Helman, J. M. (2019). Implications of climate changes to building energy and design. Sustainable Cities and Society, 44, 511-519.
  2. Javid, A. S., Aramoun, F., Bararzadeh, M., & Avami, A. (2019). Multi objective planning for sustainable retrofit of educational buildings. Journal of Building Engineering, 24, 100759.
  3. Tahsildoost, M., & Zomorodian, Z. S. (2015). Energy retrofit techniques: An experimental study of two typical school buildings in Tehran. Energy and Buildings, 104, 65-72. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.079
  4. Shen, P., Braham, W., & Yi, Y. (2019). The feasibility and importance of considering climate change impacts in building retrofit analysis. Applied Energy, 233, 254-270.
  5. Vares, S., Häkkinen, T., Ketomäki, J., Shemeikka, J., & Jung, N. (2019). Impact of renewable energy technologies on the embodied and operational GHG emissions of a nearly zero energy building. Journal of Building Engineering, 22, 439-450.
  6. Dixit, M. K. (2019). Life cycle recurrent embodied energy calculation of buildings: A review. Journal of cleaner production, 209, 731-754.
  7. Liu, Z., Li, W., Chen, Y., Luo, Y., & Zhang, L. (2019). Review of energy conservation technologies for fresh air supply in zero energy buildings. Applied Thermal Engineering, 148, 544-556.
  8. Bourdeau, M., Zhai, X.-Q., Nefzaoui, E., Guo, X., & Chatellier, P. (2019). Modelling and forecasting building energy consumption: a review of data-driven techniques. Sustainable Cities and Society.
  9. Chai, J., Huang, P., & Sun, Y. (2019). Investigations of climate change impacts on net-zero energy building lifecycle performance in typical Chinese climate regions. Energy, 185, 176-189.
  10. Shea, R. P., Kissock, K., & Selvacanabady, A. (2019). Reducing university air handling unit energy usage through controls-based energy efficiency measures. Energy and Buildings, 194, 105-112.
  11. Jafarinejad, T., Erfani, A., Fathi, A., & Shafii, M. B. (2019). Bi-level energy-efficient occupancy profile optimization integrated with demand-driven control strategy: University building energy saving. Sustainable Cities and Society, 48, 101539.
  12. Javid, A. S., Aramoun, F., Bararzadeh, M., & Avami, A. (2019). Multi objective planning for sustainable retrofit of educational buildings. Journal of Building Engineering, 24, 100759.
  13. Rospi, G., Cardinale, N., Intini, F., & Negro, E. (2017). Analysis of the energy performance strategies of school buildings site in the Mediterranean climate: A case study the schools of Matera city. Energy and Buildings, 152, 52-60.
  14. Lizana, J., Serrano-Jimenez, A., Ortiz, C., Becerra, J. A., & Chacartegui, R. (2018). Energy assessment method towards low-carbon energy schools. Energy, 159, 310-326.
  15. Jentsch, M. F., Bahaj, A. S., & James, P. A. (2008). Climate change future proofing of buildings—Generation and assessment of building simulation weather files. Energy and Buildings, 40(12), 2148-2168.
  16. Vong, N. (2016). Climate Change and Building Energy Use: Evaluating the Impact of Future Weather on Building Energy Performance in Tropical Regions.
  17. Gupta, A. (2018). Climate change and global warming: a critical analysis. National Journal of Environmental Law, 1(2), 37-41.
  18. Pachauri, R. K., Allen, M. R., Barros, V. R., Broome, J., Cramer, W., Christ, R., Church, J. A., Clarke, L., Dahe, Q., & Dasgupta, P. (2014). Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Ipcc.
  19. Huang, J., & Gurney, K. R. (2016). The variation of climate change impact on building energy consumption to building type and spatiotemporal scale. Energy, 111, 137-153. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.05.118
  20. Wan, K. K., Li, D. H., Pan, W., & Lam, J. C. (2012). Impact of climate change on building energy use in different climate zones and mitigation and adaptation implications. Applied Energy, 97, 274-282.
  21. Flores-Larsen, S., Filippín, C., & Barea, G. (2019). Impact of climate change on energy use and bioclimatic design of residential buildings in the 21st century in Argentina. Energy and Buildings, 184, 216-229.
  22. Berardi, U., & Jafarpur, P. (2020). Assessing the impact of climate change on building heating and cooling energy demand in Canada. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 121, 109681.
  23. Ciancio, V., Salata, F., Falasca, S., Curci, G., Golasi, I., & de Wilde, P. (2020). Energy demands of buildings in the framework of climate change: An investigation across Europe. Sustainable Cities and Society, 60, 102213.
  24. Wang, X., Chen, D., & Ren, Z. (2011). Global warming and its implication to emission reduction strategies for residential buildings. Building and Environment, 46(4), 871-883.
  25. Wang, X., Chen, D., & Ren, Z. (2010). Assessment of climate change impact on residential building heating and cooling energy requirement in Australia. Building and Environment, 45(7), 1663-1682.
  26. Bilbao, J., Miguel, A., Franco, J., & Ayuso, A. (2004). Test reference year generation and evaluation methods in the continental Mediterranean area. Journal of Applied Meteorology, 43(2), 390-400.
  27. Pérez-Lombard, L., Ortiz, J., & Pout, C. (2008). A review on buildings energy consumption information. Energy and Buildings, 40(3), 394-398.
  28. Sartori, I., Napolitano, A., & Voss, K. (2012). Net zero energy buildings: A consistent definition framework. Energy and Buildings, 48, 220-232.
  29. عدالتی, س., طرماحی, ح., مهرابیان, م., & طالبی زاده, پ. (1390). امکان سنجی و ارزیابی کارایی خانه با مصرف خالص انرژی صفر در اقلیم شهر کرمان سومین کنفرانس بین المللی گرمایش، سرمایش، و تهویه مطبوع, https://civilica.com/doc/268477
  30. نقدعلیزاده, ش., & هیبتی, س. (1394). بررسی امکانپذیری طراحی ساختمان با مصرف انرژی خالص صفر در ایران Net Zero energy Building مطالعه موردی همدان هفتمین همایش علمی تخصصی انرژی های تجدید پذیر، پاک و کارآمد, https://civilica.com/doc/355814
  31. زاهدی, م. (1397). طراحی مسکن اجتماعی پایدار با رویکرد ساختمان های صفر انرژی در بافت فرسوده تهران سومین کنفرانس بین المللی عمران ، معماری و طراحی شهری, https://civilica.com/doc/806117
  32. همتی پور, ح., اولیا, م., & لطفی, م. (1399). اولویت بندی و بهینه سازی سیستم تأمین انرژی با توجه به مفهوم انرژی خالص صفر، مطالعه موردی: دانشگاه یزد هفدهمین کنفرانس بین المللی مهندسی صنایع, https://civilica.com/doc/1161019
  33. Gero, J. S., D'Cruz, N., & Radford, A. D. (1983). Energy in context: a multicriteria model for building design. Building and Environment, 18(3), 99-107.
  34. Devine-Wright, P. (2014). Renewable Energy and the Public: from NIMBY to Participation. Routledge.
  35. Deb, K., Pratap, A., Agarwal, S., & Meyarivan, T. (2002). A fast and elitist multiobjective genetic algorithm: NSGA-II. IEEE transactions on evolutionary computation, 6(2), 182-197.
  36. Lai, Y.-J., Liu, T.-Y., & Hwang, C.-L. (1994). Topsis for MODM. European journal of operational research, 76(3), 486-500.
  37. Hwang, C.-L., & Yoon, K. (1981). Methods for multiple attribute decision making. In Multiple attribute decision making (pp. 58-191). Springer.