افزایش بهره وری انرژی ساختمان ها با عایق کاری حرارتی

 

به دنبال افزایش روز افزون بهای حامل های انرژی در دنیا و اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از افزایش تولید انرژی، یکی از راهکارهای عملی به منظور افزایش بهره وری انرژی ساختمان ها، عایق کاری حرارتی دیوارهای خارجی ساختمان است. در این مقاله نتایج یک تحقیق در خصوص افزایش بهره وری انرژی در یک مجتمع مسکونی، به همراه آنالیز حرکت نقطه انجماد در سازه دیوار خارجی ساختمان در حالی که سطح خارجی دیوار عایق شده، مورد بررسی قرار گرفته است.

 

مقدمه

مسایل زیست محیطی جاری نیازمند تحقیقات دقیق در مورد بهره وری انرژی و ذخیره انرژی در ساختمان ها به منظور کاهش مصرف سوخت های معمول و تولید CO2 است که باعث ایجاد اثرات گلخانه ای می شود. بنابراین، موسسات اتحادیه اروپا که در خصوص انرژی فعالیت می کنند، افزایش تولید انرژی های تجدید پذیر و کاهش گازهای گلخانه ای را توصیه می کنند.

در اتحادیه اروپا، ۴۰% از کل مصرف انرژی به ساختمان ها اختصاص دارد و این حاکی از آلایندگی نسبتاً بالای آنها و نقش آنها در صدمات زیست محیطی است.

اعضای اتحادیه اروپا موظفند تا بر اساس بسته منتشر شده توسط “کمیسیون اروپایی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای”، با افزایش ۲۰ درصدی تولید انرژی به روش های تجدید پذیر و بهبود ۲۰ درصدی بهره وری انرژی تا سال ۲۰۲۰، تولید گازهای گلخانه ای را تا ۲۰ درصد کاهش دهند.

کاهش نیاز ساختمان ها به انرژی با محوریت ساختار و ساکنین، تأثیر به سزایی در کاهش انتشار CO2 خواهد داشت، زیرا عملاً یک چهارم CO2 تولید شده از این طریق ایجاد می شود.

بسته به ساختار مصرف انرژی ساختمان، رفتار حرارتی پوسته ساختمان فاکتور اصلی تأثیر گذار بر مصرف انرژی است، بنابراین، دیوارهای عایق شده می توانند مصرف انرژی مورد نیاز برای سرمایش و گرمایش ساختمان را کاهش دهند.

 

روش شناسی

 

چند ساختمان در رومانی مورد بررسی قرار گرفتند که دارای مصرف انرژی بیش از حد بوده و سطح آسایش در آنها بسیار پایین بود. بیشتر ساختمان های رومانی دارای شکل و نحوه ساخت قدیمی و سنتی بوده و در دهه های ۱۹۵۰ تا ۱۹۹۰ ساخته     شده اند. این ساختمان ها از نظر وضعیت حرارتی بسیار ضعیف و به شدت مستعد اعمال مبحث صرفه جویی در مصرف انرژی بودند.

امروزه، در رومانی، بیشتر پتانسیل صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای متوجه بازسازی حرارتی ساختمان های موجود است که نیازمند بهبود بهره وری حرارتی به منظور کاهش نیازهای گرمایشی ساختمان هستند.

یک واحد آپارتمانی در رومانی حدوداً دو برابر یک آپارتمان در سایر کشورهای اروپایی انرژی مصرف می کند و این به نوبه خود سبب افزایش هزینه های جاری خواهد شد.

یک راهکار برای افزایش بهره وری انرژی ساختمان ها، کاهش اتلاف حرارت از طریق پوسته ساختمان توسط عایق کاری داخلی یا خارجی دیوارهاست. با عایق کاری خارجی دیوارها، علاوه بر بهبود وضعیت حرارتی، ظاهر ساختمان هم زیباتر می شود. سایر مزایای نصب عایق روی سطح خارجی دیوار شامل کاهش اختلال در زندگی ساکنین، از بین رفتن رطوبت و کپک زدگی و کاهش نیاز به نگهداری و تعمیرات است.

با توجه به عدم وجود قوانین اجرایی برای یکسان سازی عایق کاری، نوسازی ساختمان ها می تواند نتیجه منفی داشته باشد، یعنی بازسازی عایق کاری ساختمان، علاوه بر ناکارآمدی، ظاهر آن را تحت تأثیر قرار داده و آن را با سایر ساختمان ها ناهماهنگ کند، همان طور که در شکل (۱) نشان داده شده است.

شکل (۲) نشان می دهد که مقدار U Value دیوارها در ساختمان های رومانی در مقایسه با سایر کشورهای اروپایی بسیار بالاتر است.

سه موقعیت آنالیز شدند، مشخصاً تغییرات دمایی روی سطوح کناری و سطوح تماسی دیوار در مورد دیوارهای عایق نشده، از داخل عایق شده و از خارج عایق شده.

باید توجه داشت که تفاوت دمایی بین دیوار بدون عایق و دیواری که از بیرون عایق شده حدود ۵°C است. این بدین معنی است که عایق کاری دیوار از خارج، بهره وری حرارتی ساختمان را بهبود می بخشد. در کنار کاهش اتلاف حرارتی توسط نصب عایق، پلاستر خارجی ساختمان هم که تحت تأثیر آب و هوا تخریب شده بازسازی می شود.

همینطور مشاهده می شود زمانی که دیوار از خارج عایق نشده باشد، دمای درون دیوار به نقطه انجماد می رسد در حالی که در مورد دیوار عایق شده، نقطه انجماد به عایق منتقل می شود و این مسأله سبب کاهش شوک حرارتی دیوار می شود.

 

نتیجه گیری

 

یکی از راه های ساده و موثر برای حفظ انرژی، عایق کاری حرارتی ساختمان است. هدف اصلی از عایق کاری حرارتی ساختمان کاهش مصرف انرژی مورد نیاز برای گرمایش و سرمایش از طریق افزایش مقاومت حرارتی پوسته ساختمان است. یک مطالعه مقایسه ای بین سیستم های عایق کاری حرارتی داخلی و خارجی برای بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها انجام شد. هر دو نوع عایق کاری داخلی و خارجی به شکلی معنادار نیاز کلی به انرژی را کاهش می دهند، اما مزایای متفاوتی در خصوص حفاظت از خود دیوار و کپک زدگی دارند، و مشخص شد که نصب عایق در خارج دیوار بسیار مناسب تر است.

همانطور که انتظار می رود، نیاز به انرژی گرمایشی با استفاده از عایق کاری داخلی یا خارجی به شکلی چشمگیر کاهش می یابد. وقتی یک لایه عایق الاستومری نصب می شود، از سرد شدن دیوارهای خارجی در طول شب جلوگیری می کند، در حالی که اگر دیوار بدون عایق باشد، انتقال حرارت بین هوای داخل و خارج بسیار بیشتر است، بنابراین باعث کاهش معنادار دمای دیوار می شود.

 

منابع

[۱] Santamaraa J, Campano MA, Giron S. Method for the economic profitability of energy rehabilitation operations: Application to residential dwellings in Seville. Procedia Computer Science 2016;83:742–۷۴۹.

[۲] Perez JS, Rives JB, Gabarrell X. Environmental assessment of façade-building systems and thermal insulation materials for different climatic conditions. Journal of Cleaner Production 2016;113:102–۱۱۳.

[۳] Bojic M. Miletic M, Bojic L. Optimization of thermal insulation to achieve energy savings in low energy house (refurbishment). Energy Conversion and Management 2014;84:681–۶۹۰.

[۴] Terehovics E, Veidenbergs I, Blumberga D. Exergy Analysis for District Heating Network, Energy Procedia 2017;113:189–۱۹۳.

[۵] Kubule A, Komisarova T, Blumberga D. Optimization Methodology for Complete Use of Bio-resources, Energy Procedia 2017;113:28–۳۴.

[۶] Ziemele J, Kubule A, Blumberga D. Multi-perspective Methodology to Assess the Transition to 4th Generation District Heating Systems. Energy Procedia 2017;113:17–۲۱.

[۷] Tabrizi TB, Hill G, Aitchison M. The impact of different insulation options on the life cycle energy demands of a hypothetical residential building. Procedia Engineering 2017;180:128–۱۳۵.

[۸] Kass K, Blumberga A, Blumberga D, Zogla G, Kamenders A, Kamendere E. Pre-assessment Method for Historic Building Stock Renovation Evaluation. Energy Procedia 2017;113:346–۳۵۳.

[۹] Dylewski R, Adamczyk J. The environmental impacts of thermal insulation of buildings including the categories of damage: A Polish case study. Journal of Cleaner Production 2016;137:878–۸۸۷.

[۱۰] Blumberga A, Timma L, Blumberga D. System Dynamic Model for the Accumulation of Renewable Electricity using Power-to-Gas and Power-to-Liquid Concepts. Environmental and Climate Technologies 2015;16:54–۶۸.

[۱۱] Kamenders A, Vilcane L, Indzere Z, Blumberga D. Heat Demand and Energy Resources Balance Change in Latvia. Energy Procedia 2017;113:411–۴۱۶.

[۱۲] Miezis M, Zvaigznitis K, Stancioff N, Soeftestad L. Climate Change and Buildings Energy Efficiency – the Key Role of Residents. Environmental and Climate Technologies 2016;17:30–۴۳.

[۱۳] Zamovskis M, Vanaga R, Blumberga A. Mathematical Modelling of Performance of New Type of Climate Adaptive Building Shell. Energy Procedia 2017;113:270–۲۷۶.

[۱۴] Fortuna S, Mora TD, Peron F, Romagnoni P. Environmental Performances of a Timber-concrete Prefabricated Composite Wall System. Energy Procedia 2017;113:90–۹۷.

[۱۵] Adityaa L, Mahliaa TMI, Rismanchic B, Nge HM, Hasane MH, Metselaare HSC, Oki M, Aditiyab HB. A review on insulation materials for energy conservation in buildings. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017;73:1352–۱۳۶۵.

[۱۶] Fanga Z, Lia N, Lia B, Luod G, Huanga Y. The effect of building envelope insulation on cooling energy consumption in summer. Energy and Buildings 2014;77:197–۲۰۵.

[۱۷] Schuchardt GK. Integration of Decentralized Thermal Storages Within District Heating (DH) Networks. Environmental and Climate Technologies 2016;18:5–۱۶.

[۱۸] Muresan AA, Attia S. Energy efficiency in the Romanian residential building stock: A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017;74:349–۳۶۳.

[۱۹] Vilhena A, Silva C, Fonseca P, Couto S. Exterior walls covering system to improve thermal performance and increase service life of walls in rehabilitation interventions. Construction and Building Materials 2017;142:354–۳۶۲.

[۲۰] Zagorskas J, Zavadskas EK, Turskis Z, Burinskien M, Blumberga A, Blumberga D. Thermal insulation alternatives of historic brick buildings in Baltic Sea Region. Energy and Buildings 2014;78:35–۴۲.

[۲۱] Kancane L, Vanaga R, Blumberga A. Modeling of building envelope’s thermal properties by applying phase change materials. Energy Procedia 2016;95:175–۱۸۰.

[۲۲] Ylmen P, Mjornell K, Berlin J, Arfvidsson J. The influence of secondary effects on global warming and cost optimization of insulation in the building envelope. Building and Environment 2017;118:174–۱۸۳.

[۲۳] Cai S, Zhang B, Cremaschi L. Review of moisture behavior and thermal performance of polystyrene insulation in building applications. Building and Environment 2017;123:50–۶۵.

[۲۴] European Commission. Building. Available: https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency/buildings