مصرف انرژی در کشور ما به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از استانداردهای جهانی است. مهمترین دلیل این وضعیت، وضعیت نامطلوب ساختمان ها از دید انرژی و همچنین الگوی غلط مصرف انرژی است.

برای صرفه جویی در مصرف انرژی و محدودسازی انتقال گرما، تمامی اجزای تشکیل دهنده پوسته (جدار) خارجی – که از یک طرف با فضاهای کنترل شده و از طرف دیگر با فضای خارج یا فضاهای کنترل نشده در تماس هستند; باید بر طبق ضوابط تعیین شده در مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان طراحی و اجرا شده باشند.

استفاده از عایق حرارتی در ساختمان ها در سال های اخیر به طور محسوسی افزایش یافته و این افزایش، بیشتر مربوط می شود به مناطق حاد اقلیمی (بسیار گرم، بسیار سرد یا گرم و مرطوب). استفاده از عایق حرارتی در ساختمان، علاوه بر کاهش مصرف انرژی، در بسیاری از موارد به بهبود شرایط آسایش در فضاهای داخلی نیز منجر خواهد شد.

به دلیل افزایش تعداد ساختمانهایی که در آنها از ساختارهای با مواد سنگین با عایق استفاده میشود، ضروری است که مقدار و نحوه توزیع جرم حرارتی و همچنین محل قرارگیری عایق حرارتی بهینه شود.

از مقایسه چند دیوار با مقاومت حرارتی مشابه، مشخص می شود که بعضی از ترکیبات استفاده شده در دیوارها از لحاظ حرارتی و مقدار ذخیره انرژی و در نتیجه بارهای حرارتی سالیانه، از موارد دیگر بهتر هستند.

محاسبه بارهای سرمایی و گرمایی، موضوع مورد توجه محققان متعددی است و ما به تعدادی از آخرین تحقیقات انجام شده در این زمینه اشاره می کنیم.

تحقیقات با استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری

سولماز و آنسال در سال ۱۹۹۹ ضخامت بهینه عایق های مختلف را در ساختمانهای امریکا برای سه شهر مختلف بررسی کرده اند.

آسان  در سال ۲۰۰۰ محل بهینه قرار گیری عایق را برای دیوار مرکب چندلایه و شرایط مرزی متغیر با زمان بررسی کرده است. او برای این کار 4 سانتیمتر عایق را در نقاط مختلفی از دیواری ۲۰ سانتیمتری قرار داد. در این تحقیق عایق حرارتی به صورت یک لایه یا به صورت ۲ لایه ای ۲ سانتیمتری در دیوار موردنظر قرار داده شده که مقدار صرفه جویی قابل ملاحظه ای در مقدار مصرف انرژی در حالات مختلف بدست آمده است.

کاسکا و کاسنی [۶] نیز در سال ۲۰۰۲ اثر محل قرار گیری عایق حرارتی را در ساختمان مسکونی برای 6 ناحيه مختلف امریکا با استفاده از برنامه 2DOE برای بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان، بررسی کردند. نتایج آنها نشان داد که برای ساختمانهای مسکونی با دیوارهایی از مصالح سنگین، قرار دادن عایق در سطح خارجی دیوارها مفید است. دیده شد که تأثیر تغییرات اقلیمی بر نوع دیوار مورد استفاده و محل قرارگیری عایق، زیاد است.

در هنگام قرار دادن عایق در جدارهای ساختمانی دو سؤال زیر مورد توجه است:

الف) مقدار بهینه ضخامت عایق حرارتی در جدارهای ساختمانی چقدر است؟

ب) مناسبترین محل قرارگیری عایق حرارتی در جدارساختمانی کجا است؟

نتایج سایر محققان  نشان میدهد که میتوان میزان ضخامت بهینه ای از عایق حرارتی را به دست آورد که به ازای آن، حداکٹر کاهش را در بارهای سرمایش و گرمایش سالیانه ساختمان خواهیم داشت. همچنین مشخص شده است که محل قرارگیری عایق حرارتی در جدار ساختمانی در مقدار کاهش این بارها مؤثر است.

در این تحقیق نحوه توزیع جرم حرارتی، شامل اندازه بهینه ضخامت عایق و همچنین محل قرارگیری این عایق در جدارهای ساختمانی برای سه شهر ایران با اقلیم های متفاوت به دست آمده است. با توجه به جرم حرارتی به دست آمده، بارهای حرارتی سالیانه ساختمان کمترین مقدار را دارند. برای محاسبه این بارها از نرم افزار Opaque  استفاده شده است. در قسمت بعدی در مورد نرم افزارهای شبیه سازی مصرف انرژی در ساختمان به طور خلاصه توضیح داده خواهد شد.

نرم افزارهای شبیه سازی مصرف انرژی

نرم افزارهای شبیه سازی بارهای حرارتی سالیانه

نرم افزارهای شبیه سازیی برنامه های کامپیوتری هستند که برای محاسبه انرژی مصرفی و بارهای حرارتی در ساختمان ها به کار می روند. در حال حاضر تعداد این برنامه ها زیاد است و هر یک از آنها مدل و روش حل و فرضیات مخصوص به خود را دارند. این برنامه ها به طور مداوم در حال تکمیل و توسعه هستند.

از نرم افزارهای شبیه سازی مصرف انرژی، قبل از ساختن ساختمان با ایجاد تغییرات در آن می توان استفاده کرد و هزینه مصرف انرژی را برآورد نمود. همچنین می توان مشخص کرد که تغییرات انجام شده در طراحی ساختمان، چه تأثیری بر مصرف انرژی ساختمان داشته است. با استفاده از این برنامه ها می توان طراحی های مختلف و همچنین مواد مختلفی را برای جدارهای ساختمانی قبل از ساخته مورد بررسی قرار داد تا بهترین حالت از لحاظ ذخیره و مصرف انرژی به دست آید.

استفاده از کامپیوتر برای محاسبه بارها و انرژی مصرفی در ساختمان، بخشی مهم از طراحی ساختمان و بهینه سازی مصرف انرژی است.

روشهای پایدار و نیمه پایدار

اما این روشها هیچ اطلاعاتی درباره تغییرات مصرف انرژی ساختمان با زمان به دست نمی دهند و همچنین تاثیر حرارت ذخیره شده در ساختار ساختمان را در محاسبات انرژی به حساب نمی آورند. از این روشها به منظور برآورد اولیه در طراحی ها استفاده میشود.

بعضی از روشهای نیمه پایدار به این صورت عمل می کنند که مثلا برای انرژی اکتسابی از خورشید یا حرارت های اکتسابی در داخل اتاق ( افراد، وسایل الکتریکی و غیره )، مقدار متوسطی را برای یک محدوده زمانی ماهیانه یا سالیانه در نظر میگیرند؛ یعنی به جزئیات تغییرات زمانی انرژی های مصرفی داخل ساختمان توجه نمی کنند و فقط می توانند که این انرژی ها را به صورت ماهیانه یا سالیانه مورد توجه قرار دهند.

در روشهای ناپایدار، تغییرات مصرف انرژی به صورت لحظه ای محاسبه می شود؛ بنابراین برقراری تعادل حرارتی در ساختمان بسیار پیچیده خواهد بود. در این روشها در مقایسه با روشهای پایدار، جزئیات بیشتری از هندسه، شرایط اقلیمی، کیفیت کار دستگاههای تاسیسات و همچنین منابع حرارتی داخل ساختمان باید به عنوان ورودی به برنامه داده شود.

در حال حاضر، معمولا از روش نیمه پایدار برای محاسبه تغییرات انتقال حرارت ساختمان در نرم افزارها استفاده می شود. به این صورت که فرض می شود تغییراتحرارتی محیط مورد نظر در طول یک ساعت ثابت بوده و این تغییرات فقط در بین ساعتها وجود دارد. این روش معمولا جواب نسبتا دقیقی میدهد اما اگر بخواهیم تغییرات حرارت ساختمان را به طور دقیق تری مطالعه کنیم باید فواصل زمانی را کوتاهتر (مثلا یک دقیقه) در نظر بگیریم.