بهینه سازی مصرف انرژی

مقدمه

وجود منابع فراوان انرژي در کشور و ارزان قيمت بودن آن باعث شده تا در اکثر موارد مصرف انرژي به صورت بي رويه افزايش يابد و به مقدار قابل توجهي نيز اتلاف انرژي داشته باشيم.

ساختمان ها از جمله مکان هايي هستند که انرژي به مقدار زيادي در آن ها مصرف و اتلاف مي شود. در حال حاضر انرژي مصرفي در بخش ساختمان و خانگي نزديک به 30 % از کل مصرف انرژي در کشور را در بر مي‌گيرد، که بيشترين سهم را در ميان بخش هاي مختلف به خود اختصاص داده است. اين در حالي است که با رعايت الگوي بهينة مصرف انرژي، مي توان 35 % تا 40 % از انرژي مصرفي در بخش ساختمان را کاهش داد. لذا علاوه بر کاهش هزينه ها، از استفاده بی رویه  ذخائر پايان پذير انرژي جلوگيري شده و آلودگي هاي زيست محيطي و پيامدهاي ناگوار آن نيز به ميزان قابل ملاحظ هاي کاهش خواهد یافت.

در اکثر مناطق کشورمان، در بخش قابل توجهي از سال شرايط دمايي در فضاي خارج به گونه اي است که نياز است با گرم يا سرد کردن فضاهاي کنترل شدة داخل ساختمان، شرايط آسايش حرارتي براي ساکنين و کاربران تأمين گردد. اين اقدام در اکثر موارد با مصرف بيش از حد انرژي صورت مي گيرد. هرچه ميزان انتقال حرارت از پوستة خارجي ساختمان بيشتر باشد، انرژي مورد نياز براي تأمين شرايط آسايش حرارتي افزون تر بوده و لازم است براي جبران انرژي هدر رفته، به صورت مداوم انرژي براي گرمايش يا سرمايش مصرف شود؛ در صورتي که مي توان با تمهيداتي، انتقال حرارت از پوستة خارجي ساختمان را کاهش داده و به ميزان قابل توجهي در مصرف انرژي صرفه جويي کرد.

خواص حرارتي مواد و مصالح

ضريب هدايت حرارتي مواد

مقدار حرارتي که در مدت يک ثانيه از يک متر مربع مادة همگن به ضخامت يک متر در حالت پايدار عبور کند و اختلافي برابر با يک درجه کلوين بين دماي دو سطح ماده ايجاد نمايد را ضريب هدايت حرارتي آن ماده مي‌نامند. ضريب هدايت حرارتي را با λ نشان مي دهند و واحد آن، وات بر متر درجه کلوين است.w/m.k

■ هرچه ضريب هدايت حرارتي يک ماده کمتر باشد، آن ماده عايق بهتري است.

مقاومت حرارتي يک لايه يا پوسته

نسبت ضخامت يک لايه (بر حسب متر) به ضريب هدايت حرارتي آن را مقاومت حرارتي آن لايه می نامند R=d/λ مقاومت حرارتي را با R نشان مي دهند و واحد آن، متر مربع درجه کلوين بر وات است m2.k/w . مقاومت حرارتی يک پوستة تشکيل شده از چند لايه، مساوی است با مجموع مقاومت های حرارتی هر يک از لايه های تشکيل دهندة آن پوسته.

■ مقاومت حرارتي، قابليت عايق بودن (حرارتي) يک لايه يا پوسته را مشخص مي کند. هرچه مقاومت حرارتي يک لايه يا پوسته بيشتر باشد، آن لايه يا پوسته عايق بهتري است.

■ استفاده از عايق حرارتی، موجب صرفه جويي در مصرف مصالح، افزایش سطح مفید زیربنا و کاهش وزن ساختمان ها می‌شود.

انواع عايق کاري حرارتي در ساختمان ها

عايق کاري حرارتي همگن

نوعي عايق کاري حرارتي است که در آن، مصالح مصرفي در بخش اعظم پوسته داراي ضریب هدايت حرارتی کم مي باشند. يعني مصالح تشکيل دهندة ديوار، خود داراي خواص مناسب عايق حرارتي مي باشند. اين نوع ديوارها در صورت جذب رطوبت، کارآيي خود را از نظر حرارتي از دست مي دهند.

■ ديوار دو لايه از مصالح بنایی با لایه میانی هوا یا عایق

در اين نوع ديوار، عايق حرارتي بر روي ديوار داخلي نصب و سپس لايه خارجي با مصالح بنايي اجرا مي گردد. براي ديوارهايي که مقاومت حرارتي بالا در آ نها مورد نظر نيست، در لايه مياني فقط 10 سانتيمتر لايه هوا در نظر گرفته مي شود. ضخامت تمام شدة ديوارها در اين حالت نسبتاً زياد بوده و اجراي چنين ساختارهايي دشوار مي باشد.

عايق کاري حرارتي از خارج

اين نوع ساختار، اينرسي حرارتي ساختمان را به حداکثر مي رساند و باعث مي شود که نوسان هاي دماي داخل ساختمان کاهش يابد و تنظيم دما به سادگي انجام پذيرد؛ زيرا انرژي حرارتي توسط جداره ها جذب، و براي ايجاد تعادل حرارتي در محيط، به تدريج آزاد مي شود. اين روش عايق کاري براي ساختمان هايي که به طور مداوم مورد استفاده قرار مي گيرند مناسب است (مانند ساختمان هاي مسکوني).

عايق کاري حرارتي از داخل

اين نوع عايق کاري براي به حداقل رساندن اينرسي حرارتي ساختمان ها انجام مي شود و براي ساختمان هايي که به طور منقطع مورد استفاده قرار مي گيرند مناسب ترين ساختار محسوب مي شود )مانند سالن هاي کنفرانس(؛ زيرا فضاي مورد نظر را مي توان در زمان کوتاهي گرم يا سرد نمود.

ساختارهاي خشک در رابطه با عايق کاري حرارتي از داخل

ديوارهاي پوششي خشک

ديوارهاي پوششي، ساختارهاي بسيار مناسبي جهت عايق کاري حرارتي جداره هاي ساختمان هاي در حال ساخت و يا بهسازي حرارتي جداره هاي ساختمان هاي در حال بهره برداري مي باشند.

انواع ساختارها در اين روش عايق کاري شامل موارد زير مي باشد:

ديوارهاي پوششي بدون سازه: در اين ساختار، از يک لايه صفحه روکش دار گچي پوشش شده با لاية عایق پلي استايرن يا پشم معدنی )در ضخامت هاي مختلف( استفاده مي شود. این صفحات به وسيلة چسب خميري مخصوص اسکیم لایت مستقیما به ديوار زمينه متصل مي شوند)اسکیم لایت از گچ ويژه و مواد افزودني خاص ساخته مي شود(. درزهای ميان اين صفحات به وسيلة نوار و بتونة مخصوص درزگيری شده، به نحوی که در انتهای کار يک سطح يکپارچه و بدون درز حاصل می گردد.

مزيت های اصلي اين ساختار، سهولت و سرعت در اجرا، قابليت رنگ آميزی بلافاصله پس از نصب و دور ريز کم مصالح مي باشد. به علاوه، در اين ساختار مي توان صفحة گچي را با فاصله از ديوار زمينه اجرا نمود, تا ضمن رفع مشکلات اجرايي آن )مانند ناشاقولی و ناهمواری(، فضای مناسبی برای عبور آسان تأسيسات الکتريکي و مکانيکي نيز ايجاد گردد.

 ديوارهاي پوششي با سازه: در اين ساختار، صفحات روکش دار گچي بر روي زيرسازي فلزي پيچ مي‌شوند. اين زيرسازي مي تواند به صورت متصل به ديوار يا مستقل از ديوار اجرا شود. در اين ساختار، عايق حرارتي در فاصلة آزاد ميان صفحة روکش دار گچي و ديوار زمينه (17 تا 73 ميليمتر) قرار داده مي شود.

وجود فاصلة آزاد، علاوه بر ايجاد فضاي مناسب جهت نصب لاية عايق با ضخامت هاي مختلف؛ راه حل مناسبي جهت غلبه بر مشکلات اجرايي ديوار زمينه مانند نا شاقول بودن ديوار و حذف شيارزني جهت عبور تأسيسات الکتريکي و مکانيکي محسوب مي شود. از مزاياي ديگر اين ساختار، امکان اجرا در ديوارهاي با شرايط زمينه متفاوت و اجراي پوشش هاي با ارتفاع 10 متر مي باشد.

علاوه  بر عايق کاري حرارتي، از اين ساختا رها مي توان براي عايق کاري صوتي ساختمان ها، عایق کاری دیوارها در برابر رطوبت و بخار، ایجاد فضای تاسیساتی در دیوارها و دستیابی به پوشش های با کد حریق نیز استفاده نمود.

قرارگيري تأسيسات در فضاي خالي ديوار و دفن نشدن آن در داخل ديوار، علاوه بر رفع مسئله خوردگي و کاهش هزينة تعميرات، دسترسي به تأسيسات و تعميرات و نگهداري را در مرحله بهره برداري نیز آسان مي‌کند.

ديوار خارجی خشک با استفاده ا ز پنل سیمانی

سيستم ديوار خارجی خشک با پنل سیمانی ، ساختار بسيار مناسبي جهت ساخت جداره هاي ساختمان هاي در حال احداث مي باشد. اين ساختار متشکل از قاب های فولادی سبک (به عنوان زيرسازی)، صفحات روکش‌دار گچی (به عنوان پوشش داخلی)، صفحات مسلح سيمانی (به عنوان پوشش خارجی) و لاية پشم معدنی (به عنوان عايق) می باشد. استفاده از لاية پشم معدنی، به طور همزمان موجب عايق کاري حرارتی و صوتی جداره می شود.

از جمله مزايای مهم ديگر این ديوار، ايمنی آن در برابر زلزله می باشد.

سقف کاذب خشک

سقف  کاذب ، ساختار بسيار مناسبي جهت عايق کاري و يا بهسازي حرارتي سقف و کف ساختمان ها، به ويژه سقف نهايي و پيلوت مي باشد. این ساختار شامل يک زيرسازي فلزي است (متصل به سقف اصلي) که صفحات روکش دار گچي به وسيلة پيچ مخصوص به آن متصل مي شوند. فضاي خالي ميان سقف کاذب و سقف اصلي، اجراي عايق حرارتي با ضخامت هاي بيش از 17 ميل يمتر را امکا نپذير مي سازد (حداقل فاصله ميان سقف کاذب و سقف اصلي حدود 17 ميليمتر مي باشد).

اجراي سريع و آسان، عبور آسان تاسيسات مکانيکي و الکتريکي، انعطاف معماري بالا و امکان دستيابي به مشخصاتي نظير عايق صوتي و مقاومت در برابر حريق از ويژگي هاي اين ساختار مي باشد.

ديوار گرمWarm Wall

دیوار گرم، ساختار بسيار مناسبي جهت عايق کاري حرارتي جداره هاي ساختمان از خارج مي باشد. در اين ساختار، از عايق حرارتی پلي استايرن به علت سبکي وزن و عدم جذب آب استفاده مي شود. قطعات عايق به وسيلة چسب سیمانی مخصوص و بست هاي پلاستيکي ويژه Termofix به ديوار زمينه متصل مي شوند (چسب سیمانی مخصوص از سيمان، الياف و مواد افزودني خاص ساخته مي شود). بعد از نصب عايق حرارتي، مجدداً يک لايه اندود چسب سیمانی مخصوص به ضخامت حدود 5 ميليمتر به وسيله ماله شانه اي بر روي عايق اجرا و شبکة توري از جنس الياف شيشه Fiberglass بر روي اين لايه فشرده مي شود تا به اندازة یک سوم ضخامت لايه در آن فرو برود. در انتها، سطح کار به وسيلة ماله پرداخت و پس از خشک شدن به وسيلة رنگ يا پوشش هاي استاندارد نماي خارجي پوشانده مي شود.

سهولت و سرعت در اجرا، کاهش نوسانات دماي داخل ساختمان و سهولت در تنظيم دمای محيط از جمله مزايای اين ساختار می باشند.

در اين ساختار از قطعات فشرده عايق هاي معدني نيز مي توان استفاده نمود که در اين صورت، به واسطة آسيب پذير بودن اين نوع عايق ها در برابر رطوبت، پيش بيني لاية آب بند بر روي سطح عايق ضروري خواهد بود.

مشاوره در انتخاب ساختار: گام نخست در استفاده از سیستم های ساخت و ساز خشک، انتخاب ساختار مناسب می باشد. هر یک از ساختارها دارای قابلیت های ویژه خود بوده که در مرحله طراحی می باید مشخصات عملکردی آن ساختار مانند قابلیت های فیزیکی و مکانیکی تعیین کننده از قبیل مقاومت استاتیکی، میزان عایق حرارتی و صوتی و مقاومت ساختار در برابر حریق در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، برای انواع دیوار )دیوارهای جداکننده داخلی، دیوارهای جداکننده بین دو واحد آپارتمانی، دیوار راه روها، دیوار سلول های تر و ...( ساختارهای مختلفی وجود دارد که با توجه به شرایط و نوع کاربری، باید ساختار مناسب انتخاب و به کار گرفته شود.