طراحی و مدلسازی و آنالیز یک خانه صفر انرژی

در این رساله پروسه طراحی یک خانه مسکونی صفر انرژی به نگارش در آمده است. این پروسه از مرحله اولیه توجیه طرح تا نحوه حصول اطمینان از طراحی انجام شده، نکات کلیدی و موثر در روند طراحی را شرح داده و در راستای آشنایی بیشتر با این گونه خانه ها نمونه هایی را مورد نقد قرار داده است. در فصل اول کلیات طرح شرح داده شده و دلایل شکل گیری موضوع پایان نامه و دغدغه های نگارنده توضیح داده می شود. این کلیات شامل طرح مسئله، اهمیت و ضرورت پژوهش و اهداف پژوهش می باشد که پیش تر به آن پرداخته شد. آنچه که به عنوان دغدغه اصلی نگارنده علت انتخاب موضوع کنونی رساله است را می توان در سه مورد کلی خلاصه کرد: ضرورت جلوگیری از پیشرفت پدیده گرمایش زمین، لزوم کنترل مصرف سوخت های فسیلی، نیاز به حفظ زیستگاه های انسانی و جانوری جهت آیندگان. فصل دوم به بررسی آئین نامه ها و استاندارد های تبیین شده جهت رسیدن به ساختمان صفر انرژی می پردازد. به طور کلی دو موسسه لید و بری ام که یکی در ایالات متحده و دیگری در انگلستان مستقر می باشند، موفق ترین نمونه های تبیین و توسعه استانداردهای زیست محیطی می باشند. با وجود آنکه کلیات مطرح شده در این دو روش ممیزی بسیار به هم نزدیک است، هرکدام دارای جزئیات منحصر به فرد خودشان می باشند که در شیوه امتیازدهی آنها بسیار موثر است. بنابراین فصل دوم به بررسی آئین نامه های منتشر شده از این موسسه ممیزی انرژی و مشخصات زیست محیطی پرداخته است. در ادامه و در فصل سوم تکنولوژی ها و مصالح ساختمان ها و نقش آنها در مصرف انرژی خانه های مسکونی مورد بررسی قرار گرفته است. این فصل به دو بخش عمده تقسیم شده که در قسمت اول به بررسی انرژی لازم جهت احداث بنا پرداخته شده و بخش دوم بر انرژی مصرفی ساختمان در هنگام استفاده ساکنین می پردازد. در بخش اول سیستم های سازه و نحوه عملکرد آنها از نظر انرژی مصرفی و شیوه انتخاب مصالح کم انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش دوم روش های جلوگیری از اتلاف انرژی، کاهش انرژی مصرفی تجهیزات، راهکارهای تامین آسایش محیطی به صورت منفعل و سیستم های تامین انرژی از منابع تجدیدپذیر معرفی و موارد استفاده هرکدام تشریح می شود. فصل چهارم به آنالیز شرایط اقلیمی شهر شیراز و محل احداث پروژه پرداخته است. از آنجایی که شرایط محیطی در تعیین مشخصات ساختمان و نحوه عملکرد انرژی بنا بسیار موثر است، مواردی همچون تابش، باد، بارندگی، رطوبت و دما از ایستگاه های هواشناسی استخراج شده و موارد تاثیرگذار بر طراحی خانه های صفر انرژی از جمله بازه دمای آسایش مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. در راستای آشنایی هرچه بیشتر خوانندگان رساله با اهداف خانه های صفر انرژی، فصل پنجم به بررسی نمونه های موفق پرداخته است. از آنجایی که خانه ها از نظر شیوه انرژی به دو دسته متصل به شبکه و منفصل از شبکه تقسیم می شوند، نمونه هایی از هر دو نوع معرفی شده اند. با این وجود به دلیل تمرکز رساله بر ساختمان های منفصا از شبکه، گونه دوم از تجزیه و تحلیل کاملتری بهره می برد. در این راستا نمونه های موفق مسابقات بین المللی و معتبر دهگانه خورشیدی مورد نقد و بررسی قرار گرفته است. در فصل ششم به شیوه دستیابی به طرحمایه اولیه پرداخته می شود. از آنجایی که بررسی شرایط محیطی و انتخاب مشخصات صحیح در مراحل اولیه طراحی باعث کاهش چشمگیر مصرف انرژی ساختمان می شود، موارد کلیدی و موثر بر انرژی مصرفی خانه ها از جمله تناسبات، جهت گیری و میزان شفافیت بهینه مورد آزمایش قرار گرفته و حالات بینه معرفی شده اند. همچنین شرایط قرار بهینه سیستم ها و تجهیزات خورشیدی تجدیدپذیر بررسی شده و زوایای قرارگیری بهینه معرفی شده اند. در پایان به بررسی امکان استفاده از راهکارهای منفعل در خانه پرداخته شده و نحوه عملکرد آنها شبیه سازی شده است. فصل هفتم به معرفی روند طراحی خانه صفر انرژی پرداخته است. در گفتار هفتم نحوه شکل گیری پلان و فضاها از طرح مایه اولیه تشریح شده و دلایل اخذ استراتژی های مختلف معرفی می شوند. همچنین برخی مشخصات فنی خانه از جمله جزئیات جداره ها، نحوه توزیع شفافیت و شیوه های کنترل آسایش محیطی مورد معرفی شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. در این بخش به بررسی تفصیلی شیوه های اتخاذ شده جهت تامین آسایش محیطی بوسیله راهکارهای منفعل پرداخته می شود. در فصل هشتم نمونه طراحی شده به انضمام مشخصات فنی پیش بینی شده مورد آنالیز قرار می گیرند. بدین ترتیب که نمونه طراحی شده توسط سه نرم افزار شبیه سازی انرژی با امکانات و مشخصات متفاوت مدل سازی شده و مورد آنالیز انرژی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده در این بخش حاکی از موفقیت طراحی انجام شده و کسب شرایط لازم جهت معرفی به عنوان یک خانه صفر انرژی می باشد. در گفتار پایانی یعنی فصل نهم به بررسی اجمالی فعالیت های انجام شده در این تحقیق پرداخته شده و مروری کلی بر روند شکل گیری طرح تشریح می شود. در این مرور اجمالی تحقیقات صورت گرفته مختصراً توضیح داده شده و نتیجه گیری پایانی صورت می گیرد. در پایان این فصل و متعاقباً کل رساله، پیشنهاداتی جهت ادامه تحقیقات پیرامون مباحث مرتبط با انرژی مصرفی ساختمان ها، برای علاقه مندان ارائه شده است.