راههای صرفه جویی انرژی در ساختمان و نحوه بهره گیری از بیوگاز

با به وجود آمدن بحرانهای انرژی در دو دهه اخیر, تحقیقات درمورد استفاده از منابع جدید انرژی به نحوی كه جایگزین استفاده از انرژی فسیلی شوند در كشورهای صنعتی به شدت دنبال می شود در بعضی كشورها نیز نظیر ژاپن و استرالیا, این تحقیقات چندان تابع بحران انرژی نیست و تقریباَ روند ثابتی داشته و بودجه های هنگفتی را نیز به مصرف می رساند

با فرارسیدن فصل تابستان و افزایش بیش از حد مصرف برق، موضوع صرفه‌جویی انرژی الكتریكی در این ارتباط بیش از گذشته مطرح می شود.

در مقاله زیر كه به وسیله مهندس حمیدرضا شهروی كارشناس ارشد مهندسی برق- قدرت و استاد دانشكده‌های مهندسی برق واحد تهران به نگارش درآمده است ضمن تاكید بر روشهای صرفه‌جویی انرژی در ساختمان ، راههای استفاده از منابع جدید انرژی برای تولید برق – كه جایگزین استفاده از سوخت فسیلی می‌شوند – مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

با به وجود آمدن بحرانهای انرژی در دو دهه اخیر، تحقیقات درمورد استفاده از منابع جدید انرژی به نحوی كه جایگزین استفاده از انرژی فسیلی شوند در كشورهای صنعتی به شدت دنبال می شود. در بعضی كشورها نیز نظیر ژاپن و استرالیا، این تحقیقات چندان تابع بحران انرژی نیست و تقریباَ روند ثابتی داشته و بودجه های هنگفتی را نیز به مصرف می رساند. درعین حال برخی از روشهای پیشنهادی هنوز هم در مرحله تحقیق است و قابل استفاده در سطوح گسترده نیست.

باید دانست كه اگر هدف جایگزین كردن صد در صد انرژی فسیلی با انرژی دیگر باشد اینكار در آینده نزدیك عملی نخواهد شد، لیكن اگر هدف صرفه جویی در مصرف انرژی فسیلی باشد تا ذخایر موجود استفاده های مناسب تری صورت پذیرد، این كار در شرایط فعلی چه از لحاظ فن آوری و چه از لحاظ اقتصادی بودن، كاملاَ عملی و امكان‌پذیر است.

●طراههای مختلف صرفه جویی

روشهایی وجود دارند كه مصرف انرژی را در ساختمان بالا می‌برند و در نتیجه موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شوند كه مهمترین این روشها به قرار زیر هستند:

۱- استفاده از انواع عایقهای حرارتی در جداره‌های ساختمان.

۲- استفاده از پنجره های مناسب از نظر انرژی و حفظ آن.

۳- استفاده از سایه طبیعی و مصنوعی برای جلوگیری از تابش مستقیم خورشید در فصل گرما.

۴- بهره برداری از انرژی تابشی خورشید در فصل زمستان.

۵- استفاده از سیستمهای حرارتی سانترال.

۶- استفاده از پمپهای حرارتی.

۷- استفاده مستقیم از سوختهای فسیلی به جای برق حاصله از آنها در صورت الزام به استفاده از اینگونه سوختها.

۸- استفاده از رنگهای مناسب از نظر جذب حرارت در ساختمان.

۹- استفاده از بادشكنها.

۱۰- تقسیم بندی داخل ساختمان از نظر حرارتی.

۱۱- ساختمان سازی با توجه به شكل و جهت مناسب برای قرارگرفتن ساختمانها.

۱۲- استفاده از نور طبیعی برای روشنایی ساختمان و بهره جستن از طرح روشنایی داخلی.

۱۳- بكاربردن و تلفیق برخی روشهای سنتی حفظ انرژی با سیستم‌های مدرن ساختمان سازی.

۱۴- بالابردن راندمان موتورهای الكتریكی و سایر وسایل برقی مصرفی در ساختمانها.

۱۵- رعایت استانداردهای ساختمان‌سازی، لوله كشی و نصب تاسیسات سرمایشی و گرمایشی.

۱۶- ذخیره كردن انرژی در شرایطی كه نیاز به آن نیست.

۱۷- استفاده از برخی روشهای ابتكاری و ساده نظیر روش پشت بامهای استخری.

۱۸- برای هر منطقه و هر اقلیم جغرافیایی متناسب با خصوصیات آب و هوایی محل ساختمان سازی شود.

۱۹- استفاده از منابع جدید انرژی كه در صرفه جویی انرژی های فسیلی موثر هستند شامل موارد زیر است: انرژی باد، انرژی خورشید، انرژی بیوگاز، انرژی درون زمین، انرژی جزر و مد دریاها و امواج، انرژی حرارتی دریاها، انرژی آب رودخانه ها، انرژی هسته ای و انرژی سوختهایی نظیر هیدروژن.

هیت پمپ (پمپ حرارتی)

در گذشته، سیستمهای گرم كننده نفت سوز یا گازسوز در اغلب خانه‌های موجود در دنیا مورد استفاده قرار می‌گرفتند، در حالیكه این رقم برای انواع مختلف سیستمهای حرارتی برقی خیلی كمتر بود.

امروزه در مناطقی از دنیا به علت افزایش قیمت نفت و گاز و یا امكان استفاده های صنعتی مناسب تر از سوختهای فسیلی، انرژی برقی به عنوان یك راه حل جانشین مورد استفاده قرار می گیرد. یك وسیله عملی كه گرم كردن به وسیله نیروی برق را می توان با صرفه تر سازد، پمپ حرارتی است.

پمپ حرارتی مكانیزمی است كه هم می تواند گرمای محیط و فضای مسكونی را گرفته و آنرا در خارج ساختمان تخلیه كند و هم اینكه گرمای بیرون ساختمان را گرفته و در فضای مسكونی داخل رها سازد. همچنین از پمپ حرارتی برای منظورهای متعددی از قبیل گرم كردن آب و تحصیل گرما از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.

●نحوه كار هیت پمپ

تئوری و اساس كار پمپ حرارتی بر این اصل بنا شده كه (گرما از منطقه با دمای زیاد به طرف منطقه ای با دمای كم جریان می یابد) بر طبق این اصل اگر بتوان دمای یك كلاف انتقال گرما را پائین تر از دمای اطراف آن نگاه داشت، این كلاف از اطراف خود گرما جذب خواهد كرد. بنابراین اگر بتوان دمای كلاف تبخیر یك سیستم تبرید را در حدی كمتر از دمای هوای محیط نگاه داشت، گرمای محیط را به خود می گیرد. یعنی اگر كلاف تبخیر را در بیرون ساختمان نصب و دمای ماده سرمازای آن را در صفر درجه فار نهایت حفظ كنیم حتی اگر دمای محیط بیرون ۱۰ تا ۱۵ درجه فارنهایت باشد، این كلاف از هوای محیط بیرون گرما را جذب می كند. اگر ماده سرمازای این كلاف را پس از تبخیر به وسیله كمپرسوری متراكم كنیم تا دمای آن به ۱۲۰ تا ۱۴۰ درجه فار نهایت برسد. (در داخل ساختمان)، گرما خودرابه‌فضای‌داخلی ساختمان رها

خواهد كرد. حال اگر با استفاده از شیرهای مناسب، كلاف تبخیر را به كندانسور یا برعكس در تابستان تبدیل كنیم، می توانیم گرمای فضای مسكونی داخل ساختمان را گرفته و در خارج تخلیه كنیم.

یكی از متداولترین زمینه‌های كاربرد سیستم پمپ حرارتی، سیستم مستقل و یكپارچه است كه واحد انتقال گرما در داخل ساختمان كلی سیستم قرار گرفته و برای سردكردن یا

گرم كردن مایعاتی بكار می رود كه این مایعات به نوبه خود به وسیله پمپ به داخل یا خارج ساختمان منتقل می‌شوند. این سیستم‌ها به دو عدد پمپ مایع نیاز دارند و همین امر به سیستم امكان می دهد كه موثرتر كار كنند و در نتیجه حجم كلی واحد خنك كننده آن كوچك و خود دستگاه جمع و جورتر باشد پمپ حرارتی عملاَ در دو سیكل گرما و سرما كار می كند.

در پمپ حرارتی از یك مكانیزم واحد برای انجام این دو سیكل استفاده می شود و برای این منظور مدار گردش ماده سرمازا معكوس می شود.

استفاده از پمپ حرارتی برای تهویه مطبوع گرم و سرد منازل روز به روز گسترش می یابد و به همین دلیل سیستمهای تبرید بسته مخصوص پمپ‌های حرارتی طرح و عرضه می‌شود.

سیستم تبرید بسته بهترین و ایده‌آل‌ترین واحد تبریز ویژه پمپهای حرارتی است. زیرا نصب آن آسان است. بعضی از این سیستمها به تجهیزات كلی نظیر سوپاپ های سرویس، صداخفه كن های مسیر لوله مكش و مایع و امثال آن مجهز شده‌اند، كه هم بی سروصدا و مطمئن هستند و هم مدت طولانی‌تری كار می‌كنند.

كلافی كه در داخل ساختمان نصب می شود، معمولاَ یك كلاف استاندارد پره دار مجهز به پنكه است، ولی كلاف بیرونی در طرحهای گوناگونی عرضه می شود و طرح آن به متغیرهایی مانند منبع دهنده گرما

(از نظر فیزیك) و منبع گیرنده گرما از كلاف بستگی دارد و بر حسب واسطه گرمایی به گروههای كلافهای هوایی، آبی- آب چاه و آبی – آب دریاچه و كلاف زمینی تقسیم می شوند.

●كلافهای هوایی

ارزانترین نوع كلاف بیرونی سیستم پمپ حرارتی كه در عین حال از نظر نصب نیز آسانترین آن است، كلافی است كه گرمای خود را از هوای بیرون گرفته یا به آن پس می‌دهد، ‌این نوع كلاف برای مناطقی كه تغییرات دمای هوا از ۲۰ تا ۱۱۰ درجه فارنهایت بیشتر نیست بسیار مناسب است و مزایایی دارد.

كلاف نوعی وسیله انتقال گرما است كه لوله‌های آن به مشابه سطوح اصلی و اولیه انتقال گرما و پره‌های خنك‌كن كه به كلافها جوش یا لحیم شده‌اند به عنوان سطوح فرعی و كمكی انتقال گرما هستند. این كلاف معمولاَ روی دیوار خارجی ساختمان و در بالای پشت بام و در زیر سقف جداگانه ای كه برای حفاظت آنها از بادو باران ساخته شده نصب می شوند.

در زمستان در تحت شرایط خاص جوی این كلاف برفك زیادی به خود می‌گیرند به همین دلیل در اغلب تاسیسات پمپ حرارتی روی این كلاف ترموستات مخصوص نصب می شود كه در صورت تمركز برفك زیاد روی لوله‌های كلاف، سیستم را خاموش و برفك زدایی كلاف را آغاز می كند و یا اینكه طرح ممكن است طوری باشد كه برای مدت كوتاه، ولی كافی، سیستم را معكوس می كند تا برفكها آب شوند. دربعضی دیگر از سیستمهای پمپ حرارتی، برای آب كردن برفكها از یك كنترل زمان (ساعتی) استفاده می‌شود و پس از هر چند گاه یكبار مدار برفك زدایی را بكار می‌اندازد.

●كلافهای آبی

اگر در زمستان بتوان منبع گرماده دیگری غیر از هوای آزاد تامین كرد می توان انتظار داشت كه كارآیی سیستم افزایش یابد. برای نیل به منظور فوق، موارد زیادی هست كه كلاف بیرونی در آب بركه یا دریاچه نزدیك ساختمان قرار داده می شود. در فصل تابستان، این كلاف گرمای خود را به آب داده و در زمستان گرمای آب عمق بركه را به خود می گیرد. دمای آب در حداكثر ۳۹ درجه فارنهایت

(۴ درجه سانتی گراد) است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت كه درجه حرارت آب عمق بركه یا دریاچه ۳۹ درجه فارنهایت یا بیشتر است، زیرا اگر از ۳۹ درجه فارنهایت بیشتر شود منبسط شده و به سطح می آید و پس از رسیدن به ۳۲ درجه فارنهایت یخ می زند، به این دلیل كه آب استخرها و بركه ها و دریاچه ها از سطح یخ می بندد و قبل از اینكه دمای آب عمقی به ۳۹ درجه فارنهایت برسد، ممكن است سطح دریاچه را لایه كاملی از یخ بپوشاند و از اینجا می توان نتیجه گرفت كه بركه یا دریاچه ای كه حتی لایه ضخیمی از یخ سطح آن را پوشانده باشد، منبع حرارتی نسبتاَ خوبی است.

آب چاه، در فصل سرما واسطه گرماده خوبی برای كلاف بیرونی پمپ حرارتی و در تابستان برعكس واسطه گرماگیر مناسبی است. گرچه هزینه حفر چاه آب، عامل بازدارنده‌ای در

راه استفاده از این روش است. ولی اگر به هزینه عملیاتی كم سیستم در هنگام كار و كارآیی خوب آن توجه شود، این هزینه به زودی جبران خواهد شد.

یكی از روشهای معمولی استفاده از آب چاه برای منظور، این است كه آب چاه را با تلمبه بالا كشیده، آنرا در اطراف كلاف دو لوله ای (لوله‌های دوجداره) یا كلاف بشكه‌ای می‌گردانند و پس از تبادل گرما، مجدداَ آنرا به چاه برمی‌گردانند. اگر دمای آب چاه در سراسر سال به طور متوسط ۹۰ درجه فارنهایت باشد، می توان دمای كلاف را در تابستان ۸۰ و در زمستان ۴۰ درجه فارنهایت گرفت (در هر صورت اختلاف دمای كلاف و واسطه تبادل گرما ۲۰ درجه می شود) در جاهایی كه امكان داشته باشد،‌ از آب قنات و چشمه نیز برای این منظور استفاده می‌شود.

منابع:

(۱) زاهدی فر، شهین

(۲۴/۷/۱۳۸۲)، ”بحران انرژی و رفتار ما”، ترجمه منابع خارجی، روزنامه همشهری صفحه ۵

(۲) مقررات ملی ساختمانی ایران،‌ مبحث ۱۹- صرفه جویی در مصرف انرژی (۱۳۸۱)

(۳) معاونت امور انرژی وزارت نیرو،‌ سازمان بهره وری انرژی ایران (سابا)،‌ دفتر بهینه سازی مصرف انرژی، بهسامان (۱۳۸۲)

(۴) صرفه جویی انرژی در ساختمان (پایان نامه كارشناسی) تابستان ۷۶

(۵) جزوات شخصی مدیریت انرژی در ساختمان شهروی، حمیدرضا – تابستان ۱۳۸۴

---