ذه ترجمة ملخصة لورقة بحث عرضتها في وقائع المؤتمر الثاني: الأشخاص والمباني الذي عُقد في مركز الدراسات العليا. جامعة لندن متروبوليتان، لندن، المملكة المتحدة. 18 سبتمبر 2012.
هذه الورقة البحثية مبنية على رسالة الماجستير التي تحتوي تفاصيل كاملة عن الدراسة. بالإمكان مشاركة الرسالة للمهتمين.
شبكة الراحة واستخدام الطاقة في المباني: http://www.nceub.org.uk
ريان أزهري
ماجستير أداء وتصميم المباني المستدامة، جامعة أوكسفورد بروكس، المملكة المتحدة.
الملخص
يقدم هذا البحث طريقة تحليل مبسطة لتقليل الطلب على الطاقة في المباني السكنية في سوريا من خلال تطبيق حلول معقولة من حيث التكلفة والجدوى. يركز على تقليل أحمال التدفئة، التي تشكل أكثر من 55% من إجمالي استهلاك الطاقة، وكذلك تقليل فقدان الحرارة دون التسبب في ارتفاع درجات الحرارة في الصيف. تم تطوير طريقة التحليل المبسطة بناءً على تحليلات محاكاة مفصلة باستخدام عدة تركيبات من استراتيجيات التصميم السلبي (مواد البناء، أنواع الزجاج، والمناخ). سيتم إنشاء علاقة مباشرة بين الطرق المطورة ومتطلبات طاقة التدفئة الإجمالية وكذلك أحمال التبريد، وأخيرًا سيتم تقديم نظام هيكلي موصى به.
1. المقدمة
يؤثر العزل الحراري للمبنى بشكل كبير على تكاليف البناء وكذلك تكاليف الطاقة. تم إصدار كود العزل الحراري للمباني في سوريا عام 2007 من قبل وزارة الكهرباء والمركز الوطني لبحوث الطاقة (NERC). النظام الهيكلي الموصى به هو: قيم التوصيل الحراري (0.8 واط/م2/كلفن) للجدران (جدار مزدوج من الكتل الخرسانية 20 سم لكل منهما وتجصيص خارجي من الحجر الجيري) دون استخدام أي مواد عازلة، و(3.5 واط/م2/كلفن) للزجاج المزدوج للنوافذ (كشكه، 2007). لم تحقق الدراسات بشكل كافٍ في تأثير العزل الحراري للمباني على أدائها الحراري في المناخ السوري، ولم يتم إنشاء علاقات بسيطة وشاملة بين الجوانب الأساسية المرتبطة بعزل غلاف المبنى وإجمالي أحمال التدفئة/التبريد السنوية.
ركزت بعض التحقيقات المحدودة على تقليل الطلب على الطاقة من خلال تطبيق أنواع مختلفة من العزل الحراري على غلاف المبنى. استخدمت الدراسات المبلغ عنها طرقًا مبسطة نسبيًا لتصنيف واقتراح أفضل الحلول. على سبيل المثال، في بحث فادي عجوب بعنوان: تصميم مسكن منخفض الطاقة في سوريا باستخدام استراتيجيات التصميم السلبي لتحقيق الراحة الحرارية، أوصى عجوب بالكود السوري كأفضل نوع للعزل الحراري بين جميع الأنواع الأخرى المقترحة متجاهلاً الجانب المالي وسمك الجدار (عجوب، 2010).
في هذا البحث، تم اقتراح طريقة تحليل مبسطة لتقييم تأثير العزل الحراري للمبنى على إجمالي أحمال التدفئة/التبريد السنوية في سوريا. أولاً، يتم وصف نموذج المبنى السكني النموذجي. ثم يتم تلخيص نتائج التحليل الباراميتري. وأخيرًا، يتم تطوير طريقة التحليل المبسطة.
2. التحليل الباراميتري
تم تصميم نموذج لمبنى سكني نموذجي باستخدام برنامج (IES) مع أنماط إشغال مساحة سكنية نموذجية في الشرق الأوسط كما يلي:
- كثافة إضاءة: 7.8 واط/م2
- كثافة معدات: 8.0 واط/م2
- متوسط كثافة الإشغال: 25.5 م2/شخص
- نقطة ضبط التبريد: 25 درجة مئوية، ونقاط ضبط التدفئة هي 19 درجة مئوية لغرفة المعيشة و18 درجة مئوية لغرف النوم والمطبخ والحمام
- نسبة النوافذ إلى الجدران كانت ثابتة طوال الوقت
تم تغيير عدة عوامل لتقدير أحمال التدفئة والتبريد السنوية مع أنواع مختلفة من هياكل الجدران والزجاج. انظر الجدولين 1 و2.
جدول 1: أنواع مختلفة من هياكل الجدران مع سماكاتها وقيم التوصيل الحراري
| نوع الجدار | سمك الجدار (سم) | قيمة التوصيل الحراري (واط/م2/كلفن) |
|---|---|---|
| كتل خرسانية 15 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 25 | 1.7 |
| كتل خرسانية 20 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 30 | 1.5 |
| كتل خرسانية 25 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 35 | 1.3 |
| (2x 10 سم) كتلة خرسانية مزدوجة وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 30 | 1.18 |
| (2x 15 سم) كتلة خرسانية مزدوجة وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 40 | 0.96 |
| (2x 20 سم) كتلة خرسانية مزدوجة وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 50 | 0.8 |
| كتلة خرسانية 10 سم وعزل 5 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 25 | 0.4 |
| كتلة خرسانية 10 سم وعزل 10 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 30 | 0.22 |
| كتلة خرسانية 10 سم وعزل 15 سم وتجصيص خارجي من الحجر الجيري | 35 | 0.15 |
جدول 2: أنواع النوافذ المستخدمة في المحاكاة
| نوع النافذة | قيمة التوصيل الحراري (واط/م2/كلفن) |
|---|---|
| زجاج مفرد (الحالة الأساسية) | 5.6 |
| زجاج مزدوج | 1.9 |
| زجاج ثلاثي | 0.8 |
تم تقسيم هذا التجربة إلى ثلاثة أجزاء؛ الجزء الأول يشمل تطبيق هياكل جدران مختلفة على المبنى ومعرفة التأثيرات المختلفة على التدفئة والتبريد. أما الجزءان الثاني والثالث، فيشملان تغيير نوع الزجاج من مفرد إلى مزدوج ثم ثلاثي وإعادة تشغيل جميع المحاكاة السابقة مرة أخرى.
3. مناقشة النتائج
3.1 تأثير هيكل الجدار والعزل:
لتحديد تأثير العزل الحراري على تغيرات إجمالي أحمال التدفئة والتبريد، تم إجراء تجربة للمبنى الموجود في دمشق-سوريا. تظهر نتائج تحليل المحاكاة في الشكل 1 لمتطلبات الطاقة للتدفئة والتبريد، عند تثبيت النوافذ بزجاج مفرد بقيمة توصيل حراري (5.6 واط/م2/كلفن). من الواضح أنه كلما زاد عزل غلاف المبنى، انخفضت أحمال التدفئة والتبريد.
3.2 تأثير تكلفة التركيب:
يوضح الشكل 2 تأثير تكلفة الجدار لكل متر مربع بالنسبة إلى سماكته وأدائه الحراري. كلما تحسنت الخصائص الحرارية للجدار، زادت تكلفته وسماكته حتى حدث تغيير في هيكله. عندما أُضيفت مادة العزل إلى الهيكل، تحقق تخفيض بنسبة 50% في سماكة الجدار وتحسين حراري بنسبة 50% مقارنة بالهيكل السابق، وهو ما توصي به مدونة العزل الحراري للمباني في سوريا، مع تقريبًا نفس التكلفة.
3.3 تأثير نوع الزجاج:
يوضح الشكل 3 تأثير نوع الزجاج وعزل الجدران على إجمالي أحمال التدفئة للمبنى. حدث تخفيض كبير في أحمال التدفئة من خلال استبدال النوافذ ذات الزجاج المفرد بنوافذ مزدوجة الزجاج. تم تحقيق تخفيض بنسبة 36.92% في أحمال التدفئة في الحالة الأساسية عن طريق الترقية إلى النوافذ مزدوجة الزجاج، وبلغت نسبة التخفيض الإجمالية 66.30% مقارنة بالحالة الأساسية بتحسين عزل الجدران. عند الترقية من النوافذ مزدوجة إلى ثلاثية الزجاج، لم تحدث تغييرات كبيرة حيث يمكن قياس انخفاض بنسبة أقل من 1%.
3.4 تطوير خطة تحليل مبسطة:
بناءً على نتائج المحاكاة السابقة، من الواضح أن هناك ارتباطًا أقوى بين هياكل الجدران المختلفة وأنواع الزجاج مع أحمال التدفئة السنوية مقارنة بأحمال التبريد، حيث أن اكتساب الحرارة في الصيف لا يتأثر بشكل كبير بالتوصيل بقدر ما يتأثر باكتساب الطاقة الشمسية والتهوية.
4. الخلاصة
تشير التحليلات إلى وجود ارتباط قوي بين العزل الحراري لغلاف المبنى وأحمال التدفئة، ولكن ليس مع أحمال التبريد. بالإضافة إلى ذلك، وجد أن نوع الزجاج له تأثير كبير على إجمالي أحمال التدفئة في المبنى. تم تطوير خطة تحليل مبسطة لتقدير الأحمال السنوية للتدفئة والتبريد كدالة لقيمة التوصيل الحراري للجدار ونوع الزجاج. التوصية الرئيسية التي يمكن استخلاصها من هذا البحث هي استخدام نظام هيكلي يوفر أفضل تقليل في أحمال التدفئة والتبريد بتكلفة معقولة، وهو:
- الجدران: كتلة واحدة (10 سم) مع عزل (لوحة بولي يوريثان 5 سم) وتجصيص خارجي من الحجر الجيري بسماكة إجمالية 25 سم. قيمة التوصيل الحراري = 0.4 واط/م2/كلفن.
- النوافذ: نوافذ زجاج مزدوج. قيمة التوصيل الحراري = 1.9 واط/م2/كلفن.
من المتوقع أن يوفر هذا النظام 61.24% من أحمال التدفئة مقارنة بـ 49.98% وفقًا للكود السوري بنفس التكلفة، كما أن الجدران تكون أخف وزنًا وأقل سماكة من التوصيات الحالية للكود السوري.
Ajjoub, F. (2010). Designing a low energy dwelling in Syria using Passive Design strategies to achieve thermal comfort. Oxford: Oxford Brookes University.
Keshkeh, H. (2007). Building Thermal insulation Code in Syria. Damascus: The Ministry of Energy and Electricity .
