19-7 روش نیاز انرژی ساختمان
در روش نیاز انرژی ساختمان، علاوه بر در نظر گرفتن میزان انتقال حرارت ساختمان، که در روش موازنه‌ای انجام می‌گیرد، کاهش یا افزایش نیاز انرژی ناشی از نحوه بهره‌برداری، تابش خورشید، استفاده از سیستم‌های شیشه‌ای کارآمد و سیستم‌های غیرفعال خورشیدی نیز در محاسبات لحاظ می‌شود.
ولی کماکان، همانند روش تجویزی و موازنه‌ای (کارکردی)، بهتر بودن مشخصات حرارتی سیستم‌های تأسیسات مکانیکی و یا الکتریکی امکان تخفیف گرفتن برای طراحی پوسته خارجی ساختمان (یا بالعکس) را فراهم نمی‌سازد. در عین حال، همانند روش تجویزی و موازنه‌ای، باعث می‌شود طراحی بخش‌های مختلف (پوسته خارجی یا معماری، تأسیسات مکانیکی و الکتریکی و هم‌چنین سیستم‌های تجدیذیر) به‌صورت مستقل صورت گیرد. اصول کلی مطرح در این روش طراحی در بخش 19-7-1 تشریح شده است.
19-7-1 اصول کلی
در این روش، لازم است اصول زیر رعایت گردد:
الف) میزان نیاز انرژی سالانه ساختمان طرح و ساختمان مرجع به‌طور مجزا و به کمک شبیه‌سازی انرژی، با استفاده از نرم‌افزارهای دارای ویژگی‌های تعیین‌شده در بخش 19-7-1-1، محاسبه شود؛
ب) طراحی پوسته خارجی و بهره‌گیری از سیستم‌های غیرفعال باید به‌گونه‌ای باشد که میزان نیاز انرژی سالانه ساختمان طرح از میزان محاسبه شده برای ساختمان مرجع کمتر شود؛
پ) داده‌های اقلیمی باید دارای مشخصات تعیین‌شده در بخش 19-7-1-2 باشند؛
ت) برنامه زمانبندی حضور افراد، استفاده از سیستم روشنایی مصنوعی و تجهیزات، تهویه و دمای تنظیم و دیگر پارامترهای تعیین‌کننده باید مطابق اصول تعیین‌شده در بخش 19-7-1-3 و پیوست 5 باشند؛
ث) شرایط سایه‌اندازی ساختمان‌های مجاور و دیگر موانع باید با دقت کافی در شبیه‌سازی لحاظ گردد؛
ج) در خصوص تأسیسات مکانیکی و الکتریکی و هم‌چنین سیستم‌های بر پایه انرژی‌های تجدیدپذیر، الزامات تعیین‌شده در روش تجویزی باید ملاک عمل قرار گیرد.
شکل 19-7- 1 نمودار گردشی مراحل روش نیاز انرژی
19-7-1-1 نرم‌افزار شبیه‌سازی
نرم‌افزار شبیه‌سازی مورد استفاده باید صحه‌گذاری‌شده و مورد تأیید نهاد دارای صلاحیت قانونی باشد. حداقل قابلیت‌هایی که نرم‌افزار باید دارا باشد عبارت است از:
- تعیین میزان انتقال (جریان) حرارت ساعتی در طول یک سال شبیه‌سازی شده در جدارها (به‌صورت تفکیکی) و کل ساختمان،
- تعیین میزان بهره خورشیدی و انتقال حرارت ساعتی جدارهای نورگذر،
- تنظیم برنامه ساعتی پارامترهای مختلف، برای تمامی روزهای هفته و روزهای آخر هفته و تعطیلات، برای کاربری‌های مختلف ساختمان، از جمله:
- میزان حضور و نوع فعالیت افراد در مناطق (زون های) مختلف ساختمان،
- توان روشنایی مصنوعی و میزان کاهش احتمالی آن در ساعات مختلف (در صورت تأمین بخشی از نیاز از روشنایی طبیعی)،
- دمای تنظیم (ترموستات) سیستم‌های گرمایی و سرمایی،
- کارکرد سیستم تهویه مکانیکی،
- میزان استفاده از تجهیزات (خانگی، اداری، …)،
- استفاده از آبگرم بهداشتی.
- اثر اینرسی (جرم) حرارتی در ذخیره‌سازی و ایجاد تأخیر فاز،
- در نظر گرفتن حداقل ده منطقه حرارتی،
- تهیه گزارشهای ساعتی مصرف انرژی به تفکیک حامل‌ها،
- تعیین نیاز حرارتی/برودتی ساختمان، در مقاطع زمانی تعیین‌شده،
- تعیین میزان انرژی/گرمای تأمین‌شده توسط سیستم‌های بر پایه انرژی‌های تجدیدپذیر (در صورت استفاده از این نوع سیستم‌ها).
19-7-1-2 داده‌های اقلیمی
فایل‌های آب وهوایی مورد استفاده باید در فرمت استاندارد و حاوی داده‌های ساعتی پارامترهای مورد نیاز باشند. علاوه بر این، فایل‌ها باید مورد تأیید حداقل یک نهاد دارای صلاحیت قانونی یا مرجع معتبر جهانی باشند.
در صورتی که برای محل پروژه فایلی وجود نداشته باشد، یا این‌که چندین فایل برای مناطق نزدیک به آن وجود داشته باشد، لازم است انتخاب فایل یک منطقه مجاور یا ایجاد یک فایل برازش شده با تأیید نهاد دارای صلاحیت قانونی صورت گیرد.
19-7-1-3 برنامه‌های زمانی بهره‌برداری و عملکرد تجهیزات
در صورتی که برنامه‌های زمانی بهره‌برداری و عملکرد تجهیزات با مقادیر مطرح شده در این مقررات (پیوست 5) مغایرت‌های قابل توجهی داشته باشد، امکان استفاده از برنامه‌های زمانی جایگزین برنامه‌های ارائه شده در این مبحث تنها با ارائه دلایل توجیهی کافی مجاز خواهد بود.
19-7-2 شبیه‌سازی و انجام محاسبات
در فرایند شبیه‌سازی و انجام محاسبات باید اصول زیر مورد رعایت قرار گیرد:
19-7-2-1 تعریف هندسه و مشخصات سطوح (جدارها)
در تعریف هندسه و جدارهای پوسته خارجی ساختمان، لازم است اصول زیر رعایت گردد:
- هندسه تعریف‌شده برای ساختمان‌های طرح و مرجع باید کاملاً یکسان باشد؛
- در صورتی که پوسته خارجی دارای شکستگی‌های متعددی باشد، توصیه می‌شود تا حدامکان ساده‌سازی، با تعریف سطوح معادل، در جهت کاهش تعداد سطوح، صورت گیرد.
- در صورتی که نسبت سطح جدارهای نورگذر به سطح نما بیشتر از 40 درصد باشد، در مدل ساختمان مرجع تنها 40 درصد نما نورگذر در نظر گرفته می‌شود. برای این منظور، لازم است طول و عرض جدار نورگذر، با ثابت نگه‌داشتن نسبت بین آن‌ها، کاهش یابند. مرکز هر یک از جدارهای نورگذر ساختمان مرجع با مرکز جدارهای نورگذر ساختمان طرح باید منطبق باشد.
- جدارهای ساختمان مرجع باید واجد خصوصیات زیر باشند:
- جرم سطحی (کل) هر یک از جدارهای ساختمان مرجع نباید بیش از 10 درصد با جرم سطحی ساختمان طرح تفاوت داشته باشد؛
- ضخامت و ضریب هدایت حرارت هر یک از لایه‌ها (به استثنای لایه عایق حرارتی) نباید بیش از 10 درصد با مقادیر مربوط به ساختمان طرح تفاوت داشته باشد؛
- محل قرارگیری عایق حرارتی ساختمان مرجع و ساختمان طرح باید یکسان باشد؛
- در تعریف جدارهای پوسته خارجی ساختمان مرجع، لازم است ضخامت و مشخصات فیزیکی-حرارتی تمامی لایه‌ها، تا حدامکان دقیق و مطابق مراجع در نظر گرفته شده باشند؛
- با توجه به الزامات فوق، توصیه می‌شود تعریف لایه‌های مختلف جدارهای پوسته خارجی ساختمان‌های مرجع و طرح به‌صورت یکسان انجام شود، و تنها وجه تمایز ضخامت لایه عایق حرارتی باشد. در صورتی که جدار خارجی (با عایق‌کاری) همگن باشد و بخش اعظم مقاومت حرارتی آن توسط یک لایه اصلی تأمین شده باشد، لازم است جدار ساختمان مرجع نیز مشابه جدار ساختمان طرح، ولی با ضخامتی متفاوت تعریف شود.
19-7-2-2 شبیه‌سازی و محاسبات عددی روشنایی طبیعی
در این مقررات، روش شبیه‌سازی بر مبنای شاخص sDA (کفایت نور روز در فضا) صورت می‌گیرد. این شاخص به‌صورت درصدی از مساحت سطح کار بیان می‌شود، که در آن حداقل میزان شدت روشنایی موردنظر در طول 50 % ساعات معین‌شده تأمین می‌گردد.
برای انجام محاسبات، باید از نرم‌افزارهای معتبر برای محاسبه روشنایی طبیعی استفاده شود. ساختمان‌ها باید مطابق با جدول 19-7- 1، بنا به نوع کاربری آن‌ها، دارای حداقل مساحتی از کف باشند تا حداقل شدت روشنایی موردنظر، در طول 50% ساعات معین‌شده، تأمین گردد.
جدول 19-7- 1 مقادیر درصد مساحت سطح کار منطبق بر شاخص sDA برای رده‌های مختلف انرژی
| رده انرژی | شاخص sDA |
| EC | |
| +EC | |
| ++EC |
برای انجام شبیه‌سازی‌های روشنایی طبیعی، پیش‌فرض‌های زیر باید در نظر گرفته‌شود:
- تمام محاسبات باید بر روی سطح کار در ارتفاع ذکر شده در زیربند 19-4-2-9-2 از کف تمام شده انجام شود.
- دوره زمانی که برای محاسبات روشنایی در نظر گرفته می‌شود، باید بر اساس نوع کاربری یا تعداد ساعاتی که می‌توان از روشنایی طبیعی در طی روز بهره مندشد، تعیین شود. این محدوده زمانی باید مطابق با پیوست 5 در نظر گرفته شود.
- با توجه به شاخص بیان شده، محاسبات شدت روشنایی برای یک فضا باید بر اساس مقادیر نقطه به نقطه روی یک شبکه فرضی انجام شود. این نقاط باید به صورت پیوسته روی شبکه فرضی در نظر گرفته شوند. فاصله افقی حداکثر بین نقاط در مرکز صفحه باید 0/6 متر باشد. فاصله از کناره‌های دیوار نیز باید بین 0/3 تا 0/6 متر در نظر گرفته‌شود. این شبکه نقاط باید در ارتفاع سطح کار مطابق زیربند 19-4-2-9-2 در نظر گرفته شود.
- نقاطی از شبکه فرضی که در طول سال، دارای شدت روشنایی حداکثر یک لوکس هستند و در مجاورت نقاطی با مقادیر بیشتر قرارگرفته‌اند باید از محاسبات خارج گردند.
- باید توجه داشت که فاصله بین نقاط این شبکه نباید با فاصله بین منابع روشنایی مصنوعی یکسان باشد.
- ضریب عبور نور مرئی شیشه‌های استفاده شده در ساختمان باید مطابق با مقادیر واقعی در محاسبات لحاظ شود. تمامی موانع و سایه‌اندازه‌ای اطراف ساختمان، که فاصله آن‌ها از نمای ساختمان موردنظر کمتر یا مساوی با دو برابر ارتفاع موانع هستند، باید در مدل‌سازی لحاظ شوند.
- مقادیر ضریب انعکاس اشیا خارجی، نظیر طاقچه‌های نوری و سطوح منعکس‌کننده، باید مطابق با مقادیر در نظر گرفته شده در شبیه‌سازی‌ها لحاظ شوند. در صورت عدم دسترسی به این مقادیر می‌توان از ضریب 0/3، به‌عنوان ضریب انعکاس استفاده نمود.
- ضریب انعکاس سطوح داخلی و خارجی باید مطابق با مشخصات فنی در نظر گرفته‌شده برای پوشش‌های جدارهای داخلی و خارجی و مبلمان به‌کاررفته در فضا در برنامه شبیه‌ساز در نظر گرفته شود. در صورت عدم دسترسی به مقادیر ضریب انعکاس، می‌توان از مقادیر پیش‌فرض در جدول 19-7- 2 استفاده نمود.
جدول 19-7- 2 مقادیر ضریب انعکاس سطوح خارجی و داخلی برای انجام شبیه‌سازی
| نوع سطح | ضریب انعکاس | |
| خارجی | زمین | 0/2 |
| سطوح عمودی خارجی (سایه‌اندازها) | 0/3 | |
| داخلی | دیوار و سطوح عمودی | 0/5 |
| سقف | 0/7 | |
| کف | 0/2 | |
| مبلمان | 0/5 |
- برای انجام شبیه‌سازی، باید از نرم‌افزار معتبر که دارای الگوریتم دقیق برای انجام محاسبات روشنایی است، استفاده شود. کاربر باید بتواند پارامترهای نسبتاً دقیقی را در نرم‌افزار مربوطه تعیین نماید. مهم‌ترین پارامترها و مقادیر آن‌ها برای شاخص در نظرگرفته شده مطابق جدول 19-7- 3 است که باید در داخل نرم‌افزار تعیین گردد.
جدول 19-7- 3 پارامترهای مورد استفاده در شبیه‌سازی
| پارامتر | مقدار |
| تعداد بازتاب پراکنده بین سطوح (ab) | 6 |
| تعداد اشعه‌های ساطع شده از سطوح در محاسبات (ad) | 1000 |
| عدم لحاظ تابش مستقیم (dt) | 0 |
در این روش، به منظور ارزیابی خیرگی ناشی از نور طبیعی، از شاخص DGP استفاده می‌شود. باید ارزیابی خیرگی در فضاهایی که فعالیت‌هایی نظیر خواندن، نوشتن، نگاه کردن به صفحه مانیتور و … رخ می‌دهد و امکان تغییر محل کاربر وجود ندارد انجام شود و نشان داده شود که در این فضاها در محل چشم ناظر، خیرگی آزاردهنده یا غیرقابل تحمل ایجاد نشده است. مقادیر مجاز خیرگی مطابق جدول 19-7- 4 می‌باشد. پس از انجام محاسبات خیرگی، مقدار این شاخص نباید در 5 درصد دوره زمانی در نظر گرفته‌شده از 0/45 بیشتر شود.
جدول 19-7- 4 مقادیر شاخص خیرگی (DGP)
| میزان خیرگی | مقدار DGP |
| عدم وجود خیرگی | |
| خیرگی قابل درک | |
| خیرگی آزار دهنده | |
| خیرگی غیرقابل تحمل | DGP > 0/45 |
19-7-2-3 نیاز انرژی سالانه
نیاز انرژی سالانه یک ساختمان با تعیین بیلان انرژی ساختمان به‌دست می‌آید. برای این منظور، لازم است موارد زیر، در ارتباط با نیازهای انرژی ناشی از پارامترهای مختلف، با دقت لازم، محاسبه گردد:
- انتقال حرارت ناشی از اختلاف دما در دوره‌های گرم و سرد سال،
- میزان انرژی کسب شده توسط تابش خورشید، با در نظر گرفتن فرم ساختمان، سایه‌اندازی خود ساختمان (سایهبانها، تورفتگی‌ها، شکستگی‌ها، …) و دیگر موانع مجاور، و هم‌چنین مشخصات نوری-حرارتی سطوح مختلف کدر و نورگذر و تابش سطوح گرم خارجی؛
- میزان انرژی تابیده شده به آسمان و سطوح سرد مجاور ساختمان؛
- میزان انرژی قابل دست‌یابی با سامانه‌های مختلف فعال و غیرفعال نصب‌شده روی پوسته خارجی (گلخانه خورشیدی، دیوار ترمب، …)
19-7-2-3-1 نیاز انرژی سالانه ساختمان طرح
لازم است محاسبه نیاز انرژی سالانه ساختمان طرح با رعایت اصول زیر انجام شود:
- شبیه‌سازی و انجام محاسبات عددی، با استفاده از نرم‌افزارهای مورد تأیید؛
- انتخاب فایل‌های آب وهوایی و برنامه‌های زمانی بهره‌برداری و عملکرد تجهیزات منطبق با شرایط پروژه
19-7-2-3-2 نیاز انرژی سالانه ساختمان مرجع
تعیین نیاز انرژی ساختمان مرجع نیز باید با فرایندی مشابه ساختمان طرح و با رعایت اصول زیر انجام شود:
– شبیه‌سازی و انجام محاسبات عددی، با استفاده از نرم‌افزارهای مورد تأیید استفاده شده برای تعیین مصرف انرژی ساختمان طرح، و با داده‌های مشابه در خصوص شرایط (فایل‌های) آب وهوایی و برنامه‌های زمانی بهره‌برداری و عملکرد تجهیزات.
- مشخصات هندسی کاملاً مشابه مشخصات ساختمان طرح
- داده‌های مربوط به پوسته خارجی ساختمان مطابق مقادیر ارائه‌شده در بخش 19-5-2
- داده‌های مربوط به تأسیسات مکانیکی ساختمان مطابق مقادیر ارائه‌شده در بخش 19-5-3
- داده‌های مربوط به سیستم روشنایی مصنوعی و دیگر تجهیزات برقی ساختمان مطابق مقادیر ارائه‌شده در بخش 19-5-4
- برای ساختمان مرجع، کاهش نیاز حاصل از بهره‌گیری از روشنایی طبیعی، سایبانها و سیستم‌های بر پایه انرژی‌های تجدیدپذیر ساختمان در نظر گرفته نمی‌شود.
بدیهی‌است درصورتی که هدف دست‌یابی به ساختمان‌های کم‌انرژی یا بسیار کم‌انرژی مدنظر باشد، لازم خواهد بود مقادیر مربوط به آن در شبیه‌سازی‌ها و محاسبات ملاک عمل قرار گیرد.
19-7-2-4 شرایط پذیرش نتایج محاسبات
طراحی صورت گرفته زمانی قابل قبول تلقی می‌شود که میزان نیاز انرژی سالانه محاسبه‌شده برای ساختمان طرح از مصرف انرژی ساختمان مرجع کمتر باشد.
19-7-3 تأسیسات مکانیکی
الزامات مربوط به طراحی سیستم تأسیسات مکانیکی روش نیاز انرژی مشابه الزامات روش تجویزی است (ر.ک. به بخش 19-5-3).
19-7-4 تأسیسات برقی
همانگونه که در بخش‌های قبلی مطرح شد، الزامات مربوط به تجهیزات الکتریکی و سیستم روشنایی مصنوعی روش نیاز انرژی مشابه الزامات روش تجویزی است (ر.ک. به بخش 19-5-4).
19-7-5 سیستم‌های بر پایه انرژی‌های تجدیدپذیر
برای تعیین میزان تأثیر روشنایی طبیعی و سیستم‌های بر پایه انرژی‌های تجدیدپذیر، بر روی نیاز انرژی سالانه ساختمان، لازم است اصول زیر رعایت گردد:
- در صورت استفاده از گلخانه خورشیدی، دیوار ترُمب یا دیگر سیستم‌های غیرفعال قابل استفاده در پوسته خارجی ساختمان، در مناطق با نیاز گرمایی غالب، لازم است مشخصات هندسی هر یک سیستم‌ها با دقت در مرحله تعریف ساختمان طرح در نرم‌افزار وارد شود. در ساختمان مرجع، مشخصات در نظر گرفته‌شده برای ساختمان مرجع مشابه مشخصات تعیین‌شده در روش تجویزی است.
- تأثیر سیستم‌های فتوولتاییک و آبگرمکن خورشیدی بر روی نیاز انرژی سالانه ساختمان، به‌صورت مجزا، با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی مورد تأیید محاسبه می‌شود، و پس از لحاظ کردن بازده هر یک از سیستم‌ها، از نیاز انرژی سالانه ساختمان طرح کاسته می‌شود.
- در روش نیاز انرژی ساختمان، امکان لحاظ کردن تأثیر سیستم‌های بازیافت، ذخیره‌سازی، و زمین‌گرمایی بر میزان نیاز انرژی سالانه فراهم نمی‌باشد. در صورت کاربرد این نوع سیستم‌ها، باید از روش کارایی انرژی ساختمان استفاده شود.
