مدلی برای تعیین توزیع جغرافیایی پتانسیل های صرفه جویی در حرارت در انبار ساختمان دانمارک

چکیده

از زمان بحران جهانی نفت در دهه 1970، دانمارک با بهبود مستمر بهره وری انرژی و صرفه جویی در انرژی، مسیری را به سوی استقلال انرژی دنبال کرده است. بهره وری انرژی عمدتاً با معرفی تعداد زیادی نیروگاه حرارتی و نیروگاهی ترکیبی در سیستم حل شد، در حالی که صرفه جویی در انرژی عمدتاً با اجرای اقدامات صرفه جویی در گرما انجام شد. امروزه، با هدف 100% انرژی های تجدیدپذیر در بخش برق و گرما تا سال 2035، کاهش تقاضای انرژی برای گرمایش فضا و تهیه آب گرم خانگی در راس دستور کار دانمارک باقی مانده است. یک مدل بسیار دقیق برای تعیین تقاضای گرما، صرفه جویی در حرارت احتمالی و هزینه های مرتبط در انبار ساختمان دانمارک ارائه شده است. هر دو نوسازی برنامه ریزی شده و صرفه جویی در انرژی تا سال 2030 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. اطلس حرارتی بسیار دقیق مبتنی بر GIS برای دانمارک به عنوان محفظه ای برای ذخیره داده های مربوط به خواص فیزیکی برای 2.5 میلیون ساختمان در دانمارک استفاده می شود. در نتیجه، نتایج تجزیه و تحلیل را می توان در یک سطح ساختمان نشان داد. با این فرض که ساختمان هایی که بیشترین صرفه جویی در گرما را دارند ابتدا نوسازی می شوند، پیامدهای صرفه جویی در گرما برای اقتصاد و سیستم انرژی کمی سازی شده و به لحاظ جغرافیایی ارجاع داده شده است. احتمالات برای بهبود بیشتر مدل و کاربرد در سایر مناطق جغرافیایی مورد بحث قرار گرفته است. با این فرض که ساختمان هایی که بیشترین صرفه جویی در گرما را دارند ابتدا نوسازی می شوند، پیامدهای صرفه جویی در گرما برای اقتصاد و سیستم انرژی کمی سازی شده و به لحاظ جغرافیایی ارجاع داده شده است. احتمالات برای بهبود بیشتر مدل و کاربرد در سایر مناطق جغرافیایی مورد بحث قرار گرفته است. با این فرض که ساختمان هایی که بیشترین صرفه جویی در گرما را دارند ابتدا نوسازی می شوند، پیامدهای صرفه جویی در گرما برای اقتصاد و سیستم انرژی کمی سازی شده و به لحاظ جغرافیایی ارجاع داده شده است. احتمالات برای بهبود بیشتر مدل و کاربرد در سایر مناطق جغرافیایی مورد بحث قرار گرفته است.

کلید واژه ها:

تقاضای گرما ؛ صرفه جویی در گرما ؛ GIS ; حفظ انرژی ؛ اطلس گرما

1. مقدمه

سیستم انرژی دانمارکی را می‌توان انعطاف‌پذیر، بسیار کارآمد، با مقدار زیادی انرژی‌های تجدیدپذیر و تقریباً خودکفا دانست. با این حال، برای به دست آوردن یک دید کلی از سیستم انرژی دانمارک، باید آن را از نقطه نظر تاریخی دید و باید در چارچوب یک گذار بی وقفه به سمت یک سیستم انرژی 100٪ تجدید پذیر قرار داد.

قبل از اولین بحران جهانی نفت در سال 1973، دانمارک تقریباً به طور کامل به نفت وارداتی وابسته بود. در آن زمان، نفت مسئول 92 درصد کل مصرف انرژی اولیه بود. بخش بزرگی از بخش حمل و نقل و گرمایش منازل مسکونی مبتنی بر نفت بود، در حالی که در آن زمان سهم نفت در تولید برق نزدیک به 78 درصد بود. بقیه برق از زغال سنگ تولید می شد [ 1]. دانمارک وزارت انرژی برای ایجاد استراتژی‌های برنامه‌ریزی میان‌مدت و بلندمدت نداشت، بنابراین «برنامه‌ریزی انرژی» مبتنی بر تحلیل تقاضای تاریخی برای انرژی بود، بدون اینکه تلاشی برای «قرار دادن محدودیت» بر افزایش تقاضا باشد. اعلام تحریم نفتی توسط کشورهای عربی صادرکننده نفت به اقتصاد دانمارک در آن زمان آسیب زد، اما در عین حال نشان دهنده آغاز برنامه ریزی انرژی نیز بود.

صرفه جویی در گرما در ساختمان (اگر به طور دیگری مشخص نشده باشد، اصطلاح ساختمان به طور کلی به کار می رود و به هر نوع ساختمانی اشاره دارد که نیاز به انرژی برای گرمایش و تهیه آب گرم داشته باشد، بدون توجه به اندازه، تعداد طبقات یا کاربری) به عنوان بخشی از استراتژی انرژی دانمارک در اولین بیانیه سیاست اصلی منتشر شده توسط وزارت بازرگانی در سال 1976 معرفی شد. این استراتژی دو جهت اصلی را برای مبارزه با وابستگی به نفت وارداتی بازده انرژی و حفظ انرژی اعلام کرده بود. برنامه های بهبود بهره وری انرژی شامل تبدیل نیروگاه های موجود به CHP (ترکیبی حرارت و برق) و نصب فن آوری های گرمایش منطقه ای بود. برنامه های صرفه جویی در انرژی عمدتا بر اساس صرفه جویی در گرما در بخش ساختمان بود. موضوع داغ وابستگی به سوخت وارداتی با معرفی زغال سنگ، گاز طبیعی، انرژی هسته ای و انرژی های تجدیدپذیر به عنوان جایگزین انرژی اولیه برای نفت وارداتی مورد بررسی قرار گرفت. بلافاصله پس از آن، انرژی هسته ای در دانمارک از دستور کار خارج شد و اجماع جامعه در مورد این موضوع تا زمان حاضر حفظ شده است.

از دیدگاه فعلی، سیستم انرژی دانمارک با موفقیت از یک سیستم ناکارآمد مبتنی بر نفت به یک سیستم انرژی کارآمد مبتنی بر انرژی های تجدید پذیر تبدیل شده است. انتقال هنوز ادامه دارد، زیرا دانمارک به سمت یک سیستم انرژی تجدیدپذیر 100٪ تا سال 2050 می رود، که یک اجماع جامعه به طور گسترده در دانمارک پذیرفته شده است. اگر بخش ساختمان به عنوان یک سیستم جداگانه تحلیل شود، لوند [ 2] به یک نتیجه خارق‌العاده اشاره می‌کند: حتی با وجود افزایش بیش از 50 درصدی سطح گرمایش در ساختمان‌ها در طول چهار دهه گذشته، کل تقاضای گرما 27 درصد کاهش یافته است. در سال 2011، مصرف نهایی انرژی برای گرمایش فضا حدود 202 PJ بود که معادل یک چهارم کل مصرف انرژی در دانمارک است. بنابراین، هنوز جا برای کاهش تقاضای انرژی برای گرمایش فضا و آماده سازی آب گرم خانگی وجود دارد. در تئوری، تقریباً از کل مصرف انرژی برای گرمایش فضا می توان اجتناب کرد. به طور طبیعی، هزینه های بسیار بالای عایق کاری چنین ساختمان هایی، کاربرد این راه حل ها را در تئوری محدود می کند. نتایج تحلیل جامع ارائه شده در [ 3] نشان می دهد که کاهش تقاضای انرژی برای گرمایش فضا تا 30 درصد در 15 سال آینده و 80 درصد تا سال 2050 از نظر اقتصادی امکان پذیر است. تقاضای آب نشان می دهد که تا چه حد می توان با ساختمان های جدید پیش رفت. با توجه به سهم بالای گرمایش منطقه ای در دانمارک، که حدود 60 درصد از نیازهای گرمایشی دانمارک را پوشش می دهد، یکی از جنبه های مهم هر اقدام تغییر سیستم، توانایی آن در کار در کنار گرمایش منطقه ای است. چندین مطالعه [ 5 ، 6 ، 7 Ijgi 03 00143 i017

] به این نتیجه رسیده اند که صرفه جویی در گرما در انبار ساختمان با گرمایش منطقه ای، امروز و همچنین در سیستم انرژی های تجدیدپذیر آینده که سهم گرمایش منطقه ای حتی بیشتر افزایش می یابد، به خوبی کار خواهد کرد. تقاضای گرمای کمتر در ساختمان‌ها، معرفی نسل چهارم فن‌آوری‌های گرمایش منطقه‌ای با دمای عرضه و برگشت پایین‌تر را ممکن می‌سازد، در نتیجه ضرر عمده تلفات انتقال گرمایش منطقه‌ای را کاهش می‌دهد.

تلاش دانمارک به سمت یک سیستم انرژی تجدیدپذیر 100% را می توان به عنوان بخشی از یک گرایش عمومی اروپایی برای توسعه به سمت آینده ای امن تر و کارآمدتر از نظر انرژی، کم انتشار و انرژی تجدید پذیر دانست. در سال 2009، دانمارک به عنوان حامی آینده مشترک، در میان کشورهای عضو اتحادیه اروپا بود که اهداف میان مدت را در زمینه انرژی های تجدیدپذیر، بهره وری انرژی و کاهش انتشار (که معمولاً به عنوان اهداف 20-20-20 اتحادیه اروپا شناخته می شود) اتخاذ کرد:

تا سال 2020 انتشار گازهای گلخانه ای را 20 درصد نسبت به سال 1990 کاهش دهید.
تا سال 2020، 20 درصد از نیاز نهایی انرژی اتحادیه اروپا باید توسط انرژی های تجدیدپذیر مانند باد، خورشید، امواج و زیست توده پوشش داده شود. دانمارک با اهداف انرژی تجدیدپذیر خود از این هم فراتر رفت و هدف سال 2020 را برای سهم انرژی تجدیدپذیر از تقاضای نهایی انرژی تا 30 درصد تعیین کرد.
با بهبود بهره وری انرژی در کل زنجیره تولید-انتقال-توزیع-استفاده نهایی در مقایسه با سناریوی کسب و کار معمول، 20 درصد مصرف کل انرژی را کاهش دهید [ 8 ].

اهداف مقاله حاضر عبارتند از:

شناسایی پتانسیل ها و هزینه های مرتبط با صرفه جویی در گرما در انبار ساختمان دانمارک و ارزیابی اثرات آن بر سیستم انرژی و محیط زیست.
قرار دادن اثرات صرفه جویی در گرما بر اقتصاد و سیستم انرژی در یک زمینه فضایی.

2. روش شناسی و ابزار

برای رسیدن به هدف اول مقاله حاضر، مدلی بر اساس خصوصیات فیزیکی ساختمان ها ایجاد شده است. ساختمان ها به منظور نشان دادن تغییرات مختلف ویژگی های فیزیکی در انبار ساختمان به گروه هایی تقسیم می شوند. تقاضای گرما در سطح ماهانه با استفاده از معادلات فیزیکی ساده محاسبه شد و برای بدست آوردن تقاضای سالانه جمع شد. مراحل مختلف اقدامات صرفه جویی در گرما (در مقاله حاضر، به نام “سطوح”) انتخاب شده است، و صرفه جویی در انرژی و هزینه های مرتبط شناسایی شده است. این نتایج به منحنی های هزینه نهایی ترجمه شده است. برای اینکه بتوان این هزینه ها را با هزینه های روش های فعلی تامین گرما مقایسه کرد، هزینه های اقدامات صرفه جویی در گرما در طول عمر مربوطه با استفاده از نرخ تنزیل اقتصادی-اجتماعی تنزیل شده است.

برای رسیدن به هدف دوم مقاله، اطلس حرارتی دانمارکی [ 9 ] به عنوان ستون فقرات استفاده شد. از آنجایی که نتایج مدل در یک پایگاه داده مایکروسافت اکسس در یک سطح ساختمان محاسبه شده است، مختصات فضایی ساختمان ها برای نمایش مکانی نتایج به دست آمده در نرم افزار ArcMap 10.1 استفاده شده است. یک سناریوی منطقی اقتصادی در مورد نوسازی ساختمان ها فرض شده است و از پیامدهای آن برای ارائه تغییرات مکانی و زمانی در یک بافت جغرافیایی استفاده شده است.

اطلس گرما برای دانمارک به زودی در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد، در حالی که شرح مفصلی از مدل صرفه جویی در گرما در بخش های بعدی ارائه خواهد شد.

اطلس گرمای دانمارک

اطلس گرما برای دانمارک در دانشگاه آلبورگ توسعه داده شده است و در مطالعات متعدد مورد استفاده قرار گرفته است (مگر اینکه در غیر این صورت مشخص شده باشد، اطلس گرمای دانمارک در سراسر این مقاله به این نسخه از اطلس گرما اشاره دارد) [ 5 ، 6 ، 7 ، 10 ]. این شامل اطلاعات مرجع فضایی در مورد انبار ساختمان دانمارکی است، از جمله اطلاعات مربوط به سن، مساحت، استفاده، نصب و سوخت مورد استفاده برای گرمایش، وضعیت حفظ و غیره.همچنین شامل تقاضای گرمای محاسبه شده و هزینه های سطوح مختلف صرفه جویی در حرارت است. تحقیق ارائه شده در مقاله حاضر از اطلس گرمای دانمارکی به عنوان منبع داده در مورد سهام ساختمان استفاده می کند. با این حال، نیاز انرژی محاسبه شده برای گرمایش و آماده سازی آب گرم خانگی و هزینه های صرفه جویی در گرما موجود در اطلس گرما استفاده نمی شود. در عوض، یک مدل دقیق ایجاد شده و به طور کامل در بخش‌های بعدی توضیح داده می‌شود.

3. مدل صرفه جویی در گرما

برای تجزیه و تحلیل تقاضای گرما برای گرمایش فضا و آماده سازی آب گرم خانگی در انبار ساختمان دانمارک، یک مدل ثابت بر اساس محاسبات ماهانه تلفات گرما و افزایش گرما توسعه داده شده است. ساختمان ها بر اساس سن و کاربری به منظور در نظر گرفتن تغییرات در خواص فیزیکی موجودی ساختمان گروه بندی می شوند. این مدل به مقدار زیادی داده ورودی بر روی متغیرهای فیزیکی، مانند مساحت عناصر ساختمان (دیوارها، سقف، کف، پنجره‌ها)، همراه با ویژگی‌های حرارتی (u-value)، دمای داخلی، نرخ تهویه، دمای خارجی و غیره نیاز دارد. .

اقدامات مختلف صرفه جویی در گرما در نظر گرفته شده است، و برای هر یک از آنها، تقاضای گرمای جدیدی محاسبه می شود. صرفه جویی در گرما به عنوان تفاوت بین تقاضای گرما قبل و بعد از اقدامات انجام شده تعریف می شود. مقادیر تجربی به دست آمده از مرور ادبیات برای محاسبه هزینه های این اقدامات استفاده شده است.

نتایج حاصل از مدل به دو صورت فضایی و گرافیکی ارائه شده است. این کار به منظور تأکید بر دوگانگی بین نتایج ارائه شده بر روی نقشه و نتایج ارائه شده در نمودارها انجام می شود. هر نقطه روی نقشه می تواند به طور منحصر به فرد به نمودار منتقل شود و بالعکس ، هر نقطه روی نمودار منشاء فضایی خود را دارد.

3.1. گروه بندی ساختمان ها

به منظور مدل سازی تقاضای گرمای موجود در ساختمان دانمارکی، ساختمان ها بر اساس دوره ساخت و ساز متداول به 9 گروه، پنج گروه بر اساس کاربری مشترک و هشت گروه بر اساس یک منطقه دمایی مشترک گروه بندی شده اند که در مجموع 360 گروه ساختمان را به دست می دهد. همانطور که در جدول 1 و جدول 2 و شکل 1 ارائه شده است. کدهای ساختمان نشان داده شده در جدول 2نشان دهنده روشی است که ثبت ساختمان ها و مسکن های دانمارکی (BBR) ساختمان ها را بر اساس کاربری رایج طبقه بندی می کند. دلیل اصلی تقسیم‌بندی ساختمان‌ها به این روش در دسترس بودن داده‌ها است، زیرا این روشی است که ساختمان‌ها در گزارش‌های تهیه‌شده توسط موسسه تحقیقات ساختمان‌های دانمارکی (SBi) گروه‌بندی می‌شوند، که اغلب به عنوان منبع اصلی داده‌ها در مورد ویژگی‌های فیزیکی استفاده می‌شود. از ساختمان ها این مقادیر در طول فروش و اجاره ساختمان‌های موجود جمع‌آوری شده و با استفاده از داده‌های BBR و آمار دانمارکی برای مطابقت با پنج گروه ارائه‌شده در جدول 2 برون‌یابی شده‌اند.. با گروه بندی ساختمان ها در این پنج گروه، این تجزیه و تحلیل شامل حدود 68٪ از کل ساختمان ها، 64٪ از کل مساحت ساختمان، اما 84٪ از تقاضای گرما در دانمارک، بر اساس مقادیر اطلس گرمای دانمارک است. تقاضای گرمایی موجود در اطلس گرمایی دانمارک قبلاً طبق [ 11 ، 12 ] محاسبه شده و با مقایسه آن با آمار انرژی دانمارکی تأیید شده است.

جدول 1. گروه بندی سهام ساختمان دانمارکی بر اساس دوره ساخت رایج.

جدول 2. گروه بندی سهام ساختمان دانمارکی بر اساس کاربری رایج.

شکل 1. مناطق دما در دانمارک [ 13 ].

3.2. تقاضای گرما در ساختمان ها

تقاضای گرما در یک ساختمان واحد بر اساس [ 14 ] است و به صورت زیر محاسبه می شود:

_گرمای Q ( c، u، t ) = Q _tr ( c، u، t ) + Q _vent ( c، u، t ) – Q _افزودن ( c، u ) + Q _DHW ( c، u )

(1)

که در آن نمادهای استفاده شده دارای معانی زیر هستند.

_گرمای Q ( c,u,t ): تقاضای خالص گرما در ساختمانی که متعلق به دوره ساخت c ، گروه کاربری u و گروه ناحیه دما t است.

Q _tr ( c, u, t ): تلفات انتقال از طریق پوشش ساختمان.

_دریچه Q ( c,u,t ): تلفات تهویه.

Q _DHW ( c,u ): تقاضای گرما برای تهیه آب گرم خانگی.

Q _افزودن ( c,u ): گرمای دریافتی از تابش خورشید، گرمای بدن انسان و گرمای اضافی از وسایل الکتریکی.

تلفات انتقال از طریق پوشش ساختمان به صورت زیر محاسبه می شود:

(2)

که در آن علائم استفاده شده به معنای زیر است.

u _elem ( c, u, t ): u -مقدار یک عنصر خاص از پوشش ساختمان (دیوار، کف، سقف، پنجره).

A : منطقه گرم شده یک ساختمان خاص.

t _ind ( c,u ): دمای داخل ساختمان; مقادیر بر اساس [ 15 ] است.

k ₂₄ = 0.024: ضریب ضرب در 24 ساعت در روز و تقسیم بر 1000، به طوری که Q _tr بر حسب کیلووات ساعت بیان می شود.

: ضریب کاهش به دلیل احتمال متفاوت بودن دمای ضلع خارجی المان پوشش ساختمان با دمای بیرون. مقدار 0.7 برای کف و یک مقدار برای دیوارها، سقف ها و پنجره ها در نظر گرفته می شود. مقادیر عددی بر اساس [ 16 ] است.

f _elem ( c,u ): نسبت بین مساحت یک عنصر ساختمانی خاص و ناحیه گرم شده ساختمان. بر اساس ساختمان های نمونه از [ 17 ] محاسبه شده است.

t _out,m ( t ): میانگین دمای فضای باز بر حسب ماه، m و منطقه دما t. مقادیر بر اساس [ 13 ] برای هشت منطقه دمایی در دانمارک است.

d _m : تعداد روزهای گرمایش بر حسب ماه، m. فرض بر این است که گرمایش از سپتامبر تا مه ارائه می شود، همانطور که در جدول 3 آمده است.

جدول 3. تعداد روزهای گرمایش در ماه.

تلفات تهویه ساختمان ها به صورت زیر محاسبه می شود:

(3)

که در آن نمادهای استفاده شده به معنای زیر هستند.

ƞ( c,u ): راندمان بازیابی گرما. تهویه طبیعی یا تهویه بدون بازیابی گرما همانطور که در [ 17 ] بیان شد فرض می شود. مقادیر مشابهی برای بازده بازیافت گرما برای ساختمانهای چند طبقه و اداری/عمومی در نظر گرفته شده است.

: چگالی هوای داخل ساختمان.

: ظرفیت حرارتی هوای داخل ساختمان.

: میزان جریان هوا.

n ( c,u ): نرخ تبادل هوا. مقادیر عددی بر اساس [ 15 ] است.

H ( u ): ارتفاع متوسط اتاق. مقادیر عددی بر اساس [ 15 ] است.

سایر نمادهای استفاده شده در معادله (3) در بالا توضیح داده شده است.

گرمای حاصل از تشعشعات خورشیدی، گرمای بدن انسان و گرمای تلف شده از وسایل برقی به صورت زیر محاسبه می شود:

(4)

که در آن علائم استفاده شده به معنای زیر است

Q _int , Q _sol : به ترتیب افزایش حرارت داخلی (از گرمای بدن انسان و وسایل الکتریکی) و افزایش حرارت خورشیدی.

: گرمای حاصل از بدن انسان و گرمای هدر رفته از وسایل برقی. همین مقدار برای ساختمان های مسکونی و اداری/عمومی در نظر گرفته شده است. مقادیر از [ 14 ] گرفته شده است.

ƞ _h : ضریب استفاده از افزایش حرارت. بر اساس یک نمودار از [ 18 ].

p _sol : تابش خورشید در هر سطح از پنجره ها. برای محاسبات ارائه شده در مقاله فعلی، مقادیر متوسط برای تمام جهت گیری های پنجره ها از [ 14 ] محاسبه می شود.

F _s : ضریب کاهش ناشی از اثرات سایه بر اساس [ 18 ].

F _a : ضریب کاهش به دلیل کمتر بودن کل سطح شیشه از کل سطح پنجره، بر اساس [ 18 ].

F _g : ضریب کاهش ناشی از گذردهی خورشیدی پنجره ها، بر اساس [ 18 ].

همه عوامل دیگر قبلاً استفاده شده و قبلاً توضیح داده شده است.

تقاضای گرما برای آب گرم خانگی به شرح زیر محاسبه می شود:

برای ساختمان های اداری/عمومی:

(5a)
برای ساختمان های مسکونی:

(5b)

که در آن Q و Q به ترتیب نشان‌دهنده نیاز انرژی برای آب گرم در ساختمان‌های اداری/عمومی و مسکونی است . مصرف گرما برای آب گرم در واحد منطقه گرم شده در ساختمان های اداری/عمومی است، در حالی که q نشان دهنده مصرف گرما برای آب گرم خانگی در هر آپارتمان در ساختمان های مسکونی است. r ( c , u Ijgi 03 00143 i024 Ijgi 03 00143 i023 ) میانگین مساحت خانوارهای گروه کاربری u را نشان می دهد که در دوره زمانی c ساخته شده است. به عنوان نسبتی بین تعداد کل خانوارهای یک نوع خاص و کل مساحت گرمایش ساختمان های همان نوع محاسبه می شود. تعداد کل خانوارهای یک گروه کاربری خاص و دوره ساخت و ساز از آمار دانمارکی به دست می آید، در حالی که کل مساحت گرم شده ساختمان های یک نوع خاص از [ 19 ] گرفته شده است. مانند قبل، A نشان دهنده منطقه گرم شده یک ساختمان است.

دلیل استفاده از روش‌های مختلف محاسبه Q و Q در معادلات (5a) و (5b) این است که q ( c ) در هر سال محاسبه می‌شود، در حالی که q ( c, u ) در هر سال محاسبه می‌شود و قصد این بود که ارائه هر دو در هر سال هر دو q ( c، u ) و q ( c ) بر اساس اندازه‌گیری‌های واقعی منتشر شده در [ 20 ، 21 ] هستند. Ijgi 03 00143 i024

تقاضای انرژی محاسبه‌شده برای گرمایش فضا و آب گرم خانگی با داده‌های آمار انرژی دانمارکی و داده‌هایی که قبلاً در اطلس گرمای دانمارک قبل از محاسبه موجود بود، مقایسه شده است. مشاهده شده است که عدم تطابق بین نیازهای حرارتی کل به 0.2 درصد می رسد، در حالی که عدم تطابق در پنج گروه ساختمانی ارائه شده در جدول 2 در مورد خانه های غیر مجزا به 25.2 درصد می رسد. مقایسه فقط برای ساختمان های موجود در محاسبه انجام می شود. نتایج مقایسه در جدول 4 ارائه شده است. در مقایسه با آمار انرژی دانمارک، این تجزیه و تحلیل نشان می دهد که ساختمان های تجزیه و تحلیل شده 78 درصد از تقاضای گرما در دانمارک را تشکیل می دهند.

جدول 4. مقایسه بین تقاضای گرمای محاسبه شده و تقاضای گرمایی که قبلاً در اطلس حرارتی دانمارک وجود داشت.

3.3. صرفه جویی در گرما

پس از تعیین نیاز انرژی برای گرمایش فضا و آب گرم خانگی، گام بعدی تعیین امکان کاهش مصرف انرژی است. در تئوری، کاهش تقاضای گرما تقریباً به صفر امکان پذیر است، اما واضح است که این امر از نظر اقتصادی قابل توجیه نیست. بنابراین، فهرستی از اقدامات صرفه جویی در گرما تهیه می شود و صرفه جویی در حرارت و هزینه های مربوطه برای هر یک از این اقدامات محاسبه می شود. فهرست کامل اقدامات صرفه جویی در گرما در جدول 5 ارائه شده است .

صرفه جویی در حرارت به طور جداگانه برای تمام عناصر و تمام سطوح فهرست شده در جدول 5 با استفاده از معادلات زیر محاسبه می شود:

معادله (1) برای دیوارهای خارجی، کف و سقف به صورت زیر است:

(6)

جدول 5. شرح اقدامات مختلف صرفه جویی در گرما

صرفه جویی در گرما در این عناصر با افزودن عایق اضافی حاصل می شود و در نتیجه مقدار U کمتر عنصر خاص می شود. رابطه غیر خطی بین ضخامت عایق در دیوارها، کف ها و سقف ها و مقادیر U آنها از [ 22 ، 23 ] گرفته شده است. فرض بر این است که در ساختمانهایی که قبلاً دمای داخلی آنها t _{ind، قدیمی} = 19 درجه سانتیگراد بود، دمای داخل به t _{ind، جدید} = 20 درجه سانتیگراد افزایش یافته بود و بنابراین، اثرات صرفه جویی در گرما را کاهش داد اما راحتی زندگی را افزایش داد. . برای ساختمان هایی با مقادیر بالاتر برای t _{ind، قدیمی} از 19 درجه سانتیگراد، هیچ تغییری در دمای داخلی در نظر گرفته نمی شود.

معادله (2) برای ویندوز:

(7)

صرفه جویی در گرما در پنجره ها با نصب پنجره هایی با مقدار u کمتر حاصل می شود. مانند قبل، افزایش دمای داخلی از 19 درجه سانتیگراد به 20 درجه سانتیگراد فرض می شود، در حالی که فرض می شود در ساختمانهایی با دمای داخلی بیشتر یا مساوی 20 درجه سانتیگراد قبل از بازسازی، تغییری در دمای داخلی وجود ندارد. تأثیر نصب پنجره های جدید بر بهره های خورشیدی از طریق تغییر فاکتورهای F _a و F _g تأیید می شود. تغییر ضریب F _a نشان دهنده تغییر سطح شیشه نسبت به سطح پنجره است، در حالی که عامل F _g(مرتبط نزدیک با مقدار g پنجره) نشان دهنده تغییر در ضریب عبور خورشیدی پنجره ها هنگام تغییر به پنجره های کارآمدتر انرژی است.

معادله (3) برای سیستم های تهویه عبارت است از:

(8)

کاهش تلفات تهویه با نصب سیستم های تهویه مکانیکی با بازیابی حرارت حاصل می شود. راندمان بازیابی حرارت 0.9 برای تمام سیستم های تهویه تازه نصب شده در نظر گرفته شده است. افزایش دمای داخلی از 19 درجه سانتیگراد به 20 درجه سانتیگراد در مورد سیستم های تهویه مکانیکی نیز در نظر گرفته شده است. جدا از کاهش مصرف انرژی برای گرمایش هوا، نصب سیستم تهویه مکانیکی می تواند به بهبود کیفیت هوا کمک کند.

معادله (4) برای لوله های آب گرم خانگی به صورت زیر است:

(9a)

(9b)

که در آن p _o (%) و p _r (%) به ترتیب نشان دهنده درصد لوله های عایق شده در ساختمان های اداری/عمومی و مسکونی است. در محاسبات صرفه جویی حرارتی ارائه شده در این مقاله، درصد 20 درصد برای انواع ساختمان ها در نظر گرفته شده است. این درصد به عنوان یک درصد محافظه کارانه اعمال می شود و باید برای لوله های آب گرم غیر قابل دسترس در ساختمان ها باشد. l ^o ( c,u ) و l ^r ( c,u ) میانگین طول لوله ها در هر منطقه گرم شده ساختمان هستند که به گروه کاربری u تعلق دارند و در دوره ساخت c ساخته شده اند . این مقادیر نشان دهنده میانگین های محاسبه شده بر اساس [ 20 ، 21 است]. نشان دهنده صرفه جویی در انرژی به ازای هر طول لوله عایق شده، بسته به ضخامت عایق است. مفروضات [ 17 ] اعمال شده است. Ijgi 03 00143 i018

همانطور که به طور کامل در [ 20]، مصرف انرژی برای آب گرم خانگی نشان دهنده درصد بالایی از کل مصرف انرژی در ساختمان های مسکونی در دانمارک است: حدود 50 TJ از مجموع 200 TJ. حدود 10 درصد از مصرف ناخالص انرژی برای آب گرم خانگی، تلفات در مخازن آب گرم، 40 درصد تلفات در گردش است، در حالی که مصرف خالص تنها 50 درصد را نشان می دهد. اگرچه این محاسبه نشان می‌دهد که عایق‌سازی لوله‌های آب گرم راه‌حلی ارزان‌قیمت است، اما مقدار کل انرژی که می‌توان با این معیار صرفه‌جویی کرد، به نظر می‌رسد نسبتاً کم است، زیرا از ساختمانی به ساختمان دیگر تغییر می‌کند، اما از 5 درصد انرژی تجاوز نمی‌کند. نیاز کل انرژی برای آب گرم توقف گردش آب در طول شب یا کاهش طول لوله های در گردش تاثیر بیشتری در کاهش این تلفات دارد. اما این اثرات از نقطه نظر سیستم غیرممکن است. از سوی دیگر، به نظر می رسد گرمایش خورشیدی یک راه حل امیدوارکننده برای گرمایش تکمیلی آب گرم باشد و تجزیه و تحلیل این گزینه برای کاهش مصرف انرژی همچنان موضوعی باز برای تحقیقات بیشتر است. علاوه بر این، عملکرد مجموعه ابزار تابش خورشیدی در ArcGIS 10.1 می تواند به طور کامل برای منافع این تحلیل مورد استفاده قرار گیرد.

3.4. هزینه های صرفه جویی در گرما

یک سوال منطقی که از نتایج محاسبات صرفه جویی در گرما به دست می آید این است که “هزینه آن چقدر است؟” همانطور که قبلا ذکر شد، از نظر تئوری می توان تقاضای گرما برای گرمایش فضا را تقریباً به صفر کاهش داد، اما تنها در صورتی که جنبه های اقتصادی در نظر گرفته نشود. به منظور ارزیابی اقتصادی اقدامات صرفه جویی در گرما، هزینه های نهایی و کامل محاسبه می شود. زمانی که یک نوسازی برنامه‌ریزی شده انجام می‌شود، هزینه‌های نهایی هزینه‌های اضافی را در نظر می‌گیرند، در حالی که هزینه‌های کامل زمانی که بازسازی فقط به خاطر صرفه‌جویی در انرژی انجام می‌شود، هزینه‌ها را در نظر می‌گیرد. به دلیل الزام قانونی برای دستیابی به استانداردهای بالای بهره وری انرژی هنگام بازسازی ساختمان ها در دانمارک، هزینه های نهایی کمتر از هزینه های کامل است. به عنوان یک مثال جدی، هزینه های حاشیه ای تعویض پنجره ها تا سطح 1 صفر در نظر گرفته می شود. همانطور که به هر حال زمانی که یک نوسازی برنامه ریزی شده انجام می شود، انجام می شود. مقادیر عددی اختصاص داده شده به هزینه نهایی و کامل برای دیوارها، کف و سقف بر اساس [24 ، 25 ]، برای پنجره های [ 16 ، 24 ]، برای سیستم های تهویه مکانیکی با بازیابی حرارت در [ 25 ] و برای عایق کاری لوله های آب گرم در [ 16 ]. این مقادیر در جدول 6 گروه بندی و ارائه شده اند.

جدول 6. هزینه های نهایی و کامل اقدامات مختلف صرفه جویی در گرما.

به منظور ارزیابی پتانسیل اقتصادی امکان پذیر که از نقطه نظر سیستم مشاهده می شود، هزینه های اقدامات صرفه جویی در گرما در طول عمر هر اندازه گیری تخفیف داده شده است. چهل سال به عنوان طول عمر دیوارها، کف ها و سقف ها و 30 سال به عنوان طول عمر پنجره ها، سیستم های تهویه و عایق لوله های آب گرم در نظر گرفته شده است. همانطور که در [ 26 ] بیان شد، نرخ تنزیل اجتماعی-اقتصادی 4% در نظر گرفته شده است . نرخ بهره کمتر [ 27 ، 28 ، 29 ] و طول عمر بیشتر [ 3 ] عناصر را می توان در ادبیات پیدا کرد، که باعث می شود پتانسیل اقتصادی امکان پذیر بیشتر شود.

هزینه‌های نهایی و کامل تنزیل‌شده سالانه برای تمام ساختمان‌های موجود در این تحلیل و برای تمام دوازده گزینه صرفه‌جویی در گرما ارائه‌شده در جدول 5 ، با اعمال معادله زیر محاسبه شده است:

(10)

که در آن علائم استفاده شده به معنای زیر است.

IC : هزینه های سرمایه گذاری محاسبه شده با استفاده از مقادیر جدول 6 .

AC : هزینه سالانه تنزیل شده یک اقدام صرفه جویی در گرما.

CRF : عامل بازیابی سرمایه.

من : نرخ بهره

N : طول عمر عنصر پوشش ساختمان.

4. نتایج تجزیه و تحلیل

پس از اعمال رابطه (10) بر روی هزینه های نهایی و کامل هر سطح از هر معیار صرفه جویی حرارتی هر ساختمانی که در آنالیز گنجانده شده است، هزینه های نهایی و سالانه کامل اقدامات صرفه جویی در گرما به دست می آید.

شکل 2. پتانسیل های تجمعی و هزینه های نهایی اقدامات مختلف صرفه جویی در حرارت.

از دانستن قیمت تخفیف شده اقدامات صرفه جویی در گرما (در ) برای همه ساختمان ها، گام بعدی در تجزیه و تحلیل، پاسخ به این سوال است که “پتانسیل صرفه جویی در گرما چقدر است؟”. به منظور ارائه پاسخ به این سوال، منحنی های هزینه نهایی ایجاد شده است ( مهم است که بین منحنی هزینه های نهایی و هزینه های حاشیه ای تمایز قائل شویم. منحنی های هزینه نهایی، هزینه های صرفه جویی را در کنار واحد انرژی نشان می دهند، در حالی که منحنی هزینه های حاشیه ای را نشان می دهد. هزینه ها نشان دهنده هزینه های اقدامات صرفه جویی در گرما در هنگام انجام نوسازی برنامه ریزی شده است). برای هر سطح صرفه جویی حرارتی هر عنصر در تمام ساختمان های موجود در تجزیه و تحلیل، هزینه ها از کمترین به گران ترین طبقه بندی شده اند. این منحنی ها در شکل 2 و شکل 3 ارائه شده است Ijgi 03 00143 i022

. منحنی هایی که پتانسیل ها و هزینه های صرفه جویی انرژی در آب گرم خانگی را نشان می دهند، به دلیل پتانسیل کوچک (0.1 TWh) در شکل 2 و شکل 3 ارائه نشده اند، حتی اگر هزینه های متوسطی را نشان دهند (حدود 1 DKK به ازای هر کیلووات ساعت ذخیره شده). پس از انتخاب تنها سودآورترین (کمترین مقدار پولی که برای صرفه جویی در 1 کیلووات ساعت گرما لازم است) اندازه گیری صرفه جویی در گرما برای هر عنصر در همه ساختمان ها، منحنی های شکل 4به دست آمده. این تجزیه و تحلیل این امکان را فراهم می کند که در یک عنصر در یک ساختمان، یک سطح از صرفه جویی سودآورتر به نظر می رسد زمانی که یک نوسازی برنامه ریزی شده انجام می شود، در حالی که سطح دیگری سودآورتر به نظر می رسد زمانی که بازسازی صرفاً به منظور صرفه جویی در انرژی انجام می شود. به عنوان مثال، اگر هزینه های نهایی محاسبه شود، ممکن است افزودن 100 میلی متر عایق روی دیوارها (سطح 1) به عنوان راه حل بهینه ظاهر شود و اگر هزینه های کامل در نظر گرفته شود 300 میلی متر است. در نتیجه، کل پتانسیل زمانی که نوسازی برای مقاصد صرفه جویی در انرژی در نظر گرفته می شود، 12 درصد بیشتر از مورد نوسازی برنامه ریزی شده است، همانطور که در شکل 4 ارائه شده است.

شکل 3. پتانسیل های تجمعی و هزینه های کامل اقدامات مختلف صرفه جویی در حرارت.

شکل 4. پتانسیل های تجمعی و هزینه های نهایی و کامل صرفه جویی در حرارت بدون تفکیک در عناصر مختلف ساختمان.

5. تجزیه و تحلیل نتایج

محاسبات ارائه شده در فصل های قبلی پتانسیل های صرفه جویی در گرما را در انبار ساختمان دانمارکی و هزینه های مربوطه را توضیح داده و کمی سازی کردند. با این حال، هنوز بسیاری از مسائل باز مانده است. برخی از این موارد شامل توزیع زمانی و مکانی اقدامات صرفه جویی در گرما و هزینه های سرمایه گذاری مرتبط و پیامدهای سیستم زیست محیطی و انرژی است.

به نظر می رسد برخی از سؤالات ذکر شده پاسخ های نسبتاً ساده ای دارند که می توان آن را چنین تفسیر کرد: صرفه جویی در حرارت موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می شود که در نیروگاه تولید می شود و با مقداری تلفات به ساختمان ها منتقل و توزیع می شود و در ساختمان مصرف می شود. گزینه دیگر این است که گرما هم به صورت محلی تولید و هم مصرف شود، یعنی بدون تلفات انتقال.

علاوه بر این، صرفه جویی در گرما اثرات مضر زیست محیطی فناوری های تولید گرما را کاهش می دهد، مانند انتشار CO ₂ ، CH ₄ و NOx (اگرچه CO ₂ رایج ترین شناخته شده است، سایرین پتانسیل گرمایش جهانی بیشتری دارند)، به جز فناوری هایی که از سوخت استفاده می کنند. که تولید گازهای گلخانه ای ندارند (به عنوان مثال، گرمای تولید شده از برق تولید شده از نیروی باد). در نهایت، بدیهی است که صرفه جویی در گرما بدون هزینه نیست: پنجره های جدید، سیستم های تهویه، و همچنین مواد برای عایق کاری دیوارها، کف ها و سقف ها، همانطور که قبلا در جدول 6 ارائه شده است، هزینه زیادی دارند.. با این حال، به منظور درک کامل اثرات صرفه جویی در گرما در انبار ساختمان بر سیستم انرژی دانمارکی، اثرات ذکر شده قبلی باید کمی سازی شوند در حالی که جنبه های مکانی و زمانی باید بررسی شوند. تحلیل زیر با هدف دستیابی به این اهداف است.

عقلانیت اقتصادی می تواند به عنوان یک فرض اساسی اساسی در فرآیند تصمیم گیری در این تحلیل دیده شود. فرض بر این است که ساختمان هایی با اقدامات صرفه جویی در حرارت مقرون به صرفه تر (اقداماتی که به کمترین DKK برای صرفه جویی در 1 کیلووات ساعت گرما نیاز دارند، در پایین منحنی های ارائه شده در شکل 2 ، شکل 3 و شکل 4 قرار می گیرند.) قبل از آنهایی که صرفه جویی در گرما پرهزینه تر دارند، بازسازی می شوند. عامل دیگری که می تواند سودآوری اقدامات صرفه جویی در گرما را به شدت تحت تاثیر قرار دهد، هزینه میانگین فعلی عرضه است، زیرا صرفه جویی در گرما تنها در صورتی منطقی تلقی می شود که هزینه های صرفه جویی در گرما به ازای هر کیلووات ساعت گرمای ذخیره شده کمتر از قیمت فعلی تامین گرما باشد. . به عنوان یک حالت شدید، اگر یک ساختمان منبع گرمای رایگان داشته باشد، هیچ اقدامی برای صرفه جویی در گرما به عنوان سودآور تلقی نمی شود. با این حال، این اثر در این تجزیه و تحلیل گنجانده نشده است و زمانی که تجزیه و تحلیل جامع سیستم انرژی انجام می شود باید مورد توجه قرار گیرد. گرام هانسن [ 30] با بررسی دلایل تصمیمات مالک در برابر بازسازی، حتی در مواردی که از نظر اقتصادی امکان پذیر باشد، دیدگاه دیگری به موضوع بازسازی ساختمان می دهد. موضوع نرخ نوسازی به طور مشابه در [ 22 ] مورد بررسی قرار گرفته است]؛ فرض بر این است که مساحتی معادل 1 درصد از کل مساحت ساختمان ها به عنوان نوسازی برنامه ریزی شده نوسازی می شود (هزینه های نهایی اعمال شده است) و 0.5 درصد دیگر برای اهداف صرفه جویی در انرژی در حال نوسازی است (هزینه های کامل اعمال شده است). تأثیر ساخت ساختمان‌های جدید بررسی نشده است، اما تأثیر آنها بر مصرف گرما در مقایسه با ساختمان‌های قدیمی ناچیز است، زیرا این ساختمان‌ها بر اساس بالاترین استانداردهای بهره‌وری انرژی ساخته شده‌اند. این مفروضات جنبه های زمانی نوسازی انرژی را روشن می کند. تجزیه و تحلیل حاضر به نتایج نوسازی از سال 2013 تا 2030 نگاه می کند. اطلاعات در مورد موقعیت ساختمان های موجود در اطلس گرما امکان نظارت بر جنبه های فضایی نوسازی انرژی را فراهم می کند. همچنین می توان به سرمایه گذاری های مالی و صرفه جویی در انرژی اشاره کرد.

نتایج تجزیه و تحلیل در قالب نقشه های چگالی در حال تغییر در طول زمان ارائه شده است. چگالی صرفه جویی حرارتی تجمعی در سال های عطف در شکل 5 و تراکم هزینه های مالی تجمعی در سال های 2015، 2020، 2025 و 2030 در شکل 6 ارائه شده است.. برای تهیه این نقشه ها از ابزار چگالی هسته در ArcGIS 10.1 استفاده شده است. یک کیلومتر به عنوان اندازه سلول شطرنجی و به عنوان شعاع جستجو در ابزار تراکم هسته استفاده می شود. نقشه زمین دانمارک به سلول‌های شطرنجی تبدیل شده است (مقدار یک برای خشکی و صفر برای دریای اطراف) و در ماشین‌حساب رستر برای «حذف» تراکم‌ها از دریا، جایی که ساختمان‌ها وجود ندارند، استفاده شده است. این نوع ظاهر بصری با استفاده از نمادشناسی طبقه بندی شده و مقیاس شش رنگ در ویژگی های لایه به دست می آید.

شکل 5. تغییر زمانی در صرفه جویی حرارتی تجمعی در انبار ساختمان دانمارک.

شکل 6. تغییر زمانی در هزینه های مالی انباشته برای بازسازی در انبار ساختمان دانمارک.

اگرچه می توان انتظار داشت که تغییر در تراکم ها از یک سال عطف به سال دیگر از الگوهای فضایی یکسان پیروی کند، اما از نقشه های نشان داده شده در شکل 5 و شکل 6 مشهود است که این کاملاً صادق نیست. توضیح این پدیده از بحث زیر حاصل خواهد شد.

اجازه دهید فرض کنیم که تغییرات انرژی تجمعی ذخیره شده در طول زمان، ارائه شده در شکل 5 ، نمایانگر نقشه های اصلی است و گروه دیگر نقشه ها با آن مقایسه می شوند. نقشه هایی که تغییر زمانی در هزینه های مالی تجمعی برای بازسازی ساختمان ارائه شده در شکل 6 را نشان می دهد با نقشه های ارائه شده در شکل 5 متفاوت است.. دلیل محکمی برای آن وجود دارد. بنا است ساختمان ها صرف نظر از مساحت ساختمان ها و مقدار کل انرژی صرفه جویی شده بر اساس کمترین هزینه به ازای هر واحد انرژی صرفه جویی شده نوسازی شوند، بنابراین ممکن است ساختمان های ارزان قیمت با نیاز گرمایی بالا بازسازی شوند. در یک منطقه واقع شده اند، در حالی که ساختمان های گران قیمت برای بازسازی با تقاضای گرمای کمتر در منطقه دیگری واقع شده اند. به همین دلیل است که حتی با وجود صرفه جویی در گرما در یک منطقه، هزینه های مالی آنچنان زیاد نیست و بالعکس .

برای تأکید بر دوگانگی بین روش فضایی و گرافیکی نمایش نتایج، نمودارهایی در شکل 7 ، شکل 8 و شکل 9 ارائه شده است. نمودار در شکل 7 تغییر مطلق (روی محور اولیه) و نسبی (در محور ثانویه) در تقاضای گرما را پس از انجام بازسازی ساختمان ها نشان می دهد. مشاهده می شود که اگر 1.5 درصد از مساحت ساختمان سالانه نوسازی شود (1 درصد به عنوان نوسازی برنامه ریزی شده و 0.5 درصد به عنوان نوسازی صرفه جویی در انرژی)، کل تقاضای گرما در ساختمان های تجزیه و تحلیل شده 28 درصد کاهش می یابد، در حالی که تقاضای گرما در ساختمان های نوسازی شده 78 درصد کاهش می یابد.

شکل 7. تغییر مطلق و نسبی در تقاضای گرما در طول دوره مشاهده شده.

شکل 8 و شکل 9 نشان می دهد که چگونه انرژی حرارتی صرفه جویی شده و سرمایه گذاری در انواع مختلف ساختمان ها و مناطق مختلف اداری در دانمارک پخش می شود. هنگامی که با مناطق دمایی ارائه شده در شکل 1 مقایسه می شود، منطقه پایتخت از کپنهاگ و بورنهولم، دانمارک جنوبی از فین و یوتلند جنوبی، یوتلند مرکزی و شرقی از یوتلند مرکزی تشکیل شده است، در حالی که مناطق دمایی نیوزیلند و یوتلند شمالی با اداری همنام مطابقت دارند. مناطق نقاط قرمز در شکل 8 نشان دهنده صرفه جویی در گرما در یک منطقه خاص به عنوان سهمی از مصرف اولیه در تمام ساختمان های تجزیه و تحلیل شده است، در حالی که مربع های تیره نشان دهنده صرفه جویی در گرما به عنوان سهمی از مصرف گرمای اولیه در ساختمان هایی است که تا سال 2030 تحت نوسازی قرار دارند. نقاط قرمز درشکل 9 برای مشخص کردن سهم یک منطقه از کل سرمایه گذاری ها استفاده می شود. از این ارقام می توان مشاهده کرد که بیشترین میزان صرفه جویی در گرما، که در ساختمان های چند طبقه و اداری/عمومی به دست می آید، به دنبال آن سرمایه گذاری های کلان است. خانه های مجزا و مزرعه ای سهم تا حدودی مهمی از صرفه جویی در گرما در نیوزیلند و دانمارک جنوبی را تشکیل می دهند. پس از مقایسه ارقام، به نظر می رسد که یوتلند شمالی و نیوزلند بیشترین سهم را در صرفه جویی در گرما به ازای هر وجوه سرمایه گذاری شده دارند.

شکل 8. صرفه جویی در گرما در انبار ساختمان دانمارک تقسیم بر مناطق اداری و کاربری ساختمان. نقاط قرمز نشان دهنده صرفه جویی در گرما به عنوان سهمی از مصرف اولیه در تمام ساختمان های تجزیه و تحلیل شده است، در حالی که مربع های تیره نشان دهنده صرفه جویی در گرما به عنوان سهمی از مصرف گرمای اولیه در ساختمان هایی است که تا سال 2030 تحت نوسازی قرار دارند.

شکل 9. سرمایه گذاری در صرفه جویی در گرما در انبار ساختمان دانمارک تقسیم بر مناطق اداری و کاربری ساختمان. نقاط قرمز نشان دهنده سهم یک منطقه در کل سرمایه گذاری است.

6. نتیجه گیری

یک مدل دقیق برای تعیین تقاضای گرما در انبار ساختمان دانمارکی، پتانسیل‌های صرفه‌جویی در گرما و هزینه‌های مرتبط ارائه شده است. یک نقطه – شش – هفت میلیون ساختمان در این تحلیل گنجانده شده است. تقاضای سالانه برای گرمایش فضا و آب گرم خانگی 43.8 تراوات ساعت شناسایی شده است. نتیجه‌گیری می‌شود که در صورت بازسازی تمامی عناصر ساختمان (شامل عایق‌بندی لوله‌های آب گرم و نصب سیستم‌های تهویه مکانیکی با بازیابی گرما)، می‌توان به کاهش تقاضای گرمایی بین ۷۵ تا ۸۵ درصد دست یافت. دمای داخلی به عنوان منبع اصلی عدم قطعیت در نظر گرفته می شود، زیرا محاسبات نشان می دهد که افزایش دمای داخلی به میزان 1 درجه سانتیگراد در کل ساختمان مستلزم افزایش تقاضای حرارتی 8.2٪ است.

ترکیب استفاده از اطلس گرمای دانمارکی در کنار یک مدل صرفه جویی در گرما، امکان قرار دادن صرفه جویی و هزینه ها را در زمینه فضایی فراهم می کند. دوگانگی بین نتایج ارائه شده بر روی نقشه GIS دانمارک در یک طرف و نمودارها و نمودارها در طرف دیگر مورد بحث قرار گرفته است و به این نتیجه می رسد که در صورت ارائه پدیده فضایی، ارتباط دو جهته بین نتایج وجود دارد.

یک سناریوی واحد از نوسازی ساختمان در نظر گرفته شده است، و هزینه ها و صرفه جویی در انرژی آن اندازه گیری شده است. این سناریو بهینه در نظر گرفته نمی شود، اما هدف آن ارائه نشانه ای از چگونگی استفاده از پتانسیل های صرفه جویی در انرژی است. به منظور یافتن یک سناریوی بهینه، باید یک تحلیل کامل سیستم انرژی انجام شود. ابزارهای تجزیه و تحلیل سیستم انرژی بهینه سازی، مانند TIMES (سیستم یکپارچه MARKAL-EFOM) [ 31 ، 32 ] و Balmorel [ 33 ، 34 ]]، که مجموع کل هزینه های سرمایه گذاری و عملیات را تحت محدودیت های داده شده به حداقل می رساند، به عنوان یک راه حل خوب برای رسیدگی به چنین کار پیچیده ای دیده می شود. چنین مدل TIMES برای دانمارک در حال حاضر در بخش مهندسی مدیریت، دانشگاه فنی دانمارک در حال توسعه است و در تحقیقات بعدی مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

اگرچه این مدل از نظر تئوری برای هر منطقه یا کشوری قابل اجرا است، اما به دلیل ساختار واضح و مجموعه معادلات باز، نیاز به حجم بالای داده های ورودی می تواند کاربرد این مدل را در مناطقی با استانداردهای بالا در جمع آوری داده ها محدود کند. مدیریت.

مدلسازی بقیه ساختمان و گنجاندن آن در مدل در کنار درج پارامترهای اجتماعی مانند ارزش املاک، تعداد ساکنان، سن و سطح تحصیلات یا درآمد آنها نیز به عنوان زمینه هایی برای تحقیقات بیشتر در نظر گرفته می شود. این داده ها برای ارزیابی مقرون به صرفه بودن اقدامات صرفه جویی در گرما (ارزش دارایی یا سطح درآمد) و مدل سازی بهبود یافته تقاضای گرما (تعداد و سن ساکنان تأثیر زیادی بر مصرف آب گرم دارد) استفاده می شود.

نامگذاری

شاخص ها

ج	گروه سال ساخت
تو	گروه استفاده
تی	گروه منطقه دما
متر	ماه در فصل گرما
عنصر	عنصر پوشش ساختمان
جدید	دارایی ساختمان پس از بازسازی
قدیمی	دارایی ساختمان قبل از نوسازی

ورودی ها

تو _عنصر	u – مقدار برای یک عنصر خاص از پوشش ساختمان
🝐	مساحت کف گرم یک ساختمان خاص
f _element	نسبت بین مساحت یک عنصر ساختمانی خاص و منطقه گرم شده ساختمان
t _ind	دمای داخلی
_بیرون _	میانگین ماهانه در فضای باز
	فاکتور کاهش تلفات حرارتی
d _m	تعداد روزهای گرمایش بر حسب ماه متر
ƞ	راندمان بازیابی گرما
n	نرخ تبادل هوا ( h ^-1 )
اچ	ارتفاع متوسط اتاق
p _i	افزایش حرارت داخلی در واحد سطح
ƞ _ساعت	ضریب استفاده از افزایش حرارت
q	مصرف گرما برای آب گرم خانگی در هر منطقه گرم شده ساختمان های اداری/عمومی
q	مصرف گرما برای آب گرم خانگی در هر آپارتمان در ساختمان های مسکونی
r	میانگین مساحت خانوار
🝐 _س	فاکتور کاهش سایه
𝐹 _یک	ضریب کاهش سطح شیشه
𝐹 _گرم	ضریب کاهش انتقال خورشیدی
p _sol	متوسط تابش خورشیدی در واحد سطح پنجره

خروجی ها

_حرارت Q	تقاضای خالص حرارت سالانه برای گرمایش فضا و آب گرم خانگی
Q _tr	تلفات سالانه انتقال از طریق پوشش ساختمان
_دریچه Q	تلفات سالانه تهویه
Q _{اضافه کنید}	افزایش حرارت سالانه
Q _DHW	تقاضای سالانه برای تهیه آب گرم خانگی
Q _int	دریافت گرمای داخلی از وسایل الکتریکی و گرمای بدن انسان
کیو _سل	دریافت گرما از تابش خورشیدی
س	تقاضای سالانه برای تهیه آب گرم خانگی در ساختمان های اداری/عمومی
س	تقاضای سالانه برای تهیه آب گرم خانگی در ساختمان های مسکونی

ثابت ها

k ₂₄	ضریب تبدیل W به کیلووات ساعت
ج	ظرفیت حرارتی هوای داخل ساختمان
ρ	چگالی هوای داخل ساختمان

منابع

آژانس انرژی دانمارک (DEA). آمار انرژی 1390 ; آژانس انرژی دانمارک (DEA): کپنهاگ، دانمارک، 2012.
لوند، اچ. مقدمه. در سیستم های انرژی های تجدید پذیر: انتخاب و مدل سازی 100٪ راه حل های تجدید پذیر . مطبوعات آکادمیک (الزویر): برلینگتون، وی تی، ایالات متحده آمریکا، 2010; صص 1-12. [ Google Scholar ]
اسوندسن، اس. Tommerup، H. صرفه جویی در انرژی در انبار ساختمان های مسکونی دانمارکی. انرژی ساخت. 2006 ، 38 ، 618-626. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
نیلسن، اس. مولر، ب. تولید گرمای اضافی ساختمان‌های با انرژی خالص صفر آینده در مناطق گرمایش منطقه‌ای در دانمارک. انرژی 2012 ، 48 ، 23-31. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
مونستر، ام. مورتورست، PE; لارسن، HV; برگنبک، ال. ورلینگ، جی. لیندبو، اچ. Ravn, H. نقش گرمایش منطقه ای در سیستم انرژی آینده دانمارک. انرژی 2012 ، 48 ، 47-55. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
مولر، بی. لوند، اچ. تبدیل گاز طبیعی فردی به گرمایش منطقه ای: مطالعات جغرافیایی هزینه های عرضه و پیامدهای سیستم انرژی دانمارک. Appl. انرژی 2010 ، 87 ، 1846-1857. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لوند، اچ. مولر، بی. Mathisen, BV; Dyrelund، A. نقش گرمایش منطقه ای در سیستم های انرژی تجدیدپذیر آینده. انرژی 2010 ، 35 ، 1381–1390. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
کمیسیون اروپایی. دستورالعمل 2009/28/EC پارلمان اروپا و شورای 23 آوریل 2009 در مورد ترویج استفاده از انرژی از منابع تجدید پذیر و اصلاح و متعاقبا لغو دستورالعمل های 2001/77/EC و 2003/30/EC. خاموش J. Eur. اتحادیه 2009 ، L140 ، 16-62. [ Google Scholar ]
مولر، بی. اطلس گرما برای مدیریت تقاضا و عرضه در دانمارک. مدیریت محیط زیست کیفیت: بین المللی J. 2008 , 19 , 467-479. [ Google Scholar ]
اسپرلینگ، ک. Moller، B. صرفه جویی در مصرف نهایی انرژی و گسترش گرمایش منطقه ای در یک سیستم انرژی تجدیدپذیر محلی – یک چشم انداز کوتاه مدت. Appl. انرژی 2012 ، 92 ، 831-842. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Wittchen، KB محاسبات انرژی. در ارزیابی پتانسیل صرفه جویی در گرما در خانه های موجود ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: Hørsholm، دانمارک، 2004; ص 40-42. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
نرا، ر. کارلسون، K. ضمیمه; اتلاف حرارت از ساختمانها-محاسبه k-Values برای SESAM-Computations ; گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی دانمارک: لینگبی، دانمارک، 1998; صص 17-37. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
وانگ، PW مقادیر مرجع. در گزارش فنی 12-22-مقادیر مرجع: مقادیر ساعتی، ماهانه و سالانه برای دما، رطوبت نسبی، سرعت باد، تابش جهانی و بارش برای مناطق و کل کشور دانمارک، در دوره 2001-2010 . موسسه هواشناسی دانمارک (DMI): کپنهاگ، دانمارک، 2013; صص 6-8. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
کریستنسن، ک. محاسبه تقاضای گرما. در محاسبه انرژی ناخالص. محاسبه ساده نکات آموزشی ; گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی دانمارک: لینگبی، دانمارک، 2004; ص 4-11. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
کراگ، ج. Wittchen، KB فرضیات محاسبه. در تقاضای انرژی ساختمان های دانمارکی در سال 2050. SBi 2010:56 ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: کپنهاگ، دانمارک، 2010; ص 9-10. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
تومراپ، اچ. Laustsen، JB اقدامات صرفه جویی در انرژی در ساختمان های عمومی. در صرفه جویی انرژی در ساختمان های بخش دولتی ; گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی دانمارک: لینگبی، دانمارک، 2008; صص 10-39. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
Wittchen، KB; Kragh, J. Annex II—Display Sheets. در گونه‌شناسی ساختمان دانمارکی. مشارکت در پروژه TABULA. SBi 2012:01 ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: کپنهاگ، دانمارک، 2010; صص 38-91. [ Google Scholar ]
Wittchen، KB; Aggerholm, S. محاسبه تقاضای گرمایش ساختمان در EPIQR. انرژی ساخت. 2000 ، 31 ، 137-141. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Wittchen، KB; مورتنسن، ال. Holøs، SB; Björk، NF; وارس، اس. Malmqvist, T. اطلاعات موجود در کشورهای شمال اروپا. پیوست 1-دانمارک. در ساخت گونه شناسی در کشورهای شمال اروپا. شناسایی اقدامات بالقوه صرفه جویی در انرژی. SBi 2012:04 ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: کپنهاگ، دانمارک، 2012; صص 8-40. [ Google Scholar ]
بوهم، بی. شرودر، اف. Bergsøe، NC ضمیمه; آب گرم خانگی. اندازه گیری تلفات مصرفی و حرارتی از لوله های گردش. SBi 2009:10 ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: کپنهاگ، دانمارک، 2009; صص 11-210. [ Google Scholar ]
Bøhm, B. تولید و توزیع آب گرم خانگی در ساختمان‌ها و موسسات منتخب دانمارکی. تجزیه و تحلیل مصرف، بهره وری انرژی و اهمیت برای الزامات طراحی انرژی ساختمان ها. مبدل انرژی مدیریت 2013 ، 67 ، 152-159. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Dyrelund، A. فافنر، ک. اولبیرگ، اف. رامبل دانمارک؛ دانشگاه آلبورگ آمار و پیش آگهی. در طرح گرمایی برای دانمارک. گزارش ضمیمه ; دانشگاه رامبل و آلبورگ: کپنهاگ، دانمارک، 2010; صص 173-186. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
Tommerup، اقدامات صرفه جویی در انرژی HM در ساختمان های موجود. در صرفه جویی در انرژی در ساختمان های موجود و جدید ; گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی دانمارک: لینگبی، دانمارک، 2004; صص 17-43. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
سناریوهای Wittchen، KB برای صرفه جویی در انرژی. در پتانسیل های صرفه جویی در انرژی در ساختمان های موجود. SBi 2009:05 ; موسسه تحقیقات ساختمان دانمارک: کپنهاگ، دانمارک، 2009; صص 17-34. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
Tommerup، HM Isolation از پاکت ساختمان. پنجره ها. در اقدامات نوسازی انرژی. کاتالوگ ; گروه مهندسی عمران، دانشگاه فنی دانمارک: لینگبی، دانمارک، 2010; صص 10-15. (به دانمارکی) [ Google Scholar ]
آژانس انرژی دانمارک برگه به روز شده در مورد نرخ های تخفیف، طول عمر و مرجع برای دستورالعمل های تحلیل های اجتماعی-اقتصادی انرژی از آوریل 2005 (مثال های محاسبه اصلاح شده ژوئیه 2007). (به دانمارکی) در دسترس آنلاین: http://www.ens.dk/sites/ens.dk/files/info/tal-kort/fremskrivninger-analyser-modeller/samfundsoekonomiske-analysemetoder/notat_om_kalkulationsrenten_juni_2013.pdf (دسترسی در اکتبر 2012 ).
Ostergaard، PA; Mathisen, BV; مولر، بی. لوند، اچ. یک سناریوی انرژی تجدیدپذیر برای شهرداری آلبورگ بر اساس گرمای زمین گرمایی با دمای پایین، نیروی باد و زیست توده. انرژی 2010 ، 35 ، 4892-4901. [ Google Scholar ]
لوند، اچ. Mathisen، BV تجزیه و تحلیل سیستم انرژی 100٪ سیستم های انرژی تجدید پذیر – مورد دانمارک در سال های 2030 و 2050. Energy Oxf. 2009 ، 34 ، 524-531. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Mathisen, BV; لوند، اچ. نورگارد، پی. سیستم های حمل و نقل یکپارچه و انرژی های تجدیدپذیر. Util. سیاست 2008 ، 16 ، 107-116. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Gram-Hanssen، K. ساختمان های موجود-کاربران، نوسازی ها و سیاست انرژی. تمدید کنید. انرژی 2013 ، 61 ، 136-140. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
لولو، ر. Labriet، M. ETSAP-TIAM: مدل ارزیابی یکپارچه TIMES بخش اول: ساختار مدل. محاسبه کنید. مدیریت علمی 2008 ، 5 ، 7-40. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Loulou, R. ETSAP-TTAM: مدل ارزیابی یکپارچه TIMES بخش دوم: فرمول بندی ریاضی. محاسبه کنید. مدیریت علمی 2008 ، 5 ، 41-66. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
بالیک، او. مدل سرمایه گذاری سیستم انرژی Hedegaard، K. شامل پمپ های حرارتی با ذخیره سازی حرارتی در ساختمان ها و مخازن بافر. انرژی 2013 ، 63 ، 356-365. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
Zvingilaite، E. مدل سازی صرفه جویی در انرژی در بخش ساختمان دانمارک همراه با درونی سازی اثرات جانبی مرتبط با سلامت در یک مدل بهینه سازی سیستم حرارت و برق. سیاست انرژی 2013 ، 55 ، 57-72. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]

© 2014 توسط نویسندگان; دارنده مجوز MDPI، بازل، سوئیس. این مقاله یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط و ضوابط مجوز Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/) توزیع شده است.

;کاربردهای GIS مقالات

درخواست مشاوره

09120049370

8 صبح تا 12 شب