#اسم_حلو_من_اربع_حروف
يشتكي الكثير من الناس من فواتير المياه والكهرباء... سوف أشرح تحت هذه التغريدة طريقة تصميم منزل استهلاكة للطاقة ( صفر ) بناءاً على مناخ المملكة الصحراوي والتي ناقشتها خلال رسالة الماجستير .
يشتكي الكثير من الناس من فواتير المياه والكهرباء... سوف أشرح تحت هذه التغريدة طريقة تصميم منزل استهلاكة للطاقة ( صفر ) بناءاً على مناخ المملكة الصحراوي والتي ناقشتها خلال رسالة الماجستير .
في البداية اوضح بأن المصدر الرئيسي لإنتاج الكهرباء في السعودية هو حرق البترول مما يسبب أضرار بيئية. القطاع السكني فقط يستهلك اكثر من نصف الانتاج المخصص للمباني وهذا المقدار يتوقع له الزياده بسبب زيادة النمو السكاني
يقع المشروع في مدينة الرياض على واجهه غربية تم تصميم المنزل حول فناء داخلي للحصول على اكبر قدر من الإنارة الطبيعية بالاضافة الى تحقيق مبدء التهوية المتقاطعة (crossflow ventilation technique)
جميع الفراغات الهامة في المنزل تم توجيهها بإتجاه الجنوب للحصول على الإشعاع الشمسي خلال فصل الشتاء فقط وبالتالي تدفئة المنزل طبيعياً وذلك لأن للشمس عدة مسارات حول الارض والمسار الشتوي هول الأقل انخفاضا
من ضمن استراتيجيات الاستدامه التي تم اخذها بالاعتبار في تصميم النموذج الأولي هو تصميم ملاقف الهواء او بما يعرف ب ( stack effect ) الهدف منها هو التقاط الهواء بالاضافه إلى انها تسمح بالهواء الساخن داخل المبنى بالخروج من الأعلى لان الهواء عندما يسخن تقل كثافته
بعد اكتمال النموذج الأولي اجريت اختبار لقياس اداء الطاقة فوجدت بأن المبنى يستهلك سنوياً مقدار 76,483 كيلوواط ساعة في السنة. المنزل بدون عزل - الزجاج شريحة وحدة - والتكييف نظام spilt مع تهوية طبيعية.
بعد كذا بدأت اعمال تطوير التصميم والتي كانت عبارة عن ١٥ مرحلة للوصول الى Zero energy consumption
1️⃣ التوجية
بالرغم من ان الفراغات المهمة في المنازل موجهه للجنوب للحصول على الإشعاع الشمسي في الشتاء الا انه ليس الخيار الأمثل لمدينة الرياض. فتوجيه المبنى بالكامل بزاوية 270 مع عقارب الساعه لمقابله الشمال يعطي نتائج افضل.
بالرغم من ان الفراغات المهمة في المنازل موجهه للجنوب للحصول على الإشعاع الشمسي في الشتاء الا انه ليس الخيار الأمثل لمدينة الرياض. فتوجيه المبنى بالكامل بزاوية 270 مع عقارب الساعه لمقابله الشمال يعطي نتائج افضل.
القرار الذي اتخذته في هذي المرحلة هو تدوير المبنى بزاوية 180 مع عكس التصميم كما هو موضح في الشكل لان الشارع يقع في اتجاه الغرب. الحل بسيط ويعطي قيمة قريبة من الوضع المثالي.
2️⃣ نبسة النوافذ الى الحائط
بالرغم من ان النوافذ لها مميزات كثيرة مثل الاتصال البصري بالخارج ، توفير الإنارة و توفير التهوية الا ان لها اثر سلبي على استهلاك الطاقة. كلما صغرت نسبة النافذة الى الجدار كلما كان افضل ولهاذا السبب نص كود البناء السعودي على ان تكون النسبة اقل من 25%
بالرغم من ان النوافذ لها مميزات كثيرة مثل الاتصال البصري بالخارج ، توفير الإنارة و توفير التهوية الا ان لها اثر سلبي على استهلاك الطاقة. كلما صغرت نسبة النافذة الى الجدار كلما كان افضل ولهاذا السبب نص كود البناء السعودي على ان تكون النسبة اقل من 25%
بالنسبة للمشروع كانت النسبة لا تتجاوز 18% لهذا السبب لم أقم بأي تعديل على النموذج الأولي
3️⃣ أدوات التظليل
في هذه المرحلة تم تظليل جميع النوافذ بمعامل إسقاط (shading factor: 0.66, 0.16 and 0.3) وكانت النتيجة بأنه كلما كان معامل الإسقاط اكبر كلما كان التوفير في الطاقة اكبر . تم تركيب أدوات تظليل ذات معامل إسقاط 0.66 وأدت الى انخفاض الطاقة لتصل الى 70,642 كيلوواط ساعة
في هذه المرحلة تم تظليل جميع النوافذ بمعامل إسقاط (shading factor: 0.66, 0.16 and 0.3) وكانت النتيجة بأنه كلما كان معامل الإسقاط اكبر كلما كان التوفير في الطاقة اكبر . تم تركيب أدوات تظليل ذات معامل إسقاط 0.66 وأدت الى انخفاض الطاقة لتصل الى 70,642 كيلوواط ساعة
4️⃣ زجاج النوافذ
عدد ألواح الزجاج ومكونات النافذة تأثر على أستهلاك الطاقة في المبنى. تم قياس تأثير استخدام الأنواع التالية:
double clear glass, double low emissivity glass, and triple low emissivity glass. وكانت النتيجه كما هو موضح 👇
عدد ألواح الزجاج ومكونات النافذة تأثر على أستهلاك الطاقة في المبنى. تم قياس تأثير استخدام الأنواع التالية:
double clear glass, double low emissivity glass, and triple low emissivity glass. وكانت النتيجه كما هو موضح 👇
تصنع النوافذ بطرق ومكونات مختلفة ومستوى الجودة يختلف من منتج الى آخر على سبيل المثال هناك نوافذ تحتوي على Argon Gas او هواء او فراغ عند المقارنة بين المنتجات عليك اختيار المنتج الحاصل على اقل قيمة للموصلية الحرارية (U_value)
استخدام النوافذ ذات الشرائح الثلاثية ادى الى خفض استهلاك الطاقة من 70,642 الى 64,354 كيلوواط ساعة في السنة
يجب الانتباه ايضا الى اطارات النوافذ فهي تعمل كجسر حراري بين البيئة الخرجية والداخلية وبالتالي عليك ان تختار النوافذ ذات الإطارات الأقل موصلية للحرارة
مثال للموصلية الحرارية لبعض المواد 👇
مثال للموصلية الحرارية لبعض المواد 👇
5️⃣ الحوائط الخارجية
يأثر تصميم الحائط والمواد المستخدمة على اداء الطاقة في المبنى. نص كود البناء السعودي على ان يكون الحد الأعلى المسموح لل U-value هو 0.34 اما passive house standard نصت على ان يكون الحد الأعلى هو 0.15
تم قياس اثر التصميم على استهلاك الطاقة والنتيجة كما يلي
يأثر تصميم الحائط والمواد المستخدمة على اداء الطاقة في المبنى. نص كود البناء السعودي على ان يكون الحد الأعلى المسموح لل U-value هو 0.34 اما passive house standard نصت على ان يكون الحد الأعلى هو 0.15
تم قياس اثر التصميم على استهلاك الطاقة والنتيجة كما يلي
من اجل تقليل استهلاك الطاقة قدر الإمكان في هذه المرحلة تم تصميم جميع الحوائط الخارجية لتحقق قيمة 0.15 والنتيجة انخفاض استهلاك الطاقة الإجمالي من 64,354 الى 45,767 كيلوواط ساعة في السنة.
6️⃣ تصميم السقف
يعتبر السقف اهم جزء في غلاف المبنى بسبب تعرضه لأشعه الشمس طول فترة النهار. نص كود ترشيد الطاقة بأن يكون الحد الأعلى لقيمة U-value هو 0.20 اما الحد الأعلى في passive house standards هو 0.15
تم قياس تأثير القيم المذكورة والنتيجة كما هو موضح في الرسم البياني
يعتبر السقف اهم جزء في غلاف المبنى بسبب تعرضه لأشعه الشمس طول فترة النهار. نص كود ترشيد الطاقة بأن يكون الحد الأعلى لقيمة U-value هو 0.20 اما الحد الأعلى في passive house standards هو 0.15
تم قياس تأثير القيم المذكورة والنتيجة كما هو موضح في الرسم البياني
تم تصميم السقف بمواد تحقق متطلبات passive house standards في هذه المرحلة لتخفيض اكبر قدر ممكن من الطاقة. والنتيجة كانت انخفاض استهلاك الطاقة الكلي من 45,767 الى 22,393 كيلوواط ساعة في السنة.
7️⃣ تصميم الأرضيات
حدد كود ترشيد الطاقة بأن الحد الأعلى لل U-value هو 0.49 وعند التصميم بناء على هذه القيمة لم يحدث اي انخفاض في حين ان التصميم بناءا على passive house standard والمحدد بي 0.15 ادى انخفاض بقدر 769 كيلوواط ساعة في السنة.
حدد كود ترشيد الطاقة بأن الحد الأعلى لل U-value هو 0.49 وعند التصميم بناء على هذه القيمة لم يحدث اي انخفاض في حين ان التصميم بناءا على passive house standard والمحدد بي 0.15 ادى انخفاض بقدر 769 كيلوواط ساعة في السنة.
7️⃣ تصميم الأرضيات
حدد كود ترشيد الطاقة بأن الحد الأعلى لل U-value هو 0.49 وعند التصميم بناء على هذه القيمة لم يحدث اي انخفاض في حين ان التصميم بناءا على passive house standard والمحدد بي 0.15 ادى انخفاض بقدر 769 كيلوواط ساعة في السنة.
حدد كود ترشيد الطاقة بأن الحد الأعلى لل U-value هو 0.49 وعند التصميم بناء على هذه القيمة لم يحدث اي انخفاض في حين ان التصميم بناءا على passive house standard والمحدد بي 0.15 ادى انخفاض بقدر 769 كيلوواط ساعة في السنة.
8️⃣ تسرب الهواء
وهو يعبر عن تسرب الهواء من داخل المبنى الى خارجه او العكس. يحدث التسرب من مناطق عديدة في غلاف المبنى كما هو موضح في الصورة. نص passive house's standaard على ان يكون التسرب اقل من 0.6 عند ضغط 50 باسكال.
وهو يعبر عن تسرب الهواء من داخل المبنى الى خارجه او العكس. يحدث التسرب من مناطق عديدة في غلاف المبنى كما هو موضح في الصورة. نص passive house's standaard على ان يكون التسرب اقل من 0.6 عند ضغط 50 باسكال.
تم اجراء اختبارات على مجموعة من القيم لمعرفة مدى التأثير كما هو موضح في الصورة. النتائج توضح بأنه كلما قل قيمة التسرب قل استهلاك الطاقة
احكام إغلاق غلاف المبنى يقلل من نسبة نفاذ الغبار الى داخل المبنى بالاضافة الى التوفير في استهلاك الطاقة. ويمكن عمل اختبار التسرب بعد الإنشاء بإستخدام Blower Door Test كما هو موضح في الصورة.
9️⃣ كفائة الإنارة
يعتبر التعامل مع الإنارة هو اسهل الطرق لخفض استهلاك الطاقة ولكن يجب عليك اولا معرفة الأنواع المختلفة فلكل نوع كفائة وعمر افتراضي مختلف. انظر الى الصورة المعدة من قبل @SASOGOV لتتضح الفكرة
يعتبر التعامل مع الإنارة هو اسهل الطرق لخفض استهلاك الطاقة ولكن يجب عليك اولا معرفة الأنواع المختلفة فلكل نوع كفائة وعمر افتراضي مختلف. انظر الى الصورة المعدة من قبل @SASOGOV لتتضح الفكرة
تعتبر مصابيح ليد الافضل حتى الآن. ويمكنك معرفة كفائة اي نوع من المصابيح في السوق عن طريق بطاقة كفائة الطاقة المعدة من قبل @SASOGOV و @SeecSaudi . في حال رغبتك بالتأكد من جودة المنتجات في السوق فيمكنك ذلك عن طريق تطبيق تأكد.
الآن بعد ان عرفت كيف تختار النوع عليك ان تنتبه لقضية التصميم فهي للأسف قضية مهملة في تصميم المباني السكنية. انظر الى الصورة لمعرفة الطريقة الصحيحة في التصميم.
تحديد كمية الإنارة التي يحتاجها كل فراغ في المنزل عملية حسابية معقدة لغير المتخصصين ولكن يمكنك استخدام حاسبة الكترونية لهذا الغرض مثل 👇
charlstonlights.com
charlstonlights.com
في المشروع وزعت الإنارة بطرق مختلفة لقياس مدى تأثير هذه المرحلة. والنتيجة بأنه كلما انخفض Load density كلما انخفض استهلاك الطاقة. انظر الى الرسم البياني
في نهاية هذه المرحلة صممت الإنارة في المشروع لتكون ذات Load density بمقدار 2.6 واط لكل متر مربع.
في نهاية هذه المرحلة صممت الإنارة في المشروع لتكون ذات Load density بمقدار 2.6 واط لكل متر مربع.
1️⃣0️⃣ حساسات الانارة والإشغال
تستخدم الحساسات بشكل واسع لتوفير الطاقة عن طريق إغلاق مصابيح الانارة عندما لايكون هناك مستخدمين في داخل الفراغ بالإضافة الى ان هناك نوع اخرى يغلق المصابيح عندما تكون كمية الانارة الطبيعية مناسبة في الفراغ. تم قياس تأثير استخدام النوعين والنتيجة 👇
تستخدم الحساسات بشكل واسع لتوفير الطاقة عن طريق إغلاق مصابيح الانارة عندما لايكون هناك مستخدمين في داخل الفراغ بالإضافة الى ان هناك نوع اخرى يغلق المصابيح عندما تكون كمية الانارة الطبيعية مناسبة في الفراغ. تم قياس تأثير استخدام النوعين والنتيجة 👇
1️⃣1️⃣ Plug Load Efficiency
يقصد بهذا المصطلح كفائة الأجهزة الكهربائية بإستثناء المكيفات وسخانات المياة والإنارة. يقدر Plug Load لمنزل يحتوي على عائلة واحدة 5.38 ( W/m2 ) ولضمان ان يكون الحمل أقل من هذا المقدار يجب ان تكون جميع الأجهزة الثانوية عالية الكفائة.
يقصد بهذا المصطلح كفائة الأجهزة الكهربائية بإستثناء المكيفات وسخانات المياة والإنارة. يقدر Plug Load لمنزل يحتوي على عائلة واحدة 5.38 ( W/m2 ) ولضمان ان يكون الحمل أقل من هذا المقدار يجب ان تكون جميع الأجهزة الثانوية عالية الكفائة.
يمكن معرفة الأجهزة عالية الكفائة عن طريق بطاقة كفائة الطاقة الصادرة من @SASOGOV . إن عدم التزامك بالبطاقة سيؤدي الى زيادة الحمل وبالتالي زيادة الاستهلاك. انظر الى تأثير زيادة الحمل في الرسم البياني.
1️⃣2️⃣ نظام التكييف
تعتبر هذه الأنظمة المستهلك الرئيسي للكهرباء بالإضافة الى ان هناك انواع مضرة بالبيئة مثل الأنظمة التي تعمل بالغاز او المياة. يجب اختيار نظام التكييف بناءاً على معيار EER او SEER كلما ارتفعت القيمة كلما ارتفعت كفائة النظام.
تعتبر هذه الأنظمة المستهلك الرئيسي للكهرباء بالإضافة الى ان هناك انواع مضرة بالبيئة مثل الأنظمة التي تعمل بالغاز او المياة. يجب اختيار نظام التكييف بناءاً على معيار EER او SEER كلما ارتفعت القيمة كلما ارتفعت كفائة النظام.
طريقة عمل الجهاز أيضاً لها دور في ترشيد الطاقة فعلى سبيل المثال نظام Multi-split كما في الصورة لها قيمة EER 14.2 و SEER 21 . احد اهم الميزات في هذا النظام ان الكمبروسر يزيد او يقلل نشاطة حسب الطلب من الوحدات الداخلية وبالتالي يقلل استهلاك الكهرباء.
اكثر أنظمة التكييف كفائة هو نظام Geothermal Heat Pump وذلك لان النظام متصل بباطن الارض. درجة الحرارة بين ٦ الى ٨ أمتار تحت سطح الارض تقدر ب ١٦ الى ٢٩ درجة طول العام وبالتالي فهي محمية من التقلبات الجوية. يقدر EER ب ١٧.٥
بالرغم من الأنظمة المقترحة عالية الكفائة الا ان برنامج المحاكاة اعلى قيمة يستطيع قياس تأثيرها هو EER 13.43 و SEER 17.4 والنتيجة انخفاض كبير في استهلاك الكهرباء من 20,024 الى 10,368 كيلوواط ساعة في السنة.
1️⃣3️⃣ ساعات التشغيل
تأثر طبيعة حياة السكان على المبنى فعلى سبيل المثال الأشخاص الذين يعملون من منازلهم يستهلكون طاقة اكثر من الي يعملون خارج المنزل لهذا السبب تم قياس تأثير ساعات الإشغال ( ١٢ ساعة خلال ٦ ايام - ١٢ ساعة/٧ ايام - ٢٤ساعة/٧ ايام )على استهلاك الطاقة الكلي والنتيجة 👇
تأثر طبيعة حياة السكان على المبنى فعلى سبيل المثال الأشخاص الذين يعملون من منازلهم يستهلكون طاقة اكثر من الي يعملون خارج المنزل لهذا السبب تم قياس تأثير ساعات الإشغال ( ١٢ ساعة خلال ٦ ايام - ١٢ ساعة/٧ ايام - ٢٤ساعة/٧ ايام )على استهلاك الطاقة الكلي والنتيجة 👇
1️⃣4️⃣ التهوية الطبيعية
تظهر فائدة التهوية الطبيعية في فترتين حسب مناخ الرياض الفترة الاولى من شهر فبراير الى نصف ابريل والفترة الثانية ١٠ اكتوبر الى نصف ديسمبر و درجة الحرارة خلال هالفترات بين ١٥ الى ٢٥ درجة. تقدر ساعات التهوية إلى ١٤٦٥ ساعة واستغلالها يؤدي الى خفض ٩٦٥ كيلوواط
تظهر فائدة التهوية الطبيعية في فترتين حسب مناخ الرياض الفترة الاولى من شهر فبراير الى نصف ابريل والفترة الثانية ١٠ اكتوبر الى نصف ديسمبر و درجة الحرارة خلال هالفترات بين ١٥ الى ٢٥ درجة. تقدر ساعات التهوية إلى ١٤٦٥ ساعة واستغلالها يؤدي الى خفض ٩٦٥ كيلوواط
1️⃣5️⃣ إنتاج الطاقة
بعد تخفيض الطاقة قدر الإمكان في المراحل السابقة تأتي الآن مرحلة انتاج الطاقة المتجددة لتحقيق الموازنه المطلوبة. تعتبر ألواح الطاقة الشمسية هي افضل وسيلة لتوليد الطاقة في المباني السكنية بسبب وفرة الأشعة الشمسية الساقطة على المملكة.
بعد تخفيض الطاقة قدر الإمكان في المراحل السابقة تأتي الآن مرحلة انتاج الطاقة المتجددة لتحقيق الموازنه المطلوبة. تعتبر ألواح الطاقة الشمسية هي افضل وسيلة لتوليد الطاقة في المباني السكنية بسبب وفرة الأشعة الشمسية الساقطة على المملكة.
هناك عوامل تؤثر عند استخدام ألواح الطاقة الشمسيه مثل كفائة الألواح والتي تتراوح من ١٥-٢١٪ والتوجيه وزاوية الميول وظلال الكتل المعمارية لهذا السبب تم عمل تحليل للسطح لمعرفة مكان وضع الألواح الصحيح
تم استخدام محطة لإنتاج ١٠ كيلوواط ذات كفائة ٢٠.٦٪ وللحصول على افضل النتائج يجب توجيه الألواح الى الجنوب على زاوية ٢٥ درجة والنتيجة كانت قدرة النظام على توليد ١٨٠٤٤كيلوواط ساعة وبالتالي تغطية كافة الكهرباء التي يحتاجها المبنى.
نظام الألواح الشمسية تكون on-grid and off-grid النظام الاول أرخص اما الثاني مكلف وغير مجدي اقتصادياً بسبب الحاجة الى استخدام بطاريات لحفظ الطاقة والتي تكون اسعارها مرتفعه وعمرها الافتراضي قصير.
النظام المرتبط بالشبكة هو الخيار الافضل اقتصادياً ولكن شبكة الكهرباء الحالية غير قادرة على استقبال الكهرباء التي يولدها المبنى وتوزيعها للمباني المجاورة وهذه هي المشكلة الحقيقية. أعلنت @Saudi_ECRA عن مشروع الطاقة الشمسية وانشاءالله يتنفذ في اقرب وقت لتشجيع المسثمرين والملاك
جاري تحميل الاقتراحات...