اصول و فنون بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها

ساختمان ها تقریباً 40 درصد از کل انرژی مصرفی سالانه آمریکا و 75 درصد از تقاضای برق را مصرف می کنند. علاوه بر این، ساختمان ها 30 درصد از کل دی اکسید کربن (CO2، که گاز گلخانه ای اولیه مرتبط با گرم شدن جو است)، 49 درصد از دی اکسید گوگرد و 25 درصد از اکسیدهای نیتروژن منتشر شده در ایالات متحده را تشکیل می دهند (

اکثر انرژی مورد استفاده در ساختمان ها هنوز از منابع تجدید ناپذیر سوخت فسیلی است. با این حال، بخش ساختمان همچنین دارای بالاترین پتانسیل برای بهره وری انرژی است. با افزایش تقاضا برای سوخت‌های فسیلی همراه با عدم اطمینان در مورد در دسترس بودن سوخت‌های فسیلی در آینده، افزایش نگرانی‌ها در مورد امنیت انرژی (هم برای تامین عمومی و هم برای نیازهای خاص تاسیسات)، و این پتانسیل که تجمع گازهای گلخانه‌ای ممکن است باعث ایجاد اثرات نامطلوب شود. با توجه به اقلیم جهانی، یافتن راه‌هایی برای کاهش بار، افزایش بهره‌وری و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در انواع تأسیسات ضروری است.

بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان هوشمند

در سال های اخیر به دلیل هدر رفت بی مورد انرژی الکتریکی در ساختمان های مسکونی، نیاز بهینه سازی انرژی و آسایش کاربران اهمیت حیاتی یافته است. تکنیک های مختلفی برای پرداختن به مسئله بهینه سازی انرژی پیشنهاد شده است. هدف هر تکنیک حفظ تعادل بین راحتی کاربر و نیازهای انرژی است، به طوری که کاربر بتواند با حداقل میزان مصرف انرژی به سطح راحتی مطلوب دست یابد. محققان با کمک الگوریتم‌های بهینه‌سازی مختلف و تغییرات در پارامترها برای کاهش مصرف انرژی به این موضوع پرداخته‌اند. تا جایی که ما می دانیم، این مشکل به دلیل ماهیت چالش برانگیز آن هنوز حل نشده است. شکاف های موجود به دلیل پیشرفت در فناوری، اشکالات الگوریتم های بهینه سازی و معرفی الگوریتم های بهینه سازی جدید است. علاوه بر این، بسیاری از الگوریتم‌های بهینه‌سازی جدید پیشنهادی دقت بهتری در نمونه‌های معیار ایجاد کرده‌اند اما هنوز برای بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه‌های هوشمند استفاده نشده‌اند. در این مطلب، ما یک مرور مفصل از تکنیک‌های مورد استفاده برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و زمان‌بندی انجام داده‌ایم.

پیش‌بینی مصرف برق به دلیل افزایش تقاضا برای انرژی ناشی از افزایش سریع جمعیت جهان، همچنان یک نگرانی برای شرکت‌های تولید برق باقی مانده است. دانشمندان بر این باورند که اگر مصرف انرژی کنترل نشود، ممکن است پس از چند سال منجر به کمبود انرژی شود. دو گزینه برای مقابله با کمبود انرژی وجود دارد: (1) تولید انرژی بیشتر، یا (2) به حداقل رساندن مصرف منابع انرژی موجود و کاهش هدر رفت. تولید انرژی یک راه حل بسیار پرهزینه برای حل مشکل است که مستلزم صرف زمان و منابع زیادی است، اما از طرف دیگر با انجام برخی اقدامات پیشگیرانه می توان به حداقل رساندن مصرف انرژی دست یافت. از چند دهه اخیر، تحقیقات زیادی توسط محققان در زمینه پیش‌بینی و بهینه‌سازی مصرف انرژی انجام شده است. پیش‌بینی انرژی اولین قدم برای بهینه‌سازی مصرف انرژی است. بر اساس انرژی مصرف شده قبلی، باید میزان مصرف انرژی ساعت، ماه یا سال آینده را پیش بینی کنیم. مفهوم بهینه‌سازی انرژی در خانه‌های هوشمند که دستگاه‌ها به طور مداوم همان مقدار انرژی مصرف می‌کنند مفید است، اما اگر مفهوم بهینه‌سازی را در خانه‌های هوشمند پیاده‌سازی کنیم، مقدار دقیق برق را به لوازم خانگی تامین می‌کند.. تکنیک بهینه سازی بر اساس شرایط خارجی اتاق مانند دما، روشنایی، رطوبت، جریان هوا، کیفیت هوا و غیره انجام می شود. رضایت ساکنان یک ساختمان عامل مهمی است که خانه های هوشمند و بهینه سازی مصرف انرژی آنها به موضوعی هیجان انگیز برای دانشمندان و محققان تبدیل شده است.

اهمیت رویکرد جامع بهینه سازی

در طول طراحی و توسعه یک ساختمان، یک رویکرد جامع و یکپارچه آموزشگاه فنی را به فرآیند اعمال کنید، تا:

• کاهش تقاضای گرمایش، سرمایش و روشنایی از طریق استراتژی‌های غیرفعال مانند طراحی سازگار با آب و هوا، روشنایی روز، و شیوه‌های حفاظتی.
• سیستم های تهویه مطبوع و روشنایی کارآمد را مشخص کنید که شرایط بار بخشی و الزامات رابط کاربری را در نظر می گیرند.
• از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند گرمایش خورشیدی برای آب گرم، فتوولتائیک، گرمایش فضاهای زمین گرمایی، و خنک‌کننده آب‌های زیرزمینی با اندازه‌ای برای کاهش بار ساختمان استفاده کنید.
• بهینه سازی عملکرد ساختمان با استفاده از برنامه های مدل سازی انرژی در طول طراحی.
• بهینه سازی استراتژی های کنترل سیستم با استفاده از سنسورهای اشغال، سنسورهای CO2 و سایر هشدارهای کیفیت هوا در حین کار.
• نظارت بر عملکرد پروژه از طریق سیاست راه اندازی، اندازه گیری، گزارش سالانه و راه اندازی مجدد دوره ای.
• راه اندازی مجدد ساختمان هایی که هرگز در ابتدا راه اندازی نشده اند را در نظر بگیرید. و
• ادغام فن آوری های صرفه جویی در آب برای کاهش بار انرژی ناشی از تامین آب آشامیدنی.
• این فرآیند را برای استفاده مجدد، نوسازی یا تعمیر ساختمان‌های موجود نیز اعمال کنید.

الزام به نوسازی مطابق با قانون انرژی ساختمان

مصرف انرژی در ساختمان ها بسیار بالاست! بنابراین بسیاری از دولت ها هدف خود را کاهش 80 درصدی نیاز به گرمایش در ساختمان ها تا سال 2050 قرار داده اند. بنابراین، قانون انرژی ساختمان (GEG) از 1 نوامبر 2020 به اجرا درآمده است. همچنین اعلام ردپای CO2 خاص ساختمان در گواهی انرژی را الزامی می کند و خرید انرژی های تجدیدپذیر را برای ساختمان های عمومی تجویز می کند. الزامات GEG برای ساختمان ها به طور مرتب تجدید و سخت تر می شود. در ادامه اقدامات کارایی را در مراحل اولیه معرفی کنیم.

الزامات ساختمان های موجود

حداقل استانداردهای دوره مهندسی عمران باید رعایت شود: هنگام بازسازی نمای بیرونی ساختمان، حداقل استانداردهای عایق حرارتی اعمال می شود که در پیوست 7 GEG تعریف شده است. از طرف دیگر، در صورتی که هم تقاضای انرژی اولیه سالانه و هم ضریب انتقال حرارت یک ساختمان مرجع تعریف شده در GEG بیش از 40٪ بیشتر نباشد، الزامات برآورده می شوند.

• حداقل حفاظت حرارتی: GEG حداقل عایق حرارتی را طبق DIN 4108-2:2013-02 تجویز می کند. اگر این مورد رعایت نشد، دال های کف یا سقف باید متعاقباً عایق بندی شوند تا حداکثر ضریب انتقال حرارت 0.24 W/m2Kis تضمین شود.
• گواهی انرژی: هنگام فروش یا اجاره ساختمان باید گواهی انرژی به خریدار یا مستاجر داده شود. در ساختمان های پر رفت و آمد، گواهینامه انرژی نیز باید به طور واضح نمایش داده شود. این امر در مورد ساختمان‌های رسمی با مساحت کف قابل استفاده 250 متر مربع یا بیشتر و سایر ساختمان‌ها با مساحت کف قابل استفاده 500 متر مربع اعمال می‌شود.
• انرژی های تجدیدپذیر: ساختمان های عمومی باید به عنوان الگو برای حفاظت از آب و هوا عمل کنند. بنابراین، این درست است که تقاضای انرژی پس از نوسازی باید تا حدی توسط انرژی های تجدیدپذیر پوشش داده شود. از طرف دیگر، نیاز را می توان از طریق استفاده از گرمای اتلاف، یک نیروگاه CHP، خرید گرمایش یا سرمایش منطقه ای، یا از طریق اقداماتی برای صرفه جویی در انرژی برآورده کرد.

الزامات سیستم های فنی ساختمان

• تعویض سیستم های گرمایش نفت و گاز: سیستم های گرمایش نفت یا گاز قدیمی با توان خروجی 4 تا 400 کیلووات در صورتی که قبل از سال 1991 نصب شده باشند باید تعویض شوند.
• کنترل اتوماتیک سیستم های گرمایش مرکزی: از اکتبر 2021، سیستم های گرمایش مرکزی باید بتوانند به طور خودکار تامین گرما و روشن و خاموش شدن درایوهای الکتریکی را بسته به دما و زمان بیرون کنترل کنند.
• کنترل اتوماتیک دمای اتاق: سیستم های گرمایشی باید کنترل خودکار دمای اتاق را داشته باشند. مقررات گروه برای اتاق هایی با همان نوع و کاربری مجاز است.
• عایق روی لوله ها: لوله های گرمایش و آب گرم با دسترسی آزاد و اتصالات آنها باید در اتاق های گرم نشده عایق بندی شوند.

کنترل سیستم های تهویه مطبوع و تهویه: در سیستم های تهویه مطبوع تازه نصب شده با تقاضای سرمایش بیش از 12 کیلو وات و در سیستم های تهویه مطبوع اتاق با جریان حجم هوای عرضه شده بیش از 4000 متر مکعب در ساعت اعمال می شود:

1. قدرت خاص فن ها طبق DIN EN 16798-3 محدود شده است.
2. کنترل خودکار رطوبت و رطوبت هوا و همچنین تنظیمات جداگانه قابل تنظیم اجباری می شود
3. اگر جریان حجم هوای تغذیه سیستمی که قرار است نصب شود بیشتر از 9 متر مکعب بر ساعت در هر متر مربع باشد، کنترل اتوماتیک جریان های حجمی باید امکان پذیر باشد.
4. علاوه بر این، در صورت امکان، یک دستگاه بازیابی حرارت اجباری است.
5. پمپ های گردشی: پمپ های گردشی تازه نصب شده با توان نامی بیش از 25 کیلو وات در مدار گرمایش یک سیستم گرمایش مرکزی باید به طور خودکار با نیاز تحویل در 3 سطح عملکرد سازگار باشند.

بهینه سازی ساختمان

اصل اساسی در بهینه سازی انرژی ساختمان های موجود، کاهش مصرف انرژی از طریق اقدامات بهره وری است. در زمان افزایش قیمت انرژی، صرفه جویی در انرژی به وضوح در هزینه های عملیاتی منعکس می شود. بنابراین سرمایه گذاری در بهینه سازی انرژی در ساختمان ها معمولاً پس از مدت زمان بسیار کوتاهی نتیجه می دهد. علاوه بر صرفه جویی در هزینه انرژی، بهینه سازی مصرف انرژی همچنین ردپای کربن شرکت آنها را بهبود می بخشد و سهم ارزشمندی در حفاظت از آب و هوا دارد. روش های زیادی برای کاهش مصرف انرژی وجود دارد.

پتانسیل صرفه جویی در ساختمان ها

مصرف انرژی در ساختمان های آلمان بسیار بالاست! بنابراین دولت آلمان هدف خود را کاهش 80 درصدی نیاز به گرمایش در ساختمان ها تا سال 2050 قرار داده است. بنابراین، قانون انرژی ساختمان (GEG) از 1 نوامبر 2020 به اجرا درآمده است. همچنین اعلام ردپای CO2 خاص ساختمان در گواهی انرژی را الزامی می کند و خرید انرژی های تجدیدپذیر را برای ساختمان های عمومی تجویز می کند. الزامات GEG برای ساختمان ها به طور مرتب تجدید و سخت تر می شود. در اینجا ارزش دارد که اقدامات کارایی را در مراحل اولیه معرفی کنیم. انطباق توسط دودکش‌کش و بخش ساختمان محلی تأیید می‌شود.

عایق حرارتی

مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با عایق، تلفات انرژی ناشی از گرما یا سرمای تهویه مطبوع را کاهش می‌دهد که از طریق پوشش ساختمان به محیط زیست از دست می‌رود. به خصوص در ساختمان های قدیمی، مقادیر زیادی انرژی از طریق دیوارهای بیرونی و سقف تلف می شود. عایق حرارتی می تواند انتقال حرارت و در نتیجه مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. عایق کاری نما (از بیرون یا داخل) و عایق کاری سقف های طبقات بالا یا پشت بام ارزشمند است. یکی از راه های شناسایی نقاط ضعف در پوشش ساختمان، ترموگرافی است، به عنوان مثال با کمک دوربین تصویربرداری حرارتی. عایق بندی اجزای کارخانه و لوله های حامل آب گرم نیز می تواند به کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره وری انرژی خدمات ساختمان کمک کند.

تکنولوژی ساختمان کارآمد

نصب سیستم‌های فنی کارآمدتر یا جایگزینی اجزای منفرد در فناوری ساختمان در برخی موارد می‌تواند منجر به بهبود کارایی عمده شود. ساده ترین شکل اجرای بهینه سازی انرژی در ساختمان های موجود معمولاً دیجیتالی کردن است. این امر کنترل جریان های انرژی مبتنی بر تقاضا را امکان پذیر می کند و به شناسایی ناکارآمدی ها و پتانسیل صرفه جویی بیشتر کمک می کند. برای این منظور، سنسورهایی نصب شده اند که داده های ارزشمندی را در مورد ساختمان، تأثیرات محیطی و فناوری ساختمان جمع آوری می کنند. فناوری اتوماسیون فناوری ساختمان را بر اساس تقاضا کنترل می کند و مصرف انرژی را کاهش می دهد. نظارت بر انرژی همچنین امکان شناسایی ناکارآمدی ها و پتانسیل بهبود را فراهم می کند.

دیجیتال سازی در ساختمان های موجود

دیجیتالی شدن آینده است! و نه فقط برای ساختمان های جدید. به خصوص در ساختمان های موجود، صرفه جویی قابل تحقق از طریق اتوماسیون ساختمان هوشمند بسیار زیاد است. اما دیجیتالی شدن ساختمان ها به چه معناست؟ ساختمان های دیجیتالی به عنوان ساختمان های هوشمند نیز شناخته می شوند. این به جمع آوری طیف گسترده ای از اطلاعات از تمام مناطق ساختمان و کنترل خودکار محرک ها مانند سیستم های تهویه یا گرمایش اشاره دارد که این امکان را فراهم می کند. این باعث می شود که انرژی به صورت هدفمند و تنها در جایی که نیاز است استفاده شود. یکی دیگر از مزایای دیجیتالی سازی ساختمان، نظارت بر انرژی است. اطلاعات مربوط به ساختمان و فناوری نصب شده در آن را می توان در نرم افزار خواند و به صورت تصویری نمایش داد و به مسئول آن شفافیت خوبی در مورد داده های ساختمان و استفاده از فناوری می دهد. این امکان مدیریت کل نگر انرژی را فراهم می کند.

در گذشته، مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود مستلزم تلاش زیادی بود، زیرا فناوری نصب‌شده باید به روشی بسیار پیچیده سیم‌کشی می‌شد. به لطف فناوری LoRaWAN مبتنی بر رادیو، اتصال حسگرها و محرک ها به فناوری ساختمان را می توان به سرعت و مقرون به صرفه حتی در ساختمان های موجود – بدون حفاری سوراخ و کشیدن کابل – پیاده سازی کرد.

هنگام بهینه سازی بهره وری انرژی ساختمان ها، برای بسیاری از اقدامات از دولت حمایت مالی دریافت خواهید کرد، به طوری که سرمایه گذاری حتی سریعتر نتیجه می دهد. یارانه ها توسط اداره فدرال اقتصاد و صادرات (BAFA) اعطا می شود و Kreditanstalt für Wiederaufbau (KFW) وام هایی با یارانه بازپرداخت اعطا می کند. اقدامات زیر واجد شرایط هستند.

1. بهینه سازی گرمایش
2. متعادل کننده هیدرولیک شامل تنظیم منحنی گرمایش
3. تعویض پمپ های گرمایش و تنظیم دمای جریان و ظرفیت پمپ
4. اقداماتی برای کاهش دمای برگشت در شبکه های ساختمانی
5. بهینه سازی پمپ حرارتی
6. عایق کاری خطوط لوله
7. نصب و راه اندازی هیترهای پانلی، رادیاتورهای با دمای پایین و باتری های حرارتی
8. فناوری اندازه گیری و کنترل
9. مهندسی تولیدات گیاهی
10. سیستم های تهویه با بازیابی گرما/سرما
11. اتوماسیون ساختمان با فناوری اندازه گیری و کنترل
12. گیاهان برای خنک کننده اتاق
13. سیستم های روشنایی کارآمد
14. نیروگاه های تولید گرما از انرژی های تجدیدپذیر یا نیروگاه های CHP
15. اقدامات برای بهینه سازی گرمایش
16. عایق حرارتی
17. عایق کاری پوشش ساختمان و نوسازی یا آماده سازی کرتین وال
18. تعویض پنجره ها، درب ها و درب های خارجی
19. نصب و تعویض دستگاه های سایه بان

کاهش بارهای گرمایش، سرمایش و روشنایی از طریق طراحی سازگار با آب و هوا و شیوه‌های حفاظت

• از طراحی غیرفعال خورشیدی استفاده کنید. جهت، اندازه، و مشخص کردن پنجره ها برای متعادل کردن نور روز در مقابل اتلاف گرما. و عناصر منظر را با در نظر گرفتن هندسه خورشیدی و نیازهای بار ساختمان تعیین کنید.
• از پاکت های ساختمانی با کارایی بالا استفاده کنید. دیوارها، سقف ها و سایر مجموعه ها را بر اساس عایق طولانی مدت، عملکرد مانع هوا و الزامات دوام انتخاب کنید.
• طراحی منظر یکپارچه ای را در نظر بگیرید که درختان برگریز را برای سایه اندازی تابستانی، کاشت مناسب برای بادگیرها، و فضاهای جذاب در فضای باز فراهم می کند تا ساکنان مایل به حضور در فضای باز باشند و در نتیجه بارهای گرمایی اضافی ناشی از ساکنان را به ساختمان کاهش می دهد.

سیستم های تهویه مطبوع و روشنایی کارآمد را مشخص کنید

• از تجهیزات و سیستم های تهویه مطبوع کارآمد انرژی استفاده کنید که مطابق با 10 CFR 434  آموزش تهویه مطبوع  یا بیشتر از آن باشد. برای ساختمان های وزارت دفاع، به استانداردهای UFC 1-200-02 با عملکرد بالا و الزامات ساختمان پایدار مراجعه کنید.
• استراتژی هایی را برای کاهش تغییرات بیش از حد هوا و استفاده از سیستم های بازیابی انرژی برای هوای آرایشی ترکیب کنید.
• هوای احتراق را به طور استراتژیک به محفظه ساختمان برای تجهیزات مکانیکی با استفاده از سیستم‌های احتراق مهر و موم شده یا کانالی به جای بازشوهای دیواری ساده وارد کنید.
• از سیستم های روشنایی که کمتر از 1 وات بر فوت مربع مصرف می کنند برای روشنایی محیط استفاده کنید.
• از محصولات یا محصولات کارآمد انرژی که مطابق با استانداردهای وزارت انرژی هستند یا فراتر از آن هستند، از Energy Star® و/یا تعیین شده توسط FEMP استفاده کنید.
• سیستم های بازیافت انرژی را که هوای تهویه ورودی را در ساختمان های تجاری و سازمانی پیش گرم یا سرد می کنند، ارزیابی کنید.
• بررسی استفاده از سیستم‌های تولید و تحویل یکپارچه، مانند تولید همزمان، سلول‌های سوختی و ذخیره‌سازی حرارتی خارج از پیک. همچنین به منابع انرژی توزیع شده WBDG (DER) و میکروتوربین ها مراجعه کنید.

از منابع انرژی تجدیدپذیر یا با راندمان بالا استفاده کنید

• منابع انرژی تجدیدپذیر عبارتند از: گرمایش آب خورشیدی، فتوولتائیک (PV)، باد، زیست توده و زمین گرمایی. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می تواند امنیت انرژی را افزایش داده و وابستگی به سوخت های وارداتی را کاهش دهد، در حالی که انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با مصرف انرژی را کاهش یا حذف می کند. حرارت خورشیدی را برای مصارف آب گرم خانگی و گرمایش در نظر بگیرید.
• استفاده از مقیاس ساختمان را برای استفاده از فناوری های انرژی تجدیدپذیر در محل مانند گرمایش آب خورشیدی و پمپ های حرارتی زمین گرمایی ارزیابی کنید.
• استفاده از فناوری‌های انرژی‌های تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ‌تر مانند فتوولتائیک، توربین‌های بادی و حرارتی خورشیدی را در نظر بگیرید.
• خرید برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر یا منابع کم آلاینده مانند گاز طبیعی را ارزیابی کنید.

بهینه سازی عملکرد ساختمان و استراتژی های کنترل سیستم

• از برنامه های مدل سازی انرژی در مراحل اولیه طراحی استفاده کنید.
• ارزیابی استفاده از اجزای مدولار مانند بویلرها یا چیلرها برای بهینه سازی راندمان بار جزئی و الزامات نگهداری.
• از سنسورها برای کنترل بارها بر اساس اشغال، برنامه زمانبندی و/یا در دسترس بودن منابع طبیعی مانند نور روز یا تهویه طبیعی در طول عملیات ساختمان استفاده کنید.
• برای کاهش بارهای گرمایشی و سرمایشی در زمانی که ساختمان خالی از سکنه است، مشکلات تهویه مطبوع را در شب و آخر هفته فراهم کنید.
• ارزیابی استفاده از کنترل‌های هوشمند که سیستم‌های اتوماسیون ساختمان را با زیرساخت‌های فناوری اطلاعات (IT) ادغام می‌کنند.
• از خواندن و مدیریت کنتور از راه دور متمرکز برای ارائه تجزیه و تحلیل دقیق مصرف انرژی و نظارت بر کیفیت برق استفاده کنید.
• از اندازه گیری برای تایید انرژی ساختمان و عملکرد زیست محیطی در طول عمر پروژه استفاده کنید.
• از یک طرح جامع و راه اندازی ساختمان در طول عمر پروژه استفاده کنید.
• از یک ابزار مدیریت انرژی تعاملی استفاده کنید که به شما امکان می دهد مصرف انرژی و آب را مانند Energy Star® Portfolio Manager پیگیری و ارزیابی کنید.
• داشبوردهای گرافیکی تعاملی الکترونیکی را در مکان های برجسته ارائه دهید تا به ساکنان در مورد مصرف انرژی و آب ساختمانشان آموزش داده شود و ویژگی های ساختمان پایدار را برجسته کند.
• همچنین به ارزیابی عملکرد تسهیلات WBDG مراجعه کنید.

مقاوم سازی انرژی عمیق

بهسازی انرژی عمیق یک تجزیه و تحلیل کل ساختمان و فرآیند ساخت و ساز است که صرفه جویی در هزینه انرژی بسیار بیشتری را نسبت به بازسازی های انرژی ساده تر مانند ارتقاء روشنایی و تجهیزات HVAC به دست می آورد. در اتخاذ رویکرد کل ساختمان، مقاوم‌سازی انرژی عمیق با ترکیب اقدامات کارآمد انرژی مانند تجهیزات کم مصرف، آب‌بندی هوا، مدیریت رطوبت، تهویه کنترل‌شده، عایق‌سازی و کنترل خورشیدی، به بسیاری از سیستم‌ها می‌پردازد. منابع موجود برای شناسایی فرصت‌های طراحی بهینه‌سازی انرژی عمیق از مؤسسه کوه راکی و راهنمای ارتقای پیشرفته انرژی از وزارت انرژی، دفتر بهره‌وری انرژی و انرژی‌های تجدیدپذیر در دسترس هستند.

پایداری و امنیت انرژی

استقلال و امنیت انرژی از اجزای مهم امنیت ملی و راهبردهای انرژی است. امروزه، برق بیشتر توسط نیروگاه های متمرکز عظیم تولید می شود و برق در امتداد خطوط انتقال حرکت می کند. استقلال انرژی را می توان تا حدی با به حداقل رساندن مصرف انرژی از طریق صرفه جویی در انرژی، بهره وری انرژی، و با تولید انرژی از منابع محلی، تجدیدپذیر، مانند باد، خورشید، زمین گرمایی و غیره به دست آورد (به منابع انرژی توزیع شده WBDG، فناوری سلول سوختی مراجعه کنید. میکروتوربین‌ها، فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV)، روشنایی روز، گرمایش خورشیدی غیرفعال) علاوه بر این، استفاده از سیستم‌های انرژی توزیع‌شده به انعطاف‌پذیری ساختمان می‌افزاید زیرا تهدیدات ناشی از آسیب بلایای طبیعی بیشتر می‌شود.

امنیت سایبری

سیستم‌های اتوماسیون ساختمان (BAS)، سیستم‌های کنترل صنعتی (ICS) و کنترل نظارتی و ثبت تاریخ (SCADA) در برابر حمله از طریق اینترنت آسیب‌پذیر هستند. مجرمان سایبری می توانند به این سیستم ها دسترسی داشته باشند تا کنترل ها را غیرفعال کنند و سیستم های انرژی و آب را مختل کنند و حتی تجهیزات را از بین ببرند. با به کارگیری اقدامات امنیتی سایبری، اطمینان حاصل کنید که این سیستم ها در برابر این نفوذها محافظت می شوند.

مسائل مرتبط

• ساختمان ها، پردیس ها و جوامع انرژی صفر خالص: وزارت انرژی ایالات متحده با همکاری مؤسسه ملی علوم ساختمان اخیراً یک تعریف مشترک برای ساختمان “انرژی صفر” منتشر کرده است که به عنوان ساختمان “انرژی صفر خالص” یا “انرژی خالص صفر” نیز شناخته می شود. این تعریف متداول برای ساختمان با انرژی صفر بیان می کند که ساختمان صفر انرژی «ساختمانی با انرژی کارآمد است که در آن، بر اساس انرژی منبع، انرژی واقعی تحویل سالانه کمتر یا برابر با انرژی تجدیدپذیر صادر شده در محل است». این تعریف برای پردیس ها، نمونه کارها و جوامع نیز صدق می کند. علاوه بر ارائه وضوح در سراسر صنعت، این نشریه جدید DOE دستورالعمل های مهمی را برای اندازه گیری و اجرا ارائه می دهد، به طور خاص نحوه استفاده از این تعریف را برای پروژه های ساختمانی توضیح می دهد. همچنین برنامه های ساختمانی تجاری و مسکونی وجود دارد که انرژی خالص صفر را ترویج می کند. نمونه‌هایی از ساختمان‌های تجاری، مسکونی و دولتی با انرژی خالص صفر می‌تواند راهنمایی برای توسعه ساختمان‌های با انرژی خالص صفر در آینده باشد.
• حرارت و برق ترکیبی (CHP): CHP یا تولید همزمان، تولید همزمان انرژی مکانیکی و حرارتی مفید در یک سیستم واحد و یکپارچه است. CHP را در شروع پروژه برای افزایش راندمان صنعتی و کاهش مصرف سوخت غیر ضروری در نظر بگیرید. CHP توانایی هدایت انرژی های تجدیدپذیر را به زیرساخت های حیاتی دارد.
• ریزشبکه ها : طبق انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA) یک ریزشبکه مجموعه ای به هم پیوسته از منابع و بارهای برق است که تحت یک روش رایج کنترل قرار می گیرد. ریزشبکه‌ها معمولاً تولید انرژی تجدیدپذیر در مقیاس کوچک مانند فتوولتائیک (PV) را با توربین‌های گاز طبیعی و حتی سلول‌های سوختی ادغام می‌کنند. با احتمال قطع برق به دلیل حوادث ناشی از انسان و آب و هوا در تاسیسات حیاتی مانند بیمارستان‌ها، مراکز داده و آزمایشگاه‌ها، ریزشبکه‌ها می‌توانند جزیره‌ای را برای عایق‌سازی تاسیسات از قطعی ایجاد کنند. پردیس های دانشگاهی و پایگاه های نظامی نیز می توانند از ریزشبکه ها بهره مند شوند.

تکنولوژی های نو ظهور

بقای غیرفعال، که به عنوان توانایی یک مرکز برای تامین سرپناه و نیازهای اولیه ساکنان در طول و بعد از حوادث بلایای طبیعی بدون برق توصیف می شود، به یک استراتژی طراحی تبدیل می شود، به ویژه در مناطقی از کشور که طوفان ها و سیل ها سالانه تکرار می شوند یا بیشتر اوقات مفاهیم بقای تاسیسات را در طراحی تاسیسات حیاتی، از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر در محل که به زودی پس از طوفان بزرگ برای تامین انرژی ساختمان در دسترس خواهند بود، بگنجانید.

دیوارهای سبز و باغ های عمودی یا دیوارهای زنده به عنوان یک عنصر طراحی پایدار در بسیاری از ساختمان ها استفاده می شود. گیاهان به طور طبیعی دی اکسید کربن و سایر آلاینده ها را جذب می کنند و سپس اکسیژن تازه و تمیز را دفع می کنند. این دیوارها همچنین به کاهش نویز کمک می کنند و مزایای مرتبط با طراحی بیوفیلیک را ارائه می دهند. مطمئن شوید که آنها با الزامات امنیتی سایت از جمله پیشگیری از جرم از طریق طراحی محیطی (CPTED) در تضاد نیستند.

منابع:

https://www.deos-ag.com/en/blog/energy-optimisation-in-existing-buildings/

https://www.mdpi.com/2078-2489/10/3/108

https://www.wbdg.org/design-objectives/sustainable/optimize-energy-use