مصرف انرژي در ساختمان هاي اداري

انرژي كه براي گرمايش، سرمايش، روشنايي فضاي كاري و خانه ها مصرف مي شود، حدود يك سوم مصرف انرژي در ايالات متحده آمريكا را تشكيل مي دهد. خانه ها و فضاهاي كاري، با اين كه بزرگ ترين مصرف كنندگان انرژي در اين كشور هستند، قرار است بيشترين كاهش در مصرف انرژي را نيز به نام خود ثبت نمايند. برنامه هايي مانند « Energy Star» و «راهبري در طراحي زيست محيطي و انرژي « LEED»، كاهش مصرف انرژي را از جنبه هاي سبز و پايايي ساختمان را مورد هدف قرار داده اند.ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1 با نام «استاندارد انرژي براي ساختمان ها به استثناي ساختمان هاي كوچك مسكوني» و همچنين دستور العمل هاي انرژي ايالتي، استاندارد ها و قواعد محرك اين حركت به شمار مي آيند. افزايش هزينه هاي انرژي نيز، اين حركت را از نظر جنبه هاي اقتصادي آن تسريع مي نمايد. بنابراين انتظار مي رود نتايج خوبي از اين برنامه ها حاصل گردد.

در طول پانزده سال گذشته، تقاضاي برق مورد نياز براي روشنايي فضاهاي تجاري به نصف كاهش يافته است. استفاده از روشنايي روز، چراغ هاي كم نور شونده، حس گرهاي حضور افراد و غيره، توانسته اند اين كاهش قابل توجه را ايجاد نمايند. مصرف انرژي رايانه ها، نمايشگرها، دستگاه هاي كپي، فكس و ديگر لوازم اداري نيز كاهش چشمگيري يافته است. كاهش چهل تا شصت درصدي نيز در ميانگين بارهاي سرمايش داخلي به چشم مي خورد. به عنوان مثال، بازسازي يك ساختمان اداري با مساحت 10000 فوت مربع با سن ده سال با بكارگيري تجهيزات روشنايي و اداري جديد، مي تواند 20 كيلووات از بار الكتريكي اوج و بيش از 5/5 تن بار تهويه مطبوع را كاهش دهد. مسلم است كه اين صرفه جويي هاي انرژي با گذشت زمان بيشتر، مصرف انرژي را نيز بنام خود ثبت نمايند. اما عدم ارزيابي تاثيراتي كه بر روي سيستم هاي تهويه مطبوع رخ خواهد داد، مي تواند منجر به بروز مشكلاتي در زمينه آسايش ساكنين و كيفيت هواي داخلي ساختمان گردد. قواعد سرانگشتي كه براي دهه هاي متمادي تقريبا ثابت باقي مانده بود، به نظر مي رسد كه ديگر صحت گذشته را از دست داده است. در واقع، آنچه كه از نظر صرفه جويي در انرژي بسيار ايده آل به نظر برسد، شايد سيستم تهويه مطبوع ساختمان را تبديل به دستگاه توليد شكايات ساكنين نموده و در برخي موارد، كابوسي واقعي در مورد كيفيت هواي داخل به شمار مي آيد.

تغيير الگوي مصرف داخلي

بارهاي موجود در فضاي داخلي از قبيل روشنايي، تجهيزات و ساكنين، با پيدايش دفاتر كاري باز تا حدودي تغيير كرده اند. سطوح روشنايي در اين اماكن كمتر شده است (كه البته به دليل الزامات موجود در دستورالعمل هاي جديد است) ولي بار مصرف انرژي الكتريكي توسط دستگاه هاي جديد اداري تا حدودي افزايش يافته است. چگالي متوسط افراد حاضر در محل تقريبا بدون تغيير باقي مانده است.

گرماي محسوس به ازاي هر نفر به ميزان 250 Btuh در اين محل، معادل w 73/0 بر هر فوت مربع تغيير، باقي مانده است. در اواسط دهه 1980، لامپ هاي داراي چگالي 2/2 تا 5/2 وات به ازاي فوت مربع، معمول بودند. استارت هاي الكترونيكي لامپ هاي فلوئورسنت نسبت به استارت هاي مغناطيسي داراي مزيت هاي زيادي هستند لامپ هاي چهل واتي T12 جاي خود را به لامپ هاي 34 واتي T8 و سپس لامپ هاي T5 داده اند. ميزان روشنايي در صفحات رايانه اي كاهش پيدا كرده و استفاده از روشنايي مستقيم/ غيرمستقيم با انرژي پايين، تبديل به روشي استاندارد شده است. برخي از دستورالعمل هاي انرژي در حال حاضر ميزان روشنايي در ساختمان هاي اداري را به 2/1 وات به ازاي هر فوت مربع محدود مي نمايند. طراحي دقيق (چراغ ها، طرح مبلمان، انتخاب رنگ ها و غيره، اين امكان را ايجاد مي كند كه بدون اين كه كيفيت روشنايي از دست رفته و يا هزينه هاي بالايي تحميل شود، مقدار 1.0w به ازاي هر فوت مربع به راحتي به دست آيد. برخي از مالكان ساختمان در حال كار بر روي روش هايي براي كاهش بار روشنايي ساختمان هايشان تا ميزان0.5w در هر فوت مربع مي باشند.هر چند بار روشنايي پايين آمده است، اما استفاده از تجهيزات اداري به مراتب نسبت به گذشته افزايش داشته است. تعداد دستگاه هاي كپي، فكس، اسكنر، رايانه هاي شخصي و چاپگرها طي سال هاي اخير افزايش قابل توجهي نشان مي دهد. حتما به ياد داريد كه قبلا رايانه هاي معدودي در هر شركت وجود داشت، ولي حالا روي هر ميز يك رايانه وجود دارد. به همين قياس، قبلا از يك يا دو چاپ گر مشترك در شركت ها استفاده مي شد، اما حالا تقريبا براي هر اتاق، حداقل يك چاپگر در نظر گرفته شده است. بار تجهيزات دفتري از 0.75 تا 1.0w به ازاي هر فوت مربع، به 1.5 تا 2.0w در هر فوت مربع افزايش يافته است.

چاپ گرهاي ليزري و همچنين دستگاه هاي كپي كوچك، در اين اواخر قيمت هاي بسيار مناسبي پيدا كرده اند. حتی بسياري از دستگاه هاي فكس نيز به صورت ليزري در آمده اند. نمايشگر هاي رايانه اي، از نوع تك رنگ سبز 12 اينچي به حداقل 17 اينچ رنگي ارتقا يافته و به همين دليل برق مصرفي اين نمايشگرها به مراتب بالاتر رفته است. تحقيقات انجام شده نشان داده است كه تا سال 1994، نمايشگرهاي رايانه اي بيشترين انرژي كاركرد رايانه ها را تشكيل مي دهند. اين تحقيقات همچنين نشان داده است كه اطلاعات موجود بر روي برچسب مشخصات تجهيزات اداري، بسيار بالاتر از مصرف انرژي واقعي آن هاست. هر چند چگالي تجهيزات اداري در چند سال گذشته حدود 1.4 تا 1.8w بر فوت بوده است، اما اين مقدار در حال كاهش يافتن است. بهبودهاي صورت گرفته در مواردي مانند حالت آماده به كار “stand-by”، به خصوص حالات صرفه جويي كننده در انرژي، به اين مساله كمك زيادي نموده اند. تجهيزاتي كه داراي مشخصه “Energy Star” هستند، تبديل به تجهيزات استاندارد شده اند.

استفاده از تجهيزات به صورت شبكه نيز در كاهش بارهاي مضاعف نقش بسزايي دارد. دستگاه هاي جديدي كه نقش دستگاه كپي، اسكنر، فكس و چاپ گر را به طور همزمان بازي مي كنند، بسيار رايج شده اند. تونرهاي جديد دستگاه كپي، نياز به حرارت كمتري براي نشستن بر روي سطح كاغذ دارند. اين دستگاه هاي جديد، در عين اين كه فضايي نصف فضاي تجهيزات ده سال گذشته اشغال مي كنند، مصرف انرژي بسيار كمتري نيز پيدا كرده اند. در حال حاضر، حداكثر چگالي تجهيزات به سمت 1.0w بر فوت مربع پيش مي رود و بزرگ ترين تغييري كه در اين رابطه قابل ذكر است، پيدايش نمايگرهاي كريستال مايع (LCD) است. اين نمايشگرها، مصرف برق بين 35 تا 50 وات دارند، در حالي كه نمايشگرهاي اشعه كاتدي (CRT) معمولي با همان اندازه، بين 120 تا 150 وات مصرف دارند. با پايين تر آمدن قيمت اين نمايشگرها، به نظر مي رسد كه در آينده به صورت نمايشگرهاي استاندارد در فضاهاي اداري و همچنين خانگي مطرح شوند.

توليد گرماي كمتر، سرمايش مورد نياز پايين تر

در اوايل دهه ي 1990، فضاهاي داخلي معمولي با استفاده از اختلاف دماي «تغذيه به فضا» معادلF20، براي بارهاي اوج 0.8 تا1.0cfm به ازاي فوت مربع طراحي شده بودند. مقادير هواي تغذيه براي بار ناشي از حضور افراد، با روشنايي و همچنين بار دستگاه هاي موجود، تا اواخر دهه ي 1990 يعني زماني كه پيشرفت هاي قابل توجهي در زمينه ي روشنايي به وجود آمد و كاهشي 30 تا 40 درصدي را باعث گرديد، تقريبا ثابت باقي ماند.

فضاهاي جديد و بازسازي شده با استفاده از سيستم هاي روشنايي پيشرفته و همچنين بار كاهش يافته نمايشگرهاي LCD، مي توانند در شرايط اوج سرمايشي بين 0.35 تا 0.4cfm به ازاي هر فوت مربع كاهش ايجاد نمايند. اما در اين مقدار پايين cfm به ازاي فوت مربع، مشكل آغاز مي گردد. برنامه ريزي در اين زمينه كار ساده اي نيست، زيرا موارد صرفه جويي در انرژي روشنايي و تجهيزات رايانه اي، تنها با گذشت زماني طولاني از مرحله تكميل طراحي و ساخت امكان پذير خواهد بود. اغلب ديفيوزها قادر نيستند 0.4cfm به ازاي فوت مربع هواي تغذيه را به مقدار كافي براي پوشش دهي مناسب محل مورد نظر تامين نمايند. هواي كم سرعت به مقدار كافي در محيط پراكنده نشده و فقط در همان راستا به سمت پايين حركت خواهد كرد. بنابراين افرادي كه زير دريچه هاي هواي تغذيه قرار مي گيرند احساس سرما كرده و ديگران، هيچ حركت هوايي در اطراف خودنداشته و بنابراين احساس گرما و كلافگي خواهند كرد. هواي سردتر از سمت سقف حركت كرده و با هواي گرم مخلوط مي شود. در ارتفاع 6 فوتي، دماي هوا F75 است. اثربخشي تهويه مي تواند رفاه مناسب را در فضاي مورد نظر حفظ نمايد.

يك سيستم حجم هواي متغير (VAV) مي تواند به كمتر از 20.0cfm بر هر فوت مربع در بارهاي كاهش يافته نياز داشته باشد. تنها انواع معدودي از ديفيوزر هاي القاي بالا/ دماي پايين و ديفيوزر هاي چند شبكه اي قابل تنظيم مي توانند در اين مقدار جريان هوا، شرايط مناسب را تامين نمايند و البته اين نوع ديفيوزرها در بسياري از ساختمان هاي اداري نصب نشده اند. در اختلاف دماي F20 و جريان هواي 0.35cfm در فوت مربع، يك ديفيوزر 150cfm بايستي 430 فوت مربع را پوشش دهد كه حداقل 10 فوت فضاي موثر پراكنش براي ديفيوزر در چهار جهت مورد نياز خواهد بود. در 75 درصد بار (112 cfm)، همان ديفيوزر نياز به پراكنش بين 9 تا 10 فوت خواهد داشت. دريچه هاي خطي و برخي دريچه هاي القاي بالا، جزء معدود ابزارهايي هستند كه اين الزامات را برآورده مي سازند. اگر توزيع هوا در نظر گرفته نشود، اولين نشانه بروز مشكل در ساختمان هايي كه از انرژي پاييني استفاده مي كنند، وجود شكاياتي در مورد سرد و گرم بودن يك محل خاص خواهد بود. مشكلات جدي تري نيز در نواحي گرم تر و داراي تابستان هاي مرطوب ديده مي شود (دما هاي حباب تر طراحي بالاتر از C76). با كاهش گرماي محسوس تا 50 درصد يا بيشتر، بار نهان تبديل به بخش بزرگ تري از كل گرماي توليد شده در فضا خواهد شد. بارهاي داخلي امروزي مي توانند نسبت گرماي محسوس (SHR) بين 85 تا 90 درصد داشته باشند. كاهش توليد گرما در سيستم هاي روشنايي و تجهيزات موجود در محل مي تواند اين مقدار را به 65 تا 75 درصد كاهش دهد. نيمي از هواي تغذيه براي فضاي معمولي امروزي، هنوز هم به مقدار مشابهي از هواي خارج نياز دارد. مقدار 20 cfm هواي خارجي به ازاي هر نفر و يك نفر به ازاي 100 فوت مربع، معادل حداكثر 0.2 cfm به ازاي فوت مربع هواي خارجي خواهد بود. در مقايسه با مقادير 0.35 تا 0.4cfm بر فوت مربع كه براي سرمايش فضا مورد نياز است، درصد هواي خارجي از 25 تا 35 درصد به 50 درصد يا بيشتر افزايش مي يابد. درصد بالاتر نسبت هواي خارجي، مقدار بار نهان بر روي كويل هاي خنك هاي كننده را افزايش داده و مقدارSHR را بيش از پيش كاهش خواهد داد. كويل هاي خنك كننده با شرايطي روبرو خواهند شد كه در آن شرايط، نمي توانند رطوبت را از هوا بزدايند. يك كويل محاسبه شده براي 80 درصد SHR نخواهند توانست با افت SHR رطوبت هوا را بزدايد (در بارهاي سطحي خنثی، بار محسوس و SHR بيشتر افت مي كنند). به خصوص كويل هاي آب سرد، بدون بار گرماي محسوس براي زدايش گرماي نهان، آسيب پذيرترند. كويل خنك كننده كه براي براي تطابق دقيق با بار موجود انتخاب شده است، داراي 11 درصد ظرفيت نهان اضافي است. در 1.8w به ازاي فوت مربع، ظرفيت كويل 8 درصد كمتر از مقدار مورد نياز براي برآورده ساختن نياز بار نهان است. سطوح رطوبت نسبي بالاي 60 درصد كاملا محتمل به نظر مي رسد. در شرايط سردتر، مي توان سطح بالاي رطوبتي را انتظار داشت. تمام مشكلات رطوبتي مربوط به ميزان بالاي رطوبت مي تواند در اين شرايط در ساختمان آغاز شده و گسترده شود. غير از هواي خشك زمستاني، شرايط معدودي وجود دارد كه مي تواند هواي ساختمان را خشك نگه دارد. سيستم HVAC در اين شرايط مي تواند منشا بروز مشكلاتي از قبيل رشد قارچ و كپك ها و ديگر مشكلات كيفيت هواي داخلي گردد.