پژوهش جالب در صرفه‌ جویی انرژی در ساختمان‌ ها

به گزارش رکنا، در پژوهشی جدید، گروهی از محققان ایرانی تأثیر استفاده از موادی را بررسی کرده‌اند که می‌توانند با تغییر فاز، انرژی را ذخیره کرده و نقش مهمی در مدیریت مصرف انرژی ساختمان‌ها ایفا کنند.

در سال‌های اخیر، مصرف بالای انرژی برای گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها به یکی از چالش‌های مهم زندگی شهری تبدیل شده است. بخش زیادی از این مصرف انرژی با نحوه طراحی و کیفیت پوسته ساختمان، یعنی همان دیوارها و سطوحی که فضاهای داخلی را از محیط بیرون جدا می‌کنند، ارتباط مستقیم دارد. هرچه این پوسته‌ها توانایی بیشتری در کنترل جریان حرارت داشته باشند، انرژی کمتری برای گرم‌کردن یا خنک‌کردن فضا مصرف خواهد شد. در همین راستا، توجه بسیاری از پژوهشگران به سمت استفاده از موادی جلب شده که می‌توانند گرمای اضافی را در ساعاتی از روز ذخیره و در زمان مناسب آزاد کنند. این مواد که با نام مواد تغییر فازدهنده شناخته می‌شوند، هنگام تغییر حالت از جامد به مایع یا بالعکس، مقدار زیادی انرژی را جذب یا رها می‌کنند و این ویژگی آن‌ها را به گزینه‌ای جذاب برای بهبود عملکرد انرژی ساختمان‌ها تبدیل کرده است.

استفاده از این مواد در ساختمان مزایای مختلفی دارد، اما انتخاب آن‌ها باید با دقت انجام شود. چرا که دمای ذوب یا همان نقطه تغییر فاز این مواد، نقش اساسی در کارایی آن‌ها دارد. اگر دمای ذوب با دمای معمول محیط هم‌خوانی نداشته باشد، ممکن است برعکس موجب افزایش مصرف انرژی شود. در سال‌های اخیر تلاش‌های مختلفی شده تا مشخص شود این مواد در چه شرایطی بهترین عملکرد را دارند. با این حال، اغلب پژوهش‌ها تنها یک فصل سال را بررسی کرده‌اند و اطلاعات جامع در مورد عملکرد این مواد در طول سال یا در شرایط مختلف اقلیمی محدود است. به همین دلیل، بررسی کامل‌تر آن‌ها برای رسیدن به نتایج قابل اتکا ضروری بوده است.

در این رابطه، سهیلا عبدی‌زاده از گروه معماری دانشگاه هنر اسلامی تبریز به همراه یکی از همکاران دانشگاهی خود، پژوهشی را با همراهی پردیس بین‌المللی کیش دانشگاه تهران انجام داده‌اند. این تیم تحقیقاتی به بررسی تأثیر به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده با دماهای مختلف در پوسته یک ساختمان مسکونی واقع در اقلیم سرد پرداخته است. هدف آن‌ها این بوده که مشخص کنند استفاده از این مواد در چه ماه‌هایی از سال مفید است، کدام دمای ذوب بهترین عملکرد را دارد و کدام جهت دیوار ساختمان بیشترین صرفه‌جویی انرژی را ممکن می‌کند.

روش انجام این پژوهش به صورت کمّی و با رویکرد مبتنی بر تحلیل داده بوده است. برای این مطالعه، یک ساختمان پنج‌طبقه در شهر تبریز انتخاب شد. سپس با استفاده از نرم‌افزارهای مربوط به شبیه‌سازی، عملکرد حرارتی ساختمان در شرایط مختلف مورد بررسی قرار گرفت. پژوهشگران سه نوع ماده تغییر فازدهنده با دمای ذوب ۱۸، ۲۴ و ۲۸ درجه سانتی‌گراد را در مدل‌های مختلف اعمال کردند تا ببینند هر یک از آن‌ها در ماه‌های سرد و گرم سال چه تأثیری بر میزان مصرف انرژی دارد.

نتایج این پژوهش که در نشریه «فرهنگ معماری و شهرسازی اسلامی» وابسته به دانشگاه هنر اسلامی تبریز منتشر شده‌اند، نشان دادند که مواد با دمای ذوب پایین‌تر، مانند ۱۸ درجه، اگرچه در ماه‌های گرم توانستند مصرف انرژی را تا حدود ۱۶ درصد کاهش دهند، اما در ماه‌های سرد باعث افزایش مصرف انرژی شدند. این موضوع نشان می‌دهد که انتخاب دمای ذوب مناسب تا چه حد اهمیت دارد و یک ماده تغییر فاز دهنده یا PCM ممکن است تنها در بخشی از سال مفید باشد. در مقابل، مواد با دمای ذوب ۲۴ و ۲۸ درجه هم در ماه‌های گرم و هم در ماه‌های سرد تأثیر مثبتی داشتند و توانستند مصرف انرژی را کاهش دهند. در میان این دو، دمای ۲۴ درجه عملکرد چشمگیرتری نشان داد و بیشترین میزان صرفه‌جویی را ثبت کرد.

همچنین، تحلیل‌ها نشان دادند که جهت قرارگیری دیوارها نقش مهمی در عملکرد این مواد دارد. دیوارهای جنوبی، به دلیل دریافت نور بیشتر، طبیعی است که بیشترین ظرفیت برای ذخیره و آزادسازی گرما را داشته باشند. نتایج هم این موضوع را تأیید کرد و نشان داد بهترین عملکرد مواد تغییر فازدهنده در جبهه جنوبی ساختمان بوده است.

بر اساس بررسی تکمیلی عملکرد این مواد، انتخاب دماهای ذوب بالاتر مانند ۲۴ یا ۲۸ درجه معمولاً عملکرد بهتری در مناطق سردسیر دارد. زیرا این دماها به شرایط آسایش حرارتی نزدیک‌تر هستند و بهتر می‌توانند گرما را در طول روز ذخیره و شب هنگام آزاد کنند. از سوی دیگر، دماهای پایین‌تر ممکن است باعث سرد شدن بیش از حد فضا در شب شوند و در زمستان اثری معکوس بر مصرف انرژی داشته باشند.

در مجموع، پژوهش ارزشمند فوق با بررسی سالانه عملکرد این مواد، تصویر جامع‌تری از کارایی آن‌ها ارائه کرده و نشان داده که دمای ۲۴ درجه برای اقلیم سرد تبریز مناسب‌ترین گزینه است.