چگونه آینده را با مدل سازی انرژی پیش بینی کنیم

مقایسه درصد لعاب نما و مصرف انرژی.

مانند بسیاری از ما در صنایع طراحی و ساخت و ساز، ما در BUILD به این فکر کرده‌ایم که چگونه در هر مرحله از فرآیند طراحی، ساختمان‌های کارآمدتر انرژی ایجاد کنیم. مدل سازی انرژی به ما امکان می دهد موفقیت تصمیمات طراحی خود را در برابر اهداف انرژی پروژه ارزیابی کنیم و ساختمان های پایدارتری تولید کنیم.

در سال 2022، مصرف انرژی در ساختمان های مسکونی و تجاری مسئول 40 درصد از کل مصرف انرژی در ایالات متحده بود. این شامل انرژی مورد استفاده برای گرم کردن و خنک کردن ساختمان ها، برای حفظ جریان هوا در سطوح مناسب برای سلامت ساکنان، روشن نگه داشتن چراغ ها، و روشن نگه داشتن دستگاه ها و تجهیزات ما می شود. برای کسانی که در حال طراحی، تأمین مالی و ساخت ساختمان هستند، این یک فرصت بزرگ برای شکل دادن به روشی است که مردم در سراسر کشور از انرژی استفاده می کنند و در نتیجه روش هایی که مصرف انرژی ما بر محیط زیست، اقتصاد و جامعه تأثیر می گذارد.

مدل سازی انرژی، مانند بسیاری از کارهایی که معماران انجام می دهند، تلاشی برای پیش بینی آینده است. مدل انرژی یک نمایش محاسباتی از تمام اجزای مهم یک ساختمان است که بر مصرف انرژی آن تأثیر می گذارد: آب و هوای ساختمان، مکان و تعداد پنجره ها، میزان عایق بندی پوشش، کجا و چگونه دیوارهای زیادی وجود دارد، انتظار می رود سرنشینان چه مقدار انرژی مصرف کنند (آیا این کابینی است که به ندرت اشغال می شود یا بیمارستانی که به تجهیزات صرفه جویی در مصرف انرژی و سیستم تهویه قوی نیاز دارد؟) و موارد دیگر. هرچه مفروضات ساخت مدل انرژی دقیق تر باشد، شبیه سازی انرژی قادر به پیش بینی دقیق آینده خواهد بود – اگرچه یک موج گرمای غافلگیرکننده یا عملیات استخراج بیت کوین ممکن است همچنان به مصرف انرژی در دنیای واقعی منجر شود که با پیش بینی متفاوت است. .

شدت مصرف انرژی (EUI) از یک مدل انرژی مفهومی که مقادیر مختلف عایق دیوار، سقف و پنجره را مقایسه می‌کند.

در بسیاری از موارد، داشتن یک مدل انرژی کامل که مصرف انرژی در آینده را با دقت 100 درصد پیش‌بینی می‌کند، هدف اولیه نیست، اگرچه ضرری هم ندارد. در مراحل اولیه طراحی، استفاده از یک مدل انرژی برای مقایسه و تعیین کمیت اثر پنجره‌های دو جداره در مقابل سه جداره، یا یک آتریوم رو به شرق در مقابل غرب می‌تواند برای اطلاع‌رسانی تصمیمات طراحی بسیار قدرتمندتر باشد. مدل‌سازی انرژی همچنین می‌تواند برای تجزیه و تحلیل هزینه‌های چرخه عمر، برای اثبات انطباق با کد انرژی، یا کسب مشوق‌ها از طریق برنامه‌هایی مانند Energy Trust of Oregon استفاده شود.

سطوح مختلفی از مدل‌های انرژی وجود دارد که بر اساس میزان اطلاعاتی که ارائه می‌دهند و زمان لازم برای کنار هم قرار دادن آنها برای برخی یا همه این کاربردها مناسب‌تر هستند. مونتاژ یک مدل انرژی بسیار دقیق می تواند زمان بر باشد و به اطلاعات بسیار دقیقی در مورد پروژه نیاز دارد که ممکن است در مراحل اولیه طراحی مشخص نشده باشد. در این مرحله، یک مدل مفهومی انرژی در سطح انبوه، که اغلب «مدل جعبه کفش» نامیده می‌شود، مفیدترین است. اینها به سرعت در کنار هم قرار می گیرند، زیرا ساختمان را با هندسه بسیار ابتدایی (اغلب شبیه به شکل جعبه کفش) نشان می دهند و در مورد اطلاعات مربوط به شبیه سازی انرژی که ممکن است هنوز تعیین نشده باشند، مفروضاتی ایجاد می کنند، مانند فرض سطوح روشنایی عمومی یا HVAC برای یک مورد خاص. این نوع مدل قادر به اثبات انطباق با کد یا پیش‌بینی دقیق مصرف انرژی در آینده نیست، اما برای پاسخ به سوالاتی که تیم طراحی ممکن است در مراحل اولیه طراحی داشته باشند، مانند نحوه جهت‌گیری ساختمان و آن بسیار مفید خواهد بود. پنجره ها برای به حداقل رساندن مصرف انرژی، و مقیاس اثر افزایش سطح پوشش، یا تنظیم خواص عایق آن.

نمونه ای از هندسه پایه در یک مدل انرژی مفهومی.

سپس یک مدل جعبه کفش را می توان اصلاح کرد و با جزئیات بیشتر پروژه پر کرد تا بتوان از آن برای اهدافی استفاده کرد که به دقت بیشتری نیاز دارند. اینها ممکن است شامل تعریف دقیق سیستم HVAC، مجموعه های دیوار و سقف و محصولات پنجره باشد. تنظیم دقیق بارهای پریز و روشنایی مورد انتظار و مدل سازی هندسه دقیق مانند دستگاه های سایه بان. با این حال، درست مانند فرآیند طراحی به عنوان یک کل، ساخت یک مدل انرژی یک فرآیند مداوم و تکراری است. یک پروژه ممکن است با اهداف انرژی خاصی شروع شود که یک مدل انرژی اولیه می تواند امکان سنجی آن را ارزیابی کند. این اهداف ممکن است پس از آن مورد ارزیابی مجدد و تجدید نظر قرار گیرند، با مدل انرژی به طور مداوم برای منعکس کردن طراحی فعلی، و قضاوت عملکرد آن در برابر اهداف کلی پروژه، بازخورد اطلاعات به تیم طراحی. در حالی که کار اولیه برای ساخت یک مدل انرژی کامل ساختمان می تواند زمان بر باشد، پس از ساخت مدل، تعویض مقادیر R یا تغییر بارهای دوشاخه به سرعت انجام می شود.

شایان ذکر است که چند پسرعموی مدل سازی انرژی وجود دارند که می توانند از قدرت محاسبات برای طراحی ساختمان های با کارایی بالا نیز استفاده کنند. اینها شامل مدل‌سازی نور روز، مدل‌سازی آسایش حرارتی، شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، تجزیه و تحلیل کربن تجسم‌یافته و غیره است. برخی از ابزارهای شبیه سازی انرژی شامل قابلیت تجزیه و تحلیل برخی یا همه این عوامل هستند، در حالی که برخی دیگر به نرم افزار تکمیلی برای بهینه سازی دقیق این مناطق نیاز دارند. همراه با مدل‌سازی انرژی، این ابزارها به طراحان اجازه می‌دهند تا اثرات تصمیمات طراحی خود را با توجه به مصرف انرژی، آسایش ساکنین و تأثیرات محیطی تعیین کنند و به اهداف عملکرد ساختمان هر پروژه دست یابند.