نکات برجسته
- •هدایت حرارتی بستر از 0.12 W/mK (EGR) تا 1.5 W/mK (LW) متغیر است.
- •هدایت حرارتی پوشش گیاهی از 0.1 W/mK (EGR) تا 0.418 W/mK (LW) متغیر است.
- •مجموع مقادیر U GS ها از 0.12 W/m²K (LW) تا 1.75 W/m²K (EGR) است.
- •عملکرد حرارتی GS تحت تأثیر پوشش گیاهی و ویژگیهای محیط رشد است.
چکیده
یکپارچهسازی سیستمهای سبز، بهویژه بامهای سبز و دیوارهای سبز، یکی از جنبههای حیاتی توسعه شهری است که به کارایی انرژی و پایداری میپردازد. چنین راه حل های مبتنی بر طبیعت به طور قابل توجهی به افزایش عملکرد حرارتی و کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها کمک می کند. چالش در بهبود عملکرد حرارتی ساختمان ها با استفاده از سیستم های سبز در تفاوت های طراحی و تنوع ویژگی های فیزیکی و حرارتی آنها نهفته است. این مطالعه بررسی جامعی از ویژگیهای حرارتی بامهای سبز گسترده، نیمه فشرده و فشرده، دیوارهای زنده و نماهای سبز بسته به طراحی و ویژگیهای مواد ارائه میکند. یافتهها تغییرپذیری مقادیر میانگین ویژگیهای حرارتی سیستمهای سبز را نشان میدهند. هدایت حرارتی پوشش گیاهی تنوع کم بین نمونهای را در هر دو بام سبز گسترده و نمای سبز نشان میدهد. با این حال، دیوارهای زنده هدایت حرارتی قابل توجهی بالاتری از خود نشان می دهند. رسانایی حرارتی زیرلایه مقادیر مشابهی را برای بام های سبز نشان می دهد. تنوع بالاتری در هدایت حرارتی برای دیوارهای زنده مشاهده شد که بیشتر تحت تأثیر ویژگیهای طراحی و رطوبت بالا در محیطهای رشد قرار دارد. میانگین مقادیر U بام سبز نیمه فشرده، بام سبز فشرده و دیوارهای زنده قابل مقایسه است. بام های سبز گسترده و نماهای سبز دارای مقادیر U-مقدار بالاتری هستند. در بامهای سبز گسترده، این امر عمدتاً به ضخامت کمتر زیرلایه نسبت داده میشود. در نماهای سبز این تحت تأثیر شکاف هوا و تراکم پوشش گیاهی است. این یافتهها به درک بهتر عملکرد حرارتی سیستمهای سبز کردن کمک میکنند و از قوانین ساختوساز بهروز برای ترکیب مؤثرتر این سیستمها حمایت میکنند.
مقدمه
اتحادیه اروپا (EU) دستورالعمل های متعددی را برای رسیدگی به کارایی انرژی وضع کرده است. مهمترین آنها دستورالعمل بهره وری انرژی (EU/2023/1791) و دستورالعمل عملکرد انرژی ساختمانها (EU/2024/1275) هستند. دستورالعمل بهره وری انرژی (EED) یک بخش کلیدی از قوانین اتحادیه اروپا برای کاهش مصرف انرژی و ارتقای بهره وری انرژی در بخش های مختلف است. از زمانی که برای اولین بار در سال 2012 به تصویب رسید، چندین بار تجدید نظر شده است تا جاه طلبی های در حال تحول اتحادیه اروپا در مورد تغییرات آب و هوایی و نگرانی های مربوط به امنیت انرژی را منعکس کند. اهداف اصلی آن کاهش مصرف انرژی، ارتقای بهره وری انرژی در درجه اول، افزایش امنیت انرژی و پرداختن به فقر انرژی است [1]. دستورالعمل بازنگری شده عملکرد انرژی ساختمان ها تعهد اتحادیه اروپا به بهبود عملکرد انرژی ساختمان ها را منعکس می کند و بر اساس ابتکارات قبلی، از جمله بسته انرژی پاک برای همه اروپایی ها، استراتژی موج نوسازی و ارائه بسته توافق سبز اروپایی، بنا شده است. هدف این دستورالعمل دوبرابر کردن نرخ نوسازی انرژی سالانه ساختمانها تا سال 2030، تشویق به نوسازی عمیق و حمایت از شهروندان آسیبپذیر و مشاغل کوچک از طریق صندوق آب و هوای اجتماعی است [2].
عملکرد حرارتی ضعیف ساختمان ها یکی از دلایل فقر انرژی (EP) است. EP یک چالش جهانی مهم را نشان می دهد، با مکان های متعددی که اثرات نامطلوب آن را تجربه می کنند [3،4]. شیوع EP در سراسر اروپا متفاوت است، با چالش های قابل توجهی در مناطق شرقی و جنوبی به دلیل افزایش هزینه های انرژی و رویدادهای شدید آب و هوایی [5]. کاهش EP مستلزم اجرای سیاست های هدفمند از جمله اولویت بندی افزایش بهره وری انرژی خانوار است. این اقدامات برای بهبود رفاه اجتماعی و کاهش اثرات منفی EP بسیار مهم است [6،7]. در پرداختن به موضوع EP، رویکردهای متفاوتی توسط کشورهای مختلف اتخاذ می شود که منعکس کننده زمینه ها و چالش های خاص است. [8]. به عنوان مثال، لهستان برنامه “هوای پاک” [9] و “موج نوسازی” [10] را با هدف بهبود عایق بندی خانه و جایگزینی سیستم های گرمایش قدیمی با جایگزین های کارآمدتر و همچنین کاهش هزینه های انرژی و بهبود کیفیت هوا راه اندازی کرده است. پرتغال چندین برنامه و ابتکار به عنوان «Casa Eficiente 2020» [11] و «Fundo Ambiental» [12] را اجرا کرده است، دو طرح دولتی که به ترتیب کمک های مالی و یارانه ها را برای بهبود بهره وری انرژی خانه ها با تمرکز بر افزایش عایق حرارتی، ارتقاء سیستم های گرمایشی و سرمایشی سیستم های گرمایشی و سرمایشی و نصب سیستم های گرمایشی و سرمایشی، ارتقاء می دهند. (NbS) مانند بام های سبز (GRs) و دیوارهای سبز (GWs) [13]
دستورالعمل فعلی اتحادیه اروپا 2018/844 در مورد عملکرد انرژی ساختمانها همچنین نوسازی ساختمانهای موجود با عایقسازی پیشرفته، ارتقای سیستمهای گرمایش و سرمایش ساختمانهای فوقالذکر و اجرای پروژههای ساختمانی جدید که از استانداردهای دقیق بهرهوری انرژی پیروی میکنند را ترویج میکند. این دستورالعمل سیستم گواهی انرژی را به روز می کند که عملکرد حرارتی ساختمان را در مقایسه با ساختمان مرجع رتبه بندی می کند. با اجرای این سیستم رتبهبندی، کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی ساختمانها و بهبود شرایط حرارتی آنها ممکن شده است [14،15].
در زمینه افزایش کارایی انرژی ساختمانها، سیستمهای فعال و غیرفعال نقش محوری را ایفا میکنند، زیرا راهحلهایی را ارائه میدهند که میتوانند در سازههای موجود برای بهبود عملکرد حرارتی کلی آنها ادغام شوند [16،17]. سیستم های فعال در ساخت و ساز به سیستم های مکانیکی و الکتریکی اطلاق می شود که برای کارکردن به انرژی نیاز دارند. این سیستم ها برای تنظیم و نظارت بر محیط داخلی ساختمان طراحی شده اند. نمونههای معمولی عبارتند از سیستمهای گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع، روشنایی، انرژیهای تجدیدپذیر، برق و لولهکشی. در مقابل، سیستمهای غیرفعال شامل عناصر طراحی ساختمان و مصالحی هستند که کارایی انرژی را بدون ورودی انرژی افزایش میدهند. آنها از شرایط محیطی طبیعی برای حفظ آسایش حرارتی استفاده می کنند. نمونه های قابل توجه عبارتند از جهت گیری ساختمان، عایق، جرم حرارتی، تهویه طبیعی، نور روز، دستگاه های سایه بان، و بام ها و دیوارهای سبز. علاوه بر این، ادغام هر دو سیستم فعال و غیرفعال می تواند منجر به افزایش بهره وری انرژی، کاهش هزینه های عملیاتی، افزایش راحتی [18] و ارتقای رفاه کاربران شود [19،20].
هدف NbS کمک به جوامع در پاسخگویی به انبوهی از چالش های زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی به شیوه ای است که هم پایدار و هم از نظر اجتماعی عادلانه باشد [21،22]. NbS شامل مداخلات در محیط شهری است که از مقیاس شهری (تاثیرگذار بر زیرساختهای طبیعی و انسانساز) تا مقیاس ساختمان (تاثیر بر ویژگیهای طراحی و ساختوساز) را در بر میگیرد [23،24]. مداخلات در ساختمانها عمدتاً توسط GRs و GWs نشان داده میشوند [25].
استفاده از بسیاری از NbS باید در اشکال مختلف آن در سراسر محیط شهری تکرار شود تا به طور موثر به چالش های تغییرات آب و هوایی رسیدگی شود. ادغام GRs و GWs در سازه های ساختمانی مزایای زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی زیادی را ارائه می دهد [26] و در نتیجه آنها را به اجزای ارزشمند استراتژی های توسعه شهری پایدار تبدیل می کند [27]. مزایای زیست محیطی شامل تنظیم دمای ساختمان [28]، کاهش مصرف انرژی [29] و کاهش جزایر حرارتی شهری (UHI) [30،31] است. در مجموع، این عوامل به بهبود محیط شهری کمک می کنند [32،33]، از جمله افزایش تنوع زیستی [34،35] و کاهش آلودگی صوتی [36،37]. از منظر اقتصادی، این راه حل ها هزینه های مرتبط با مصرف انرژی [38] و تغییرات آب و هوایی آینده را کاهش می دهند [39،40]. از نظر اجتماعی، آنها رفاه روانی [41] را افزایش می دهند، تعامل اجتماعی [42] را تشویق می کنند، ارزش اموال را افزایش می دهند [43] و فضاهای تفریحی را فراهم می کنند [44]. GRs و GWs تاثیر قابل توجهی بر بهبود هر دو ساختمان و ویژگی های محیطی دارند و اثرات قابل توجهی بر کارایی انرژی در ساختمان ها دارند [45]. GWs مزایای قابلتوجهی به محیط حرارتی داخلی و خارجی، ایجاد سایه، کاهش دمای هوا و سطح دیوار و افزایش آسایش حرارتی، به ویژه در مناظر شهری دارد [46،47]. پتانسیل GWs برای اصلاح ریزاقلیم شهری تنوع فصلی را نشان می دهد [48،49]. بنابراین اثرات سایهاندازی GWs به دلیل انسداد مؤثر تابش خورشیدی و فرآیندهای تبخیر و تعرق، برای خنکسازی در طول ماههای تابستان مفیدتر است [50].
درک بهبود یافته از عملکرد دینامیکی پارامترهای طراحی GRs برای دستیابی به اهداف طراحی بهینه مهم است [51]. تجزیه و تحلیل حساسیت پارامترهای GR ها نشان می دهد که چگونه مقاومت حرارتی و خواص زیرلایه بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد و بر نیاز به بهینه سازی مواد تأکید می کند [52]. تجزیه و تحلیل حساسیت برای ارزیابی تأثیر شرایط آب و هوایی طولانی مدت بر مدلهای GR، از جمله مواد بازیافتی و مصنوعی استفاده میشود [53].
مطالعات اخیر به درک عمیقتر و مدلسازی پیچیدهتر انتقال حرارت در GWs، با تأکید بر رویکردهای حرارتی و همشبیهسازی جامع کمک کردهاند. استفاده از مدلهای انتقال گرما و جرم، ارزیابی تأثیر ویژگیهای گیاه بر عملکرد انرژی GWs را امکانپذیر کرده است [54]. این امر نقش حیاتی گونه های گیاهی [55] و شرایط محیطی [56،57] را در افزایش عملکرد حرارتی ساختمان برجسته کرده است. ادغام راه حل های سبز در پوشش ساختمان پتانسیل کمک به دستیابی به اهداف عملکرد انرژی ساختمان را دارد. علاوه بر این، مدلسازی این فناوریها میتواند به طور موثر در شبیهسازی انرژی دینامیکی ساختمان ادغام شود [58]. علاوه بر این، تکنیکهای همشبیهسازی جامع دادههای آزمایشی بلادرنگ را با مدلسازی پیشبینی ترکیب میکنند و به طور موثر شکاف بین شبیهسازی نظری و اعتبارسنجی عملی را پر میکنند [59]. این رویکردها بینشهای ارزشمندی را در مورد بهینهسازی طرحهای GW برای شیوههای ساختمان پایدار، تسهیل ارزیابیهای دقیق عملکرد انرژی و پذیرش گستردهتر در معماری سبز ارائه میدهند.
در این مطالعه، ما ساختار GS را با هدف تعیین اینکه کدام لایهها برای عملکرد حرارتی ساختمان مرتبطتر هستند، تجزیه و تحلیل میکنیم.
GR ها که در عامیانه به عنوان سقف های گیاهی یا زنده شناخته می شوند، به عنوان سطوح سقفی تعریف می شوند که به طور جزئی یا کامل با پوشش گیاهی پوشیده شده اند. سه زیرگروه اصلی از GR ها وجود دارد که عمدتاً در عمق لایه زیرلایه متفاوت هستند: GRs گسترده (همچنین به عنوان EGRs نامیده می شود)، GRs فشرده (یا IGRs)، و GRs نیمه فشرده (یا SIGRs) [27]. GRs ادغام پوشش گیاهی در پشت بام یک ساختمان به عنوان یک ویژگی معماری پایدار. GRها چندین مزیت زیستمحیطی و زیباییشناختی از جمله بهبود عملکرد انرژی [27]، اثربخشی در کاهش اثر جزیره گرمایی شهری (UHI) [60] و بهبود مدیریت آب طوفان [61،62] ارائه میدهند. بام سبز از طریق ترکیب بستر، گیاهان و سایر لایههایی که سیستم را تشکیل میدهند، عایقسازی میکند، میزان آب ورودی به شبکه زهکشی محلی را کاهش میدهد و میتواند به تنوع زیستی یک منطقه شهری کمک کند [[63]، [64]، [65].
EGR ها معمولاً دارای یک بستر کم عمق با عمق 50 تا 130 میلی متر هستند و از گیاهان کم رشد، مقاوم به خشکی و نگهداری کم مانند خزه ها و خزه ها استفاده می کنند. آنها حداقل وزن دارند، نیاز به نگهداری کمی دارند و راه حل ایده آلی برای بازسازی ساختمان های موجود هستند [66]. SIGR ها ترکیبی از ویژگی های ذاتی هر دو سیستم بام سبز گسترده و فشرده را نشان می دهند و تعادلی بین هر دو ارائه می دهند. آنها عمق بستری بین 200 تا 300 میلی متر دارند و ترکیبی از علف ها، گیاهان و درختچه های کوچک را پشتیبانی می کنند. آنها تعادلی بین مزایای زیست محیطی و زیبایی شناسی، با نیازهای تعمیر و نگهداری متوسط و عایق برتر در مقایسه با سیستم های گسترده ایجاد می کنند. IGR ها دارای یک بستر عمیق (300 تا 600 میلی متر یا بیشتر) هستند و می توانند طیف متنوعی از گیاهان از جمله درختان کوچک و درختچه ها و گیاهان خوراکی را پشتیبانی کنند. آنها ایجاد اکوسیستم های متنوع، فضاهای تفریحی و فرصت ها را برای کشاورزی شهری تسهیل می کنند [67]. چنین سیستم هایی نیاز به پشتیبانی و نگهداری ساختاری بیشتری دارند.
GW ها که به عنوان باغ های عمودی یا سیستم های سبز عمودی (VGS) نیز شناخته می شوند، دیوارهایی هستند که به طور جزئی یا کامل با پوشش گیاهی پوشیده شده اند. GW ها نشان دهنده سیستم هایی هستند که اجازه می دهند یک سطح عمودی را با پوشش گیاهی بپوشانند. دو نوع اصلی GW وجود دارد: نمای سبز (GF) و دیوار زنده (LW) که در طراحی ساختاری آنها متفاوت است [68]. GF ها شامل سیستمی از گیاهان هستند که مستقیماً روی زمین کشت می شوند و توسط سطح بیرونی یک ساختمان یا یک سازه داربست متصل به دیوار حمایت می شوند. گیاهانی که بیشترین استفاده را دارند گیاهان بالارونده مانند تاک و خزنده هستند. GF ها نسبتا ساده، تعمیر و نگهداری کم و مقرون به صرفه برای نصب هستند [69]. LW ها سیستم پیچیده تری را نشان می دهند که در آن گیاهان می توانند در جیب ها، پانل های مدولار یا ظروف چسبانده شده به دیوار رشد کنند. LW ها اغلب شامل یک سیستم آبیاری و زهکشی یکپارچه می شوند [70]. آنها همچنین برای حمایت از انواع وسیع تری از گونه های گیاهی مناسب هستند. علاوه بر این، LW ها گزینه ای عالی برای ایجاد طرح ها و الگوهای پیچیده با پوشش گیاهی [68]، از جمله درختچه ها و گیاهان کوچک ارائه می دهند. چنین سازه هایی اغلب با جذابیت زیبایی شناسی طراحی می شوند. با این حال، آنها نیاز به نگهداری و آبیاری منظم دارند.
شکل 1 طراحی سازنده GS های در نظر گرفته شده در این مطالعه را نشان می دهد: GR ها شامل ( الف ) بام سبز گسترده (EGR). ( ب ) بام سبز نیمه فشرده (SIGR)؛ و ( ج ) بام سبز فشرده (IGR). و GWs با در نظر گرفتن ( d ) دیوار زنده (LW). ( ه ) نمای سبز (GF). ضخامت همه لایهها ارائه نشده است، زیرا تحت ملاحظات مختلفی از جمله موارد مربوط به طراحی سیستم و پارامترهای اقلیمی است. ضخامت بستر بستگی به شرایط پشتیبانی، پوشش گیاهی انتخاب شده و شرایط آب و هوایی محلی دارد.
اگرچه GS ها بهره وری انرژی قابل توجهی [74] و مزایای پایداری زیست محیطی [75] ارائه می دهند، ویژگی های حرارتی و سهم بالقوه آنها در عملکرد حرارتی ساختمان هنوز به طور کامل توسط مقررات ساخت و ساز موجود منعکس نشده است. چندین مطالعه تحقیقاتی به عملکرد حرارتی هر دو GR [[76]، [77]، [78] و GWs [[79]، [80]، [81]] در شرایط محلی خاص پرداختهاند. با این حال، چالش های قابل توجهی در تعیین کمیت ویژگی های حرارتی GS ها باقی می ماند. این چالشها به دلیل ماهیت پویای پوشش گیاهی [55]، تنوع خواص فیزیکی و حرارتی بستر [82] و جنبههای طراحی هر GS با در نظر گرفتن مواد و لایههای آن است [83]. این مطالعه با شناسایی و طبقهبندی ویژگیهای حرارتی ضروری برای هر نوع GS، کمکی به وضعیت هنر میکند و یک شکاف مهم در دانش موجود را پر میکند. یکی از جنبههای نوآورانه این تحقیق، تمرکز آن بر ارائه بینشهای مفیدی است که میتواند به توسعه مقررات و استانداردهای ساختوساز جامعتر کمک کند. این تضمین میکند که فناوریهای GS به شیوهای سیستماتیک در شیوههای ساختمان پایدار گنجانده میشوند. بررسی GRs و GWs یک نمای کلی جامع از عملکردهای تکمیلی این سیستم ها در بهبود عملکرد حرارتی ساختمان ها ارائه می دهد. این رویکرد مطالعه بینش های ارزشمندی را برای محققان، متخصصان و سیاست گذارانی که به دنبال اجرای GS در شیوه های ساختمان پایدار هستند ارائه می دهد. مقاله شامل پنج بخش است. بخش 1 شامل مقدمه ای بر اهمیت GS ها برای افزایش عملکرد حرارتی ساختمان است. بخش 2 بر روش تحقیق تحقیق تمرکز دارد. بخش 3 مشخصات فیزیکی و حرارتی را بر اساس انواع NbS ارائه می کند. بخش 4 نتایج این مطالعه را مورد بحث قرار می دهد که ترکیبی از ویژگی های حرارتی GSs را ارائه می دهد. در نهایت، مقاله با خلاصه ای از یافته ها، محدودیت های مطالعه و توصیه هایی برای تحقیقات آتی به پایان می رسد.
قطعات بخش
روش تحقیق
جستجوی ادبیات در پایگاههای اطلاعاتی Web of Science و Scopus انجام شد. این مطالعه نشریات بررسی شده در مورد عملکرد حرارتی ساختمان ها را مورد بررسی قرار داد. جستجوی ادبیات در دسامبر 2023 با جستجوی اضافی در مارس 2024 برای شامل انتشارات جدیدتر انجام شد. جستجو به مقالات مربوط به عبارات جستجو و حوزه های موضوعی فهرست شده در شکل 2 محدود شد.
بازه زمانی از سال 2012 تا 2024 بود، تنها با در نظر گرفتن مطالعات متن کامل و حصول اطمینان از یک معاصر و
عملکرد حرارتی سیستم های سبز
مطالعات اخیر در مورد تجزیه و تحلیل عملکرد حرارتی ساختمانهای ساختهشده با GS به دامنه وسیعی از جمله ارزیابی عملکرد انرژی [84]، صرفهجویی در انرژی [85]، عملکرد حرارتی [86]، بهرهوری انرژی [27،87،88]، عوامل مؤثر بر عملکرد حرارتی GS [70] و [89] عملکرد انرژی بر ساختمان اشاره میکند. همانطور که در جدول 1 خلاصه شده است، توجه به این نکته مهم است که بیشتر مطالعات عمدتاً روی GR ها متمرکز هستند. چندین مطالعه حرارتی GR ها را بررسی می کند
بحث
بهبود عملکرد انرژی ساختمان ها به عنوان یک راه حل قابل توجه برای کاهش بار مالی مرتبط با هزینه های انرژی بالا ظاهر می شود [151,152]. اگرچه GR و GW مقرون به صرفه ترین راه حل برای صرفه جویی فوری انرژی نیستند، اما مزایای بلند مدت قابل توجهی را ارائه می دهند که به عملکرد انرژی ساختمان همراه با سایر مزایای زیست محیطی و اجتماعی کمک می کند [153]. سیستم های GR و GW برای کاهش نوسانات دما عمل می کنند که در نتیجه منجر به کاهش
نتیجه گیری
هدف اصلی این مطالعه تعیین مقادیر ویژگیهای حرارتی مفید برای عملکرد حرارتی ساختمانها برای GS بود. یافتهها تغییرپذیری مقادیر میانگین ویژگیهای حرارتی GS را نشان میدهند. هدایت حرارتی پوشش گیاهی تنوع کم بین نمونهای را در هر دو سیستم EGR (0.22 W/mK) و GF (0.24 W/mK) نشان میدهد. با این حال، LW هدایت حرارتی به طور قابل توجهی بالاتر (0.42 W/mK) را نشان می دهد. رسانایی حرارتی زیرلایه مقادیر مشابهی را نشان می دهد

Leave A Comment