1 . معرفی

بخش قابل توجهی از انرژی برای سرمایش و گرمایش بخش های مسکونی مصرف می شود تا محیط های راحت فراهم شود. در واقع، بیش از یک سوم انرژی تولید شده در جهان برای تاسیسات گرمایشی و سرمایشی استفاده می شود. فن‌آوری‌های پیشرفته‌ای که در صرفه‌جویی در مصرف انرژی، به‌ویژه برای سیستم‌های تهویه مطبوع به کار گرفته شده‌اند، علاقه زیادی به کاهش مصرف کل انرژی خواهند داشت ( Alsurakji et al., 2021 , Tunçbilek et al., 2022 , Suerdem et al., 2023 ).  وانگ و همکاران (2022) راه حل جدیدی بر اساس کنترل بهینه انرژی های تجدید پذیر در ساختمان های سبز پیشنهاد کرد. به دلیل بحران انرژی که صرفه جویی در انرژی و عایق حرارتی را در اولویت اول کشورها قرار داده است، تحقیقاتی برای کاهش مصرف انرژی ساختمان ها انجام شده است ( آلتون، 2022 ، متقیان و همکاران، 2021 ، کونل بایف و همکاران، 2022 ). اگرچه تقاضای انرژی افزایش یافته است، اما افزایش هزینه سوخت در چند دهه اخیر باعث کاهش مصرف انرژی در صنایع و ساختمان‌ها شده است. صرفه جویی در انرژی ساختمان ها موضوع جالبی برای تحقیقات در سال های اخیر است ( شایک و همکاران، 2021 ، آکان و همکاران، 2021 ). عوامل مهم در زمینه کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها شرایط آب و هوایی و ضخامت عایق است. ضخامت بهینه آب بندی ها و عایق های پیشرفته بر اساس شرایط آب و هوایی شهرها به عنوان یک نگرانی بزرگ برای بسیاری از محققین در نظر گرفته شده است ( Ertürk and Keçebaş, 2021 , Kon et al., 2021 , Alfarawi et al., 2022; , Aktemur et al. al.، 2021 ). نتایج مطالعات ثابت کرد که صرفه جویی در انرژی از طریق روش عایق کاری می تواند تأثیرات مؤثری بر صنایع ساختمانی ایجاد کند ( گوستاوسون و پیکاردو، 2022 ، آیدین و بییکوغلو، 2021 ). امروزه استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشین و روش های بهینه سازی در مسائل مهندسی قابل توجه است ( قلندری و همکاران، 2019 ، قلندری و همکاران، 2022 ).  عبدو و همکاران (2021) پدیده حرارتی-اقتصادی را با نمایش ضخامت بهینه مواد پیشرفته در عایق بندی ساختمان های سبز با استفاده از روش بهینه سازی چند رشته ای (MDO) برجسته کرد. سایر مطالعات نیز اثرات مادی عایق ها را بدون در نظر گرفتن تأثیر محیطی مورد بررسی قرار دادند ( Ustaoglu et al., 2021 , Arumugam and Shaik, 2021).). آنها استنباط کردند که تأثیر محیطی و کاهش مصرف انرژی همراه با هزینه ساخت و ساز به عنوان محدودیت مهم، رابطه مستقیمی با انواع و ضخامت عایق اعمال شده دارد ( Küçüktopcu and Cemek, 2021 , Hu et al., 2021 ).  حسن (1999) با استفاده از تحلیل هزینه چرخه عمر و توابع درجه روز، بار حرارتی ساختمان را محاسبه و ضخامت بهینه عایق پلیمری (پلی استایرن اکسترود شده) و عایق معدنی (پشم شیشه) را تعیین کرد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد که استفاده از عایق حرارتی پلی استایرن اکسترود شده و پشم شیشه در ساختمان باعث صرفه‌جویی بیش از 22 دلار در هر متر مربع در طول عمر ساختمان می‌شود.

استفاده از عایق های جدید با مواد جدید مانند مواد تغییر فاز (PCM)، نانومواد ، و پلی استایرن منبسط شده (PES) توسط سایر محققان مورد توجه قرار گرفته است ( Uludaş et al., 2022 , Heracleous et al., 2022 , Bataineh and Al Rabee. ، 2022 ، مرکان و همکاران، 2022 ، احمدی و همکاران، 2019 ). به طوری که در کشور خاورمیانه، ضخامت بهینه عایق با مواد تغییر فاز تحت ملاحظات اقتصادی 0.1 میلی متر تا 6 میلی متر ضخامت عایق برای دیوارها را نشان می دهد ( Li et al., 2021 ). بهینه‌سازی لایه‌آپ عایق PCM به کاهش 12 درصدی در مصرف انرژی در کشوری که در آب و هوای عید پاک آسیا قرار دارد تمایل داشت ( کورو و همکاران، 2022 ، هوانگ و همکاران، 2021 ). ضخامت ارائه شده برای عایق در درجه خاصی تخمین زده می شود. با این حال، از جنبه های اقتصادی کشورها، کاربرد عایق های دیگر غیر از PCM در این منطقه ممکن است کارایی کمتری داشته باشد. از دیگر پارامترهای مهم در تعیین ضخامت بهینه عایق ، جهت دیوارهای ساختمان تاثیر موثری بر مصرف انرژی دارد. با توجه به روش هزینه چرخه عمر برای عایق های پیشرفته و محدودیت های صرفه جویی در انرژی، دیوارهای جنوبی 0.7٪ صرفه جویی انرژی در واحد سطح در شرایط آب و هوایی سرد دارند ( Duman et al., 2015 ). اگرچه دیگران دریافتند که جهت دیوار تأثیر کمی در تعیین ضخامت بهینه عایق دارد، اما تأثیر بیشتری بر صرفه جویی در انرژی و حداکثر مقدار صرفه جویی در انرژی خواهد داشت ( Geng et al., 2021 , Hou et al. ، 2022 ، باقری اسفه و دهقان، 1391 ). تحلیل انرژی-اقتصادی بر اساس پدیده‌های محیطی در اقلیم‌های مختلف با در نظر گرفتن جهت‌گیری ساختمان یکی دیگر از مشکلات جالب توجه محققین است ( خروفا و نوری، 2022 ، عظمی و همکاران، 2021 ). با توجه به تحقیقات انجام شده جهت مناسب برای ساختمان هایی با عایق های سازگار با محیط می تواند به میزان قابل توجهی باعث افزایش بهره وری انرژی و کاهش CO ₂ شود . همچنین مطالعات بر روی تأثیر مکان عایق حرارتی در ساختمان برای سایر مناطق مختلف انجام شد. نتایج نشان داد که قرارگیری عایق در لایه‌های مختلف دیوار بیشترین تأثیر را بر صرفه‌جویی در مصرف انرژی ساختمان‌ها و طراحی عایق‌ها دارد ( چرسونی و همکاران، 2022 ، اوزل، 2011).). علاوه بر این، نتایج بررسی‌ها نشان داد که ضخامت بهینه عایق قرار داده شده در لایه بیرونی دیوار در فصول مختلف باعث کاهش محسوس در تولید CO ₂ شده است ( خروفا و نوری، 2022 ، یوکسل و همکاران، 2021 ، هو و همکاران. al.، 2023 ).

هدف از این تحقیق بهینه سازی ضخامت و چیدمان عایق ساخته شده از مواد نانو در ساختمان های سبز از دیدگاه زیست محیطی، صرفه جویی در مصرف انرژی و اقتصادی به منظور افزایش رسانایی حرارتی ساختمان سبز می باشد. بنابراین، مناسب ترین ضخامت و چیدمان عایق با توجه به اثرات آب و هوایی برای ساختمان سبز نشان داده شده توسط MDO پیشنهاد شده است ( توشار و همکاران، 2019 ، فلیوس و همکاران، 2020 ). بنابراین، تأثیر عایق‌ها با مواد نانو معمولی و ساده در صرفه‌جویی انرژی ساختمان‌ها بررسی می‌شود. سپس، مدل‌سازی رفتار نانو عایق در شرایط آب و هوایی مختلف بر روی صرفه‌جویی در انرژی برای ساختمان سبز نشان‌داده‌شده با طرح زیر ( شکل 1 ) با استفاده از کد داخلی برای سه نوع الگوریتم یادگیری ماشینی انجام می‌شود. ساختمان ارائه شده در چهار طبقه به مساحت 1503 متر مربع می باشد. میزان مصرف انرژی گرمایش و سرمایش با عایق نانو مشابه شرایط خالص صفر با حداقل  انتشار CO ₂ است. مصرف انرژی مورد نیاز، صرفه جویی در انرژی و انتشار کربن با استفاده از MDO و بر اساس الگوریتم های یادگیری ماشین کارآمد شامل رگرسیون بردار پشتیبانی (SVR)، رگرسیون فرآیند گاوسی (GPR) و درخت تصمیم بهینه می شود. در حقیقت، روش بهینه‌سازی پیشنهادی بر روی چیدمان و ضخامت عایق‌های ساخته شده از نانومواد انجام می‌شود تا مصرف انرژی برای سیستم گرمایش و سرمایش، هزینه انرژی برای ساختمان‌ها و  انتشار _{CO2 به حداقل برسد.} به عنوان شرایط اولیه، خواص مصالح دیوارهای خارجی از بیرون به داخل شامل 1.5 سانتی متر ملات، 10 سانتی متر آجر، لایه بر سانتی متر گرانیت، عایق متغیر و 3 سانتی متر گچ ورودی اولیه برای شروع کار در نظر گرفته می شود. محاسبات

1. دانلود: دانلود تصویر با وضوح بالا (163 کیلوبایت)
2. دانلود: دانلود تصویر در اندازه واقعی

عکس. 1 . نمای بالای اتاق ها.