اثربخشی و پایداری مجموعه‌های راه‌حل‌هایی با هدف ساختمان‌های انرژی مثبت (قسمت چهارم)

4 . نتایج و بحث

نتایج ارائه شده در اینجا از رویکرد مشخص شده در بخش 1 و شکل 1 پیروی می کند . نتایج ابتدا برای هر دامنه ارائه شده و سپس جفت می شوند. خوشه بندی نتایج و ارزیابی مجموعه راه حل نهایی در بخش 4.4 ارائه شده است .

4.1 . شبیه سازی انرژی ساختمان پویا

جدول 9 نتایج حاصل از شبیه سازی انرژی دینامیکی را برای 16 مطالعه موردی ارائه می دهد. مقادیری که با سبز مشخص شده اند، ترازهای انرژی منفی (KPI انرژی) را نشان می دهند که نشان دهنده مواردی است که PEB را هدف قرار می دهند. مقادیر مشخص شده با رنگ نارنجی به مطالعات موردی اشاره دارد که در آن اعتبارات PV کل نیاز انرژی ساختمان را پوشش نمی دهد. سطوح دیگری که به سمت ماژول PV هدف قرار می گیرند باید برای این موارد خاص مشخص شوند.

جدول 9 . نتایج شبیه سازی انرژی برای 16 مطالعه موردی.

نتایج شبیه‌سازی انرژی (kWh/m ² *y)			مدیترانه (IT)	قاره ای (DE)	اقیانوسی (FR)	زیربارکتیک (NO)
SS1	افزایش کم	کل تقاضای انرژی	-52	-53.6	-61.8	-62.5
		اعتبارات PV	+72.35	+72.42	+72.38	+72.45
		تعادل انرژی	+20.4	+18.8	+10.6	+10.0
	افزایش بلند	کل تقاضای انرژی	-42.2	-44.6	-62.7	-53.1
		اعتبارات PV	+36.28	+36.26	+36.24	+36.28
		تعادل انرژی	-5.9	-8.3	-26.5	−16.8
SS2	افزایش کم	کل تقاضای انرژی	−58.39	-64.89	−69.30	-78.42
		اعتبارات PV	+61.80	+48.07	+40.24	+41.66
		تعادل انرژی	+ 3.4	−16.8	-29.1	-36.8
	افزایش بلند	کل تقاضای انرژی	-54.5	-63.3	-71.6	-74.7
		اعتبارات PV	+46.26	+41.01	+45.00	+45.96
		تعادل انرژی	-8.2	-22.3	-26.6	-28.7

نتایج شبیه‌سازی پویا نشان می‌دهد که تنها برای 5 مورد از 16 مطالعه موردی، عملکرد PEBs به طور بالقوه رسیده است. اینها به مطالعات موردی اشاره دارد که مجموعه راه حل های متمرکز برای ساختمان های کم ارتفاع دارند. در مورد مجموعه راه حل های غیرمتمرکز، عملکرد PEB ها فقط برای ساختمان های کم ارتفاع مدیترانه ای به دست می آید. این در درجه اول به دلیل اعتبارات PV بالا ناشی از بازده خورشیدی بالا است. با توجه به نتایج برای SS1، با وجود اعتبارات PV مشابه، موارد اقیانوسی و زیربارکتیک تقاضای کل انرژی بیشتری دارند، که در نتیجه بر تعادل انرژی کل تأثیر می‌گذارد. در مورد زیربارکتیک، تقاضای کل انرژی بالاتر ناشی از تقاضای بسیار بالاتر گرمایش فضا به دلیل آب و هوای سردتر و نقطه تنظیم دمای بالاتر مورد استفاده در شبیه‌سازی است [ 42 ، 43 ].

در آب و هوای اقیانوسی ، تقاضای کل انرژی بالاتر عمدتاً ناشی از مصرف انرژی بیشتر لوازم خانگی است. از رویکرد تصادفی مورد استفاده برای تعریف نمایه اشغال ساختمان و مصرف انرژی ناشی از رعد و برق و لوازم خانگی، مشخص شد که در مورد اقیانوسی، مصرف انرژی ناشی از وسایل حدود 30 درصد بیشتر از سایر اقلیم‌ها است. از یک سو، این امر مصرف کل انرژی ساختمان را افزایش می دهد. از طرفی این امر باعث افزایش تقاضای سرمایش فضا و کاهش تقاضای گرمایش فضای ساختمان می شود زیرا بخشی از این مصرف به عنوان گرما به ساختمان منتقل می شود. با این وجود، اثر خالص افزایش در مصرف انرژی کل ساختمان است [ 43 ].

4.2 . تجزیه و تحلیل LCA – KPIهای محیطی

همانطور که در نتایج LCA جدول 10 نشان داده شده است ، جنبه های سازنده و تأثیرات تجسم یافته می توانند به طور قابل توجهی بر ارزیابی تأثیر چرخه عمر کلی (LCIA) تأثیر بگذارند، و ماژول های فتوولتائیک مشارکت کنندگان اصلی هستند. تنها با در نظر گرفتن اثرات تجسم یافته، ساختمان‌های منابع انسانی از نظر مشخصات محیطی عملکرد بهتری دارند. این به دلیل نصب بهینه اجزا و NFA بزرگتر برای ردپای ساختمان معین است. موارد با SS2 به دلیل تعداد بیشتر قطعات فنی مانند پمپ های حرارتی، اثرات زیست محیطی کمی بالاتری دارند.

جدول 10 . نتایج تجزیه و تحلیل LCA برای 16 مطالعه موردی. پتانسیل گرمایش جهانی (GWP 100 سال بر حسب کیلوگرم CO ₂ ) – اثرات تجسم یافته.

سلول خالی	جزء	GWP [کیلوگرم معادله CO ₂ ]	GWP [کیلوگرم معادله CO ₂ ]
سلول خالی	جزء	LR	منابع انسانی
SS1	PWG	1057.71	1.60
	TES	891.81	1.35
	DIS	84.46	0.13
	PW	3152.08	4.75
	VEN	4212.40	6.35
	کل تجسم یافته [ضربه/ ^m2 ]	111.8	57.36
	کل تجسم یافته [ضربه/m ² *y]	3.802	1.811
SS2	PWG	2423.81	3189.49
	TES	1185.52	5884.73
	DIS	113.59	507.65
	PW	4691.00	5959.98
	VEN	627.85	177.27
	کل تجسم یافته [ضربه/ ^m2 ]	126.6	55.49
	کل تجسم یافته [ضربه/m ² *y]	4.221	1.850

تأثیرات عملیاتی مربوط به تقاضای انرژی فقط در مناطق آب و هوایی قاره/زیربارکتیک و ساختمان‌های کم ارتفاع بیشتر است. ساختمان های مرتفعی که از این نظر وجود دارند نیز مصرف انرژی حرارتی و برق را بهینه می کنند. با این حال، به دلیل تعداد کاربران بالقوه بیشتر و سطح سقف محدودتر، آنها باید از سطوح دیگر با هدف تعادل انرژی مثبت استفاده کنند. این همچنین برای اکثر مفاهیم غیرمتمرکز معتبر است، که در آنها فقط افزایش کم در زمینه مدیترانه به تعادل انرژی مثبت می رسد ( جدول 11 ).

جدول 11 . نتایج تجزیه و تحلیل LCA برای 16 مطالعه موردی. پتانسیل گرمایش جهانی (GWP 100 سال در کیلوگرم CO2) – اثرات عملیاتی.

ترکیب ملی برق	مدیترانه (IT)		قاره ای (DE)		اقیانوسی (FR)		زیربارکتیک (NO)
[کیلوگرم معادل CO _2/ kWh]	0.285		0.337		0.057		0.027
SS1 [kg CO ₂ eq./m ² *y]	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی
SS1 [kg CO ₂ eq./m ² *y]	-5.80	1.69	-6.34	2.81	0.60-	1.51	-0.31	0.52
SS2 [kg CO ₂ eq./m ² *y]	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی	LR	منابع انسانی
SS2 [kg CO ₂ eq./m ² *y]	−0.97	2.35	5.67	7.52	1.66	1.52	0.99	0.77

همانطور که نتایج LCA ثابت می‌کند، انتظار می‌رود که ماژول‌های PV عمدتاً در تأثیر مجسم‌شده مجموعه‌های راه‌حل ارزیابی‌شده مشارکت داشته باشند. بنابراین، عملکرد زیست محیطی مجموعه راه حل های PEB باید با توجه به تولید انرژی تجدید پذیر آنها ارزیابی شود. با توجه به اثرات زیست محیطی و انتشار گازهای گلخانه ای ، آنها اعتبارات را با اجتناب از انتشارات مربوط به مصرف انرژی از منابع تجدید ناپذیر در ترکیب انرژی ملی مجاز می کنند. در شکل 8 ، دوره های PB با در نظر گرفتن سناریوهای مرجع ملی پویا محاسبه می شوند [ 26 ]. در شکل 9 ، اینها با در نظر گرفتن یک سناریوی متوسط اروپایی [ 26 ] محاسبه شده است. برای هر دو شکل، موارد a) و b) نتایج را برای ساختمان های کم ارتفاع، با SS1 و SS2، گزارش می دهند. موارد ج) و د) نتایج را برای ساختمان های بلند با SS1 و SS2 نشان می دهد.

بیش از 30 سال عمر مفید، مواردی که اثرات منفی عملیاتی را گزارش می‌کنند، می‌توانند کل سرمایه‌گذاری اولیه زیست‌محیطی خود را کاهش دهند . چنین سرمایه گذاری در برخی موارد حتی می تواند در 30 سال آینده بازپرداخت شود. این در نمونه های ایتالیایی و آلمانی با مجموعه راه حل های متمرکز در ساختمان های کم ارتفاع رخ می دهد. با وجود تراز انرژی عملیاتی منفی، موارد نروژی و فرانسوی نمی توانند به طور قابل توجهی مشخصات زیست محیطی خود را کاهش دهند. این به خاطر شبکه ملی انرژی آنهاست که دارای خط پایه انرژی آبی و هسته ای است. هر دو منبع انرژی دارای شدت کربن پایین هستند و از این نظر، نصب PV مزایای بالایی برای مشخصات زیست محیطی CO ₂ ترکیب انرژی ملی ایجاد نمی کند .

هنگامی که هر دو SS1 و SS2 در ساختمان های بلند نصب می شوند، افزایش قابل توجهی در انتشار در طول دوره در نظر گرفته شده، به ویژه برای نمونه آزمایشی آلمان، به دلیل اعتبارات انرژی کمتر و ترکیب انرژی فشرده کربن، ثبت می شود. در شکل 8 d)، مثال فرانسوی همچنین اثرات چرخه عمر بالایی را به دلیل افزایش مصرف انرژی نشان می دهد. ساختمان های مرتفع ایتالیایی و نروژی با دو مجموعه راه حل متفاوت، تغییرات قابل توجهی را نشان نمی دهند.

با فرض اینکه مجموعه راه حل های یکسانی در یک زمینه جغرافیایی تخصیص داده شده اند، اما با تولید مخلوط انرژی متوسط، معادله CO ₂ . کاهش به طور قابل توجهی افزایش می یابد ( شکل 9 a را ببینید). با توجه به نتایج سیستم‌های غیرمتمرکز، در این مورد، مورد آزمایشی ایتالیایی می‌تواند تأثیر محیطی اولیه آنها را اندکی کاهش دهد. در مقابل، این مقدار برای موارد دیگر مانند موارد آلمانی و فرانسوی می تواند به میزان قابل توجهی افزایش یابد. در آلمان ، این به دلیل شدت کربن شبکه ملی است، در حالی که در فرانسه، این به دلیل مصرف بالای انرژی است. در واقع، با در نظر گرفتن میانگین ترکیب اروپایی به جای ترکیب ملی، نسخه ی نمایشی فرانسوی می تواند کل GWP خود را بیشتر افزایش دهد ، در حالی که برای نمونه آزمایشی آلمان، چنین تغییری هنوز مانند نمونه قبلی است. مورد آزمایشی نروژی همچنین می تواند تغییرات جزئی را هنگام محاسبه با شبکه ملی نشان دهد.

در فرضیه میانگین تولید مخلوط انرژی، در نتیجه کل GWP افزایش خواهد یافت. در مورد نتایج برای ساختمان های منابع انسانی، هیچ موردی وجود ندارد که در آن کاهش انتشار ثبت شده باشد. همه نمونه ها در طول زمان تاثیر خود را افزایش می دهند.

4.3 . تجزیه و تحلیل LCC – KPIهای اقتصادی

اول، تجزیه و تحلیل هزینه سرمایه گذاری اولیه مجموعه راه حل ها نشان می دهد که قیمت ها مختص کشور است. علاوه بر این، می توان توجه داشت که، به ویژه برای ساختمان های بلند، هزینه SS2 به طور قابل توجهی بالاتر از SS1 است، همانطور که در شکل 10 مشاهده می شود . دلیل این امر در رویکرد مفهومی غیرمتمرکز SS2 نهفته است که در آن پمپ های حرارتی و باتری به طور جداگانه برای هر آپارتمان نصب می شوند. علاوه بر هزینه های سرمایه گذاری، هزینه های نگهداری و سرویس نیز بالاتر است، زیرا به جای یک دستگاه مرکزی، بسیاری از ماشین آلات فردی باید در آپارتمان ها سرویس شوند. به جز برای منطقه زیر قطبی ، هزینه های خاص با SS1 برای ساختمان های مرتفع کمتر از ساختمان های کم ارتفاع است. تغییری در سهم هزینه های تهویه و گرمایش وجود دارد، زیرا فرض می شود که وسایل غیرمتمرکز وسایلی ترکیبی هستند که عملکرد گرمایش و تهویه را تضمین می کنند. این امر هزینه های سیستم تهویه را کاهش می دهد . در نهایت، تفاوت‌های فرهنگی (مربوط به کاربر) در سطح تجهیزات مورد استفاده توسط HMS قابل مشاهده است. این هزینه ها در بخش «سایر خدمات ساختمانی» خلاصه می شود و در منطقه زیر قطبی بیشتر است.

مجموع هزینه های سالانه در شکل 11 ، شکل 12 مقایسه شده است . هزینه های سرمایه ای نیز شامل تعویض دستگاه ها در پایان عمر مفید آنها می شود. عمر محدود پمپ های حرارتی (15 سال)، واحدهای تهویه (20 سال) و باتری، با طول عمر تنها 10 سال، به طور قابل توجهی بر هزینه سرمایه تأثیر می گذارد. در ساختمان LR، ما نمی توانیم تفاوت واضحی بین SS1 و SS2 در هزینه سرمایه برای پمپ حرارتی و واحدهای تهویه (30-35٪) پیدا کنیم. در مقابل، با SS1 از HR-Building، درصد هزینه سرمایه برای پمپ حرارتی و واحدهای تهویه حدود 20٪ تا 30٪ است، در حالی که در SS2، حدود 40٪ است. این منجر به یک ضرر اقتصادی آشکار برای نوع غیرمتمرکز SS2 در ساختمان منابع انسانی می شود، زیرا بسیاری از لوازم خانگی باید جایگزین شوند.

درآمدهای متفاوت از بازاریابی انرژی مازاد، از یک سو به قیمت های مختلف برق کشورهای مورد بررسی و از سوی دیگر، به دلیل پاداش بسیار متفاوت برای تغذیه شبکه است ( جدول 12 را ببینید ).

جدول 12 . قیمت برق و دستمزد برای تغذیه شبکه در چهار مکان در نظر گرفته شده.

سلول خالی	سلول خالی	فناوری اطلاعات (MED)	DE (CON)	FR (OCE)	خیر (زیر)
قیمت برق	€/MWh	250	380	245	209
شمارش مجدد برای تغذیه شبکه	€/MWh	50	66	100	5

علاوه بر تفاوت‌های محلی در قیمت انرژی، این نشان‌دهنده شرایط چارچوب قانونی خاص کشور برای بازاریابی برق است. در نوع SS2، تقاضای انرژی بالاتر به دلیل تنظیم نیز در قیمت ها منعکس می شود.

اگر به مجموع هزینه‌های سالانه خاص حاصل نگاه کنیم، این هزینه‌ها برای SS1 کمتر از SS2 در همه موارد است. برای SS1، کل قیمت سالانه در تمام مناطق به جز منطقه زیر قطبی برای ساختمان HR کمتر از ساختمان LR است. از سوی دیگر، SS2 یک اثر معکوس با هزینه‌های کل سالانه خاص بالاتر برای ساختمان منابع انسانی در مقایسه با ساختمان LR نشان می‌دهد.

4.4 . تجزیه و تحلیل چند دامنه و ارزیابی کلی

در بخش زیر، نتایج حاصل از تعادل انرژی، LCA و LCC به طور مشترک مورد بررسی قرار می‌گیرند تا بهترین و بدترین موارد را پیدا کنند و مبادلات بین عملکرد انرژی و کیفیت محیطی و اقتصادی را شناسایی کنند. برای تراز انرژی، KPI انتخاب شده، تراز کل انرژی است. برای حوزه محیطی، از GWP سالانه استفاده می شود (نتایج شکل 8 بر 30 سال عمر مفید تقسیم شده است). برای اقتصادی، کل هزینه سالانه در نظر گرفته می شود (نتایج ارائه شده در شکل 12 ).

به عنوان اولین گام، تمام نتایج حاصل از هر تجزیه و تحلیل جمع آوری شده و سوابق آماری استخراج می شوند. این مقادیر حداقل، حداکثر، میانه و میانگین هستند. مقادیر میانه با نشانگر x نشان داده می شود. مقدار متوسط با یک خط داخلی مربع نمایش داده می شود و پس از آن برای ارزیابی چند دامنه ای استفاده می شود. مربع به محدوده مقادیر بین 15 تا 85 درصد احتمال تجمعی وقوع اشاره دارد.

تغییرات بیشتر برای نتایج توازن انرژی و تجزیه و تحلیل اثرات زیست محیطی ثبت شده است . بیشتر نمونه های موجود برای ترازهای انرژی به تراز مثبت نمی رسند. علیرغم تغییرات زیاد، مقادیر تاثیر را می توان برای مطالعات زیست محیطی کم در نظر گرفت. همانطور که در بخش 4.2 نشان داده شد ، این مقادیر را می توان به طور قابل توجهی با استفاده از ماژول های PV با تاثیرات تجسم یافته کمتر کاهش داد. تجزیه و تحلیل هزینه (بخش 4.3 ) نشان داد که پتانسیل بهبود در هزینه های سرمایه و نگهداری نهفته است.

در شکل 13 ، نتایج توازن انرژی، LCA و LCC در یک نمودار X-Y جفت شده اند. نتایج در مرحله اول بر اساس نوع مجموعه راه حل (متمرکز- SS1- یا غیرمتمرکز – SS2) و کهن الگو (ساختمان LR یا HR) خوشه بندی می شوند. شکل 13 الف) نتایج شبیه سازی های دینامیکی را با تجزیه و تحلیل LCA جفت می کند. نمودارها مزایای بالاتری را برای مجموعه راه حل های متمرکز نصب شده در ساختمان های کم ارتفاع و مزایای کمتری را برای مجموعه راه حل های طراحی شده برای ساختمان های بلند نشان می دهند. سیستم های غیرمتمرکز مزایای بیشتری را در ساختمان های بلند نشان می دهند.

نتایج توازن انرژی و LCC ( شکل 14 ب)) همچنین مزایای بیشتر سیستم های متمرکز در ساختمان های کم ارتفاع را نشان می دهد (SS1-LR). با این حال، برخلاف تحلیل‌های LCA، سیستم‌های غیرمتمرکز هنگامی که برای ساختمان‌های کم‌مرتبه (SS2-LR) اعمال می‌شوند، مزایای بیشتری دارند. راه حل های ساختمان های بلند از نظر اقتصادی مناسب نیستند، به خصوص با مجموعه راه حل های غیرمتمرکز (SS2-HR). شکل 14 همچنین به ما اجازه می دهد تا درک کنیم که چگونه مصرف انرژی عملیاتی ممکن است بر LCA و LCC تأثیر بگذارد. به نظر می رسد LCC بیشتر تحت تأثیر کل مصرف انرژی ساختمان قرار می گیرد. در ساختمان های بلند (SS1_HR و SS2_HR)، به عنوان مثال، کل هزینه ها مستقیماً تحت تأثیر تعادل انرژی قرار دارد. این وابستگی، در حالی که برای LCA چندان مشهود نیست، جایی که احتمالاً تأثیرات تجسم یافته عمدتاً بر کل چرخه زندگی تأثیر می گذارد.

در نهایت، در شکل 15 ، LCA و LCC در یک نمودار xy گزارش شده است. خط قهوه ای افقی هزینه های متوسط را نشان می دهد، در حالی که خط عمودی (سبز تیره) به میانگین GWP محاسبه شده اشاره دارد. این احتمالاً برای ارزیابی راه حل ها بر اساس خوشه بندی ارائه شده است.

این نمودار نشان می دهد که ارائه نتایج خوشه ای وابسته به مجموعه راه حل و نوع ساختمان همیشه امکان پذیر نیست. شکل 15 همچنین نشان می دهد که تمام سیستم های غیرمتمرکز نصب شده در ساختمان های بلند (SS2-HR) عملکرد محیطی بهتری دارند، اما از منظر اقتصادی مناسب نیستند. بدترین موارد با عنوان نارنجی برچسب گذاری شده است. اینها به سیستم غیرمتمرکز در ساختمانهای کم ارتفاع و زیر قطبی (SS2-LR_SUB) و سیستم متمرکز در ساختمانهای قاره ای مرتفع (SS1-HR_CON) اشاره دارد. بنابراین، نوع ساختمان و مجموعه راه حل در نظر گرفته شده مزیت ها را به صورت مطلق دیکته نمی کند.

بهترین گزینه ها با یک عنوان سبز برچسب گذاری شده اند. اینها به 1) راه حل متمرکز در یک ساختمان کم ارتفاع و ژئو خوشه مدیترانه ای (SS1_LR_MED) و 2) راه حل غیرمتمرکز در یک ساختمان قاره ای کم ارتفاع (SS2_LR_CON)، که در مقایسه با مثال قبلی ارائه می شود، اشاره دارد. مزایای زیست محیطی بالاتر اما هزینه های کمی بالاتر. این به ما اجازه می دهد تا برنامه های کاربردی در ساختمان های کم ارتفاع را سودمندتر بدانیم.

بیشترین هزینه در ساختمان مرتفع زیر قطبی با مجموعه راه حل غیرمتمرکز (SS2_HR_SUB) گزارش شده است. در این راستا، باید توجه داشت که بالاترین ارزش اقتصادی مربوط به نمونه های زیر قطبی است، همانطور که در بخش 4.3 نیز بیان شده است . هر 4 مورد در ژئو-خوشه مدیترانه دارای ارزش اقتصادی کمتر از میانگین هستند که از یک بافت خاص کشور ناشی می شود. بالاترین GWP مربوط به ساختمان مدیترانه ای کم ارتفاع با مجموعه راه حل های غیرمتمرکز است (SS2_LR_MED، در شکل 15 با شرح سیاه پررنگ). با این حال، بیشتر موارد با GWP بالاتر از میانگین مربوط به خوشه ژئو اقیانوسی و زیر قطبی است.

در مجموع، شکل 15 نشان می دهد که نتایج را می توان بر اساس خوشه جغرافیایی و به طور دقیق تر، زمینه خاص کشور دسته بندی کرد. این نتیجه با کارهای قبلی مطابقت دارد که نشان می‌دهد بافت ملی یکی از مرتبط‌ترین جنبه‌هایی است که بر مزایای چرخه عمر سیستم‌های PEB تأثیر می‌گذارد.

پایدار، سبز یا هوشمند؟ مسیرهایی...

ژوئن 9, 2026