دیزاین بیلدر، نرم‌افزار آینده‌نگر در طراحی و شبیه‌سازی ساختمان‌ها

منبع: کتاب آموزش جامع نرم افزار Design Builder

تالیف: شهرام عالی پور کوسالار

مقدمه

با توجه به افزایش روز افزون قیمت حامل های انرژی میزان مصرف انرژی به یکی از چالش های اساسی برای کشور های در حال توسعه تبدیل شده است. در این میان ساختمان ها سهم قابل توجهی در مصرف انرژی دارند. نرم افزار های متنوعی جهت انجام محاسبات بار های حرارتی و برودتی برای ساختمان طراحی شده که هر یک قابلیت های مختلفی دارند. اما نیاز به تحلیل دقیق و جامع محاسبات انرژی ساختمان و پارامتر های مرتبط با آن نظیر میزان سوخت و برق مصرفی، کربن دی اکسید تولیدی و… در کنار محاسبه بار های حرارتی و برودتی باعث شده است تا محققین فعال در این عرصه در پی نرم افزار هایی با این قابلیت باشند. در این میان نرم افزار دیزاین بیلدر با محیط بسیار جذاب و کاربر پسند این قابلیت ها را برای پژوهشگران و صنعت گران علاقمند به این شاخه فراهم نموده است. از جمله ویژگی های منحصر به فرد این نرم افزار می توان به امکان استفاده از حلگر های بسیار دقیق و معتبر نظیر انرژی پلاس اشاره کرد. با توجه به امکان مدل سازی ساختمان در سطوح ساده و بسیار پیچیده، این نرم افزار می تواند مورد استفاده رشته های مهندسی مرتبط با این شاخه نظیر مهندسان مکانیک و معماری قرار گیرد.

کلیات:

مصرف انرژی برای برقرار کردن شرایط آسایش در ساختمان ها از جمله مباحث روز دنیا می باشد.

از این رو استفاده از راهکار های کاهش مصرف انرژی و یا ذخیره آن ضروری می باشد. ازبرنامه های شبیه سازی مصرف انرژی می توان قبل از ساختن ساختمان و یا ایجاد تغییرات در آن می توان استفاده نمود و هزینه مصرف انرژی و میزان صرفه جویی آن را برآورد نمود. همچنین می توان مشاهده نمود که تغییرات انجام شده در ساختمان چه تاثیری بر مصرف انرژی ساختمان داشته است. با استفاده از این برنامه ها میتوان طراحی های مختلف و همچنین مواد مختلفی را برای ساختار ساختمان قبل از ساخت مورد بررسی قرار داد تا بهترین حالت از لحاظ ذخیره و مصرف انرژی بدست آید.

پیشرفت زیاد نرم افزار های کامپیوتری و استفاده از آنها در طراحی ساختمان روش طراحی سیستم تهویه مطبوع و تاسیسات ساختمان را برای مهندسان و معماران تغییر داده است. در گذشته محاسبات طراحی سیستم تهویه مطبوع و تاسیسات بر مبنای تخمین بار های حداکثر استوار بود که برای محاسبه این بار ها از روش های دستی و ساده استفاده می شد.

امروزه علاوه بر محاسبه بار ها ، ضروری است که در مرحله طراحی آنالیز انرژی نیز در ساختمان مورد توجه قرار گیرد. به عبارت دیگر برای کاهش مصرف انرژی ضروری است که مقادیر پارامتر های موثر در انرژی ساختمان محاسبه شوند. استفاده از کامپیوتر برای محاسبه بار ها و انرژی مصرفی در ساختمان یک قسمت مهم در طراحی ساختمان و بهینه سازی مصرف انرژی می باشد.

روش های ساده برآورد انرژی اغلب روش های پایدار می باشند و این روش ها برای بررسی تغییرات لحظه ای انرژی ارایه شده اند این برنامه ها به طور کلی دو نوع می باشند:

1.برنامه ها و کدهای باز-برنامه های اختصاصی

برنامه های کد باز به برنامه هایی گفته می شود که می توان با اندک تغییراتی در داده های ورودی آنها را برای انواع مختلف ساختمان ها با ساختار های مختلف و اقلیم های متفاوت به کار برد. بیشتر برنامه های شناخته شده از نوع کد های باز هستند، در این برنامه ها محل ساختمان ترکیبات ساختمان داده های اقلیمی و سیستم های حرارتی و تهویه و غیره باید به عنوان ورودی به برنامه داده شوند تا محاسبات انرژی انجام پذیرد. البته اگر هزینه های سیکل زندگی در ساختمان نیز خواسته شود باید داده های اقتصادی و مدت زمان استفاده از ساختمان نیز به برنامه داده شود. برنامه های کامپیوتری زیادی برای آنالیز حرارت ساختمان و مصرف انرژی بدست آمده اند و همچنین این برنامه ها روز به روز در حال افزایش می باشند. استفاده از این برنامه ها از سال 1980 به بعد در دانمارک و چندین کشور دیگر شروع شده است. نتیجه یک رابطه پیچیده بین طرح و ترکیب ساختمان بار های حرارتی داخل اتاق ها سیستم سرمایش و گرمایش و تهویه مطبوع و همچنین شرایط اقلیمی محیط خارج ساختمان می باشند. بنابراین ضروری است که یک تعادل حرارتی بین داخل و خارج اتاق برقرار گردد

2.محاسبات بار های تهویه مطبوع و انرژی مصرفی

بار تهویه بار طراحی است که برای تخمین و برآورد یک سیستم تهویه مطبوع استفاده می شود. بر اساس خصوصیات حرارتی ساختمان بار های سرمایش و گرمایش هوا ظرفیت سیستم تهویه مطبوع و تجهیزات آن طراحی می شود. بار تهویه مطبوع را می توان به دو قسمت بار سرمایش و گرمایش تقسیم بندی نمود. برای محاسبه بار گرمایشی می توان از یک روش پایدار استفاده نمود برای محاسبه بار سرمایشی تاثیر کامل انتقال حرارت ساختار ساختمان تشعشع خورشیدی و منابع حرارتی داخل ساختمان باید مورد توجه قرار گیرد. بار سرمایشی یک سیستم بر اساس میزان استفاده از اتاق نوع سیستم تهویه مطبوع و روش کنترل آن محاسبه می شود. در محاسبات بار سرمایشی یک روش مشخص و اصلی وجود ندارد زیرا در طول پروسه محاسبه تعداد زیادی فرضیات در نظر گرفته می شود و این فرضیات در روش های مختلف متفاوت می باشند. بنابراین دقت نتایج محاسبه بسته به نحوه فرضیات انجام شده متغییر می باشند. البته برای بدست آوردن نتایج دقیق باید پارامتر هایی که در محاسبه بار ها مهم می باشند مشخص شده و سعی شود که فرضیات انجام شده زیاد دور از واقعیت نباشند.

3.محاسبات انرژی

منظور از محاسبات انرژی تخمین مصرف انرژی سالیانه ساختمان است. چندین مدل و روش برای تخمین مقدار انرژی مصرفی سالیانه یا ماهیانه ساختمان ارایه شده اند که می توان آنها را به 3 دسته تقسیم بندی نمود:

روش های پایدار

روش های نیمه پایدار

روش های ناپایدار

جایی که شرایط حالت پایدار فرض شده است هیچ تغییراتی در مقدار حرارت ساختار های ساختمان با زمان وجود ندارد. این روش ها را نمی توان برای حالتی که شرایط داخل یا خارج به شدت با زمان متغییر می باشند به کار برد.

بعضی از روش های نیمه پایدار به این صورت هستند که مثلا برای انرژی اکتسابی از خورشید و یا حرارت های اکتسابی در داخل اتاق به طور متوسط به صورت ماهیانه و یا سالیانه مقادیری را فرض نموده اند یعنی این دسته برنامه ها به جزییات چگونگی تغییرات زمانی انرژی های مصرفی توجه نمی کنند و فقط قادرند که این انرژی ها را به صورت ماهیانه یا سالیانه مورد توجه قرار دهند.

در روش های ناپایدار تغییرات مصرف انرژی به صورت لحظه ای محاسبه می شود بنابراین در این حالت برقراری تعادل حرارتی در ساختمان بسیار پیچیده خواهد بود در این روش ها نسبت به روش های پایدار باید جزیات بیشتری از هندسه شرایط اقلیمی و همچنین منابع حرارتی داخل ساختمان به برنامه به عنوان ورودی داده شود.

استفاده از روش های پایدار آسان می باشد اما این روش ها قادر نیستند هیچ اطلاعاتی درباره تغییرات مصرف انرژی ساختمان با زمان بدهند و همچنین تاثیر حرارت ذخیره شده در ساختار ساختمان را در محاسبات انرژی به حساب نمی آورند. روش های ناپایدار به صورت خیلی جزیی انتقال حرارت را در ساختار ساختمان مورد بررسی قرار می دهند و معمولا محاسبات انرژی و بار سالیانه را به صورت ساعتی و برای تمام سال انجام می دهند. محاسبات مصرفی انرژی شبیه به محاسبات بار های حرارتی ساختمان می باشد. مقدار بار های گرمایش و سرمایش(به صورت ساعتی در تمام سال) اساس محاسبه انرژی به صورت ناپایدار می باشد. اصلی ترین اختلاف بین نحوه محاسبه بار و محاسبه انرژی در این است که در محاسبه انرژی از شرایط اقلیمی ساختمان به صورت خیلی زیاد و کلی استفاده می شود.

4.شبیه سازی انرژی ساختمان

در این قسمت اساس کار شبیه سازی انرژی در طراحی ساختمان و همچنین خصوصیات ابزار هایی که این کار را انجام می دهند بیان میشود. همچنین کاربرد ها و محدودیت های این نرم افزار ها بیان می شود و در ادامه رابطه بین پروسه طراحی ساختمان و شبیه سازی انرژی از نقطه نظر معماری نیز بررسی می شود.

بازده انرژی مصرفی ساختمان ها از نظر اقتصادی مهم می باشد. برای رسیدن به بهترین کارایی طراحان ساختمان به ابزار هایی کارآمد برای آنالیز و فهمیدن مقدار مصرف انرژی ساختمان ها نیاز دارند.

اطلاعات مورد نیاز اصلی

قبل از شبیه سازی انرژی ساختمان باید اطلاعاتی درباره شرایط اقلیمی ساختمان نحوه طراحی ساختمان سیستم تهویه مطبوع و تجهیزات آن و نحوه کنترل ساختمان تهیه شود. شرایط اقلیمی بیرون ساختمان در طول سال یک قسمت مهم از داده های اصلی می باشد و بهترین حالت این است که این داده ها به صورت ساعتی برای تمام سال تهیه شود. برای شبیه سازی انرژی در ساختمان معمولا 10 تا 13 پارامتر اقلیمی مورد نیاز می باشد به طور مثال پارامتر های میزان تشعشع خورشیدی دما، رطوبت، سرعت باد و جهت آن و غیره . این داده ها معمولا به صورت سالیانه گزارش می شوند.

روش شبیه سازی

قبل از شروع به آنالیز شبیه سازی باید نرم افزاری که شبیه سازی با آن انجام می گردد مشخص شود . به این دلیل که نرم افزار های زیادی در رابطه با تحلیل انرژی در ساختمان ارائه شده است معمولا انتخاب نرم افزار شبیه سازی سخت می باشد. انتخاب یک نرم افزار باید با توجه به توانایی نرم افزار برای رفع احتیاجات کاربر انتخاب شود. نکته مورد توجه این است که نرم افزار های شبیه سازی تحلیل انرژی ساختمان را به طور دقیق و کامل انجام نمی دهند و دقت و توانایی آنها بسته به تعداد و نحوه فرضیات انجام شده توسط طراحان آن نرم افزار است.

5.نرم افزار شبیه سازی در ساختمان

نرم افزار های شبیه سازی برنامه های کامپیوتری هستند که برای محاسبه انرژی در ساختمان استفاده می شود. در حال حاضر این نوع برنامه ها زیاد و مختلف می باشند و هر کدام از آنها دارای مدل و روش حل و فرضیات مخصوص به خود می باشند. این برنامه ها به صورت مداوم در حال پیشرفت می باشند. بعضی از برنامه های شبیه سازی بسیار پیچیده و کامل می باشند. در حال حاضر یک روش شبیه به حالت پایدار معمولا در نرم افزار ها برای محاسبه تغییرات حرارت ساختمان استفاده می شود به این صورت که فرض می شود تغییرات محیط مورد نظر در طول یک ساعت ثابت می باشند و این تغییرات فقط در بین ساعت ها وجود دارد. این روش معمولا جواب نسبتا دقیقی می دهد اما اگر بخواهیم تغییرات حرارت ساختمان را به طور دقیق تری مورد مطالعه قرار دهیم باید فواصل زمانی را کوتاه تر در نظر بگیریم.

6.داده های هوایی Weather data

برنامه هایی شبیه سازی معمولا محاسبات را به صورت سعتی برای تعیین شرایط داخلی ساختمان انجام می دهند این کار مستلزم استفاده از اطلاعات اقلیمی می باشد. علاوه بر داده های اقلیمی مشخص نمودن هندسه و همچنین نحوه برخورد اشعه های خورشیدی برای تمام ساعت های سال لازم می باشد. این داده های اقلیمی نباید به صورت میانگین در سال یا فقط برای قسمتی از سال باشند. بلکه باید روزانه و در تمام 8760 ساعت سال مشخص باشند.

7.کتابخانه مواد Material database

تمام خصوصیات ترمودینامیکی مورد نیاز برای شبیه سازی انرژی ساختمان باید مشخص شوند. البته اکثر برنامه های کامپیوتری خود دارای کتابخانه می باشند که در آن خصوصیات ترمودینامیکی مواد مختلف ارائه شده است و اگر در این کتابخانه ماده مورد نظر کاربر موجود نباشد خود کاربر می تواند این ماده را به کتابخانه برنامه اضافه نماید.

8.ساختار برنامه Design Builder

موتور شبیه سازی و تحلیل نرم افزار Design Builder نرم افزار انرژی پلاس می باشد که یک برنامه کد باز بوده و خود این نرم افزار از دو نرم افزار DOE2 و BLAST تشکیل شده است.

اگر شما هم مشتاق یادگیری تخصصی و حرفه ای آموزش نرم افزار Design Builder  با اساتیدی مجرب هستید میتوانید در دوره های آموزشی نرم افزار Design Builder ثبت نام کنید.