بهینه سازی چند هدفه تقاضای انرژی ساختمان و طراحی ساختمان انرژی صفر خالص متناسب با شرایط اقلیمی (مطالعه موردی: شهر تهران)

در سال‌های اخیر، کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در بخش ساختمان، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. مانند سایر نقاط دنیا، بخش ساختمان در ایران نیز سهم زیادی از مصرف انرژی را بخود اختصاص داده است. در نتیجه ساختمان های کم مصرف و حتی انرژی صفر، به عنوان راه حل جایگزین در حل این مشکل، مورد توجه دانشمندان، محققان و سیاستگذاران قرار گرفته اند. یکی از چالش های اصلی در طراحی ساختمان انرژی صفر، یافتن بهترین ترکیب از راهکارهای پسیو جهت کاهش مصرف و بهینه‌سازی عملکرد انرژی در ساختمان است به گونه‌ای که عملکرد انرژی ساختمان و آسایش حرارتی ساکنان را تحت تاثیر منفی قرار ندهد. این مقاله یک روش برای بهینه سازی چند هدفه و چند متغیره مبتنی بر شبیه‌سازی ساختمان ارائه می‌دهد که در سه مرحله اصلی انجام شده است: شبیه سازی مصرف انرژی ساختمان، فرآیند بهینه سازی دو هدفه و تصمیم گیری چند معیاره طراحی ساختمان انرژی صفر با کاربرد انرژی‌های تجدیدپذیر. پارامترهای طراحی مورد بررسی عبارتند از: جهت ساختمان، زاویه و عمق و طول بیرون‌زدگی سایه بان‌ها، ضخامت عایق دیوارهای خارجی، نقاط تنظیم دمای سرمایش و گرمایش، نسبت مساحت پنجره به دیوار، ضریب انتقال حرارت پنجره‌ها و ضخامت عایق سقف. علاوه بر این، منابع انرژی های تجدیدپذیر در نظر گرفته شده عبارتند از: پنل‌های فتوولتاییک و توربین بادی. به منظور دستیابی به ساختمان انرژی صفر خالص با در نظر گرفتن حفظ آسایش حرارتی ساکنین، الگوریتم ژنتیک چند هدفه با مرتب سازی نامغلوب استفاده شده است. در نهایت جهت تعیین بهینه‌ترین پاسخ در نمودار پارتو از روش حذف و انتخاب سازگار با واقعیت استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که شرایط اقلیمی و انتخاب مناسب پارامترهای معماری در کاهش مصرف انرژی ساختمان بسیار مهم و حیاتی هستند. بر اساس نتایج، بکارگیری راهکارهای بهینه‌سازی انرژی در شهر تهران، منجر به کاهش 25.3 درصدی در مصرف انرژی می‌شود. علاوه بر این، پتانسیل قابل توجهی برای استفاده از سیستم فتوولتاییک در شهر تهران برای تامین انرژی مورد نیاز منازل وجود دارد.

multi-objective optimization of energy demand and net zero energy building design based on climatic conditions (case study: tehran)

in recent years, reducing energy consumption and greenhouse gas emissions in the building sector has attracted a lot of attention. as in other parts of the world, the construction sector in iran also has a large share of energy consumption. as a result, low consumption and even zero energy buildings, as an alternative solution in solving this problem, have attracted the attention of scientists, researchers and policy makers. one of the main challenges in designing a zero energy building is to find the best combination of passive solutions to reduce consumption and optimize energy performance in the building in such a way that the energy performance of the building and the thermal comfort of the residents are not negatively affected. this article presents a method for multi-objective and multi-variable optimization based on building simulation, which is carried out in three main stages: building energy consumption simulation, two-objective optimization process and multi-criteria decision making for zero energy building design using renewable energy sources. reproducible. the studied design parameters are: direction of the building, angle and depth and length of the protrusion of the shades, insulation thickness of external walls, temperature adjustment points for cooling and heating, ratio of window to wall area, heat transfer coefficient of windows and thickness of roof insulation. in addition, the considered renewable energy sources are: photovoltaic panels and wind turbines. in order to achieve a net zero energy building, considering maintaining the thermal comfort of the residents, a multi-objective genetic algorithm with non-dominated sorting has been used. finally, in order to determine the most optimal answer in the pareto diagram, the elimination and selection method compatible with reality has been used. the results show that climatic conditions and the appropriate selection of architectural parameters are very important and vital in reducing building energy consumption. based on the results, the use of energy optimization solutions in tehran leads to a 25.3% reduction in energy consumption. in addition, there is a significant potential for the use of photovoltaic systems in tehran to provide energy for homes.