ارزیابی روشهای بهینه سازی مصرف انرژی در سیستم های تهویه مطبوع (HVAC) ساختمان های اداری و خدماتی شهرداری: مرور نظام مند، تحلیل مقایسه ای و چارچوب تصمیم یار

بخش ساختمان در اغلب شهرهای جهان بزرگترین مصرف کننده انرژی و از اصلی ترین منابع انتشار کربن عملیاتی است. در این میان، سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع ساختمان های اداری و خدماتی شهرداری سهمی چشمگیر در بار پیک شبکه و بودجه جاری مدیریت شهری دارند. پژوهش حاضر با بهره گیری از روش مرور نظام مند داده های ۹۴ مطالعه تجربی منتشر شده طی یک دهه اخیر را استخراج و در سه محور فناوری های سخت افزاری، الگوریتم های نرم افزاری و مداخلات مدیریتی رفتاری دسته بندی می کند. سپس با استفاده از شاخص های شدت مصرف، انرژی ضریب، عملکرد، هزینه چرخه عمر و شاخص آمادگی، هوشمند کارایی رویکردها ارزیابی و از طریق تحلیل حساسیت اقلیمی و الگوی بهره برداری، قابلیت تعمیم نتایج در مناطق مختلف سنجیده می شود. یافته ها نشان می دهد بسته های جامع شامل بهینه سازی غلاف حرارتی، سامانه های بازیافت، حرارت کنترل پیش بین مدل مبنا و کمیسیونینگ پیوسته می توانند ۳۰ تا ۸۰ درصد کاهش مصرف انرژی HVAC و تا ۷۵ درصد کاهش انتشار دی اکسید کربن را برای ساختمان های شهرداری به همراه داشته باشند بدون کاهش سطح آسایش حرارتی. تحلیل هزینه چرخه عمر نشان می دهد که در بیش از دوسوم مطالعات، دوره بازگشت سرمایه اقدامات اولویت دار زیر هشت سال است و افزودن پمپ های حرارتی منبع زمین و فتوولتاییک پشت بامی می تواند هزینه اجتناب کربن را به طور معناداری کاهش دهد. با وجود این مزایا، موانع فنی ناشی از قدمت سازه، محدودیت های بودجه عمومی، کمبود داده بلادرنگ و نبود مشوق های مالی سازگار با ریسک، سرعت پیاده سازی را کند کرده است. برای عبور از این تنگناها، پژوهش یک چارچوب سه لایه ای با نام ۳H پیشنهاد می کند که سخت افزار پربازده (Hardware)، لایه کنترلی هوشمند (Hypervisor) و فرهنگ و سیاست مدیریت انرژی (Human) را در یک ماتریس تصمیم یار تلفیق می کند. نتایج شبیه سازی پورتفوی ساختمانی در سه شهر نمونه نشان می دهد پیاده سازی گام به گام ۳H می تواند به کاهش ۲۳ درصدی بودجه سرمایه ای سالانه و یازده درصدی بار پیک برق شهری بیانجامد. بر همین اساس، سه توصیه اجرایی کلیدی ارائه می شود: نخست، گذار مقررات ملی به الزامات عملکردی مبتنی بر شدت مصرف و شاخص کربن؛ دوم، ایجاد صندوق چرخان انرژی و انتشار اوراق سبز برای پوشش پروژه های با دوره برگشت کوتاه؛ و سوم، راه اندازی پایگاه داده ملی انرژی ساختمان های عمومی برای تغذیه الگوریتم های یادگیری ماشین و دوقلوی دیجیتال اجرای همزمان این توصیه ها می تواند شهرداری ها را از مصرف کنندگان منفعل انرژی به بازیگران هوشمند شبکه بدل کرده و مسیر دستیابی به شهرهای کربن خنثی و تاب آور را هموار کند.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی انرژی ، سیستم تهویه مطبوع ، ساختمان های شهرداری ، شدت مصرف انرژی ، هزینه چرخه عمر ، کنترل پیش بین ، بازیافت حرارت ، دوقلوی دیجیتال ، چارچوب H۳