بهینه سازی پوسته هوشمند ساختمان با استفاده از مصالح تغییر فازدهنده و الگوریتم های چندهدفه برای کاهش مصرف انرژی و افزایش آسایش حرارتی

بهینه سازی عملکرد انرژی پوسته ساختمان از طریق فناوری های پاسخ گو، نقشی کلیدی در کاهش تقاضای انرژی فسیلی و ارتقای کیفیت زیست درون ساختمانی ایفا می کند. پژوهش حاضر با هدف بهینه سازی چندهدفه پوسته هوشمند ساختمان مجهز به مصالح تغییر فازدهنده و سامانه های سایه انداز متحرک، به توسعه یک مدل شبیه سازی پویا و ارزیابی رفتار حرارتی پوسته تحت شرایط اقلیمی گوناگون پرداخته است. نوآوری این مطالعه در یکپارچه سازی سیستم های ذخیره حرارت نهان، سایه بان های هوشمند تطبیقی و تهویه حفره نما در قالب یک فرآیند بهینه سازی الگوریتمی و چندمعیاره است تا تعارض همیشگی میان کاهش بارهای سرمایشی و گرمایشی، افزایش آسایش حرارتی کاربران و کنترل هزینه های چرخه عمر برطرف شود. روش شناسی پژوهش مبتنی بر مدل سازی عددی پوسته در نرم افزارهای شبیه سازی انرژی و اجرای الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب نسخه دوم برای یافتن گزینه های بهینه در جبهه پرتو است. یافته های شبیه سازی سالانه نشان داد که استقرار لایه ای مصالح تغییر فازدهنده در بخش داخلی یا میانی پوسته، کارایی حرارتی بیشتری نسبت به لایه های خارجی دارد. بر این اساس، ضخامت بهینه ۲.۵ سانتی متر با دمای ذوب ۲۴.۰ درجه سلسیوس، نوسانات دمای سطح داخلی را تا ۴.۲ درجه کاهش داده و انتقال اوج بار سرمایشی را تا ۵.۸ ساعت به تاخیر می اندازد. در بخش بهینه سازی چندهدفه، از میان گزینه های جبهه پرتو، پیکربندی سازشی انتخاب گردید که منجر به کاهش ۳۵.۲ درصدی مصرف کل انرژی سالانه و بهبود ۸۴.۲ درصدی آسایش حرارتی بر اساس شاخص فنگر شد. همچنین کنترل تطبیقی سایه بان های متحرک با تنظیم زاویه در دامنه ۱۵.۰ تا ۷۵.۰ درجه، بار تابش خورشیدی وارده را ۴۵.۸ درصد کاهش داد. برای حل چالش اشباع حرارتی مصالح تغییر فازدهنده در دوره های گرم متوالی، فعال سازی تهویه کنترل شده حفره نما با نرخ تعویض هوای متغیر، بازیابی ظرفیت حرارت نهان ماده را به ۸۸.۵ درصد رساند. تحلیل اقتصادی چرخه عمر نیز نشان داد که علی رغم افزایش ۱۴.۳ درصدی هزینه های اولیه احداث، بهینه سازی پوسته منجر به کاهش ۱۹.۶ درصدی هزینه های کل تنزیل شده بیست ساله با دوره بازگشت سرمایه ۷.۲ سال می شود. نتایج این تحقیق چارچوب کاربردی موثری را برای طراحان و مهندسان جهت توسعه ساختمان های با مصرف انرژی نزدیک به صفر ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

پوسته هوشمند ساختمان ، مصالح تغییر فازدهنده ، بهینه سازی چندهدفه ، آسایش حرارتی ، سایه بان تطبیقی ، تهویه حفره نما