निष्क्रिय अभिकल्प, भवन ऊर्जा तथा संधारणीय प्रौद्योगिकियाँ
2. प्राकृतिक संवातन व निष्क्रिय शीतलन
पवन-चालित आर-पार संवातन हेतु पवन-सम्मुख ओर अंतर्गम (inlet) और पवन-विमुख, निम्न-दाब ओर निर्गम (outlet) चाहिए। प्रवाह Q = C_v × A × V (m³/s) है, जहाँ A अंतर्गम का क्षेत्रफल, V पवन-वेग और प्रभावशीलता C_v खुले भाग पर लंबवत पवन हेतु लगभग 0.5 से 0.6 तथा तिरछी पवन हेतु 0.25 से 0.35 है। अंतर्गम निवासी के स्तर पर रखें, निर्गम को अंतर्गम से कम न रखें, मार्ग में विभाजन टालें, और ध्यान रहे कि दीवार से लगभग 45° पर आती पवन कक्ष के भीतर लंबवत पवन से बेहतर वायु-वितरण दे सकती है। दर वायु-परिवर्तन प्रति घंटा में कही जाती है, ACH = 3600 Q / V_कक्ष।
स्टैक प्रभाव उत्प्लावन है: गर्म भीतरी वायु ऊपर उठकर ऊँचे खुले भाग से निकलती और ठंडी वायु नीचे से आती है, अतः यह तब कारगर है जब पवन शांत हो और भीतर बाहर से गर्म हो। समान मुक्त क्षेत्रफल A वाले अंतर्गम व निर्गम हेतु: Q = C_d × A × √[2 g H (T_i − T_o) / T_i], तापमान केल्विन में, और H निचले खुले भाग के केंद्र से उदासीन दाब तल तक की ऊँचाई (समान खुले भागों हेतु ऊर्ध्वाधर दूरी का आधा)। Q खुले भाग की ऊँचाई, तापांतर व क्षेत्रफल के साथ बढ़ता है और पवन-वेग से स्वतंत्र है। सौर चिमनी तापांतर बढ़ाती है। हल किया उदाहरण: C_d = 0.6, A = 0.4 m², खुले भाग 5 m दूर अतः H = 2.5 m, T_i = 305 K, T_o = 293 K: मूल √(2 × 9.81 × 2.5 × 12 / 305) = 1.389 m/s, Q = 0.6 × 0.4 × 1.389 = 0.333 m³/s, और 160 m³ के कक्ष हेतु ACH = 0.333 × 3600 / 160 = 7.5।
- पवन-मीनार (बादगीर, मलकफ़): ऊपर खुले भागों वाली ऊँची नली जो पवन पकड़कर नीचे उतारती है, या स्टैक की तरह वायु को ऊपर खींचकर बाहर करती है; उष्ण-शुष्क क्षेत्रों में वायु भीतर आने से पहले जल या छायादार चिनाई से और ठंडी की जाती है।
- आँगन: उष्ण-शुष्क व मिश्रित क्षेत्रों में गहरा, छायादार आँगन रात की ठंडी वायु से भरकर प्रातः तक ठंडा रहता है और रोपण या जल सहित वाष्पन से ठंडा करता व कक्षों में वायु खींचता है; यह दिवालोक भी देता है। उष्ण-आर्द्र क्षेत्र में आँगन चौड़ा व समीर हेतु खुला होता है। छिद्रित जाली चकाचौंध व ऊष्मा घटाती और वायु निकलने देती है।
- रात्रि-संवातन संरचना को रात की ठंडी वायु से धोता है ताकि वह अगली दोपहर ऊष्मा सोख सके; इसे बड़ा दैनिक तापांतर चाहिए।
- वाष्पीकरणी शीतलन स्थिर आर्द्र-बल्ब रेखा पर चलता है: वायु अपने आर्द्र-बल्ब तापमान की ओर ठंडी होती है। प्रभावशीलता ε वाले प्रत्यक्ष कूलर से T_out = T_in − ε (T_in − T_wb); 40 °C शुष्क-बल्ब, 24 °C आर्द्र-बल्ब व ε = 0.75 पर T_out = 28 °C, अधिक आर्द्रता सहित। निष्क्रिय रूप हैं छत-जलकुंड व फुहार, आँगन के जलकुंड और भीगे परदे; भू-वायु सुरंग कुछ मीटर नीचे की ज़मीन का उपयोग करती है, जो वार्षिक माध्य वायु-तापमान के निकट रहती है।
3. निष्क्रिय तापन व दिवालोक
निष्क्रिय सौर तापन बिना मशीन के धूप को एकत्र, संचित व वितरित करता है। तीन व्यवस्थाएँ मानक हैं: प्रत्यक्ष लाभ (धूप सूर्याभिमुख शीशे से भीतर आती और फ़र्श-दीवार के द्रव्यमान में संचित होती है); अप्रत्यक्ष लाभ, जिसका प्रारूप ट्रॉम्ब दीवार है: सूर्याभिमुख काँच के पीछे वायु-अंतराल सहित चिनाई की दीवार, जो धूप सोखकर ऊष्मा को चालन (विलंब सहित) से तथा ऊपरी-निचले वातायनों से ऊष्मा-संचलन द्वारा भीतर पहुँचाती है; तथा पृथक्कृत लाभ, धूपघर या संलग्न हरितगृह जो कक्षों से बंद रखा जाता है। सभी को सूर्याभिमुख शीशा (भारत में दक्षिण), ऊष्मारोधन के भीतर द्रव्यमान, शीशे का रात्रि-ऊष्मारोधन, और ऐसा छज्जा चाहिए जो ऊँची ग्रीष्म-धूप रोके पर नीची शीत-धूप आने दे।
दिवालोक को दिवालोक गुणक से नापा जाता है, DF = (E_in / E_out) × 100%, जहाँ E_in भीतर किसी बिंदु पर प्रदीप्ति और E_out अबाधित मेघाच्छन्न आकाश के नीचे उसी क्षण बाहर की क्षैतिज प्रदीप्ति है। यह आकाश-घटक, बाह्य-परावर्तित घटक और आंतरिक-परावर्तित घटक का योग है। मार्गदर्शन के रूप में, लगभग 2% औसत DF वाला स्थान दिवालोक-युक्त दिखता है (यद्यपि विद्युत प्रकाश प्रायः फिर भी चाहिए) और लगभग 5% वाला भली-भाँति दिवालोकित। उदाहरण: बाहर 6,000 lux के नीचे भीतर 150 lux का अर्थ DF = 2.5%।
- ऊँचा खिड़की-शीर्ष प्रकाश को गहराई तक भेजता है; उपयोगी रूप से दिवालोकित गहराई शीर्ष-ऊँचाई का छोटा गुणज है (अँगूठा-नियम लगभग दो गुना)।
- प्रकाश-पट्टिका निचली खिड़की को छाया देती और प्रकाश को छत पर उछालती है; उत्तरमुखी शीशा, उच्च-वातायन व उत्तर-प्रकाश छतें स्थिर, चकाचौंध-रहित विसरित प्रकाश देती हैं; हल्की भीतरी सतहें आंतरिक-परावर्तित घटक बढ़ाती हैं।
- दिवालोक और ऊष्मा साथ चलते हैं: उच्च दृश्य संचरण पर निम्न सौर ऊष्मा-लाभ वाला काँच चुनें, उष्णकटिबंध में अनछाए रोशनदान टालें, और दिवालोक पर्याप्त होने पर विद्युत बत्तियाँ मंद करें, क्योंकि प्रकाश भी आंतरिक ऊष्मा-लाभ है।
4. निहित व प्रचालन ऊर्जा; ऊर्जा लेखा-परीक्षा व प्रबंधन
प्रचालन ऊर्जा वह है जो भवन चलते समय उपयोग करता है: शीतलन, तापन, संवातन, प्रकाश, उपकरण व गर्म जल। निहित ऊर्जा सामग्री के निष्कर्षण, निर्माण व परिवहन, भवन-निर्माण, उसके अंगों के रखरखाव व प्रतिस्थापन और अंततः ध्वंस की समस्त ऊर्जा है। इसका आरंभिक भाग (एक बार बना), आवर्ती भाग (रखरखाव व प्रतिस्थापन) और ध्वंस भाग है। जीवन-चक्र आकलन दोनों गिनता है, घोषित सीमा के साथ: आरंभ-से-द्वार (cradle-to-gate), आरंभ-से-समाप्ति (cradle-to-grave) या चक्रीय (cradle-to-cradle)।
- परंपरागत वातानुकूलित भवन के सामान्य 50-वर्षीय जीवन में प्रचालन ऊर्जा बड़ा भाग है। जैसे-जैसे प्रचालन ऊर्जा घटाई जाती है (दक्ष अभिकल्प, नवीकरणीय, शून्य-ऊर्जा भवन) निहित भाग बढ़ता है और प्रधान हो सकता है, तब सामग्री का चुनाव HVAC जितना ही महत्त्वपूर्ण हो जाता है।
- प्रति किलोग्राम सामान्य क्रम है एल्युमिनियम (उच्चतम), फिर इस्पात, फिर काँच व सीमेंट, फिर पकी मिट्टी की ईंट, फिर कंक्रीट, और स्थानीय पत्थर व मिट्टी निम्नतम। पर प्रति किलोग्राम का अर्थ प्रति भवन नहीं: कंक्रीट प्रति किलोग्राम कम है पर इतने द्रव्यमान में लगती है कि प्रायः सबसे बड़ा निहित घटक होती है, अतः सामग्रियों की तुलना प्रकार्यात्मक इकाई पर करें।
- निहित ऊर्जा घटाएँ: मौजूदा भवनों का पुनः उपयोग व अनुकूलन, स्थानीय व पुनर्चक्रित सामग्री (फ्लाई-ऐश ईंट, पुनर्चक्रित रोड़ी), हल्की दक्ष संरचना व टिकाऊ अवयव, तथा परिवहन-दूरी घटाकर।
ऊर्जा लेखा-परीक्षा इस बात का व्यवस्थित सर्वेक्षण है कि भवन ऊर्जा कैसे व कहाँ उपयोग करता है और क्या बचाया जा सकता है। प्रारंभिक लेखा-परीक्षा बिलों व सरल लाभों सहित भ्रमण है; विस्तृत (निवेश-श्रेणी) लेखा-परीक्षा पावर-विश्लेषक, लक्स-मापी, डेटा-लॉगर, अवरक्त ऊष्मा-चित्रण व ब्लोअर-डोर परीक्षण से भार नापती, अंत-उपयोग के अनुसार ऊर्जा-संतुलन बनाती, उसे EPI से तुलनात्मक आँकती और लागत, बचत व प्रतिदाय सहित ऊर्जा संरक्षण उपाय (ECM) सूचीबद्ध करती है। क्रम है: आँकड़े जुटाना, भ्रमण, नापना, विश्लेषण, उपायों की श्रेणी-निर्धारण, क्रियान्वयन, फिर बचत का अनुश्रवण व सत्यापन। शून्य-लागत व अल्प-लागत उपाय (व्यवस्था-सुधार, सेट-पॉइंट, बंद करना, पावर फ़ैक्टर, टैरिफ) पहले आते हैं, फिर पुनःसज्जा (LED, परिवर्ती-गति ड्राइव, दक्ष चिलर, आवरण, नियंत्रण)। भारत में ऊर्जा संरक्षण अधिनियम, 2001 ने ऊर्जा दक्षता ब्यूरो (BEE) बनाया, जो लेखा-परीक्षा व भवन-संहिता को बढ़ावा देता है।
ऊर्जा प्रबंधन इसे सतत बनाता है: ऊर्जा नीति, नामित ऊर्जा प्रबंधक, अंत-उपयोग के अनुसार उप-मापन, आधार-रेखा के विरुद्ध अनुश्रवण व लक्ष्य-निर्धारण, भवन प्रबंधन प्रणाली, तथा रखरखाव व चालूकरण ताकि बचत टिकी रहे। श्रेणी-निर्धारण का उपकरण सरल प्रतिदाय = निवेश / वार्षिक बचत है। उदाहरण: 72 W के 100 फिटिंग को 36 W LED से बदलना, वर्ष में 3,000 घंटे, ₹8 प्रति kWh पर, 100 × 0.036 × 3,000 = 10,800 kWh = ₹86,400 प्रति वर्ष बचाता है; ₹1,800 प्रति फिटिंग (₹1,80,000) पर प्रतिदाय 2.08 वर्ष है। यह धन के समय-मूल्य और उपाय की आयु की उपेक्षा करता है, अतः बड़े निवेश छूट-प्राप्त या जीवन-चक्र लागत से भी परखे जाते हैं।
5. ऊर्जा निष्पादन मूल्यांकन: EPI, ऊर्जा संरक्षण संहिता व अनुकरण
ऊर्जा निष्पादन सूचकांक वार्षिक ऊर्जा-खपत को निर्मित (या वातानुकूलित) क्षेत्रफल से भाग देने पर मिलता है: EPI = वार्षिक kWh / क्षेत्रफल m² में, kWh/m²/वर्ष में। यह वह मानक है जो भवन की तुलना उसके प्रकार व जलवायु क्षेत्र के अन्य भवनों से कराता है। उदाहरण: 4,500 m² में 12 माह तक प्रतिमाह 45,000 kWh से 540,000 / 4,500 = 120 kWh/m²/वर्ष आता है। भवनों हेतु BEE स्टार लेबल भवन के EPI की मानकों से तुलना कर उसे एक से पाँच स्टार देता है, और कम EPI अधिक स्टार पाता है। समान की समान से तुलना करें: EPI उपयोग के घंटों और क्षेत्र के वातानुकूलित होने पर निर्भर है, और सभी ईंधन एक ही इकाई में बदलने होते हैं।
ऊर्जा संरक्षण भवन संहिता (ECBC), जो ऊर्जा संरक्षण अधिनियम, 2001 के अंतर्गत BEE जारी करता है (2007 में आरंभ, 2017 में संशोधित; बाद का संस्करण ऊर्जा संरक्षण एवं संधारणीय भवन संहिता कहलाता है और संधारणीयता-उपाय जोड़ता है), संयोजित भार या संविदा माँग की एक देहली से ऊपर के वाणिज्यिक भवनों हेतु न्यूनतम अपेक्षाएँ तय करती है, जिसे संशोधन ने घटाया। इसमें आवरण (दीवार व छत के U-मान, खिड़की का U-मान, SHGC, दृश्य संचरण व खिड़की-दीवार अनुपात), HVAC दक्षता, प्रकाश शक्ति घनत्व (W/m²), विद्युत प्रणालियाँ, गर्म जल व पंपन शामिल हैं। भवन निर्धारित-विधि (प्रत्येक अवयव अपनी सीमा पूरी करे), आवरण व्यापार-विनिमय, या संपूर्ण-भवन निष्पादन मार्ग से अनुपालन कर सकता है: प्रस्तावित अभिकल्प का अनुकरण कर दिखाना कि उसकी वार्षिक ऊर्जा समान ज्यामिति, जलवायु व उपयोग वाले संदर्भ (मानक) भवन से अधिक नहीं। 2017 के संशोधन ने उच्चतर स्तर, ECBC Plus व Super ECBC, जोड़े। घरों हेतु समकक्ष ECO-Niwas Samhita है, जिसका आवरण-मापक आवासीय आवरण संचरण मान (RETV) है।
भवन ऊर्जा निष्पादन अनुकरण प्रत्येक क्षेत्र हेतु हर घंटे या छोटे समय-चरण पर ऊष्मा-संतुलन हल करता है। निवेश हैं मौसम फ़ाइल (प्रारूपिक मौसम वर्ष, जैसे EPW प्रारूप में), ज्यामिति व अभिमुखन, निर्माण-गुण (U-मान, SHGC, ऊष्मीय द्रव्यमान), आंतरिक लाभ व अनुसूचियाँ (अधिवास, प्रकाश, उपकरण), अंतःस्पंदन, सेट-पॉइंट तथा HVAC प्रणाली। निर्गत हैं प्रति-घंटा भार, शिखर माँग, अंत-उपयोग के अनुसार वार्षिक ऊर्जा, EPI तथा आराम-पट्टी से बाहर के घंटे। EnergyPlus (अमेरिकी ऊर्जा विभाग) खुला गणना-इंजन है; DesignBuilder व OpenStudio उसके अंतरापृष्ठ हैं, और eQUEST व TRNSYS अन्य उपकरण; Radiance दिवालोक और CFD वायु-प्रवाह सँभालते हैं। प्रारूपिक चालन हैं उपकरण आकारण हेतु अभिकल्प-दिवस चालन और ऊर्जा आकलन हेतु वार्षिक चालन, विकल्प तुलना हेतु प्राचलिक शृंखला और संहिता-अनुपालन हेतु आधार बनाम प्रस्तावित जोड़ी।
6. भवनों हेतु वैकल्पिक व नवीकरणीय ऊर्जा
नवीकरणीय स्रोत पदानुक्रम में अंतिम आते हैं: पहले निष्क्रिय अभिकल्प से माँग घटाएँ, फिर शेष की दक्षता बढ़ाएँ, और तभी शेष की पूर्ति परिसर में करें। शून्य-ऊर्जा भवन वर्ष भर में कम से कम उतना उत्पन्न करता है जितना खपाता है।
सौर फोटोवोल्टीय (PV) सेल धूप को दिष्ट धारा में बदलते हैं। वाणिज्यिक क्रिस्टलीय-सिलिकॉन मॉड्यूल धूप का लगभग 15% से 22% बदलते हैं; निर्धारित शिखर शक्ति (kWp) 1,000 W/m², 25 °C सेल-तापमान व वायु-द्रव्यमान 1.5 की मानक परीक्षण दशाओं पर कही जाती है। 25 °C से ऊपर प्रत्येक °C पर, और धूल व छाया से, निर्गत लगभग 0.3 से 0.5% घटता है। वार्षिक उत्पादन E = A × η × H × PR है, जहाँ H मॉड्यूल-तल पर वार्षिक विकिरण (kWh/m²/वर्ष) और PR निष्पादन अनुपात है जो तापमान, धूल, तार व इन्वर्टर की हानियाँ समेटता है (सामान्यतः 0.75 से 0.85)। उदाहरण: η = 0.18, H = 1,800 kWh/m²/वर्ष व PR = 0.80 पर 40 m² से 40 × 0.18 × 1,800 × 0.80 = 10,368 kWh प्रति वर्ष मिलता है। आकारण हेतु A = दैनिक भार / (H_दिन × η × PR): 5 kWh/m²/दिन, 20% व 0.75 पर 18 kWh प्रतिदिन को 24 m² चाहिए। विषुवत्-रेखा की ओर मुख और अक्षांश के निकट झुकाव वार्षिक उत्पादन अधिकतम करता है। प्रणालियाँ नेट मीटरिंग सहित ग्रिड-संबद्ध, बैटरी सहित ग्रिड-रहित, या संकर हो सकती हैं, और भवन-एकीकृत PV (BIPV) मॉड्यूल को छत या मुख-भाग का अंग बनाता है, जहाँ वह छाया भी दे सकता है।
सौर ऊष्मीय संग्राहक (समतल-पट्ट या निर्वातित-नली) जल को सीधे गर्म करते हैं; ताप-साइफ़न प्रणाली को पंप नहीं चाहिए क्योंकि गर्म जल टंकी की ओर ऊपर उठता है। आवश्यक ऊष्मा Q = m c ΔT और संग्राहक-क्षेत्रफल A = Q / (η H) है। उदाहरण: 150 L को 35 K गर्म करने हेतु 150 × 4.18 × 35 = 21,945 kJ = 6.1 kWh चाहिए; η = 0.5 व 5 kWh/m²/दिन पर A = 6.1 / 2.5 = 2.44 m²। पवन-शक्ति P = ½ ρ A V³ C_p है, जो बेट्ज़ सीमा 16/27 (59.3%) से बँधी है: शक्ति V³ के साथ बदलती है, अतः पवन-वेग 4 से 6 m/s करने पर वह 3.375 गुना हो जाती है। भवनों में भूतापीय का अर्थ भू-स्रोत ऊष्मा-पंप और भू-वायु सुरंग है, जो कुछ मीटर नीचे के स्थिर भू-तापमान का दोहन करते हैं। भवनों में जैव-भार मुख्यतः जैव-गैस है, जो गोबर व खाद्य-अपशिष्ट के अवायवीय पाचन से बनती है, साथ में ब्रिकेट व गैसीकारक।
| स्रोत | यह क्या देता है | मुख्य सीमा |
|---|---|---|
| सौर PV | विद्युत | छायामुक्त क्षेत्र चाहिए; भंडारण बिना आंतरायिक; ऊष्मा व धूल से निर्गत घटता है |
| सौर ऊष्मीय | गर्म जल, निम्न-श्रेणी ऊष्मा | मेघाच्छन्न काल में बैकअप चाहिए; केवल निम्न-तापमान ऊष्मा |
| पवन | विद्युत | शक्ति V³ पर बदलती है, अतः निम्न व विक्षुब्ध नगरीय पवन छोटे छत-टर्बाइनों को कमज़ोर बनाती है |
| भूतापीय (ऊष्मा-पंप, भू-वायु सुरंग) | स्थिर भू-तापमान से तापन व शीतलन | भूमि-क्षेत्र या बोरहोल और पंपन ऊर्जा चाहिए |
| जैव-भार, जैव-गैस | खाना पकाने का ईंधन, ऊष्मा, विद्युत | स्थिर कच्चा माल व प्रबंधन चाहिए; दहन उत्सर्जन |
7. भवन निष्पादन रेटिंग प्रणालियाँ
रेटिंग प्रणाली स्वैच्छिक, तृतीय-पक्ष द्वारा सत्यापित अंक-पत्र है। वह पूर्व-शर्तें सूचीबद्ध करती है जो पूरी करनी हैं और ऐसे श्रेय जो स्थल, जल, ऊर्जा, सामग्री, आंतरिक पर्यावरण गुणवत्ता व नवाचार जैसी श्रेणियों में अंक देते हैं, और कुल योग प्रमाणन-स्तर तय करता है। इसका उद्देश्य संधारणीयता को मापने योग्य व तुलनीय बनाना है, पर यह अभिकल्प के आशय व अपनाए उपायों को पुरस्कृत करती है, भवन की वास्तविक ऊर्जा-खपत को नहीं।
| प्रणाली | उद्गम व स्वरूप |
|---|---|
| LEED | US ग्रीन बिल्डिंग काउंसिल; स्थिति, स्थल, जल, ऊर्जा व वायुमंडल, सामग्री, आंतरिक गुणवत्ता व नवाचार में श्रेय; प्रमाणित से प्लैटिनम तक चार स्तर (LEED v4 में देहलियाँ 40, 50, 60 व 80 अंक); ऊर्जा व वायुमंडल के अंक सर्वाधिक |
| IGBC | भारतीय हरित भवन परिषद, भारतीय उद्योग परिसंघ का अंग; भारतीय भवन-प्रकारों व दशाओं के अनुकूल स्तरीय रेटिंग कार्यक्रम |
| GRIHA | TERI द्वारा विकसित और नवीन व नवीकरणीय ऊर्जा मंत्रालय द्वारा राष्ट्रीय प्रणाली के रूप में अपनाई गई; स्थल, ऊर्जा, जल, अपशिष्ट व आंतरिक गुणवत्ता के मानदंडों के अंक एक से पाँच स्टार में बदलते हैं |
| BEE स्टार रेटिंग | केवल ऊर्जा: मानक के विरुद्ध भवन का EPI, एक से पाँच स्टार |
| BREEAM | इस समूह की सबसे पहली, यूनाइटेड किंगडम के BRE से, पास से आउटस्टैंडिंग तक श्रेणीबद्ध |
8. गतिज वास्तुकला व संधारणीय भवन प्रौद्योगिकियाँ
गतिज वास्तुकला (यह शब्द ज़ुक व क्लार्क की 1970 की पुस्तक से लोकप्रिय हुआ) उन भवनों या भवन-अंगों को कहती है जो सूर्य, पवन, मौसम या उपयोग के प्रत्युत्तर में भौतिक रूप से चलते हैं। इसका पक्ष जलवायविक है: परिस्थितियाँ घंटे व ऋतु के साथ बदलती हैं जबकि स्थिर अवयव एक सूर्य-स्थिति पर कसा समझौता है, जबकि चलता अवयव सूर्य का अनुसरण कर सकता है। प्रकार हैं विस्तारणीय (वापस खिंचने वाली स्टेडियम छतें), घूर्णी (स्तंभ पर घूमकर सूर्य का अनुसरण करता घर, जैसा फ़्राइबुर्ग का हेलियोट्रोप करता है) तथा अनुक्रियाशील मुख-भाग, जहाँ संवेदक, प्रवर्तक व नियंत्रण-तर्क छायाकरण-इकाइयाँ खोलते, बंद करते या झुकाते हैं: अबू धाबी के अल बहार टावर खुलते-बंद होते परदे, आधुनिक मशरबिया, प्रयुक्त करते हैं, और पेरिस के इंस्टीट्यूट डू मोंड अरब (जीन नूवेल) ने अपने दक्षिणी मुख-भाग में प्रकाश-संवेदी द्वार रखे।
- शीतल व हरित छतें: परावर्तक, उत्सर्जक लेप या रोपित परत ऊष्मा-लाभ व नगरीय ऊष्मा द्वीप घटाती हैं; हरित छत ऊष्मारोधन भी जोड़ती और वर्षा-जल रोकती है पर उसे संरचना, जलरोधन व देखभाल चाहिए।
- जल: वर्षा-जल संचयन व भूजल पुनर्भरण, धूसर-जल पुनर्चक्रण व परिसर में मल-जल उपचार, अल्प-प्रवाह फिटिंग।
- सामग्री: फ्लाई-ऐश ईंट, ऑटोक्लेव्ड वातित कंक्रीट (AAC), संपीडित स्थिरीकृत मृदा-खंड, बाँस व पुनर्चक्रित निर्माण-अपशिष्ट, जिन्हें निहित ऊर्जा, टिकाऊपन व स्थानीय उपलब्धता से परखा जाता है।
- प्रणालियाँ: उच्च-निष्पादन (दोहरा, निम्न-उत्सर्जकता) शीशा, ऊष्मा-पुनर्प्राप्ति, दिवालोक व अधिवास नियंत्रण, दक्ष HVAC, BIPV व भू-वायु सुरंगें।
मूल विचार यह है कि प्रौद्योगिकी को उसके पूरे जीवन से परखें, उसके लेबल से नहीं: उसकी निहित व प्रचालन ऊर्जा, जल, टिकाऊपन और निवासियों के आराम पर उसका प्रभाव। सबसे सस्ती और भरोसेमंद बचतें लगभग सदैव वे निष्क्रिय होती हैं जो अभिकल्प-क्रम में पहले आती हैं।
मुख्य बिंदु
- ऊष्मा-प्रवाह Q = U A ΔT है, U = 1 / R_total और श्रेणी में प्रतिरोध जुड़ते हैं; ऊष्मारोधन प्रवाह घटाता है, द्रव्यमान उसे विलंबित व मंद करता है, और द्रव्यमान केवल वहीं काम का है जहाँ दैनिक तापांतर बड़ा हो।
- आर-पार संवातन पवन (Q = C_v A V) पर, स्टैक संवातन ऊँचाई व तापांतर (Q = C_d A √[2 g H ΔT / T_i]) पर निर्भर है; आँगन, पवन-मीनार व वाष्पीकरणी शीतलन उष्ण-शुष्क वायु हेतु हैं, और आर्द्र वायु को केवल वायु-गति राहत देती है।
- ट्रॉम्ब दीवार काँच-आवृत द्रव्यमान दीवार से अप्रत्यक्ष-लाभ तापन है; दिवालोक गुणक मेघाच्छन्न आकाश में E_in / E_out × 100% है और दिशा व सूर्य की उपेक्षा करता है।
- निहित ऊर्जा निष्कर्षण से ध्वंस तक है और प्रचालन ऊर्जा घटने पर उसका अनुपात बढ़ता है; लेखा-परीक्षा भ्रमण से माप, श्रेणीबद्ध उपाय व सत्यापन तक चलती है, सरल प्रतिदाय = निवेश / वार्षिक बचत।
- EPI kWh/m²/वर्ष है, BEE स्टार लेबल का मानक; ECBC संहिता है, जहाँ लागू हो वहाँ न्यूनतम (निर्धारित-विधि, व्यापार-विनिमय, संपूर्ण-भवन मार्ग); अनुकरण पूर्वानुमान व तुलना करता है, और उसे मौसम, अनुसूचियाँ व अंशांकन चाहिए।
- पहले माँग घटाएँ, फिर नवीकरणीय जोड़ें (PV: E = A η H PR; सौर ऊष्मीय; पवन ∝ V³; भूतापीय; जैव-गैस); LEED, IGBC, GRIHA व BEE रेटिंग स्वैच्छिक अंक-पत्र हैं; गतिज मुख-भाग सूर्य का अनुसरण करते हैं पर ऊर्जा व देखभाल माँगते हैं।
अभ्यास प्रश्न (20)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
एक दीवार 12 mm सीमेंट प्लास्टर (k = 0.72 W/m·K), 230 mm ईंट चिनाई (k = 0.81 W/m·K) और 12 mm सीमेंट प्लास्टर (k = 0.72 W/m·K) से बनी है। भीतरी व बाहरी सतह-प्रतिरोध 0.12 व 0.06 m²K/W लें। इसका U-मान, W/m²K में दशमलव के दो स्थान तक, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 2.01
R_total = R_si + 2 × (0.012 / 0.72) + 0.23 / 0.81 + R_so = 0.12 + 0.0333 + 0.2840 + 0.06 = 0.4973 m²K/W। U = 1 / 0.4973 = 2.011, अतः 2.01 W/m²K। दूसरे क्रम में जोड़ने पर, (0.12 + 0.06) + 0.2840 + 0.0333 = 0.4973, वही U आता है।एक दीवार का U = 2.0 W/m²K है। उसमें k = 0.04 W/m·K का 50 mm ऊष्मारोधन परत जोड़ी जाती है। समान क्षेत्रफल व समान तापांतर पर दीवार से स्थायी ऊष्मा-प्रवाह लगभग कितना घटता है?
उत्तर देखें
उत्तर: C — लगभग 71%
R_पुराना = 1 / 2.0 = 0.50 m²K/W। ऊष्मारोधन 0.05 / 0.04 = 1.25 जोड़ता है, अतः R_नया = 1.75 व U_नया = 0.571। कमी (2.0 − 0.571) / 2.0 = 71% है। 29% वह अंश है जो शेष रहता है, कमी नहीं; 20% k को 0.4 पढ़ने से आता है।160 m³ के कक्ष में 0.4 m² मुक्त क्षेत्रफल वाले एक अंतर्गम व एक निर्गम हैं, निचले खुले भाग से उदासीन दाब तल तक की ऊँचाई 2.5 m है। भीतरी वायु 305 K व बाहरी वायु 293 K पर है। C_d = 0.6, g = 9.81 m/s² तथा Q = C_d A √[2 g H (T_i − T_o) / T_i] लें। स्टैक प्रभाव से वायु-परिवर्तन दर, वायु-परिवर्तन प्रति घंटा में दशमलव के एक स्थान तक, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 7.5
2 g H ΔT / T_i = 2 × 9.81 × 2.5 × 12 / 305 = 588.6 / 305 = 1.930, जिसका मूल 1.389 m/s है। Q = 0.6 × 0.4 × 1.389 = 0.3334 m³/s = 1,200 m³/h। ACH = 1,200 / 160 = 7.5। आम भूल H हेतु पूरी 5 m दूरी लेना है, जो ACH को √2 गुना बढ़ा देती।निम्न में से कौन स्टैक प्रभाव से उत्पन्न संवातन-दर बढ़ाते हैं?
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उत्तर: A — अंतर्गम व निर्गम के बीच अधिक ऊर्ध्वाधर दूरी; B — भीतरी व बाहरी वायु के बीच अधिक तापांतर; C — खुले भागों का अधिक मुक्त क्षेत्रफल
Q = C_d A √[2 g H ΔT / T_i] में प्रवाह ऊँचाई H, तापांतर व खुले भाग के क्षेत्रफल के साथ बढ़ता है। पवन-वेग इसमें नहीं आता: स्टैक प्रवाह उत्प्लावन-चालित है, और पवन-चालित प्रवाह अलग क्रियाविधि है जो उसमें जुड़ या उसका विरोध कर सकती है।0.75 प्रभावशीलता वाला प्रत्यक्ष वाष्पीकरणी कूलर 40 °C शुष्क-बल्ब व 24 °C आर्द्र-बल्ब की वायु लेता है। आपूर्ति-वायु का तापमान है:
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उत्तर: B — 28 °C, क्योंकि शुष्क-बल्ब 16 K के आर्द्र-बल्ब अवनमन के 0.75 भाग से गिरता है
T_out = T_in − ε (T_in − T_wb) = 40 − 0.75 × (40 − 24) = 40 − 12 = 28 °C। आर्द्र-बल्ब तापमान 24 °C प्रभावशीलता 1 की अप्राप्य सीमा है, इसलिए वास्तविक कूलर उसके ऊपर रुक जाता है। इस प्रक्रिया में वायु की आर्द्रता बढ़ती है, क्योंकि वह स्थिर आर्द्र-बल्ब रेखा पर चलती है।ट्रॉम्ब दीवार का कौन-सा वर्णन सही है?
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उत्तर: A — काँच-आवृत दक्षिणमुखी द्रव्यमान दीवार, वायु-अंतराल सहित, जो धूप सोखकर विलंब से ऊष्मा भीतर पहुँचाती है
ट्रॉम्ब दीवार मानक अप्रत्यक्ष-लाभ तापन युक्ति है: सूर्याभिमुख काँच, अंतराल, और उसके पीछे द्रव्यमान दीवार जो ऊष्मा संचित कर विलंब से भीतर छोड़ती है। ऊँची नली पवन-मीनार है, छत-जलकुंड अलग निष्क्रिय तापन-शीतलन प्रणाली है, और छिद्रित जाली, जाली (jaali) है।उष्ण-आर्द्र क्षेत्र में भारी, उच्च-द्रव्यमान आवरण खराब चुनाव क्यों है?
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उत्तर: D — क्योंकि दैनिक तापांतर छोटा है और रातें गर्म रहती हैं, इसलिए दिन में संचित ऊष्मा निकल नहीं पाती और द्रव्यमान उसे भीतर पुनः विकीर्ण करता रहता है
ऊष्मीय द्रव्यमान तभी सहायक है जब कोई ठंडी अवधि हो जिसमें वह निरावेशित हो सके। उष्ण-आर्द्र क्षेत्र में रात लगभग दिन जितनी गर्म व आर्द्र होती है, इसलिए द्रव्यमान ऊष्मा संचित कर भीतर लौटाता है; बाहरी दशाओं का अनुसरण करने वाला हल्का, संवातित आवरण बेहतर है। आर्द्र वायु में तेज़ चालन का दावा जैसा बताता है, आर्द्रता चिनाई के चालन को वैसे नहीं बदलती।भीतर किसी कार्य-बिंदु पर प्रदीप्ति 150 lux है, जबकि उसी मेघाच्छन्न आकाश के नीचे बाहर अबाधित क्षैतिज प्रदीप्ति 6,000 lux है। उस बिंदु पर दिवालोक गुणक है:
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उत्तर: B — 2.5%
DF = (E_in / E_out) × 100 = (150 / 6,000) × 100 = 2.5%। 40% अनुपात को उलटने से और 0.25% या 25% दशमलव-स्थान की भूल से आते हैं।एक अभिकल्प-दल कार्यालय भवन की प्रचालन ऊर्जा दक्ष आवरण, दिवालोक व नवीकरणीय से आधी कर देता है। भवन की संपूर्ण-जीवन ऊर्जा के बारे में कौन-सा कथन सही है?
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उत्तर: C — निहित ऊर्जा अब संपूर्ण-जीवन ऊर्जा का बड़ा अंश बनती है, इसलिए सामग्री का चुनाव पहले से अधिक मायने रखता है
निहित ऊर्जा सामग्री व निर्माण से तय होती है, इससे नहीं कि भवन बाद में कैसे चलता है। प्रचालन ऊर्जा आधी करने से संपूर्ण-जीवन ऊर्जा का हर घटता है, इसलिए निहित भाग बड़ा अंश बन जाता है, और शून्य-ऊर्जा भवनों में वह प्रधान हो सकता है। जीवन-चक्र आकलन दोनों गिनता है, इसीलिए निहित ऊर्जा के अप्रासंगिक होने का दावा गलत है।निहित ऊर्जा के बारे में कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — इसमें सामग्री के निष्कर्षण, निर्माण व परिवहन तथा भवन-निर्माण की ऊर्जा शामिल है; C — प्रति किलोग्राम उच्च निहित ऊर्जा वाली सामग्री प्रकार्यात्मक इकाई पर कम-ऊर्जा चुनाव हो सकती है यदि उसकी बहुत कम मात्रा चाहिए; D — स्थानीय रूप से प्राप्त सामग्री निहित ऊर्जा का परिवहन-घटक घटाती है
निहित ऊर्जा निष्कर्षण से ध्वंस तक चलती है, अतः यह एकल आरंभिक राशि नहीं: रखरखाव व प्रतिस्थापन आवर्ती भाग जोड़ते हैं। प्रति किलोग्राम तुलना भ्रामक हो सकती है (हल्की, सुदृढ़ सामग्री को प्रति प्रकार्य बहुत कम द्रव्यमान चाहिए), और कम परिवहन परिवहन-अंश घटाता है।4,500 m² का एक भवन वर्ष के प्रत्येक माह 45,000 kWh विद्युत खपाता है। उसका ऊर्जा निष्पादन सूचकांक, kWh/m²/वर्ष में, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 120
वार्षिक खपत = 45,000 × 12 = 540,000 kWh। EPI = 540,000 / 4,500 = 120 kWh/m²/वर्ष। मासिक आँकड़े से जाँच: 45,000 / 4,500 = 10 kWh/m² प्रतिमाह, और 10 × 12 = 120।एक पुनःसज्जा में 72 W के 100 फिटिंग 36 W के LED फिटिंग से बदले जाते हैं। वे वर्ष में 3,000 घंटे चलते हैं, बिजली ₹8 प्रति kWh है और प्रत्येक नए फिटिंग की स्थापित लागत ₹1,800 है। सरल प्रतिदाय अवधि, वर्षों में दशमलव के दो स्थान तक, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 2.08
बचाई शक्ति = 100 × (72 − 36) W = 3.6 kW। बचाई ऊर्जा = 3.6 × 3,000 = 10,800 kWh प्रति वर्ष, मूल्य 10,800 × 8 = ₹86,400। निवेश = 100 × 1,800 = ₹180,000। प्रतिदाय = 180,000 / 86,400 = 2.083, अतः 2.08 वर्ष। प्रति फिटिंग जाँच: 0.036 × 3,000 × 8 = ₹864 प्रति वर्ष बचत बनाम ₹1,800, पुनः 2.083।ऊर्जा संरक्षण भवन संहिता के संपूर्ण-भवन निष्पादन मार्ग में अनुपालन किससे दिखाया जाता है?
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उत्तर: D — प्रस्तावित अभिकल्प का अनुकरण कर दिखाकर कि उसकी वार्षिक ऊर्जा-खपत समान ज्यामिति, जलवायु व उपयोग वाले संदर्भ भवन से अधिक नहीं
संपूर्ण-भवन निष्पादन मार्ग प्रस्तावित भवन की अनुकृत वार्षिक ऊर्जा की तुलना संदर्भ भवन से करता है। घटक-सीमाएँ एक-एक पूरी करना निर्धारित-विधि मार्ग है, जो लुभावना भ्रम है। मीटर-आँकड़े और स्थापित नवीकरणीय क्षमता अनुपालन-परीक्षण नहीं हैं।एक अनुकृत कार्यालय ने वार्षिक ऊर्जा बाद में मीटर द्वारा दिखाई से 30% कम बताई थी। अंतर की व्याख्या कौन कर सकते हैं?
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उत्तर: A — उपयोग में अधिवास-घंटे व प्लग-भार मॉडल में माने अनुसूचियों से अधिक हैं; B — मॉडल ने प्रारूपिक मौसम वर्ष लिया, पर मीटर वाला वर्ष प्रारूपिक से अधिक गर्म था; C — HVAC नियंत्रण खराब ढंग से चालू किए गए, इसलिए उपकरण अभिकल्पित से अधिक चलते हैं
निष्पादन-अंतराल मान्यताओं व संचालन से आता है: वास्तविक अनुसूचियाँ व प्लग-भार, माने गए प्रारूपिक मौसम वर्ष से अधिक गर्म मीटर वाला वर्ष और खराब चालूकरण सब मापे गए उपयोग को पूर्वानुमान से ऊपर ले जाते हैं। ऊर्जा-अनुकरण इंजन सौर विकिरण का मॉडल बनाते हैं, इसलिए वह कारण असत्य है।नए भवन की ऊर्जा-आपूर्ति के नियोजन में निर्णयों का उचित क्रम है:
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उत्तर: A — आकार, आवरण व दिवालोक से माँग घटाना; प्रणालियों की दक्षता बढ़ाना; फिर शेष भार परिसर के नवीकरणीय स्रोतों से पूरा करना
पदानुक्रम है पहले माँग, दूसरे दक्षता, अंत में आपूर्ति: निष्क्रिय उपाय सबसे सस्ते व टिकाऊ हैं, वे आगे आने वाले संयंत्र व नवीकरणीय प्रणाली को छोटा करते हैं, और अभिमुखन, जो लगभग निःशुल्क है, आरंभ में तय होना चाहिए। भार घटाने से पहले संयंत्र आकारित करना अतिआकारित उपकरण को स्थायी बना देता है।40 m² क्षेत्रफल के छत-PV मॉड्यूलों की दक्षता 18% है। मॉड्यूल-तल पर वार्षिक विकिरण 1,800 kWh/m² और निष्पादन अनुपात 0.80 है। वार्षिक विद्युत उत्पादन, kWh में, ____ है।
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
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उत्तर: 10368
आपतित ऊर्जा = 40 × 1,800 = 72,000 kWh। मॉड्यूल-निर्गत = 72,000 × 0.18 = 12,960 kWh। हानियों के बाद प्रणाली-निर्गत = 12,960 × 0.80 = 10,368 kWh। जाँच: 40 × 0.18 × 0.80 = 5.76 m² प्रभावी क्षेत्रफल, और 5.76 × 1,800 = 10,368।छत के टर्बाइन-स्थल पर पवन-वेग 4 m/s से 6 m/s हो जाता है। अन्य बातें समान रहने पर उपलब्ध पवन-शक्ति किस गुणक से बदलती है?
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उत्तर: B — 3.375, क्योंकि शक्ति वेग के घन के समानुपाती है
रोटर से गुज़रता गतिज ऊर्जा-प्रवाह ½ ρ A V³ है, अतः शक्ति V³ के अनुसार बदलती है: (6/4)³ = 3.375। वर्ग-नियम वाला उत्तर 2.25 आम भूल है, और यह गुणक बेट्ज़ सीमा व टर्बाइन-दक्षता लगाने से पहले की उपलब्ध शक्ति पर लागू है।रेटिंग प्रणालियों के बारे में कौन-सा कथन सही है?
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उत्तर: C — GRIHA को TERI ने विकसित किया और नवीन व नवीकरणीय ऊर्जा मंत्रालय ने भारत की राष्ट्रीय रेटिंग प्रणाली के रूप में अपनाया
GRIHA को TERI ने विकसित किया और MNRE ने राष्ट्रीय प्रणाली के रूप में अपनाया, जिसका अंकन एक से पाँच स्टार में होता है। BEE स्टार लेबल केवल ऊर्जा निष्पादन सूचकांक पर आधारित है। LEED US ग्रीन बिल्डिंग काउंसिल की स्वैच्छिक रेटिंग है, अनिवार्य भारतीय संहिता नहीं; जहाँ लागू हों, न्यूनतम ऊर्जा-अपेक्षाएँ संहिता, ECBC, से आती हैं।निम्न में से कौन गतिज वास्तुकला के उदाहरण हैं?
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उत्तर: A — वापस खिंचने वाली स्टेडियम छत; B — संवेदक व नियंत्रण-तर्क के अधीन, सूर्य के चलने के साथ खुलने-बंद होने वाली छायाकरण-इकाइयों का मुख-भाग; D — केंद्रीय स्तंभ पर घूमकर सूर्य का अनुसरण करने वाला घर
गतिज वास्तुकला का अर्थ है ऐसे भवन-अंग जो परिस्थितियों या उपयोग के प्रत्युत्तर में भौतिक रूप से चलें: वापस खिंचने वाली छत, अनुक्रियाशील छायाकरण मुख-भाग और घूमता घर तीनों इसमें आते हैं। स्थिर सूर्य-रोधी जाल स्थिर छायाकरण युक्ति है, चाहे कितनी भी भली-भाँति आकारित हो।उष्ण जलवायु में शीतल छत के रूप में कौन-सी छत-परिष्कृति सर्वोत्तम निष्पादन करती है?
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उत्तर: D — श्वेत प्रत्यास्थ लेप, जिसकी सौर परावर्तनशीलता और ऊष्मीय उत्सर्जकता दोनों उच्च हैं
शीतल छत को धूप परावर्तित करनी और अवशोषित ऊष्मा को दीर्घ-तरंग विकिरण के रूप में उत्सर्जित भी करना चाहिए। पॉलिश एल्युमिनियम परावर्तन में अच्छा पर उत्सर्जन में कमज़ोर है, इसलिए गर्म रहता है; गहरी झिल्ली अधिकांश धूप सोख लेती है। खुली कंक्रीट ऊष्मा सोखकर संचित करती है; द्रव्यमान ऊष्मा को विलंबित करता है, छत को शीतल नहीं बनाता।