ساختمان های انرژی صفر و نقش ممیزی انرژ ی در آن
چکیده مقاله ساختمان های انرژی صفر و نقش ممیز ی انرژی در آن
در عصر حاضر، با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و شهرنشینی سریع که منجر به تقاضای انرژی جهانی شده است، بحران انرژی و تغییرات اقلیمی به یکی از چالشهای اصلی جهان تبدیل شده است، ساختمانهای صفر انرژی به عنوان راهکاری عملی و پایدار در حوزه معماری و ساختوساز مورد توجه قرار گرفتهاند. این مقاله به بررسی اهمیت ساختمانهای صفر انرژی، برنامههای اجرایی دولتها در این زمینه، مقایسه انواع ساختمانهای صفر انرژی، راهکارهای طراحی و ساخت، و یک نمونه موردی موفق میپردازد. هدف این مقاله ارائه چشماندازی جامع از نقش و جایگاه ساختمانهای صفر انرژی در کاهش مصرف انرژی و حفظ محیط زیست است.
مقدمه مقاله ساختمان های انرژی صفر و نقش ممیز ی انرژی در آن :
با توجه به افزایش روز افزون جمعیت و شهرنشینی سریع، رشد اقتصادی حتی اگر تمامی سیاستهای بهرهوری انرژی (EE[۱]) رعایت و اجرا شود، باز هم تا سال ۲۰۴۰، جهان با افزایش تقاضای انرژی اولیه همراه است[۱].با توجه به اینکه تغییرات اقلیمی و پایان پذیر بودن سوختهای فسیلی جهان به سمت کاهش مصرف انرژی و توسعه پایدار قدم گذاشته است این سیاستگذاریها در حالی در دست اجرا میباشد که مصرف سوخت فسیلی که منبع اصلی و مهمترین عامل در اثرپدیده گلخانهای میباشند در دهه گذشته سالانه ۲,۵% افزایش داشته است.[۲]
با توجه به جایگاه مصرف انرژی صنعت ساختمان، همچنین افزایش انتشار کربن در این حوزه نیازمند تصمیم گیری جدی و تغییر سیاستگذاری های جهانی است. بخش ساختمانها سهمی قابل توجه در مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای در جهان دارند. بر اساس آمار، حدود ۳۹ درصد از انتشار دیاکسید کربن جهانی مربوط به این بخش است. مصرف انرژی ساختمانها شامل سیستمهای گرمایش، سرمایش، روشنایی و تجهیزات الکتریکی است که سهم عمدهای در افزایش ردپای کربنی دارند.
حرکت به سوی ساختمانهای صفر انرژی نه تنها میتواند به کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک کند، بلکه در کاهش هزینههای انرژی، بهبود کیفیت زندگی و دستیابی به اهداف توسعه پایدار نیز نقش کلیدی دارد. این ساختمانها با استفاده از فناوریهای نوین و طراحیهای هوشمندانه، مصرف انرژی را به حداقل رسانده و انرژی مورد نیاز خود را از منابع تجدیدپذیر تأمین میکنند. اهمیت این موضوع به اندازهای است که بسیاری از کشورها سیاستهای ملی خود را در راستای ترویج ساختمانهای صفر انرژی تدوین کردهاند.
مصرف انرژی ساختمان در منطقه آسیا و اقیانوسیه همچنان در حال افزایش است، همین امر میتواند اهمیت موضوع مطالعه در این رابطه را دو چندان کند[۳]. با توجه به افزایش نگرانیهای جهانی در مورد تغییرات اقلیمی، افزایش تقاضای انرژی ساختمان هاو اهمیت مسائل زیست محیطی در سطح جهان، ساختمانهای صفر انرژی (ZEB)[۲] به عنوان راه حلی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانهای مورد توجه قرار گرفته است[۴] تا جایی که امروزه کشورهای عضو اتحادیه اروپا در حال برنامهریزی و تعیین دستورالعملها برای ساختمانهای ZEB و [۳]NZEB هستند[۵]. همچنین کشور های همسایه ایران نیز درحال برنامه ریزی ساخت این ساختمان ها هستند که برای مثال می توان به امارات اشاره کرد؛ امارات قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ علیرغم افزایش جمعیت ۱۴ درصدی به میزان ۵۶ درصد نسبت به سال ۲۰۱۹ انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد و در همین راستا برنامه ویژه ای برای اجرای ساختمان های سبز برای شهر های دبی، ابوظبی و راس الخیمه دارد برای مثال دبی قصد دارد تا سال ۲۰۳۰، ۳۰۰۰۰ ساختمان را ضمن بازسازی به سمت بهره وری حرکت دهد[۸].
شکل۱.نمودار سمت راست نشان دهنده میزان کل مصرف انرژی در بخش های مختلف در دنیا و چین ، آمریکا و کشورهای اروپایی و نمودار سمت چپ نشان دهنده میزان کل انتشار کربن در بخش های مختلف است.
ساختمان انرژی صفر (Zero Energy Building) سازهایست که در طول سال، میزان انرژی تولیدی آن با میزان مصرفش برابر است و منبع تولید انرژی آن برای رسیدن به برآیند صفر مصرف و تولید، منابع تجدید پذیر هستند. البته بایستی گفت در مواقعی که شرایط برای تولید از منابع تجدید پذیر نامناسب است، از شبکه برای مصرف استفاده میشود اما باز هم بایستی برآیند صفر تولید و مصرف را داشته باشیم. درواقع این تعادل از طریق ادغام فناوریهای تولید انرژی تجدیدپذیر (مانند پنلهای خورشیدی یا توربینهای بادی کوچک)، بهینهسازی مصرف انرژی در سیستمهای سرمایش، گرمایش و روشنایی و طراحی دقیق بر اساس اصول طراحی ساختمان پایدار به دست میآید.
در چنین ساختمانهایی تمرکز اصلی بر کاهش تقاضا قبل از افزایش تولید است. یعنی ابتدا با ممیزی دقیق مصرف و شناسایی تلفات انرژی، ساختار بهینه میشود و سپس فناوریهای تولید انرژی تجدیدپذیر به کار گرفته میشوند. استفاده از ابزارهایی مانند ممیزی انرژی در این روند نقش اساسی دارد؛ زیرا با تحلیل دادههای واقعی مصرف، نقاط ضعف ساختمان شناسایی شده و راهکارهای فنی برای اصلاح آن ارائه میشود.
مراحل ممیزی انرژی در صنایع و ساختمانها
اجرای ساختمان های صفر انرژی نیازمند تعیین برنامه ریزی ها و سیاستگذاری های بلندمدت می باشد، اگر قرار باشد صرفا براساس تولید ، سرانه مصرف ساختمان ها را جبران کنیم این کار به خودی خود می تواند در بلندمدت باعث بروز مشکلات فراوانی از جمله کمبود زمین ، مشکلات زیرساخت شبکه ای و… شود. بنابراین باید از تولید افراطی به سمت تولید بهینه حرکت کرد که این عمل نیازمند اجرای مجموعه راهکار های بهینه سازی می باشد. در این ساختمانها با حفظ آسایش محیطی علاوه بر بهره گیری از راه کارهای فعال و غیرفعال، تمام یا بخش زیادی از انرژی مورد نیاز از طریق سیستمهای تعبیه شده در ساختمان جهت بهره گیری از منابع تجدیدپذیر، تولید میشود.
شکل۲.طریقه دستیابی به ساختمانصفرانرژی[۹]
همچنین ساختمانهای صفر انرژی را به نحوی دیگر نیز می توان تعریف کرد:
- Zero energy building(ZEB)
- Net Zero Energy Building(NZEB)
- Net Positive Energy building(NPEB)
- near zero energy building(nZEB)
شکل۳. چهار نوع ساختمان NZEB [۷]
برای تشریح بهتر این ساختمان ها می توان ویژگی های آن ها را در جدول زیر بررسی کرد:
جدول ۱. مقایسه انواع ساختمان های صفر انرژی
| ویژگی | ساختمان صفر انرژی
(Zero Energy) |
ساختمان با تعادل انرژی خالص
(Net Zero Energy) |
ساختمان با انرژی تقریباً صفر(Nearly Zero Energy) | ساختمان تولیدکننده مازاد انرژی |
| تولید و مصرف انرژی | تولید انرژی میتواند خارج از محل باشد تا انرژی مصرفی جبران شود. | وابستگی به شبکه وجود دارد و تولید محلی به دلیل محدودیتهای ساختمان ممکن است محدود باشد. | انرژی تولیدی بیشتر از مصرف است یا میتواند به دیگران انتقال یابد. | انرژی تولیدی بیشتری نسبت به مصرف دارد و میتواند به شبکه یا کاربران دیگر بفروشد. |
| ارتباط با شبکه | کاملا مستقل از شبکه | وابسته به شبکه برای تزریق مازاد و دریافت انرژی در زمان نیاز | به شبکه متصل است و انرژی مازاد را تحویل میدهد. | به شبکه متصل است و انرژی مازاد را به شبکه فروخته یا تحویل میدهد. |
| ذخیرهسازی انرژی | نیازمند سیستمهای ذخیرهساز | نیاز به ذخیرهساز ندارد، اما ذخیرهساز محدود برای شرایط خاص ممکن است. | معمولاً نیاز به ذخیرهسازی ندارد. | امکان ذخیرهسازی مازاد تولید یا فروش مستقیم به شبکه وجود دارد. |
| هدف اصلی | استقلال کامل از شبکه و منابع خارجی | ایجاد تعادل انرژی سالیانه | کاهش حداکثری مصرف انرژی | تولید انرژی مازاد برای کمک به شبکه و درآمدزایی |
| هزینه اقتصادی | هزینههای جاری کم، اما هزینه اولیه بالا | به دلیل اتصال به شبکه و نیاز کمتر به ذخیرهساز، در ایران اقتصادیتر است. | مناسب برای پروژههای با بودجه محدود | درآمدزایی از فروش انرژی مازاد؛ نیاز به سرمایهگذاری اولیه بیشتر |
| چالشها | هزینه بالای سیستمهای ذخیرهساز | نیاز به مدیریت سیستماتیک انرژی تولیدی نسبت به مصرف | کاهش انرژی مصرفی ممکن است بهینه نباشد. | نیازمند سرمایهگذاری بیشتر برای افزایش تولید انرژی |
| کاربرد | مناطق دورافتاده و فاقد دسترسی به شبکه | ساختمانهای شهری دارای دسترسی به شبکه | پروژههایی با محدودیت بودجه | ساختمانهای بزرگ، تجاری و دارای پتانسیل برای نیروگاههای بزرگمقیاس |
| مثال | خانهای در کوهستان | هتل و ساختمانهای تجاری | مدارس و ساختمانهای اداری با بودجه محدود | کارخانههای پرمصرف |
با توجه به جدول۱ می توان نتیجه گرفت با توجه به ارزان بودن انرژی مصرفی در ایران، ساختمان های NZEB، نسبت به ZEB گزینه بهتری هستند و علت اصلی آن درآمدزایی از طریق فروش برق به شبکه نسبت به حالت نیروگاه های خودتامین و هزینه های ذخیره سازی می باشد.
راهکارهای غیرفعال و فعال برای اجرای ساختمان انرژی صفر:
به صورت کلی راهکار فعال و غیرفعال، برای ساختمان های صفر انرژی را می توان به ۴ دسته تقسیم کرد:
- طراحی پایدار
- تکنیکهای صرفهجویی در انرژی
- انرژیهای تجدیدپذیر
- سیستمهای پشتیبان برای انرژیهای تجدیدپذیر
شکل۴.انواع راهکارهای غیرفعال و فعال برای اجرای ساختمان انرژی صفر[۶]
با توجه به شکل ۴، در طراحی و اجرای ساختمانهای صفر انرژی، استفاده از راهکارهای فعال و غیرفعال بهطور متعادل، کلید موفقیت در دستیابی به اهداف انرژی، اقتصادی و زیستمحیطی است. این راهکارها به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند:
-
طراحی پایدار (Passive Sustainable Design):
هدف اصلی این دسته از راهکارها، بهینهسازی ساختمان برای کاهش نیاز به انرژی با استفاده از ویژگیهای طبیعی محیط مثل نور طبیعی و تهویه طبیعی و فرم ساختمان است. این روشها اغلب بدون نیاز به تجهیزات مکانیکی یا برقی اجرا میشوند.
برای ارائه راهکار های بهینه سازی در بخش هندسه ساختمان، نوع طراحی، فرم، حجم و جهتگیری ساختمان بر اساس شرایط اقلیمی منطقه میتواند تأثیر بهسزایی در کاهش مصرف انرژی داشته باشد در صورتی که طراحی و جهتگیری ساختمان به درستی صورت گرفته باشد می تواند منجر به استفاده حداکثری از نورطبیعی و کاهش تقاضای برق مصرفی برای بخش ساختمان نیز شود که این عمل از طریق پنجرههای بزرگ، نورگیرها و شیشه های کم گسیل می تواند منجر به کاهش مصرف انرژی شود. البته استفاده از جریان هوای طبیعی برای خنکسازی و تهویه ساختمان توسط طراحی مسیرهای عبور هوا و بهرهگیری از تفاوت دما و فشار در محیط داخلی و خارجی ساختمان میتواند نیاز به سیستمهای مکانیکی را کاهش دهد.
-
تکنیکهای صرفهجویی در انرژی (Energy Saving Techniques)
بهکارگیری مصالح با ضریب هدایت حرارتی پایین مانند پشم سنگ و پلیاستایرن، باعث کاهش انتقال حرارت از دیوارها و سقف میشود و این راهکار به تثبیت دمای داخلی کمک کرده که منجر به کاهش بار گرمایی و سرمایی ساختمان می شود. همچنین توصیه می شود از پنجرههای دوجداره و سهجداره استفاده شود زیرا در این پنجرهها با ایجاد یک لایه عایق بین شیشهها که معمولاً از گازهایی مانند آرگون پر شدهاند، از ورود گرمای ناخواسته در تابستان و خروج حرارت در زمستان جلوگیری میکنند.
هیت پمپها نیز گزینهای کارآمد برای تأمین گرمایش و سرمایش ساختمان به شمار میروند، این سیستمها با بهرهگیری از انرژی موجود در محیط عملکردی بهینهتر نسبت به روشهای سنتی دارند. بهویژه هیت پمپهای زمینگرمایی که با استفاده از اختلاف دمای زمین و هوا، عملکرد پایدارتری ارائه داده و مصرف انرژی را به میزان قابلتوجهی کاهش میدهند.
علاوه بر بهینهسازی سیستمهای سرمایشی و گرمایشی، مدیریت مصرف انرژی در بخش روشنایی ساختمان نیز تأثیر بهسزایی در کاهش هزینههای انرژی دارد. استفاده از سیستمهای هوشمند روشنایی که به کمک سنسورهای حضور و نور طبیعی، شدت روشنایی را بهطور خودکار تنظیم میکنند، از اتلاف انرژی جلوگیری میکند. همچنین، جایگزینی لامپهای LED با مدلهای قدیمیتر مانند فلورسنت و رشتهای، علاوه بر کاهش مصرف برق، طول عمر بیشتری دارد و هزینههای تعمیر و نگهداری را کاهش میدهد. ترکیب این راهکارها در طراحی ساختمانهای مدرن، مسیر رسیدن به ساختمانهای کممصرف و حتی صفر انرژی را هموار میکند.
-
انرژیهای تجدیدپذیر (Renewable Energy)
یکی از مهمترین روشهای استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در ساختمانها، سیستمهای فتوولتاییک است. این سیستمها با تبدیل مستقیم نور خورشید به برق، میتوانند مصرف انرژی ساختمان را بهطور قابلتوجهی کاهش دهند. در ساختمانهای صفر انرژی، کل انرژی تولیدی یا مازاد تولید این پنلها به شبکه برق تزریق شده و امکان درآمدزایی فراهم میشود. از طرفی، کاهش هزینههای انرژی و حمایتهای دولتی برای نصب این سیستمها، توجیهپذیری اقتصادی آنها را افزایش داده است. استفاده از این فناوری، بهویژه در مناطق با تابش خورشیدی بالا، یکی از مؤثرترین راهکارها برای حرکت بهسوی ساختمانهای پایدار محسوب میشود.
علاوه بر تولید برق، سیستمهای حرارتی خورشیدی نیز نقش مهمی در تأمین نیازهای گرمایشی ساختمانها دارند. کلکتورهای خورشیدی مانند کلکتور های لوله خلأ و صفحه تخت بهطور گسترده برای گرمایش آب و سیستمهای گرمایشی ساختمان به کار میروند. این فناوری، بهویژه در مناطقی که مصرف انرژی برای گرمایش قابلتوجه است، میتواند مصرف سوختهای فسیلی را کاهش دهد. در مقیاس صنعتی، کلکتورهای پیشرفتهتری مانند کلکتورهای سهموی خطی و… میتوانند گرما را در دماهای بالاتر تولید کرده و برای کاربردهای صنعتی مانند تولید بخار و فرایندهای گرمایی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
در کنار انرژی خورشیدی، سیستمهای زمینگرمایی راهکاری کارآمد برای تأمین گرمایش و سرمایش ساختمانها به شمار میروند. این فناوری از اختلاف دمای میان سطح زمین و اعماق پایینتر برای انتقال انرژی استفاده میکند. هیت پمپهای زمینگرمایی قادرند در فصل زمستان گرما را از زمین جذب کرده و به ساختمان منتقل کنند و در تابستان این فرآیند را معکوس کنند. این سیستمها به دلیل پایداری دمای زمین، بازدهی بالایی دارند و در طولانیمدت موجب کاهش هزینههای انرژی میشوند.
یکی دیگر از منابع تجدیدپذیر با پتانسیل بالا، توربینهای بادی هستند که از نیروی باد برای تولید برق استفاده میکنند. این توربینها در مدلهای مختلف از جمله محور افقی و محور عمودی طراحی شدهاند. در سالهای اخیر، نسل جدید توربینهای بادی شهری با طراحی کمصدا و بهرهوری بالا برای استفاده در ساختمانها توسعه یافتهاند. این توربینها، که میتوانند روی بام ساختمانها یا در فضاهای شهری نصب شوند، بهویژه در مناطقی با باد متوسط تا قوی، گزینهای مناسب برای تأمین انرژی تجدیدپذیر به شمار میروند.
در نهایت، پیلهای سوختی مانند پیل سوختی هیدروژنی به عنوان یک منبع پشتیبان، نقش مهمی در تأمین انرژی پایدار ایفا میکنند. این فناوری با استفاده از هیدروژن، الکتریسیته و گرما تولید کرده و میتواند در سیستمهای تولید همزمان برق، حرارت و سرمایش (CCHP) بهکار گرفته شود. استفاده از پیلهای سوختی در این سیستمها، نهتنها بهرهوری انرژی را افزایش میدهد، بلکه وابستگی به شبکه برق را کاهش داده و امکان تأمین انرژی پایدار در مواقع بحرانی را فراهم میکند. این ترکیب از فناوریهای تجدیدپذیر، مسیر ساختمانهای آینده را بهسوی بهرهوری بیشتر و کاهش اثرات زیستمحیطی هموار میسازد.
- سیستمهای پشتیبان برای انرژیهای تجدیدپذیر (Back-Up System for Renewable Energy):
در ساختمانهای صفر انرژی، ذخیرهسازی انرژی یکی از اجزای کلیدی برای مدیریت عرضه و تقاضا محسوب میشود. این ساختمانها با تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند پنلهای خورشیدی و توربینهای بادی، در برخی ساعات روز ممکن است مازاد انرژی داشته باشند. باتریهای الکتریکی، بهویژه باتریهای لیتیومی گزینهای مناسب برای ذخیره این انرژی هستند تا در زمانهای کمبود تولید، مانند شب یا روزهای ابری، مورد استفاده قرار گیرد. این روش، وابستگی ساختمان به شبکه برق را کاهش داده و به پایداری بیشتر در تأمین انرژی کمک میکند.
علاوه بر ذخیرهسازی الکتریسیته، ذخیرهسازهای حرارتی نیز نقش مهمی در بهینهسازی مصرف انرژی دارند. یکی از کاربردیترین روشها، استفاده از مخازن ذخیره آب گرم است که با استفاده از انرژی خورشیدی یا سایر سیستمهای گرمایشی، آب را در طول روز گرم کرده و در مواقع نیاز برای گرمایش فضا یا تأمین آب گرم مصرفی بهکار میگیرند. این فناوری باعث کاهش نیاز به مصرف سوختهای فسیلی و افزایش بهرهوری انرژی در ساختمانهای پایدار میشود.
یکی دیگر از فناوریهای مؤثر در این زمینه، سیستمهای ذخیرهسازی سرمایشی مانند ذخیرهساز یخ است. در این روش، چیلرها در ساعات کمباری شبکه، یخ تولید کرده و در طول روز برای خنکسازی ساختمان از آن استفاده میکنند. این سیستم علاوه بر کاهش هزینههای انرژی، به پایداری شبکه برق کمک کرده و فشار بر تأسیسات را در ساعات اوج مصرف کاهش میدهد. سیستمهای ذخیرهسازی تغییرفازدهنده نیز با استفاده از مواد تغییر فازدهنده که گرما را جذب و در دماهای مشخص آزاد میکنند، به بهینهسازی مصرف انرژی کمک میکنند.
ترکیب این روشهای ذخیرهسازی در یک ساختمان صفر انرژی، نهتنها امکان مدیریت بهتر انرژی را فراهم میآورد، بلکه به کاهش وابستگی به شبکه و بهینهسازی مصرف منابع کمک میکند. استفاده از مدیریت هوشمند انرژی که بهصورت خودکار مصرف و ذخیره انرژی را متناسب با الگوی تقاضا تنظیم کند، نقش بسزایی در بهرهوری این سیستمها دارد. چنین راهکارهایی، نهتنها موجب کاهش هزینههای عملیاتی ساختمان میشوند، بلکه مسیر رسیدن به ساختمانهای کاملاً خودکفا و پایدار را هموار میکنند.
استانداردهای کلیدی: از اصول جهانی تا الزامات بومی
دستیابی به عنوان معتبر «ساختمان انرژی صفر» مستلزم رعایت چارچوبها و استانداردهای سختگیرانهای است که اهداف کمی را تعریف و مسیر دستیابی به آنها را مشخص میکنند. از مهمترین استانداردهای بینالمللی میتوان به Passive House (Passivhaus) اشاره کرد که با تمرکز بر بهرهوری فوقالعاده انرژی از طریق طراحی غیرفعال، مصرف انرژی را به حداقل میرساند. استاندارد پیشرو دیگر، LEED Zero است که تعادل صفر انرژی در طول یک سال عملیاتی را تأیید میکند. در ایران، مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان به عنوان پایهای اجباری و چارچوب اولیه برای حرکت به سمت این استانداردهای جهانی را فراهم میکنند. این استانداردها با تعریف شاخصهای دقیق، امکان ممیزی، پایش و در نهایت تضمین عملکرد بهینه ساختمان را فراهم ساخته و پلی میان اصول جهانی و الزامات بومی ایجاد میکنند.
سیاست های جاری برای ساختمان های صفر انرژیدر کشورها و مناطق مختلف جهان
در جدول۲ بخشی از سیاستها و مقررات فعلی مرتبط با ساختمانهای کمانرژی و صفر انرژی در کشورهای مختلف جهان میپردازد. در اروپا، برنامهZEBRA ۲۰۲۰ تأکید دارد که ساختمانهای جدید از سال ۲۰۲۰ باید تقریباً صفر انرژی باشند. در آمریکا، برنامههای مختلفی همچون The Energy Independence and Security Act of ۲۰۰۷ و The Building Technologies Program تا سال ۲۰۵۰، به کاهش مصرف انرژی در ساختمانهای تجاری جدید میپردازند. همچنین، برنامه “Zero Net Energy Action Plan” هدفگذاری کرده است که تمامی ساختمانهای جدید مسکونی و تجاری تا سال ۲۰۳۰ به ساختمانهای صفر انرژی تبدیل شوند. در چین، برنامههای پنجساله برای توسعه ساختمانهای فوقالعاده کمانرژی در حال اجرا هستند و انتظار میرود تا سال ۲۰۲۰ بیش از ۱۰ میلیون متر مربع ساختمان به این استاندارد دست یابد. ژاپن با برنامه ۲۰۱۴ Strategic Energy Plan خود، استانداردهای جدیدی را برای طراحی ساختمانهای کمانرژی معرفی کرده است. در آفریقای جنوبی، سیاستهایی را برای بهبود کارایی انرژی در ساختمانها تا سال ۲۰۳۰ توسعه داده است. هدف استرالیا مطابق برنامه ZCA Buildings Plan کاهش انتشار گاز های گلخانه ای به ۲۶ تا ۲۸ % تا سال ۲۰۳۰ نسبت به سال پایه ۲۰۰۵می باشد. این سیاستها نشاندهنده تعهد جهانی به توسعه پایدار و کاهش مصرف انرژی در بخش ساختمانها هستند.
جدول۲.بخشی از سیاست های موجود برای ساختمان های صفر انرژی در کشورها و مناطق مختلف[۷]
| سال | سیاست | برنامه | کشور / منطقه |
| ۲۰۱۰ | ساختمان های جدید باید از سال۲۰۲ تقریبا صفر انرژی باشند | ZEBRA ۲۰۲۰ | اروپا |
| ۲۰۰۷ | تمامی ساختمانهای تجاری جدید تا سال ۲۰۵۰ باید صفر انرژی باشند. | The Energy Independence and Security Act of ۲۰۰۷ | آمریکا |
| ۲۰۰۸ | تحقق ساختمانهای صفر انرژی تا سال ۲۰۲۵ | The Building Technologies Program | |
| ۲۰۱۵ | ساخت و ساز های جدید مسکونی و تجاری باید به ترتیب تا سال ۲۰۲۰ و تا سال ۲۰۳۰ به ساختمانهای صفر انرژی تبدیل شوند. | Zero Net Energy Action Plan | |
| ۲۰۱۴ | از سال ۲۰۲۵ ساختمانهای بزرگ جدید ملزم به طراحی بر اساس اهداف انرژی بسیار کم خواهند بود | Ultra-low energy buildings in a high-density urban environment | |
| ۲۰۱۷ | ساخت پروژه های پایلوت ساختمانهای با انرژی فوقالعاده کم و نزدیک به صفر تا سال ۲۰۲۰ به بیش از ۱۰ میلیون متر مربع خواهد رسید | The ۱۳th five-year plan for building energy conservation and green building development | چین |
| ۲۰۱۵ | ساختمانهای عمومی جدید و خانههای استاندارد باید بهطور داوطلبانه تا سال ۲۰۳۰ به ساختمانهای با انرژی صفر تبدیل شوند | Strategic Energy Plan ۲۰۱۴ | ژاپن |
| ۲۰۱۸ | سیاستهای مرتبط با بهرهوری انرژی به منظور دستیابی به عملکرد کربن خالص صفر برای ساختمانهای جدید در شهرهای آفریقای جنوبی باید تا سال ۲۰۳۰ توسعه و اجرا شوند | C۴۰ South Africa Buildings Program | آفریقای جنوبی |
| ۲۰۰۹ | هدف استرالیا کاهش انتشار گازهای گلخانهای به میزان ۲۶-۲۸ درصد تا سال ۲۰۳۵ نسبت به سطح سال ۲۰۰۵ است | ZCA Buildings Plan | استرالیا |
با توجه به فایل راهنمایی که سازمان بین المللی[۴]GlobalABC در اجلاس COP۲۹ نیز منتشر کرد”استاندارد سازی ساختمانهای پایدار در ابتدا نباید بلندپروازانه باشد و این استاندارد ها باید به گونه ای تنظیم شود که هم متناسب با بازار محلی و هم به صورت دوره ای بتواند اهداف جهانی که کاهش ردپای کربن می باشد را محقق کند. NDC[۵] ها باید راه حل های تامین مالی مثل وام ها یا گواهی های صرفه جویی را برای ساختمان ها را ترویج کنند. [۸]
مانع اصلی ساختمانهای صفر انرژی، هزینه سرمایه گذاری بالا میباشد که به عنوان راه حل رفع این مانع می توان از طریق اوراق قرضه سبز که یک ابزار تامین مالی می باشد آن را رفع کرد تامین اوراق قرضه سبز با استفاده از مکانیزمهای بین المللی تغییر اقلیم می تواند به توجیه پذیری ساختمان های صفر انرژی کمک بهسزایی کند.
کشورهای پیشرو در عرصه پایداری، سالهاست با تدوین راهبردهای کلان و سیاستهای تشویقی مشخص، مسیر را برای توسعه ساختمانهای انرژی صفر هموار کردهاند. بررسی این تجربیات میتواند چراغ راهی برای برنامهریزی در شرایط بومی ایران باشد.
ژاپن: وزارت اقتصاد، تجارت و صنایع ژاپن (METI) در همکاری نزدیک با وزارت محیطزیست (MOE)، با انتشار راهنماها و برچسبگذاریهای خاص، از تحقق اجرای ساختمانهای انرژی صفر (ZEB) در مقیاسهای مختلف حمایت میکند. این همکاری مبتنی بر تقسیم مسئولیتها برای تضمین عملکرد بهینه در فاز طراحی و بهرهبرداری است. از جمله این فعالیت ها می توان به ارائه راهنماهای طراحی برای کاربری های مختلف برای رساندن به هدف انرژی صفر در این کشور اشاره کرد.
همچنین برچسب ساختمان صفر انرژی مختص این کشور از فعالیتهای مهم در این زمینه بوده است.
شکل ۶. مدل برچسبگذاری در زمینه ZEB در این کشور
در راستای ترویج ساختمانهای با انرژی صفر (ZEB)، ژاپن سیستم ثبتنامی را ایجاد کرده که در آن شرکتهای دارای صلاحیت شامل طراحان، پیمانکاران و مشاوران به عنوان برنامهریز (ZEB Planner)ثبت میشوند و نقش محوری در سه حوزه طراحی، اجرا و مشاوره ایفا میکنند. مالکان ساختمان میتوانند با بهرهگیری از خدمات این شرکتها، از مرحله طراحی اولیه تا اجرای پروژه، همراهی فنی دریافت نمایند. از سوی دیگر، مالکانی که تجربه یا برنامهای برای احداث ZEB دارند، به عنوان مالک پیشرو (ZEB Leading Owner) ثبت شده و پروژههای عملی خود را به اشتراک میگذارند. این تعامل دوطرفه، نه تنها امکان دسترسی به دانش فنی و نمونههای موفق را فراهم میآورد، بلکه از طریق انتشار اطلاعات پروژهها و تماس مستقیم با برنامهریزان، بستری برای گسترش ظرفیت اجتماعی و ترویج ZEB ایجاد میکند. تا سپتامبر ۲۰۲۲، تعداد ۴۴۹ برنامهریز و ۳۱۸ مالک پیشرو در این سامانه ثبتنام نمودهاند.
دولت چین با به کارگیری سیاستهای مالی و تشویقی هدفمند، توسعه ساختمانهای نزدیک به انرژی صفر را به طور جدی در دستور کار خود قرار داده است. این سیاستها نشان میدهد که حرکت به سمت این معماری پایدار، تنها از عهده بخش خصوصی برنمیآید و نیازمند عزم و برنامهریزی ملی است. در این کشور ساز و کاری برای ارائه تسهیلات برای کمک به روند ساخت این نوع ساختمان ها در نظر گرفته شده است. طبق جدول زیر در دو استان این کشور، مثالهایی نام برده شده.
جدول۳.مثال هایی از سیاست گذاری منطقه ای در چین در حوزه ZEB
| زمان انتشار | استانها / شهرها | سیاستهای تشویقی |
| ۰۲/۲۰۱۸ | استان هِبِی، شِیجیاژوانگ | · یک میلیون مترمربع تا ۲۰۲۰
· افزایش قیمت املاک به میزان %۳۰ · کاهش هزینههای پشتیبانی زیرساختهای شهری |
| ۰۷/۲۰۱۸ | استان هِبِی، ژانگجیاکو | ۱۰۰ CNY/m۲ مقدار تسهیلاتی که به پروژه تعلق میگیرد و حداکثر مقدار ۳ میلیون CNY برای هر پروژه در نظر گرفته میشود. |
| ۱۲/۲۰۱۸ | استان هنان، جیائوزو | ۱۰۰۰ CNY/m۲ مقدار تسهیلاتی که به پروژه تعلق میگیرد و حداکثر مقدار ۲۰ میلیون CNY برای هر پروژه در نظر گرفته میشود. |
نمونه موردی از ساختمان صفر مصرف انرژی
در ادامه به بررسی ساختمان مرکزی بنیاد پاکارد]۱۰[که موفق به دریافت گواهی ساختمان صفر انرژی شده است می پردازیم.
ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد که در منطقه Los Altos در ایالت کالیفرنیا واقع شده است، یکی از نمونههای برجسته در حوزه طراحی ساختمانهای انرژی صفر محسوب میشود. این ساختمان با موفقیت توانسته گواهینامه LEED Platinum را هم کسب کند و در عین حال بهرهوری انرژی بالایی را به نمایش بگذارد. این ساختمان اداری در ۲ طبقه و به وسعت ۴۵۵۷ مترمربع ساخته شده است.
شکل ۷. نمایی از ساختمان PAKARD
شکل۸. ساختمان صفر مصرف انرژی بنیاد پاکارد [۱۰]
طراحی معماری و مصالح ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
با در نظر گرفتن عرض کم برای ساختمان، به منظور دریافت حداکثری از نور طبیعی در فضا و ایجاد امکان تهویه طبیعی، کاهش وابستگی به روشنایی مصنوعی و سیستمهای تهویه مکانیکی ایجاد شده است .
طراحی این ساختمان از مصالح باکیفیت و پایدار استفاده کرده است. دیوارهای این ساختمان ازتیرک های چوبی به فاصله ۲۴ اینچ نسبت به یکدیگر تشکیل شده اند که عایق معدنی پشم سنگ به صورت لایه ای ۱ اینچی بر روی سطح بیرونی تیرک ها بصورت پیوسته نصب می شود؛ عایق پشم سنگ بین تیرک ها نیز قرار می گیرد و در نهایت با یک روکش نهایی پوشیده می شود که بدین صورت دیوار با مقاومت حرارتی R-۲۴,۲ ساخته می شود. سقف ساختمان نیز به همین روش عایقبندی شده به طوری که یک لایه ۲ اینچی عایق معدنی پشم سنگ بر روی سازه و زیر بام فلزی قرار میگیرد. در نهایت، برای افزایش ظرفیت عایق ، دال بتنی بر روی تخته عایق نفوذ ناپذیر به آب قرار می گیرد تا مقاومت حرارتی R-۲۳ را در کف فراهم کند.
در بخشی از ساختمان که از بام سبز استفاده شده است. بام سبز نهتنها اثر گرمایش شهری را کاهش داده بلکه به افزایش کیفیت محیط داخلی و ایجاد زیستگاههای طبیعی کمک کرده است.
۵۰ درصد از پوسته خارجی این ساختمان از پنجرههای سهلایه کم گسیل تشکیل شده است. برای کنترل تابش نور و بهبود شرایط روشنایی داخلی، سایهبانهای خارجی بهصورت خودکار باز و بسته میشوند. همچنین، برای افزایش نفوذ نور روز، از طاقچههای نوری داخلی و سقف نورگیر در اتاقهای کنفرانس استفاده شده است. در نمای شرقی ساختمان نیز سایهبانهای افقی به کار رفتهاند تا علاوه بر کنترل تابش مستقیم آفتاب، حداکثر نور روز را به فضای داخلی هدایت کنند.
شکل۹. انواع سایه بان و طاقچه های نوری ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
سیستمهای نورپردازی و تجهیزات ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
در بخش نورپردازی، لامپهای مورد استفاده در این ساختمان دارای چگالی توان نوری معادل ۷.۵ وات بر مترمربع هستند. علاوه بر این، از سنسورهای حرکتی و اولتراسونیک برای کنترل نور استفاده شده است. تجهیزات اداری این ساختمان نیز با تجهیزات کممصرف جایگزین شدهاند که با توجه به کاهش ۵۸ درصدی مصرف انرژی در این بخش، ظرفیت نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک نصب شده در بام و سقف پارکینگ کاهش یافت و در همین راستا از هزینه های اولیه نیروگاه نیز کاسته شد.
نیروگاه فتوولتاییک ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
یکی از ویژگیهای برجسته این ساختمان، استفاده از نیروگاه فتوولتاییک است که ظرفیت این نیروگاه برای این ساختمان ۲۸۵ کیلووات بوده که برای احداث این نیروگاه ۹۱۵ پنل خورشیدی بر روی سقف و پارکینگ نصب شده است. به دلیل نوع طراحی سقف، پنل ها به صورت شرقی و غربی بر روی سقف قرار گرفته اند و این نیروگاه قادر است سالانه ۲۸۲,۰۰۰ کیلوواتساعت انرژی تولید کند.
شکل ۱۰. استفاده سیستم فتوولتائیک در این ساختمان
سیستمهای مکانیکی و تأسیسات ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
استفاده از سیستم Chilled Beam است که موجب کاهش ۷۵٪ مصرف انرژی فنها شده و همراه با سیستم سرمایش بدون کمپرسور و ذخیرهسازی ۵۰,۰۰۰ گالن آب سرد، وابستگی به انرژی الکتریکی را کاهش داده است. این فناوریها باعث بهینهسازی عملکرد سیستمهای سرمایشی و افزایش بهرهوری انرژی شدهاند.
در زمینه مصرف آب، اقدامات هوشمندانهای برای کاهش ۴۰ درصدی مصرف انجام شده است. با جمع آوری آب باران توسط بام سبز و ناودان های سقف، سیستم بازیافت آب باران این ساختمان قادر به نگهداری ۲۰,۰۰۰ گالن آب است که برای آبیاری فضای سبز و فلاش تانک ها استفاده می شود، همچنین آبیاری فضای سبز نیز با استفاده از سیستم قطرهای و کنترل هوشمند انجام میشود.
شکل ۱۱. شماتیک سیستم HVAC به کار رفته در ساختمان
عملکرد انرژی ساختمان مرکزی بنیاد پارکاد
عملکرد انرژی این ساختمان در مراحل مختلف مدلسازی و بهرهبرداری مورد بررسی قرار گرفته است. شدت انرژی محاسبه شده توسط نرم افزار eQuest برای این ساختمان ۶۱.۲۴ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال است. در حالی که در سال اول بهرهبرداری، این مقدار به ۶۵.۳۳ کیلوواتساعت بر مترمربع در سال رسید. این ارقام نشاندهنده کارایی بالای طراحی و عملکرد این ساختمان هستند.
بررسی دادههای مصرف انرژی نشان می دهد داده های اندازه گیری شده برای مصرف انرژی توسط این نرم افزار بسیار نزدیک به مصارف واقعی ساختمان می باشد، این در حالی است که مصرف انرژی برای بخش گرمایشی ساختمان بیشتر از مقدار مدسازی شده توسط نرم افزار بود.
مهندسان طراح گزارش می دهند که این الگویی است که در سایر ساختمان های کم مصرف نیز مشاهده می شود. علت این اختلاف اثر پلهای حرارتی و همچنین شکاف هایی در زمان نصب عایق، عدم مهروموم کامل نقاط نشت هوا در حین ساخت و ساز و هوابندی ساختمان پیش بینی شده است. یافته ها نشان می دهد برای کاهش اختلاف بین عملکرد واقعی و مدل سازی شده ساختمان ها، باید دقت مدلسازی انرژی افزایش پیدا کند و همچنین در اجرای عایق بندی و کنترل کیفیت ساخت و ساز، نظارت بیشتری صورت گیرد.
شکل,۱۲نمودار نشاندهنده میزان کل مصرف انرژی در بخشهای مختلف ساختمان
نتیجهگیری
ساختمانهای صفر انرژی به عنوان راهکاری عملی و ضروری برای مقابله با بحران انرژی و تغییرات اقلیمی، نقش کلیدی در آینده معماری و ساختوساز ایفا میکنند. با اجرای سیاستهای ملی و بینالمللی، توسعه فناوریهای نوین، و طراحیهای هوشمندانه میتوان این ساختمانها را به بخشی جداییناپذیر از شهرهای آینده تبدیل کرد. ساختمان مورد بررسی بنیان پاکارد نمونهای موفق از توسعه پایدار و بهرهوری انرژی است که نشان میدهد با ترکیب فناوریهای نوآورانه، طراحی اقلیمی هوشمند، و مدیریت صحیح منابع، میتوان ساختمانهایی با مصرف انرژی نزدیک به صفر ایجاد کرد. این مدل میتواند الگویی الهامبخش برای سایر پروژههای ساختمانی در مسیر دستیابی به ساختمانهای پایدار و کربن صفر باشد.
ساختمان انرژی صفر نمایانگر همزیستی هوشمندانه معماری و فناوری است؛ جایی که طراحی ساختمان پایدار با سیستمهای نوین انرژی تجدیدپذیر و ممیزی دقیق انرژی ترکیب میشود تا مصرف به حداقل و بهرهوری به حداکثر برسد. این رویکرد هزینههای انرژی را کاهش میدهد و با پایین آوردن قابل توجه اثرات زیستمحیطی ساختمان، آیندهای پایدار را رقم میزند. اگر به دنبال ساختمانهایی با معماری صفر انرژی هستید، گروه اقتصادی و مهندسی استدیو بازسازی، بهترین انتخاب است. شما میتوانید همین امروز با کمک متخصصان ما پروژه ساختمان انرژی صفر خود را عملی کنید. تیم ما از طراحی تا اجرا شما را در تمام مراحل همراهی میکند.
