ساختمان انرژی صفر - Zero-Energy Building

1

ساختمان انرژی صفر - Zero-Energy Building

ساختمان‌های انرژی صفر

ساختمان‌ انرژی صفر به ساختمان‌هایی اطلاق می‌شوند که مصرف سالیانه انرژی آنها صفر است و آلاینده‌های کربنی تولید نمی‌کنند. در دنیای امروز، با توجه به محدود بودن منابع سوخت فسیلی، ساختمان ‌ها، صنایع و دیگر ارگان‌ها به سمت استفاده از دیگر انرژی‌های موجود حركت کرده‌اند. ایده و اصل مصرف انرژی خالص صفر به دلیل اینکه برداشت از انرژی‌های تجدید پذیر وسیله و راهکاری برای حذف آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای است، توجه بسیاری را به خود معطوف کرده است. به دلیل افزایش هزینه‌های سوخت‌های فسیلی و تأثیرات مخرب آنها بر روی محیط زیست  و بر هم زدن تعادل اکولوژیک، امروزه طرح‌های مرتبط با اصول ‌انرژی صفر‌، بسیار کاربردی شده و از محبوبیت خاصی برخوردار شده‌ است.

ساختمان‌های انرژی صفر می‌توانند تمام نیازهای خود به انرژی را با یک روش کم هزینه، با دسترسی محلی به منابع تجدید پذیر و بدون آلایندگی بر طرف نمایند‌. در یک ساختمان انرژی صفر هیچ گونه سوخت فسیلی مصرف نمی‌شود و مصرف انرژی سالانه آن با تولید سالانه‌اش برابری می‌کند‌. یک ساختمان انرژی صفر ممکن است به شبکه‌های شهری موجود متصل باشد یا نباشد. ساختمان انرژی صفری که به شبکه متصل نباشد دارای تجهیزاتی برای ذخیره کردن انرژی‌های بزرگ است که معمولاً از نوع باطری است.

در حال حاضر، بخش ساختمان‌های اداری و مسکونی در حدود ۴۰ درصد از مصرف انرژی‌های فسیلی کشور را بخود اختصاص داده است. اگرچه ساختمان‌های با مصرف انرژی صفر حتی در کشورهای پیشرفته امروز بسیار کمیاب و حتی نایاب هستند، اما به دلیل مستقل بودن از سوخت‌های فسیلی و کمک در کاهش آلاینده‌های کربنی، در حال رشد بوده و توجه بسیاری را به خود جلب نموده است.

در این ساختمان‌ها با استفاده از تکنولوژی‌های خاص برای سیستم‌های روشنایی و گرمایش و سرمایش پربازده، در مصرف هرچه کمتر انرژی تلاش شده است. به عبارت دیگر، در یک ساختمان انرژی صفر قبل از تولید انرژی پاک به بهینه سازی مصارف انرژی در بخش های مختلف ساختمان پرداخته شده و با استفاده هوشمندانه از تكنولوژی‌های تجدید پذیر، تعادل میان تولید و مصرف انرژی برقرار می‌شود.

طراحی ساختمان‌های انرژی صفر

‌در طراحی ساختمان‌های انرژی صفر علاوه بر رعایت موارد معمول در ساختمان­‌های متداول، موارد ویژه دیگری نیز باید در نظر گرفته شود. از آنجا كه انرژی مصرف شده در این ساختمان باید با استفاده از انواع روش‌های ممکن تولید و تامین شود، لذا اگر در ساختمان انرژی بیشتری استفاده شود باید ظرفیت تولید انرژی ساختمان افزایش داده شود. چنانچه افزایش ظرفیت تولید انرژی از نظر فنی مقدور باشد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. بر این اساس در طراحی ساختمان‌های انرژی صفر اصولی به شرح زیر مورد توجه قرار می‌گیرد.

  • شناخت لازم و کافی از اقلیم
  • بررسی دقیق محیط اطراف ساختمان (‌درختان، ساختمان‌ها و …)
  • تمرکز بر طراحی غیر فعال و کاهش نیاز انرژی ساختمان (عایق‌کاری مناسب، سایبان، تهویه طبیعی و بهره‌گیری از نور روز)
  • بهره‌گیری از سیستم‌های کارامد ( راندمان بالاتر در سیستم‌های الکتریکی و مکانیکی، چراغ‌ها و لامپ‌های پربازده)
  • بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر و تولید انرژی

ساختمان سبز و ساختمان انرژی صفر

ساختمان‌ سبز (Green Building) به دسته‌ای از ساختمان‌ها گفته می‌شود که در برابر حفظ منابع زیست محیطی در طول عمر یک ساختمان از زمان طراحی و احداث تا بهره برداری و بازسازی متعهد هستند. در این ساختمان‌های دوستدار طبیعت، علاوه بر اینکه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در اولویت بوده و مصرف انرژی آن ناچیز است، مصالح آن نیز از منظر زیست محیطی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. هدف نهایی ساختمان سبز‌، استفاده بهینه از منابع و کاهش تأثیر منفی ساختمان بر روی محیط زیست است. ساختمان‌های انرژی صفر یکی از اهداف کلیدی ساختمان‌های سبز را به صورت کامل محقق ساخته و باعث کاهش آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای در طول مدت استفاده از ساختمان خواهند شد. با این وجود نمی‌توان آنها را در تمامی زمینه‌ها از قبیل کاهش زباله ‌ضایعات ‌یا استفاده از مواد قابل بازگشت به طبیعت،‌ سبز‌ تلقی نمود.

یکی از مهم‌ترین اهداف ساختمان سبز و ساختمان انرژی صفر، کاهش مصرف انرژی گرمایشی، سرمایشی و الکتریکی و همچنین افزایش بازده انرژی ساختمان است. به منظور کاهش مصرف انرژی و ایجاد ساختمان سبز، بایستی طراحان ساختمان، اتلافات انرژی موجود در ساختمان را کاهش دهند. درنتیجه راهکار موجود استفاده از درب و پنجره‌هایی با عملکرد بسیار بالا و عایقکاری دیوارها، بام و کف ساختمان است.

افزایش کیفیت آسایش محیط داخل ساختمان نیز یکی از اهداف پر اهمیت در ساختمان سبز است. کیفیت آسایش محیط داخل (IEQ) شامل سه بخش عمده زیر است.

  •  کیفیت هوای داخل ساختمان (IAQ) به منظور کاهش ترکیبات آلی فرار
  • کیفیت حرارتی ساختمان
  • کیفیت روشنایی ساختمان

کیفیت هوای داخل ساختمان شامل پاک بودن هوا از آلاینده های هوا و آلاینده های میکروبی است. این امر نیازمند سیستم‌های تهویه مطبوع مجهز به فیلترهای هوا و درزبندی مناسب ساختمان است. همچنین کنترل رطوبت هوا ضمن اهمیت در آسایش حرارتی از رشد میکروبی و قارچ‌ها جلوگیری می‌کند. دمای مطلوب ساکنین ساختمان، سرعت جریان هوای تهویه مطبوع نیز از جمله مواردی است که در کیفیت حرارتی ساختمان نقش بسزایی دارد. همچنین تامین شدت روشنایی محیط، کیفیت نور و رنگ نور در ساختمان سبز مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.

ساختمان انرژی صفر به عنوان یک ساختمان بهره‌ور انرژی قادر به تولید برق، یا دیگر حامل‌های انرژی از منابع تجدید پذیر است. این حامل‌های انرژی به منظور برطرف ساختن نیاز انرژی در خود ساختمان است.‌

مزایای استفاده از ساختمان‌های انرژی صفر

  • در امان بودن مالکان ساختمان از افزایش آتی قیمت انرژی
  • آسایش بیشتر به علت درجه حرارتهای داخلی یکنواخت
  • نیاز به انرژی کمتر
  • هزینه نگهداری کمتر بعلت بالا بودن کارایی سیستم‌های انرژی
  • کاهش هزینه‌های کلی ماهیانه زندگی
  • اعتبار افزایش یافته برای سیستم‌های تولید و مصرف انرژی، مثلاً سیستم‌های فتوولتائیک دارای گارانتی های طولانی مدت هستند و به ندرت بدلیل مشکلات آب و هوایی خراب می‌شوند.
  • هزینه اضافی برای ساخت و ساز جدید در مقایسه با اضافه کردن تکنولوژی جدید به طرح بعدی به حداقل می‌رسد.
  • افزایش قیمت ساختمان انرژی صفر نسبت به ساختمان مشابه معمولی در اثر افزایش هزینه انرژی
  • محدودیت‌های قانونی آینده و مالیات‌ها/ جریمه‌های آلایندگی کربن ممکن است تکنولوژی‌های نوسازی را به ساختما‌های ناکارآمد اعمال کند.
  • استفاده بهینه از ضایعات چوبی و تولید زیست سوخت
  • تعادل مصرف انرژی با درخواست انرژی
  • کاهش مصرف الکتریسیته
  • حذف سیستم های زائد مصرف کننده انرژی
  •  کاهش پنجاه درصدی مصرف آب آشامیدنی
  •  استفاده از سیستم تهویه بدون وسیله مکانیکی

معایب ساختمان‌های انرژی صفر

  • هزینه‌های اولیه می‌تواند بالاتر باشد.
  • طراحان یا خانه سازهای بسیار اندکی دارای مهارت‌ها یا تجربه لازم برای ساخت ساختمان‌های انرژی صفر هستند.
  • قیمت تکنولوژی تجهیزات سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک جدید، تقریباً سالیانه ۱۷درصد کاهش می‌یابد در نتیجه مقدار سرمایه موجود در سیستم تولید الکتریسیته خورشیدی کاهش می‌یابد.
  • همانطور که تولید انبوه فتوولتائیک قیمت آن را کاهش می‌دهد کمک‌های مالی اختصاص یافته به این طرح ها نیز به تدریج متوقف می‌شود.
  • هر خانه ممکن است از متوسط انرژی صفر شبکه در طول یک سال استفاده کند ولی ممکن است در زمانی که اوج تقاضا برای شبکه اتفاق می‌افتد به انرژی نیاز داشته باشد. در چنین موردی ظرفیت شبکه بایستی الکتریسیته را برای تمام بارها تامین کند.

دسته‌بندی ساختمان‌های انرژی صفر

‌۴ دسته‌بندی بسیار معمول برای تعریف ساختمان انرژی صفر وجود دارد.

‌انرژی صفر خالص سایت Net Zero Site Energy‌

این نوع از ساختمان‌های انرژی صفر، همان مقدار انرژی را که در طول یک سال مصرف می‌کند که در محوطه سایت خود تولید می‌کند.

‌انرژی صفر خالص منبع Net Zero Source Energy‌

منبع ساختمان انرژی صفر حداقل همان مقدار انرژی که در یک سال مصرف می‌کند، همان قدر هم تولید می‌کند. منبع انرژی اشاره دارد به انرژی‌های ابتدایی که برای تولید و تحویل انرژی به سایت استفاده می‌شود.

‌انرژی صفر خالص هزینه‌ها Net zero Cost Energy‌

در هزینه‌های ساختمان صفر انرژی، مقدار پولی که صاحب ساختمان بر‌ای ابزار (تاسیسات‌) وخدمات انرژی پرداخت می‌کند برابر است با حداقلِ مقدار پولی که مالک به علت صرفه‌جو‌یی در مصرف انرژی در ساختمان ذخیره می‌کند.

‌انرژی صفر خالص انتشار ‌Net zero Emission Energy‌

یک ساختمان انرژی صفر همان قدر که از منابع انرژی دارای انتشار و آلودگی استفاده می‌کند، همان قدر هم انرژی از طریق انرژی‌های تجدیدپذیر بدون انتشار آلودگی تولید می‌کند.

بحران انرژی و ضرورت ساختمان‌های انرژی صفر

از زمان عصر کشاورزی و تمدن، بشر شروع به تخریب پوشش گیاهی نموده است. جنگل زدایی و استفاده از سوخت‌های فسیلی باعث کند شدن چرخه بازیافت گازهای کربن دار شده‌، و این پدیده منجر به کاهش ضخامت لایه ازن و افزایش قطر لایه بازتاب کننده انرژی خورشیدی شده است. سال‌ها بی توجهی به روند تغییر چهره کره زمین و پخش آلاینده‌ها در زمین و هوا، باعث پدیده گرمایش زمین شده است‌. مطالعات نشانگر این است که بخش ساختمان و ساخت و ساز یک سوم از کل مصرف منابع انرژی، آب پاك و مصالح را به خود اختصاص داده است. در ادامه این چرخه زنجیروار، یخ‌های قطبی آب شده و این تسلسل عامل ایجاد تغییرات بنیادی در وضعیت آب و هوای زمین می‌شود. در عرض چند قرن، اثرات گرمایش زمین، نه تنها باعث تغییر چهره زمین بلکه باعث تغییر روند زندگی بشر نیز خواهد شد. آب شدن یخ‌های قطبی باعث بالا رفتن سطح آب دریاها و زیر آب رفتن برخی زیستگاه‌ها و خطوط ساحلی می‌شود. همچنین سبب ایجاد تغییرات پیش بینی نشده در آب و هوا خواهد شد.

بایسته‌های طراحی ساختمان‌های انرژی صفر ‌

برای تحقق اهداف معماری انرژی صفر و ساخت بنایی که انرژی‌های مورد نیاز خود را خودش تامین کند، گزینه‌های متفاوتی وجود دارد که بسته به شرایط محل و نحوه طراحی می‌تواند طیف گسترده‌ای از روش‌ها را در برگیرد. از این منابع می‌توان به انرژی خورشید، انرژی باد، انرژی آبی، انرژی امواج، انرژی زمین گرمایی، و انواع دیگر، اشاره کرد. برای هر منطقه با توجه به منابع در دسترس، طراح، روش مناسبی را جهت تامین انرژ‌ی انتخاب می‌کند. برای ایران با توجه به گسترده بودن تنوع اقلیمی و شرایط محیطی نمی‌توان روش‌ یا منبع خاصی را به صورت کلی معرفی کرد اما با توجه به قرار گرفتن ایران در کمربند گرم و خشک زمین و میزان تابش مناسب خورشید در طول روز می‌توان منبع مناسب انرژی باشد. بر اساس یک دسته بند‌ی دیگر، انرژی ‌تجدیدپذیر مورد نیاز برای ساختمان‌ها، به دو دسته موجود در محل و خارج از محل ساختان تقسیم می‌شود.

اصول طراحی ساختمان‌های صفر انرژی ‌

به طور کلی انرژی مصرفی یک ساختمان در طول حیاتش به دو بخش عمده تقسیم می‌شود. بخش اول انرژی مصرف شده جهت ساخت بنا که حدود ۲۰٪ از کل انرژی را به خود اختصاص داده‌ و بخش دوم انرژی مصرف شده در هنگام استفاده از ساختمان است که تقریبا معادل ۸۰٪ کل انرژی یک ساختمان در طول حیاتش است.

‌بخش اول: انرژی مصرفی جهت ساخت بنا‌

با وجود آنکه در تعاریف ارائه شده از ساختمان‌های صفر انرژی، مباحث مربوط به انرژی مصرف شده جهت ساخت بنا، مورد کم توجهی قرار گرفته است، موسسات تبیین و تدوین رتبه بندی انرژی ساختمان‌ها این عوامل را به دقت بررسی نموده و امتیاز ویژه‌ای را برای آن در نظر گرفته‌اند.

بخش دوم: انرژی مصرفی در استفاده از بنا 

اصول طراحی ساختمان‌های صفر انرژی جهت کاهش مصرف انرژی هنگام استفاده از بنا به پنج دسته عمده تقسیم می‌شود.

‌جلوگیری از اتلاف انرژی‌

در طراحی ساختمان‌های صفر انرژی، جلوگیری از تلفات انرژی مهمترین عامل صرفه جو‌یی در مصرف انرژی است. تلفات انرژی کمتر به معنی نیاز به تولید گرما یا سرمای کمتر توسط دستگاه‌های تهویه مطبوع است. تلفات انرژی در ساختمان عموماً از جداره‌ها صورت می‌گیرد.

بنابراین تمامی جداره حرارتی‌ یا به عبارت دیگر مرز فضاهای تهویه شده با فضاهای تهویه نشده باید در پلان و مقطع مشخص شده و به صورت کامل و پیوسته عایق باشد. نکته بسیار مهم در طراحی جداره حرارتی ساختمان‌ها حذف پله‌های حرارتی‌ است. پله‌های حرارتی محل اتصال اجزاء ساختمان (عموماً سازه) از داخل بخش‌های تهویه شونده به خارج از این محدوده هستند. این اتصال در صورت عدم ایزولاسیون و ایجاد شکست حرارتی‌ صحیح، باعث اتلاف انرژی از طریق رسانش خواهد بود.

منبع