ضرورت طراحی ساختمان‌های انرژی صفر

ایجاد بسترهای مناسب تامین انرژی مصرفی و همچنین تمرکز بر چگونگی مصرف انرژی می تواند به عنوان یک راهکار موثر جهت غلبه بر این چالش‌ها مورد توجه قرار گیرد.

در نتیجه وابستگی زندگی بشر به منابع تجدید ناپذیر انرژی در دنیای امروز، بیش از هر زمان دیگری شاهد تخریب محیط زیست هستیم، بر این اساس در موقعیتی قرار داریم که از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی تا به این حد بحرانی نبوده است. ساختمانها در مصرف انرژی تاثیر قابل توجهی دارند، بنابراین اجرای استانداردهایی برای صرفه جویی در مصرف انرژی و تعیین و کنترل دقیق میزان انرژی که در ساختمان ها مصرف می شود، بسیار حیاتی است. یکی از مهمترین مباحث مطرح شده در سال های اخیر بحران انرژی است و مواجهه با بحران انرژی موجب شده است به حداقل رساندن اتلاف انرژی در ساختمان ها مورد توجه قرار گیرد. برای رسیدن به این هدف می توان از راهکارهایی مانند ایزولاسیون استفاده کرد و در مراحل بعد می توان استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد را نیز به عنوان یک راهکار تاثیرگذار مورد توجه قرار داد. در سطح دنیا فعالیت‌های گسترده‌ای در این زمینه انجام شده که با جدیت دنبال می شود، حتی در کشورهای اروپایی که در مقایسه با کشورهایی مانند ایران به انرژی خورشیدی دسترسی زیادی ندارند نیز به طور خیلی جدی استفاده از انرژی خورشیدی مورد توجه قرار گرفته است. بر این اساس موضوعی به عنوان ساختمانهای انرژی صفر (Zero energy buildings) در سطح دنیا مطرح شده است.

ویژگی منحصربه فرد چنین ساختمانهایی این است که خالص مصرف انرژی سالانه آن صفر باشد. بر این اساس ساختمان انرژی صفر با هدف کاهش مصرف انرژی و جبران انرژی مصرف شده از طریق تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر و پاک طراحی می شود. در این ساختمان با استفاده از معماری ساختمان و عواملی مانند بادگیر و گلخانه نیاز انرژی ساختمان تا حد ممکن کاهش یافته و بخشی از انرژی ساختمان با استفاده از انرژی خورشیدی تامین می شود. توجه به عواملی مانند طراحی صفحات خورشیدی، جهت گیری ساختمان، جانمایی فضاها و عایق کاری در طراحی معماری ساختمان و همچنین به کارگیری استانداردهای نوین در طراحی ساختمان موجب شده مصرف انرژی در این ساختمانها در مقایسه با یک ساختمان معمولی تا ۹۰ درصد کاهش پیدا کند. در ساختمان انرژی صفر از انرژی خورشیدی برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می شود. بهره گیری از عناصری مانند بادگیر و گلخانه در ساختمان علاوه بر بازنمایی ایده های معماری سنتی در تلفیق این سبک با جنبه های مدرن ساختمان مورد توجه است. استفاده از بادگیر در ساختمان موجب می شود در فصول میانی سال مصرف انرژی به میزان قابل توجهی کاهش پیدا کند. سیستم های مدرن کنترل کننده نیز کنترل مصرف انرژی را امکان پذیر می سازد.

ساختمانهای انرژی صفر دسته‌بندی و تعریفهای متفاوتی دارند که مهترین آنها ساختمانی است که بدون تبادل انرژی با شبکه، تمامی نیازهای انرژی را خود تامین می‌کند و دیگری که در آن مباحث اقتصادی لحاظ شده است، ساختمانی است که تراز تبادل انرژی سالانه آن با شبکه صفر باشد. برای دستیابی به یک ساختمان انرژی صفر لازم است ابتدا با بهره‌گیری از سیستمهای غیر فعال، نیاز انرژی ساختمان را کاهش داد و در ادامه با انتخاب تجهیزات مکانیکی و الکتریکی کارآمد، مصرف انرژی ساختمان را به حداقل کاهش داد. در نهایت با بکارگیری انواع سیستمهای تولید انرژی با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، جهت دستیابی به رویکرد انرژی صفر، معادل مصرف سالانه انرژی ساختمان، انرژی را در محل تولید نمود.

براین اساس به منظور طراحی ساختمانهای انرژی صفر سعی می شود با بهره گیری از جدیدترین متدها و استانداردها میزان نیاز انرژی ساختمان را به حداقل برسانند و بعد از آن با استفاده از انواع نرم افزارهای شبیه‌سازی زمانمند عملکرد ساختمان رفتار حرارتی ساختمان را در زمانهای مختلف بررسی و مصرف دقیق انرژی ساختمان را تعیین نماید. در ادامه با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی در حوزه انرژیهای تجدیدپذیر میزان تولید انرژی سالانه در ساختمان تعیین می‌گردد و با بهبود شرایط مصرف و تولید، تراز انرژی سالانه ساختمان صفر می گردد.

در طراحی ساختمان انرژی صفر علاوه بر رعایت موارد معمول در ساختمان‌های متداول، موارد ویژه دیگری نیز باید در نظر گرفته شود. از آنجا که انرژی مصرف شده در این ساختمان باید با استفاده از انواع روش‌های ممکن تولید و تامین گردد، لذا استفاده بیشتر انرژی در ساختمان، معادل با بزرگ شدن ظرفیت تولید انرژی در ساختمان می‌شود، که چنانچه این موضوع از نظر فنی مقدور باشد، شرایط اقتصادی طرح مانع از انجام آن خواهد شد. بر این اساس در طراحی ساختمان‌های انرژی صفر اصولی به شرح ذیل مورد نظر 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

در همین راستا نیز طراحی و احداث ساختمان‌های سبز (Green Buildings) مورد توجه قرار گرفته است و به دسته‌ای از ساختمان‌ها گفته می‌شود که در برابر حفظ منابع زیست محیطی در طول عمر یک ساختمان از زمان طراحی و احداث تا بهره‌برداری و بازسازی متعهد می‌باشند. در این ساختمانهای دوستدار طبیعت، علاوه بر اینکه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در آن اولویت دارد و مصرف انرژی آن ناچیز می‌‌باشد، مصالح آن نیز از منظر زیست محیطی مورد ارزیابی قرار می گیرد. هدف نهایی ساختمان سبز، استفاده بهینه از منابع و کاهش تأثیر منفی ساختمان بر روی محیط زیست است. یکی از مهمترین اهداف ساختمان سبز 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، اتلافهای انرژی موجود در ساختمان را کاهش دهند. در نتیجه راهکار موجود استفاده از پنجره هایی با عملکرد بسیار بالا و عایقکاری دیوارها، بام و کف ساختمان می‌باشد. استراتژی که در احداث ساختمان سبز توسط مهندسین انرژی بکار برده می‌شود، طراحی ساختمان با دیدگاه استفاده از انرژی خورشید است که اغلب در ساختمانهای با مصرف بهینه انرژی اجرا می‌گردد. در این ساختمانها موقعیت پنجره ها، دیوارها، ایوانها، سایبانها و درختها بایستی طوری جهت یابی شود که موجب ایجاد سایه در تابستان و بیشترین بهره خورشیدی در زمستان گردد. علاوه بر آن مکان مناسب پنجره می‌تواند باعث افزایش میزان نور روشنایی روز و کاهش مصرف انرژی الکتریکی بابت روشنایی در طول روز گردد. از جمله راهکارهای موثر در این بخش می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

انرژی خورشیدی فعال (Active solar)

انرژی خورشیدی غیرفعال (Passive solar)

انرژی الکتریکی خورشیدی (Photovoltaic)

استفاده از فضای سبز بر روی بام ساختمان (Roof garden)

استفاده از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (BMS)

نویسنده: پروفسور ساسان محاسب ( دارای مدرک دکترای مهندسی سازه از دانشگاه زوریخ سوییس  و دارای درجه مهندسی از دانشگاه استنفورد کالیفرنیا آمریکا)