این مقاله به بررسی چگونگی بکارگیری اصولی انرژی و طراحی آن به گونه ای موثر و کارآمد در پروژه‌های ساختمانی و همچنین بررسی مزایای آن می‌پردازد.
آنچه در این مقاله می‌خوانید:
- چرا ساختمان ها نیاز به تغییر در طراحی ساخت و ساز دارند؟
- بهره‌وری پیشرفته انرژی چه مزایایی را در بر می‌گیرد؟
- چه مواردی برای افزایش بهره‌وری انرژی می‌بایست مورد بررسی قرار گیرد؟
- پوسته خارجی ساختمان
- طراحی داخلی و جهت‌گیری ساختمان
- سیستم‌های گرمایش و سرمایش
- روشنایی
- تولید انرژی تجدیدپذیر
- سیستم گرمایش آب
- تجهیزات خشک‌کن لباس
- اوج تقاضا (بالاترین تقاضای برق)
- الزامات و استانداردهای ملی ساخت و ساز
چرا ساختمان ها نیاز به تغییر دارند؟
حدود 40 درصد از منابع انرژی جهان در ساختمانها (مسکونی و تجاری) به مصرف می‌رسند. آمارها حاکی از آن است که با توجه به سهم قابل توجه سوخت‌های فسیلی در تولید برق، مصرف برق به طور تقریبی سهم 70 درصدی در انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد.
اصول طراحی غیرفعال شامل ذخیره حرارتی، توده حرارتی و یا جرم حرارتی (Thermal mass)، تعبیه سایبان برای فضاهای خارجی، تعیین جهت مناسب استقرار ساختمان، تهویه طبیعی، و عایق‌های حرارتی با کارآیی بالاتر منجر به کاهش نیاز به تجهیزات پرمصرف انرژی می‌شود که دمای آسایش را در داخل ساختمان تأمین می کنند. به علاوه، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر منجر به کاهش اثرات مخرب محیطی ساختمانها نیز می‌گردد.
ساختمان‌هایی که از طراحی مناسبی برخوردار هستند، باعث کاهش مصرف برق، صرفهجویی در هزینه‌ها، و کاهش اثرات مخرب تغییرات آب و هوایی می‌گردند. در مقابل، طراحی ضعیف و نامناسب در ساختمانها علاوه بر غیراقتصادی بودن، منجر به تولید و انتشار گازهای گلخانه‌ای نیز خواهند شد.
بهره‌وری پیشرفته انرژی چه مزایایی را به ارمغان می‌آورد؟
به عنوان یک مالک، ساکن، و یا سازنده ساختمان، بکارگیری اصول طراحی سازگار با محیط زیست پایدار (ESD) در طراحی، ساخت و یا بازسازی ساختمانها، فواید و مزایای چشمگیری در زمان حال و آینده خواهد داشت.
به طور کلی انتظارات مالک و یا افراد ساکن یک ساختمان به شرح زیر می‌باشد:
- استفاده کمتر از سیستم گرمایش و سرمایش فعال و در نتیجه پرداخت هزینه کمتر برای قبوض انرژی
- بهبود آسایش زندگی
- حفظ و ارتقای ارزش دارایی‌های ملکی در آینده
همچنین سازندگان نیز می‌توانند از این مزایا برخوردار گردند:
- افزایش احتمال فروش ملک به خریداران بالقوه
- بازگشت سرمایه با درصد بیشتر
- ارتقاء سطح استانداردهای ساخت و ساز و مهمتر از آن، برآورده شدن انتظارات جامعه در حوزه‌ی پروژه‌های ساختمانی.
چه مواردی برای افزایش بهره‌وری انرژی می‌بایست مورد بررسی قرار گیرد؟
بکارگیری اصول طراحی سازگار با محیط زیست پایدار (ESD) در مراحل اولیه اجرای پروژه، برای هر دو گروه صاحبان ملک با هدف بازسازی ساختمان‌های مسکونی و یا سازندگان به منظور طراحی و ساخت ساختمان‌های چند طبقه، بسیار حائز اهمیت است. اعمال تدابیر پایدار پس از تکمیل فرآیند طراحی، به مراتب هزینه بیشتری را به پروژه تحمیل خواهد کرد.
در ادامه، به برخی مؤلفه‌های اثرگذار بر طراحی کارای ساختمانها اشاره می‌شود.
- پوسته خارجی ساختمان
بخش خارجی ساختمان اغلب با عنوان “پوسته ساختمان” نامیده می‌شود. این پوسته از ساکنین در برابر عواملی مانند گرما، سرما، باد و باران محافظت می‌کند.
به منظور حفاظت حداکثری پوسته ساختمان در برابر گرما می بایست:
- دیوارها، کف و سقف‌ها فراتر از استانداردهای رایج به عایق حرارتی مجهز شوند.
- تمامی درزهای در و پنجره‌ها و هرگونه شکاف بین بخش داخلی و خارجی ساختمان با درزگیر و عایق پوشانده شوند.( حذف پلهای حرارتی)
- استفاده از ذخیره حرارتی اجزاء ساختمان به منظور به تعادل رساندن دمای داخلی ساختمان از طریق ذخیره و آزادسازی گرما مورد بررسی قرار گیرد.
- بکارگیری پنجره‌ها و بازشوهایی با محافظت انرژی کارآ
طراحی داخلی و جهت‌گیری ساختمان
به منظور به حداقل رساندن استفاده از سیستم‌های سرمایش و گرمایش مکانیکی، اصول طراحی به شرح زیر می بایست مدنظر قرار گیرند:
- بهتر است جهت‌گیری فضاهای مورداستفاده برای نشیمن به سمت شمال و یا تا حد امکان نزدیک به آن باشد. این امر به منظور دریافت حداکثری نور خورشیدی غیرفعال طی ماه‌های سرد سال انجام می‌پذیرد.
- موقعیت قرارگیری پنجره‌ها و ابعاد آنها بر مقدار نور مصنوعی موردنیاز در طی ساعات روز موثر است. به منظور افزایش میزان نور طبیعی ورودی، بهتر است از شیشه‌های شفاف برای پنجره‌ها استفاده شود. استفاده از نورگیر سقفی و یا سقف شیشه ای (Skylight) برای افزایش میزان نور ورودی در ساختمانها با پلان عمیق توصیه می‌شود.
- موقعیت ساخت پروژه در مرحله اولیه می بایست به دقت مورد بررسی قرار گیرد که آیا امکان سایه‌اندازی ساختمان‌های مجاور وجود دارد؟ در این صورت می‌بایست برای مقابله با هرگونه مشکلی به بررسی راه حل‌های مناسب از قبیل تعبیه پنجره‌ها در جای مناسب و یا تغییر جهت‌گیری ساختمان پرداخت.
- بهتر است اتاق‌های دارای سیستم گرمایش در مجاورت هم قرار گیرند. اتاق‌ها می‌بایست به وسیله در با یکدیگر مرتبط بوده و دیوارهایی که مجاورت اتاق‌های بدون سیستم گرمایش قرار دارند، به عایق حرارتی مجهز شوند. به عنوان مثال، درجه حرارت فضاهای انبار و پارکینگ میتواند با فضای بیرون ساختمان یکسان باشد، و این فضاها نیازی به سیستم گرمایش ندارند.
ذخیره حرارتی (به عنوان مثال در کفپوش بتنی) هنگامی که در معرض نور مستقیم خورشید قرار می‌گیرد، قادر به ذخیره و آزادسازی حرارت در فصول سرد می‌باشد. همچنین در فصول گرم، ذخیره حرارتی میتواند با ایجاد سرمایش غیرفعال از طریق آزادسازی حرارت ذخیره شده در شب به طرق موثر تهویه (سرمایش غیرفعال با تهویه شب) کمک کننده باشد.
سیستم‌های گرمایش و سرمایش
انتخاب سیستم گرمایش و سرمایش مناسب پروژه ساختمانی، تأثیر شگرفی بر کاهش مصرف انرژی و تولید گازهای گلخانه‌ای دارد.
به طور معمول در پروژه‌های ساختمانی و بازسازی‌های هوشمند، طراحی خورشیدی غیرفعال به کار گرفته می‌شود. از جمله می‌توان به استفاده از عایق حرارتی استاندارد، تعبیه سایبان برای فضاهای خارجی متناسب با شرایط متغیر آب و هوایی، استفاده از تهویه طبیعی کارآمد و جهت استقرار ساختمان در بهترین جهت ممکن اشاره نمود.
در صورت بکارگیری تمامی اصول ذکر شده، نیاز ساختمانها به تجهیزات گرمایشی در زمستان به مقدار چشمگیری کاهش خواهد یافت و همچنین این امکان وجود دارد که نیاز به سیستم سرمایشی فعال در تابستان به طور کامل مرتفع گردد.
هنگام انتخاب سیستم گرمایش و سرمایش فعال (وابسته به مصرف انرژی برق)، توجه به مزایا و معایب هرکدام ضروری است. قوانین کلی در این زمینه عبارتند از:
- سیستم‌های گازسوز در مقایسه با سیستم‌های الکتریکی میزان کربن کمتری منتشر می‌کنند.
- در ایران برای نمایش میزان بازده سیستم‌های گرمایش و سرمایش از برچسب انرژی استفاده می‌گردد که نمایشگر میزان بازدهی و میزان برق مصرفی دستگاه بوده و شامل 7 طیف رنگی حروف لاتین از A تا G می باشد. حروف موجود روی گرید انرژی نمایانگر این است که مصرف انرژی دستگاه در چه مقیاسی رتبه بندی گردیده است. حرف A به معنای بالاترین بازدهی و کارآمدی دستگاه است، که به رنگ سبز تیره درنظر گرفته شده و حرف G نشانگر بازدهی و کارآمدی پایین می باشد که به رنگ قرمز تیره می باشد و مصرف زیاد برق را در پی خواهد داشت. گرید انرژی سیستم های تهویه با توجه به نوع کمپرسور و اینورتر به کار رفته در آن از گرید انرژی +++D,C,B,A,A+,A++,A تشکیل شده اند. برچسب مصرف انرژی +++A+,A++,A متعلق به سیستم های تهویه ای است که با بازدهی بسیار بالا و مصرف برق بسیار کم می باشد.
- سیستم‌های گرمایش هیدرونیک (کارکرد با آب گرم) میتواند از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی در قالب سیستم حرارتی خورشیدی استفاده نمایند، که کارکردی همانند سیستم آب گرم خورشیدی تعبیه شده روی بام ساختمانها دارند.
- سیستم‌های تهویه مرکزی در مجتمع‌های بزرگ تجاری به طور معمول به میزان بیشتری انرژی کارآ هستند. اگرچه، سیستم‌های مستقل قابلیت تطابق بیشتری با نیازهای متغیر دمایی در ساختمانها دارند.
- بعضی از سیستم‌ها اساساً بازده بیشتری نسبت به دیگر سیستم دارند. به عنوان مثال مصرف انرژی پنکه‌های سقفی به مراتب کمتر از سیستم‌های تهویه می‌باشد.
بازده انرژی سیستم‌های ساختمانی
| سیستم‌های ساختمانی | بازده پایین | بازده بالا |
| گرمایش محیطی | پنل‌های حرارتی الکتریکی | سیستم‌های گازسوز
سیستم گرمایش هیدرونیک خورشیدی |
| سرمایش محیطی | سیستم‌های تهویه الکتریکی | پنکه سقفی |
| گرمایش آب | آبگرمکن مخزنی برقی | سیستم‌های گازسوز
آبگرمکن خورشیدی (سهم انرژی خورشیدی > 80%) |
| نور مصنوعی | لامپ‌های هالوژن | لامپ‌های ال ای دی (دیود ساطع‌کننده نور)
لامپ‌های فلورسنت فشرده |
روشنایی
هنگام طراحی سیستم روشنایی مصنوعی ساختمان، توجه به موارد زیر ضروری به نظر می‌رسد:
- روشنایی فضاهای مورد استفاده دائمی مانند آشپزخانه و اتاق خواب در طی روز نیازمند نور مصنوعی نباشد.
- آشنایی با میزان موردنیاز روشنایی، مناسب برای فضاهای متفاوت زندگی و شغلی.
- انتخاب لامپ‌ها و سیستم‌های روشنایی انرژی کارآ.
- نصب روشنایی کم مصرف با کنترل پنل، حساس به حرکت، صدا و نور طبیعی و نصب کلید زماندار (تایم سوییچ) و یا کلید مستر با قابلیت کنترل همزمان چندین آیتم روشنایی و در صورت امکان سایر وسایل الکتریکی.
تولید انرژی تجدیدپذیر
علاوه بر طراحی و اجرای پروژه ساختمانی به روش ساختمان سبز، بسیاری از ساختمانها در حال حاضر با قابلیت تولید انرژی موردنیاز برای مصرف روزانه ساخته می‌شوند. آیتم‌های انرژی تجدیدپذیر شامل پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک و توربین‌های بادی کوچک برای تولید برق، سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی، و سیستم‌های ژئوترمال (انرژی زمین‌گرمایی) برای گرمایش و سرمایش محیطی می‌باشند. سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی جزو رایج‌ترین سیستم‌هایی هستند که با انرژی تجدیدپذیر و رایگان خورشید کار می‌کنند.
سیستم گرمایش آب
به طور میانگین، گرمایش آب سهم 20 درصدی در قبوض برق مشترکین دارد. انتخاب سیستمی با بازده انرژی بالا به کاهش هزینه‌های انرژی و ردپای زیست محیطی ساختمان (مقدار منابع طبیعی که بطور متوسط بمنظور خاصی مصرف می‌شود.) کمک شایانی خواهد کرد.
سیستم‌های گرمایش آب الگوی مشابهی را برای گرم و سردسازی دنبال می‌کنند:
- سیستم‌های گازسوز به طور معمول بازده بیشتری از سیستم‌های برقی دارند.
- میزان بازده سیستم‌های گرمایش آب با ستاره نمایش داده می‌شود. ستاره بیشتر، بازده بیشتر.
- سیستم‌های گرمایش آب خورشیدی درصد بالایی از انرژی موردنیاز برای گرمایش آب را با استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی تأمین می‌کنند. به علاوه در صورت نیاز می توان نیاز بیشتر به انرژی را از یک تقویت کننده گاز تأمین نمود که با عنوان سیستم گرمایش آب خورشیدی تقویت شده با گاز شناخته می‌شوند.
- آبگرمکن‌های دیواری در مقایسه با انواع مخزنی بازده بیشتری دارند. دلیل این امر عدم ذخیره آب و گرمایش مجدد و مداوم آن می‌باشد. با این وجود، با توجه به نوع منبع تأمین سوخت (انرژی تجدیدپذیر، برق و یا گاز) بازدهی میتواند متفاوت باشد.
تجهیزات خشک‌کن لباس
یک پروژه مسکونی با طراحی ایده‌آل می‌بایست شامل تجهیزات طبیعی خشک‌کن لباس باشد. فضاهای خشک‌کن خارجی به ساکنین امکان استفاده از نور خورشید و باد را به عنوان جایگزین وسایل برقی برای خشک کردن لباس‌ها می‌دهد. آپارتمان‌ها می‌توانند مجهز به رخت‌آویز دیواری تاشو در بالکن‌ها، و یا بند آویز رخت رایج بر روی پشت بام باشند.
کاهش اوج تقاضا
اوج تقاضا، به اوج مصرف برق اطلاق می‌گردد، که در اوج گرما و سرمای فصول گرم و سرد به نهایت خود می‌رسد. شرایط مذکور تنها در تعداد معدودی از روزهای سال ایجاد می‌گردد، با این وجود میزان مصرف برق و افزایش تقاضا در همین مدت زمانی کافی است تا نیاز به ساخت نیروگاه‌های جدید برق ایجاد گردد.
با این وجود، می‌توان به منظور کاهش تقاضای مصرف اقداماتی اتخاذ نمود:
- نصب سایبان‌های کارآمد
- بکارگیری عایق حرارتی مناسب
- استفاده از سیستم‌های سرمایش و گرمایش با بازده بالا
- نصب پنل‌های فتوولتائیک برای تولید انرژی در روزهای اوج مصرف (ماه‌های گرم)
الزامات و استانداردهای ملی ساخت و ساز
سازگاری با اصول طراحی محیط زیست پایدار (ESD) در دو سطح الزامات و عملکرد ایده‌آل قابل سطح‌بندی است.
الزامات
بازسازی و یا ساخت و ساز می‌بایست مطابق با مقررات ملی ساختمان باشد. این قوانین استانداردهای حداقلی می‌باشند که با استانداردهای عملکرد ایده‌آل متفاوت هستند.
استانداردهای عملکرد ایده‌آل
به منظور دستیابی به استانداردهای عملکرد ایده‌آل در ساخت و ساز، اصول ESD می بایست تا حد امکان در طراحی بازسازی و یا ساخت و ساز به کار گرفته شوند:
- نصب انواع سایبان‌های خارجی متناسب با جهات متفاوت نمای ساختمان.
- بازده انرژی بالاتر از استانداردهای حداقل.
- اطمینان از بهره‌مندی فضاهای مسکونی از نور طبیعی در طول روز و عدم وابستگی به نور مصنوعی.
- نصب تجهیزات نور مصنوعی انرژی کارآ شامل کنترل‌های حساس به نور.
- تهیه تجهیزات طبیعی خشک‌کن لباس.
- بررسی تولید انرژی تجدیدپذیر برای تأمین بخشی از نیاز انرژی مصرفی گرمایش آب، گرمایش محیط و برق مصرفی.
- بکارگیری سیستم‌های سرمایش و گرمایش انرژی کارآ (با رنکینگ انرژی بالا).
- نصب سیستم‌های گرمایش آب انرژی کارآ (با رنکینگ انرژی بالا).
برگرفته از:
Energy efficiency, building design for a sustainable future
City of Whittlesea
https://www.whittlesea.vic.gov.au/media/1805/sdapp-energy-efficiency-accessible-pdf.pdf
