بهره‌وری انرژی در ساختمان‌ها

قرن 21 همانگونه که در محافل علمی مورد بحث است، قرنی آمیخته با نیاز گسترده جهانی به مصرف انرژی است. طی یک بررسی بین سال های 2001 تا 2004 برآورد گردید که میزان مصرف انرژی در جهان به طور متوسط با افزایش 3.7 درصدی همراه بوده است که پیش‌بینی می شود این آمار تا سال 2037 با افزایش دو برابری و تا 2057 با افزایش سه برابری روبرو باشد.
نقش انسان در گرمایش زمین، خصوصا طی 50 سال گذشته انکارناپذیر است. همچنین واضح است که برای دستیابی به یک منبع انرژی پایدار، مقرون به صرفه و ایمن که منجر به کاهش تولید گازهای گلخانه ای می شود، قطب های اقتصادی جهان به یکدیگر وابسته هستند. بنابراین تحقیقات دانشمندان عمدتا بر دستیابی به اهدافی مانند بهبود بهره‌وری انرژی سیستم ها، کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای به منظور کاستن تغییرات شدید آب و هوایی، مصرف آگاهانه انرژی و استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی متمرکز گردیده اند. هدف نهایی این تحقیقات، نیل به کاهش چشمگیر هزینه ها، افزایش بهره‌وری، کاهش هرچه بیشتر تغییرات آب و هوایی و بهینه‌سازی استفاده از تکنولوژی در مناطق با شرایط متفاوت می باشد.
در فوریه 2005، طی پروتکل کیوتو، مکانیسمی طرح گردید که به کشورهای صنعتی در رسیدن به اهداف مرتبط با کاهش تولید گازهای گلخانه ای کمک شایانی می کرد. این تحقیقات، با هدف کاهش اثرات گاز دی اکسید کربن بر جو زمین از طریق کاهش تولید گازهای آلاینده و استفاده از فن آوری های تولید انرژی بدون آلایندگی صورت گرفته اند. فن آوری هایی از قبیل استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای سرمایش و گرمایش، تولید سوخت‌های تجدیدپذیر از زیست توده (بایومس)، متمرکز کننده توان خورشیدی، استفاده از سیستم های پنل فتوولتائیک، انرژی های تجدیدپذیر باد، اقیانوس ها، و انرژی ژئوترمال (زمین‌گرمایی).
مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنعت ساختمان
در حوزه مصرف انرژی، نقش ساختمان ها در افزایش مصرف انرژی و انتشار گاز دی اکسید کربن در سراسر جهان نگران کننده است. از میزان نهایی مصرف انرژی در سطح جهان، سهم ساختمان ها در جوامع صنعتی بین 35% تا 40% می باشد، رقمی که با احتساب هزینه‌های انرژی مصالح ساختمانی و زیرساخت‌ها حتی به بیش از 50% هم خواهد رسید. بنابراین چنانچه سیاست‌هایی با هدف تغییرات در بهره وری ساختمان ها اجرا گردد، کاهش چشمگیری را در سطح مصرف انرژی شاهد خواهیم بود.
ساختمان‌های خورشیدی در حوزه مصرف انرژی به دلیل چرخه حیات طولانی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار هستند، چرا که هزینه های مصرف انرژی و نگهداری ساختمان ها به مراتب بیشتر از هزینه های ساخت اولیه می باشد. به علاوه به دلیل افزایش سطح انتظارات جامعه برای رفاه و آسایش بیشتر در منازل و ادارات، بازار تجهیزات گرمایشی و سرمایشی رشد مداومی را تجربه می‌کند. مسئله تأمین آسایش بخصوص در فصول گرم حائز اهمیت بسیاری است، بنابراین صنعت تجهیزات تهویه مطبوع در حال گسترش روزافزون می باشد.
در این راستا با نگاهی به میزان مصرف کنونی انرژی و میزان مصرف مورد انتظار در آینده نزدیک در نقاط مختلف جهان (افزایش 23 درصدی در اروپا، 40 درصدی در آسیا، 23 درصدی در اقیانوسیه، 14 درصدی در آفریقا، 13 درصدی در آمریکای جنوبی و 11 درصدی در خاورمیانه)، واضح است که تغییرات در سیاست های بهره وری انرژی منجر به کاهش در مصرف انرژی ساختمان ها خواهد گردید. بکارگیری استراتژی های طراحی سازگار با محیط زیست، بهبود پوشش ساختمان‌ها، تغییر در الگوی مصرف انرژی مصرف کنندگان از طریق اطلاع رسانی و آگاه سازی، ترکیب تکنولوژی های پایدار و استراتژی های پویا، و استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر به عنوان مهم ترین راه های جایگزین برای بهبود بهره وری انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده ساختمانی به شمار می روند.
به کارگیری یک فرآیند طراحی جامع و همه جانبه نگر در پروژه‌های جدید ساختمانی (برنامه ریزی، طراحی، ساخت و ساز، سکونت و بهره‌برداری) باعث صرفه جویی در هزینه های عمده ساخت و ساز گردیده، به طور معمول تنها با افزایش 2 درصدی در هزینه ساخت (و یا گاهاً بدون هیچگونه افزایش هزینه ای) بهبود 30 تا 50 درصدی در بهره وری انرژی را به ارمغان می‌آورد. در این حالت بازگشت سرمایه به صورت آنی یا حداکثر 5 ساله می تواند مورد انتظار باشد.

دامنه تحقیقات در حوزه بهره‌وری انرژی
در حال حاضر، تحقیقات و توسعه در مبحث بهره وری انرژی و انرژی تجدیدپذیر در ساختمان ها به طور عمده بر موضوعات زیر متمرکز می باشند:
• کلکتور یا جذب کننده های خورشیدی برای گرمایش هوا و آب:
تحقیقات در این زمینه بر توسعه بهره وری و بکارگیری جذب کننده های خورشیدی مقرون به صرفه تاکید دارد. رویکرد حال حاضر جایگزینی متریال های کنونی مورد استفاده در جذب کننده های خورشیدی با متریال جدیدتر می باشد. از آن جمله می توان به جایگزینی شیشه با نسل جدیدی از پلاستیک، استفاده از پوشش اپتیکال (نوری) با کارآیی بالاتر برای جذب و یا انتقال نور خورشید، استفاده از متریال با پاکسازی خودکار، عایق بندی با عملکرد بالا و … اشاره نمود. بنابراین استفاده از جذب کننده ها با قابلیت عملکرد در درجات گرمایی بالاتر (بازه 80 تا 250 درجه سانتیگراد) در حال توسعه می‌باشد.
• تجهیزات سرمایش خورشیدی در مقیاس کوچک:
با افزایش مداوم بیشینه بار مصرفی برق، تاثیر مصرف انرژی تجهیزات تهویه مطبوع بر افزایش تقاضای برق یکی از مشکلات عمده محسوب می‌شود. مصرف‌کنندگان برای تهیه تجهیزات سرمایشی مقیاس کوچک (با حداکثر ظرفیت 5 تا 10 کیلووات) در بازار با کمبود مواجه هستند. این تحقیقات عمدتا بر توسعه تجهیزاتی با ظرفیت پایین، قیمت مقرون به صرفه و عملکرد بالا برای جایگزینی با دستگاه های سرمایش الکتریکی رایج در بخش خانگی متمرکز می باشند.
• توسعه و بکارگیری اجزای ساختمانی استانداردسازی شده:
این بخش بر توسعه و بکارگیری اجزای استانداردسازی شده در صنعت ساختمان از قبیل پنل های فتوولتائیک منطبق با استانداردهای موجود و مقررات ملی ساختمان، پنل های پربازده نما، دیوارهای جذب کننده خورشیدی، نماهای دو پوسته، و … تاکید دارد. به این منظور گروه‌هایی متشکل از معماران، محققان، تکنسین های آزمایشگاهی و سازندگان می‌بایست در این تحقیقات همکاری نموده و نتیجه جهت ورود متریال و تکنولوژی های نوظهور ساختمانی به بازار مورد استفاده قرار گیرد.
• نرم افزار شبیه سازی ساختمان:
این نرم افزار به منظور شبیه سازی دما، تهویه، نور، روشنایی و نیازهای انرژی ساختمان استفاده می‌شود. این قبیل برنامه‌ها قادر به محاسبه رفتار حرارتی ساختمان‌ها و تغییرات متغیرهای گوناگون از قبیل شرایط اقلیمی، ژئومتری، مصالح و … برای ارزیابی واکنش‌های حرارتی آنها می باشند.
• یکپارچه‌سازی تأمین انرژی‌های تجدیدپذیر:
این بخش به یکپارچه‌سازی تأمین انرژی خارجی و خودتأمینی از انرژی‌های تجدیدپذیر متناسب با انواع گوناگون ساختمان و مناطق مختلف آب و هوایی با هدف دستیابی به کاهش جدی و موثر در مصرف متداول انرژی در بخش‌های عمومی و اختصاصی می‌پردازد. همچنین این تحقیق کمک شایانی به اجرای مقررات، از قبیل استانداردها و گواهینامه‌های بین‌المللی در صنعت ساختمان و به طور عمده در حوزه ساختمان‌های جدید نموده است.