بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در ساختمانهای مسکونی کشور می تواند میزان مصرف سوختهای فسیلی را کاهش داده و به حفظ محیط زیست و افزایش کیفیت زندگی مردم منجر گردد. این عمل تاثیرات روحی و روانی مطلوبی نیز بر زندگی انسانها می گذارد. با توجه به اهمیت موضوع مورد بحث، این پروژه با دیدگاه همساز نمودن با اقلیم و صرفه جویی در مصرف انرژی در فضاهای مسکونی انجام شد و در آن روند طراحی یک واحد همسایگی همساز با اقلیم یزد ارائه گردید.
جمع آوری اطلاعات با روش کتابخانه ای و میدانی صورت گرفته است. بخشی از مطالعات صرف شناخت اقلیم منطقه با کمک آمار و اطلاعات سازمان هواشناسی گردید. اطلاعات هواشناسی با استفاده از معیارهای معتبر تحلیل و در نهایت احکام کاربردی اقلیمی جهت استفاده در طراحی معماری ارائه شد. نتایج حاصل از بررسی ها در طرح یک واحد همسایگی همساز با اقلیم یزد ارائه گردید. در این واحد همسایگی سعی شده است که آسایش انسان در فضاهای باز و بسته با استفاده از انرژیهای طبیعی مانند انرژی تابشی خورشید در زمستان، انرژی باد، ایجاد سایه، آب و فضای سبز در تابستان تا حد امکان پاسخ داده شود.
مقدمه
انرژی خورشید یکی از مهمترین انرژی های تجدید پذیر می باشد. مهمترین چالش بشر که بحران انرژی بوده و پایان یافتن منابع سوختهای فسیلی در آینده نزدیک آن را بیشتر نشان خواهد داد. گازهای گلخانه ای حاصل از بهره گیری از این منابع فسیلی تا مدتها آلودگی محیط زیست را به همراه خواهد داشت. وزن خورشید 333 هزار برابر زمین است بنابراین می توان این منبع انرژی را تا 5 میلیارد سال آینده مورد استفاده قرار داد. یکی از مشکلات استفاده از انرژی خورشیدی تبدیل آن به شکلهای دیگر انرژی بخصوص انرژی الکتریکی است که به کمک آن بتوان انتقال ساده تری انجام داد. این روش نیازمند هزینه اولیه بالا بوده و در برخی موارد توجیه اقتصادی ندارد. مصرف انرژی در ساختمانها به حدی زیاد است که می توان با کاهش میزان آن، گام موثری در استفاده بهینه از انرژی در جهان برداشت.
کاهش مصرف انرژی یکی از معیارهای مهم برای مقابله با تغییرات آب و هوایی به شمار می رود. ساختمانها امروزه %40 از مصرف انرژی و %24 از انتشار گازهای گلخانه ای را به خود اختصاص داده اند و ساختمانهای مسکونی به تنهایی %27 از مصرف انرژی را به خود اختصاص داده اند. - IEA, 2011 - جمعیت و نیاز به ساختمانهای مسکونی در سراسر جهان رو به افزایش است. بنابراین، کاهش مصرف انرژی و افزایش استفاده از منابع تجدید پذیر در بخش ساختمان اقدامات مهم مورد نیاز برای کاهش وابستگی به انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهد. مفهوم ساختان انرژی صفر خالص دیگر مفهومی نیست که گمان شود در آینده بسیار دور قابل دسترس خواهد بود. تعداد فراوان پروژه های انجام شده در جهان که اقلیمهای مختلفی را هم شامل می گردد نشانگر آن است که می توان با امکانات و تجهیزات موجود در بازار به این مهم دست یافت.
انرژی های تجدید پذیر در دنیا می تواند به طور کامل پاسخگوی تمامی نیازهای انرژی ما باشد. در نگاه اول مفهوم انرژی صفر ساده و قابل درک به نظر می رسد. با این حال ممکن است تفاوت قابل توجهی میان تعاریفی که به نظر مشابه می رسند وجود داشته باشد. در سطح بین المللی راهکار گرمایش و سرمایش خورشیدی در قالب دستورالعمل شماره 40 از سوی آژانس بین المللی انرژی در کشور کانادا برای مطالعه ساختمانهای با انرژی نزدیک صفر و یا صفر خالص و یا با مصرف انرژی بسیار پایین ارائه شده است.
زمان آغاز این پروژه اکتبر 2008 بوده و تا سپتامبر 2013 ادامه خواهد داشت. هدف اصلی آن است که بتوان درک مشترکی از تعاریف ساختمانهای با انرژی صفر به دست آورد. این بررسی با توجه به چالشهای جهانی مربوط به تغییرات آب و هوایی و کمبود منابع در دسترس در صدد است تا روند افزایش بهره وری انرژی در ساختمانها به سرعتی بیش از حالت کنونی برساند. گرچه اصطلاحات موجود در زمینه ساختمانهای با انرژی صفر تعابیر و معانی مختلفی دارند اما چندین کشور با همکاری آژانس بینالمللی انرژی، بهبود این دیدگاه را بعنوان هدف بلند مدت سیاستهای انرژی خود در ساختمانها قرار داده اند.
تعاریف فراوانی برای ساختمانها با مصرف انرژی صفر وجود دارد. در گزارشی که توسط تورسلینی و همکاران ارائه شده، تعریف عمومی برای ساختمانهای با مصرف انرژی صفر ارائه شده است که آن هم از دپارتمان انرژی امریکا، طرح فناوریهای ساختمان گرفته شده است: یک ساختمان با مصرف انرژی صفر ساختمانی مسکونی یا تجاری است که بخش اعظم انرژی مورد نیاز خود را با افزایش کارایی ساختاری از طریق برقراری تعادل نیازهای انرژی قابل تامین با فناوری های تجدید پذیر، کسب نماید.
پیشرفت تکنولوژی با فراهم کردن آسایش برای انسان مشکلاتی نیز ایجاد نموده است. مشکل آلودگی محیط زیست و از بین رفتن منابع سوختهای فسیلی دو نمونه مشخص از این مشکلات است. استفاده از انرژی های پاک و تجدید پذیر مانند انرژی خورشید، باد، زمین گرمایی به جای سوختهای فسیلی با همراهی اصول پایداری محیط می تواند از آلودگی ها به میزان قابل توجهی بکاهد.
بررسی سهم بخشهای مختلف از انرژی مصرفی نشان می دهد که ساختمانها با مصرف نیمی از انرژی مورد استفاده بشر نقش موثری در آلودگی ها و قابلیت کاهش مصرف آن را دارا هستند. بخشهای اصلی مصرف انرژی در ساختمان شامل روشنایی، گرمایش و سرمایش، وسایل و تجهیزات مختلف الکتریکی می باشد.
پیشینه استفاده از انرژی خورشید مربوط به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح است. استفاده های گرمایشی، پخت و پز، روشنایی و ایجاد آتش مهمترین بهره های انسان به شمار می رفت. یونانی ها و رومیان ساختارهای معمارانه خاصی برای بهره گیری از نور و گرمای خورشید در ساختمانها در نظر می گرفتند. استفاده از ذره بین برای ایجاد آتش با نور خورشید در قرن هفتم پیش از میلاد رواج قابل توجهی داشت. در قرن سوم پیش از میلاد، رومی ها و یونانی ها با استقاده از آینه و تمرکز نور، مشعل هایشان را روشن می نمودند. یک قرن بعد ارشمیدس یونانی با این شیوه و به کمک آینه های برنزی سبب به آتش کشیدن کشتی های دشمنان شد. این عمل سبب شد تا ارشمیدس را پیشگام بهره گیری از انرژی خورشید بدانند.
به تدریج استفاده از انرژی خورشید در دنیای پیشرفته نیز رواج یافت و در سال 1938 اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست امریکا - MIT - ساخته شد. در دهه 1980 آبگرمکنهای خورشیدی در امریکا رواج یافت. به این ترتیب انتظار فراوانی برای استفاده از انرژی خورشید به صورت گسترده وجود داشت اما با ظهور سوختهای فسیلی جایگاه آن کمتر شد. ارزانی بیش از حد سوختهای فسیلی سبب شد تا نقش اصلی انرژی را بر عهده بگیرند. زمانی که زمزمه های پایان این انرژی به گوش رسید، بهره گیری از خورشید دوباره اهمیت یافته و نیروگاههای خورشیدی زیادی احداث شد.
با توجه به شرایط اقلیمی کشور ایران و قرارگیری آن در منطقه خشک که تابش خورشید در تمامی طول سال می تواند منبع قابل اعتمادی را برای تامین انرژی ساختمانها فراهم نماید، می توان انتظار داشت که استفاده از این روند امکان تسهیل تامین نیازهای انرژی ساختمانها را فرآهم نماید. در منطقه گرم شهر یزد نیز می توان این موضوع را با قابلیت اطمینان بیشتری بررسی کرده و به نتایج مطلوب دست یافت. طراحی مجموعه های مسکونی به صورت واحد همسایگی برای تامین شرایط مطلوب سکونت و تعریف ارتباطات اجتماعی مناسب برای این منظور مناسب به نظر می رسد.
روش تحقیق:
روش تحقیق کتابخانهای، طراحی و ارزیابی می باشد. استفاده از منابع اینترنتی و سایتها و منابع معتبر فهرست شده در آنها به منظور دستیابی به آخرین نتایج تحقیقات و پژوهشهای محققان جهان و نیز تعامل مستقیم و ارتباط با اساتید و صاحبنظران این رشته می توان زیربنای نظری این تحقیق را فراهم سازد. استفاده از کتابهای مختلف و تحقیقات کتابخانه ای نیز می تواند در کنار این روند کمک کننده باشد.
ادبیات موضوع:
واژه ساختمان با مصرف انرژی صفر برای نشان دادن هر ساختمانی با نیاز انرژی صفر و یا ساختمان با انتشار انرژی صفر به کار برده می شود. اگر چه در هر دو اصطلاح شباهتهایی وجود داشته و اغلب به جای هم نیز به کار می روند اما تفاوتهایی ساختاری در آنها وجود دارد. اصطلاح ساختمان انرژی صفر به ساختاری اشاره دارد که در آن انرژی مصرفی برای کارهای روزانه وجود نداشته و ساختمانهای با انتشار کربن صفر بعنوان نتیجه ای از این عدم مصرف انرژی فسیلی قابل تعریف هستند. این موضوع مشخص می کند که ساختارهایی که حداقل مصرف انرژی های فسیلی را داشته باشند می توان در این گروه جای بگیرند. بنابراین در محتوای پاسخ به مشکل تغییرات اقلیمی که خود انسان منشا آن است، انتشار کربن به صورت ضمنی در تعاریف صریح مصرف انرژی فسیلی گنجانده شده است.
ساختمان با مصرف انرژی صفر یک مفهوم نسبتا جدید است و تعاریف در این حوزه هنوز در مرحله اولیه قرار دارند. اولین مفهوم در این زمینه به دهه 1970 باز می گردد. اسبنسن و کرسگارد - Esbensen, T., Korsgaard, V., 1977 - خانه ای با مصرف انرژی صفر را به صورت تجربی گزارش نمودند که توسط دانشگاه صنعتی دانمارک مورد حمایت مالی قرار گرفته بود. ساختار آن به شرح زیر است:
با اتخاذ تدابیر حفاظت از انرژی از جمله ساخت ساز عایق بندی شده، تجهیزات بازیابی حرارت و سیستم انرژی خورشیدی، خانه با انرژی صفر در دانمارک به خانه ای گفته می شود که بتواند برای گرم کردن فضا و تامین آب گرم در طول شرایط اقلیمی عادی کشور بتواند خودکفا عمل نماید. تامین انرژی الکتریکی در این ساختمان از برق شهر می باشد.
در سال 2007 بود که بحث گسترده ای در مورد خانه های با مصرف انرژی صفر در دنیا آغاز گشت. - Marszal, A., Bourelle, J., . Nieminen, J, Gustavsen, A., Heiselberg, P., 2010 - این موضوع توجه گسترده مخاطبان را بعنوان یک نتیجه طبیعی از افزایش نگرانی در مورد تغییرات اقلیمی و کمبود منابع انرژی تجدید تاپذیر به خود جذب نمود. انگلستان اولین کشوری بود که برای تعریف یک خانه با تولید کربن صفر در اواخر سال 2006 اقدام نمود.
مفهوم مناسب طراحی خانه پایدار - CSH - یک نظام رتبه بندی 6 مرحله ای را برای ساختمان پیشنهاد می کند که در آن کد سطح 6 همان خانه با تولید کربن صفر است. با توجه به تعریف چنین خانه ای تولید گازهای گلخانه ای بخصوص دی اکسید کربن را که در نتیجه مصرف سوختهای فسیلی در خانه انجام می شود را در روند چرخه حیات خود ندارد. - DCLG, 2006 - در همان زمان بحثی در مورد تعریف ساختمانهای با مصرف انرژی صفر در امریکا آغاز گردید که شروع کننده این بحث تورچلینی و همکاران بودند.
ایده یکپارچه سازی بهره وری انرژی امروزه به یک بخش جدایی ناپذیر از تعریف ساختمان با مصرف انرژی صفر تبدیل شده است. تورچلینی و همکاران نیز استدلال کردند که ساختمانها با مصرف انرژی صفر می تواند به روشهای مختلف بسته به محل و محدوده قرار گیری تعریف گردد. - Torcellini, P., Pless, S., Deru, - M., Crawley, D., 2006 علاوه بر این تعاریف مختلف مورد نیاز این بحث می تواند بسته به اهداف پروژه و نیازهای کارفرما و مشتریان متغیر باشد. بعنوان مثال هزینههای انرژی برای کاربران ساختمان اهمیت زیادی دارد.
سازمانهای دولتی در رابطه با تامین انرژی عامه مردم درگیر بوده و به این ترتیب مباحث مختلف صرفه جویی در آن را بسیار مطلوب می دانند و از آن استقبال می کنند. طراح ساختمان هم احتمال دارد که برای دسترسی به الزامات تعیین شده توسط مراجع دولتی اقدام به طراحی ساختمان با قابلیت استفاده از انرژی های سایت بنا نماید. در نهایت سازمانهای محیط زیستی در مورد آلودگی های انتشار یافته از طریق مصرف سوختهای فسیلی حساسیت نشان می دهند و در پی کاهش آن هستند.
می توان اینگونه گفت که ساختمان با انرژی صفر، ساختمانی است که با اتکا به انرژی های طبیعی و بدون وابستگی به انرژی های بیرون از ساختمان - انرژی های تامین شده از بیرون ساختمان - بتواند گرمایش و سرمایش و تهویه را برای ساکنان به خوبی انجام دهد.
به همین دلیل تورچلینی و همکاران تعریف ساختمان با مصرف انرژی صفر خالص را بعنوان ساختمانی که تامین انرژی را از طریق محل قرارگیری خود انجام می دهد، معرفی نمودند. آنها همچنین سلسله ای از اولویتهای انرژی تجدیدپذیر که بهره وری بالایی دارند را مشخص کرده و اظهار می دارند که باید برای دستیابی به تعریف ساختمان با مصرف انرژی صفر خالص ذینفعان را تشویق کرده و سپس با استفاده از منابع انرژی در دسترس تجدید پذیر اقدام عملی صورت دهند.
ساسوروا و همکاران اهمیت طراحی بازشو - نسبت پنجره به سطح دیوار، جهتگیری پنجره و نسبت پهنا به عمق پنجره - را مورد مطالعه قرار داده و نتیجه گرفتند که طراحی بهینه می تواند مصرف انرژی را در ساختمانهای اداری کاهش داده و منجر به دستیابی به کاهش مصرف انرژی در تمامی مناطق آب و هوایی گردد.
صرفه جویی بیشتری را می توان در آب و هوای گرم به دست آورد. طراحی مطلوب روزنه ها در آب و هوای سرد تاثیر کمتری دارد. نتایج تحقیق پیکاس و همکاران نشان داد که فن آوری بهره وری انرژی در ساختمانها از قبیل استفاده از عایق بندی حرارتی، پنجره ها با قابلیت انتشار کم حرارت و کنترل روشنایی روزانه فضاها می تواند در ساختمانهای تجاری جدید بین 20 تا 30 درصد و در برخی مکانهای خاص تا 40 درصد صرفه جوبی در انرژی را باعث گردد. علاوه بر این ایشان استدلال کردند که راهکارهای بهره وری انرژی می تواند در طولانی مدت هزینه های کلی مالکان را نیز کاهش داده و از این طریق تمایل بیشتری به سرمایه گذاری در این بخش پیدا می کنند
مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی به بخشهای مختلفی اختصاص می یابد که به گزارش کاپسالاکی و لیل به شرح زیر می-باشد. همانطور که در تصویر مشخص است سهم مصرف گرمایش میزان زیادی را به خود اختصاص داده است
تصویر شماره :1 میزان مصرف انرژی در ساختمانهای مسکونی ایالات متحده امریکا
از اوایل قرن 20 در کشورهای پیشرفته جهان در راستای هویت بخشیدن به نظام شهری و برایِ به وجود آوردن سلسله مراتب شهری و انتظام آن- که پس از انقلاب صنعتی دچار از هم گسیختگی و درهم ریختگی ناشی از عدم توانایی جوابگوئی به نیازهای جدید شده بود -تلاشهایی صورت گرفت. نتیجه این تلاشها به ارائه نظریات و تهیه الگوهایی انجامید.
سیستمهای صرفه جویی در مصرف انرژی:
سیستم صرفه جویی در مصرف انرژی با توجه به ماهیت کارکردی آن به دو دسته کلی قابل تقسیم است: سیستمهای فعال و سیستمهای غیر فعال. در سیستمهای فعال جذب انرژی خورشید، ذخیره، انتقال و توزیع آن توسط دستگاههای مکانیکی انجام می گیرد اما در سیستمهای غیرفعال جذب، ذخیره و انتقال حرارت بدون استفاده از وسایل و تجهیزات مکانیکی انجام می شود. در این سیستمها جابجایی انرژی حرارتی با روش جابجایی طبیعی، هدایت و تابش می باشد
