مقاله ساختمان صفر انرژی ( نمونه موردی خانه نوری )

بخشی از مقاله

ساختمان صفر انرژی (نمونه موردی خانه نوری)

چکیده

امروزه یکی از مسائل مهم در مجامع علمی جهان، مبحث توسعه پایدار و به دنبال آن معماری پایدار است. بی تردید مصرف بی رویه منابع تجدید ناپذیر، نظیر سوخت های فسیلی در آینده نه چندان دور محیط زیست جهانی را به مخاطره خواهد انداخت. در این میان بخش ساختمان، بیش از یک سوم انرژی مصرفی کلی را به خود اختصاص داده است و با این روند امیدی به حفظ این منابع برای آیندگان نیست. و همین امر لزوم توجه بیشتر به این مساله و تلاش برای رسیدن به معماری پایدار را تایید می کند و در حالی که نزدیک به نیمی از منابع انرژی های برگشت ناپذیر جهان مصرف شده اند . پیش بینی می شود که قیمت سوخت های فسیلی در سال های 2012 تا 2015 به روند افزایشی خود ادامه دهد . ایده ساختمان های انرژی صفر در جهت برآورده نمودن نیازهای انرژی قرن حاضر شکل گرفته است و این ایده در جهت رفع نگرانی های مربوط به انرژی بر عصر حاضر است و در حقیقت ساختمان انرژی صفر یا ساختمان انرژی خنثی یا ساختمان مستقل از انرژی یک ایده ای خلاقانه است که بشر سالهاست در آرزوی تحقق آن بوده است و در سالیان اخیر توانسته است با استفاده از تکنولوژی مدرن و جدید به قسمت عمده ای از آن دستیابی پیدا کند. این مقاله در پی آن است به تعاریف و اصول حاکم بر طراحی این ساختمان ها را با ذکر نمونه مورد بررسی قرار دهد. در این بحث نشان داده می شود که ساختمان های انرژی صفر با استفاده هوشمندانه از تکنولوژی های تجدیدپذیر ،چگونه تعادل میان تولد و مصرف انرژی برقرار می کنند .

کلمات کلیدی: خانه نوری؛ انرژی های تجدید پذیر ؛ مصرف انرژی؛ انرژی صفر.

مقدمه

گرم شدن کره زمین ، نازک شدن لایه اوزن به علت استفاده از انواع آلاینده ها ، افزایش آلودگی محیط زیست و انقراض گونه های زیستی ، برگشت ناپذیری و انتشار کربن سوخت های فسیلی همگی باعث به مخاطره انداختن سلامتی و بقای کره زمین و ایجاد بحران انرژی شده است . بحرانی که در اواسط دهه ی 1965 با افزایش میزان آلودگی محیط زیست ، هشداری به جهانیان محسوب شد ، سبب تشکیل گروه های طرفدار محیط زیست در جاهای مختلف دنیا گردید . معماران نیز همسو با سایر دست اندرکاران در پی یافتن راه های جدیدی برای تامین زندگی مطلوب برای انسان ها بوده اند . از آن سو که تمام فعالیت های انسان ها در فضاهای طراحی شده توسط معماران صورت می پذیرد و تمام نقاط ضعف و قوت این فضاها تاثیر مستقیم بر روی سلامت انسان و محیط می گذارد لذا وظیفه ای حساس بر عهده معماران می باشد . طراحی در بخش ساختمان به عنوان بیشترین مصرف کننده انرژی در مقابل بخش های دیگر ، با رویکرد صفر انرژی ، بی شک گامی مهم در جهت نزدیک شدن به اهداف مقابله گرانه در برابر بحران های انرژی موجود است .

همانطور که می دانیم با انقلاب صنعتی و پیشرفت های فنی_تکنولوژیکی در عرصه معماری ، معماری بومی اقصی نقاط دنیا که با توجه به طبیعت و محیط پیرامون خود شکل می گرفت و همساز با اقلیم به دست فراموشی سپرده شد. دهه هفتاد را می توان دهه آگاهی یافتن ازبحران های زیست محیطی دانست که عکس العمل هایی را ایجاد نمود که منجر به شکل گیری معماری پایدار شد که علاوه بر توجه به طبیعت ، توجه به انسان و ابعاد انسان مدارانه و انسان گرایانه را سر لوحه کار خویش قرار داد.

اهداف محیطی : ایجاد کیفیت محیطی برتر، قابلیت کاربرد مجدد، حذف زباله و بازمانده ، مصرف مصالح کم دگرگونشونده ، بازیافت مصالح ، بازیافت آب از فاضلاب ، حذف انتشار آلایندهها .

اهداف اقتصادی : ایجاد ارزشهای برتر ، تقلیل هزینههای جاری ، تقلیل مصرف انرژی، ارایه راهحلهای بدون نقص و روشهای با سهولت تولید ، راهحلهای آیندهنگر .

اهداف اجتماعی : امنیت ، قابلیت انطباق ، به خدمت گرفتن کیفیت ، حذف فقر انرژیک ، ایجاد عایق صوتی، برنامههای منعطف ، زندگی توام با سلامت ، مراقبتهای خانگی ، آموزش دایمی. (جلالیان،(1387:2
تاریخچه صرفه جویی در مصرف انرژی
اولین جنبش های مفهوم انرژی خالص به پودولینسکی در ابتدای قرن 19 نسبت داده می شود که در جهت مرتبط کردن اصول ترمودینامیک به تولید اقتصادی در زمینه ی کشاورزی مربوط می شد . مبحث برگشت های سوخت فسیلی و انرژی ، سپس وارد حیطه ی صنعت شد و تقریبا در دهه ی 1960 درجهت کاهش سریع مصرف به دلیل محسوس شدن کمبودهای انرژی ، مفهوم انرژی خالص مجددا مورد بازدید قرار گرفت. روند بررسی تولید انرژی خالص در دهه ی 1970 منجر به تحلیل آن توسط تکنولوژی های تجدیدپذیر گردید تا اینکه در دهه ی 1980 این روند عملا تبدیل به تولید تکنولوژی های جدید شد . مفهوم انرژی و تکنولوژی های ملزوم آن در دهه ی 1990 توسعه یافت و در دهه ی بعدی سازمان های مختلف در جهت تولید ابزار و پشتیبانی کارگاه های متعدد تاسیس گردید تا جایی که در دهه ی گذشته توسط ارگان های دولتی به صورت جدی راهکارهای اجباری و تشویقی در جهت ارائه و استفاده از این تکنولوژی ها صورت پذیرفت .) www.zerocarbonhub.org)
تعریف مفهوم کلی ساختمان انرژی صفر
عبارت ساختمان انرژی صفر برای ساختمانی استفاده می شود که به طور ایده آل تکنولوژی انرژی های تجدیدپذیر در دسترس را به وسیله ی فنون ساختاری انرژی های تاثیرگذار ، به اشتراک می گذارد .در قلب مفهوم و تصور کلی ساختمان انرژی صفر ، این ایده وجود دارد که ساختمان ها می توانند تمام نیازهای خود را به انرژی با یک روش کم هزینه ، بادسترسی محلی ، بدون آلایندگی و با منابع تجدیدپذیر برطرف نمایند . پیدا کردن ساختمانی که بتوان آن را اولین ساختمان انرژی صفر نامید ، بسیار مشکل است . زیرا صفر انرژی تنها یک اسم جدید برای روند پیشرفت کاهش مصرف انرژی در ساختمان است . در یک ساختمان انرژی صفر هیچ گونه سوخت فسیلی مصرف نمی شود و مصرف انرژی سالانه آن با تولید سالانه اش برابری می کند . یک ساختمان انرژی صفر ممکن است به شبکه های شهری موجود متصل باشد یا نباشد . ساختمان انرژی صفری که به شبکه متصل نباشد دارای تجهیزاتی است برای ذخیره کردن انرژی های بزرگ که معمولا از نوع باطری است . در یک ساختمان انرژی صفر که به شبکه متصل نباشد نسبت به شکل و نوع ذخیره ی باطری ، بخشی از مدار ممکن است بلا استفاده بماند در حالی که در یک ساختمان انرژی صفر متصل به شبکه هیچ مداری به صورت بلا استفاده به کار گرفته نشده و مجزا نمی باشد . یک ساختمان انرژی صفر متصل به شبکه ممکن است بیشتر از نیاز خود برق تولید کند . در طی مدت زمانی که ساختمان به انرژی تولیدی نیازی ندارد یعنی وقتی که در حال استفاده از انرژی ذخیره شده در باطری ها هستیم، یک ساختمان انرژی صفر ، انرژی مورد نیاز خود را تولید می کند همچنان که در عین حال به مالک ، اطمینان خاطر در مورد امنیت ذخیره انرژی مازاد بر نیاز خود را می دهد . برای یک ساختمان انرژی صفر یک شبکه ، طراحی و ساخته می شود و از طریق به اشتراک گذاشتن تکنولوژی های نسل انرژی تجدیدپذیر و انرژی های موثر تمام انرژی مورد نیاز خورد را تامین می نماید .(، ( marszal2008:5

در طی چند دهه در مقالات و تحقیقاتی که در مورد ساختمان انرژی صفربود و مورد ارزیابی قرار گرفته بود ، تقریباً برای هر مورد تعریف متفاوتی از ساختمان انرژی صفر می گردید و حتی گاهی هیچ تعریف دقیقی استفاده نشده بود . اخیرا فقدان یک درک کلی و تعریف کلی از ساختمان انرژی صفر بسیار مورد توجه قرار گرفته است و جامعه جهانی راجع به آن شروع به بحث نموده .

و در نهایت امر به 4 دسته بندی بسیار معمول برای تعریف ساختمان انرژی صفر می رسیم : -1 انرژی صفر خالص سایت : ( Net Zero Site Energy )

یک ساختمان صفرانرژی حداقل همان مقدار انرژی را که در طول یک سال مصرف می کند در حیطه سایت خود تولید می کند یعنی بررسی تعادل در انرژی در حیطه سایت ساختمان .
-2 انرژی صفر خالص منبع : ( Net Zero Source Energy)

منبع ساختمان صفر انرژی حداقل همان مقدار انرژی که در یک سال مصرف می کند ، همان قدر هم تولید می کند . منبع انرژی اشاره دارد به انرژی های ابتدایی که برای تولید و تحویل انرژی به سایت استفاده می شود .
-3 انرژی صفر خالص هزینه ها ( : (Net zero Cost Energy

در هزینه های ساختمان صفر انرژی ، مقدار پولی که صاحب ساختمان برای ابزار ( تاسیسات ) و خدمات انرژی پرداخت می کند حداقل برابر است با مقدار پولی که مالک به علت صرفه جویی در مصرف انرژی در ساختمان ذخیره می کند .
-4 انرژی صفر خالص انتشار ( : (Net zero Emission Energy یک ساختمان صفر انرژی همان قدر که از منابع انرژی دارای انتشار و آلودگی استفاده می کند ، همان قدر هم انرژی از طریق انرژی های تجدید پذیر بدون انتشار تولید می کند
.( Johnson controls ,inc .2008:9)

تعاریف ساختمان صفر انرژی می تواند بر اساس نوع منابع انرژی تجدید پذیر مصرفی ساختمان نیز دسته بندی شود ( تا زمانی که ایده اصلی ساختمان ها صفر انرژی ، مستقل از
-1 حرارت خورشیدی( ( Solar Thermal

-2 فتوولتائیک خورشیدی ( ( PV
-3 بیوماس ( ) Bio
-4 باد ( ) Wind
-5 امواج ( ) Wave Energy

یک تعریف خوب از ساختمان صفر انرژی باید محل ذخیره منابع انرژی تجدید پذیر را هم نشان دهد . بر اساس مطالعات در سال((2006 دو انتخاب وجود دارد : O n-S ite و off-S ite

در ذخیره On-Site ، ساختمان و سایت آن را جدا نیستند اما در ذخیره Off-Site ساختمان از منابع انرژی های تجدید پذیر در دسترس دور از سایت ، برای تولید انرژی در درون سایت استفاده می کند ( patxi Hernandez,2006,7).

در سال 2006 یک ترتیب برای انتخاب های ذخایر انرژی تجدید پذیر ارائه می دهد :
اصول طراحی

اصل کلی در طراحی ساختمان های صفر انرژی بر کاهش هر چه بیشتر مصرف انرژی قرار می گیرد . انجمن خانه های صفر انرژی کانادا دو راهکار کلی برای طراحی این خانه ها ارائه می دهد :

-1 طراحی مناسب ساختارو فیزیک بنا که با رعایت اصول آن کاهش 70 تا 80 درصدی مصرف انرژی را شاهد هستیم . اهم اصول مطرح شده برای کاهش مصرف انرژی در این بخش به شرح زیر است :

الف ) حتی الامکان شکل کلی بنا به شکل مربع و مستطیل باشد ، به نحوی که حداقل گوشه و دیوارهای محیطی را دارا باشد .
ب ) قراردادن حداکثر پنجره در جبهه جنوبی وکمترین تعداد در جبهه شمالی .

ج ) حداقل تعداد بازشوی خارجی .

-2 استفاده از منابع انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی ، باد و زیست سوخت . این امر با به کارگیری تکنولوژی های برگشت پذیر در این خانه ها میسر می گردد . ( (mary-ann knudstrup 2007:8

امریکا

وزارت نیروی امریکا ( (D O E یک روند تولید ابزارهای ایجاد انرژی را جدیداً از سال 1995 شروع کرده است که این روند از سه پروسه تشکیل می شود :

· پروسه تعریف و ارائه تولیدات جدید ابزاری که تولید آن ها بر اساس پیشنهادات مردمی ، استفاده کنندگان و کارگاه ها و تجارب آن در توسعه ابزار موجود شکل گرفته است .

· پروسه تهیه یک سیاحه از ابزار موجود پشتیبانی شده بوسیله DOE
· پروسه پشتیبانی کارگاه ها به منظور گرفتن پیشنهادها از طرف استفاده کنندگان و انتقال نظریات آن ها در مورد نیازهایشان از پروسه ایجاد انرژی

در آمریکا برنامه ساختمان های دولتی بر روی تحقیقات و پیشرفت و ترقی به سوی ساختمان های صفر انرژی متمرکز شده است . ایالت کالیفرنیا عنوان می کند که برای تمام ساختمان های مسکونی تا سال 2020 و برای ساختمان تجاری تا سال 2030 به صفر انرژی خالص می رسد و ماساچوست نیز برنامه دارد که به این ساختمان ها تا سال 2030 برسد .( Johnson controls ,inc .2008: 5)

اروپا

بعد از اینکه ساختمان های کم انرژی رو به سمت ساختمان های صفر انرژی می رود ، ساختمان های مازاد انرژی را داریم . ساختمان هایی که علاوه بر مصرف شان ، انرژی بیشتری را در طول سال تولید می کنند .

در بین کشورها فرانسه این آرمان را داردکه تا 2020 تمام ساختمان باید انرژی مازاد ( energy plus) باشند . بقیه کشورها اعتقاد دارند که مصرف انرژی در ساختمان ها تنها باید مورد نظر قرار بگیرد ، هدف ساختمان پایدار استفاده کارآمد از منابع کاهش تاثیرات منفی ساختمان بر طبیعت است مانند کاهش ضایعات از طریق استفاده کردن از مصالح ساختمانی قابل باز یافت . لازم به ذکر است که ساختمان صفر انرژی بر اساس پیروی یا عدم توجه به اصول پایداری می تواند پایدار باشد یا نباشد .

زندگی یکپارچه جهانی ایده ایست که در انگلستان به وسیله ( World Wildlife Fund ) WWF پیشرفت کرده است ، که این ایده گستره ای از قوانین و اصول پایداری برای ساختمان را شامل می شود که شامل اصولی است که در ساختمان صفر کربن مطرح می گردد .

از تحلیل ها چنین بر می آید که در اروپا مصرف انرژی های طبیعی 3 برابر بیشتر از ظرفیت کره زمین است بنابراین نیاز به تغییر روش زندگی هایشان بسار زیاد است .

1. در بحث ساختمان های کم انرژی در ایالت های مختلف اروپا ، معرفی این ساختمان ها به دلایل زیر عملی به نظر نمی رسید :

2. نفوذ کم ساختمان هایی کم / صفر انرژی در اروپا

3. هزینه های بالا

4. فقدان نیروی حرفه ای آموزش دیده و تربیت شده
5. کم بودن آمادگی برای بخش ساختار صنعتی برای ساخت مقدار زیادی از ساختمان های کم انرژی در سراسر اروپا
در نتیجه کمیسیون انرژی اروپا به این نتیجه رسید که چنین ساخت هایی در بخش صنعت و خانه ها ف هزینه ها را در حدود % 7-15 افزایش می دهد و بنابراین به سرمایه گذاری نیاز داریم که در تمام مورد ها مقرون به صرفه نیست و بار مالیاتی زیادی را به همراه دارد به دلیل این که آن ها باید خانواده هایی را حمایت کنند که استطاعت مالی برای ساخت این خانه های کم انرژی را ندارند . بنابراین یک رویکرد مناسب تر که عنوان می شود این است که باید اجباری برای پیشرفت در دریافت این خانه ایجاد شود .

در جدول زیر کشورهایی نشان داده می شوند که تعهدات و پیشنهاداتی بدهند برای قبول ساختمان صفر یا کم انرژی :

در حالی که اسکاندیناویا ، اروپا و بخش هایی از کانادا به طور معمول بیشترین تقاضا را برای ساختمان های استاندارد دارند اما حرکت به سوی صفر انرژی و صفر کربن و حتی ساختمان انرژی مازاد به وسیله جامعه اروپای غربی ( فرانسه ، آلمان ، هلند ، انگلستان و مجارستان ) هدایت می شود . این حرکت در سراسر جامعه اروپا در صورتی که توصیه های کمیته صنعتی پارلمان اروپا مبنی بر این که تمام ساختمان ها از سال 2019 به صفر انرژی تبدیل شوند مورد قبول واقع شوند. در درجه نخست مهارت و دانش مورد نیاز برای طراحی و ساخت یک ساختمان صفر انرژی خالص باید در نظر گرفته شود که بتوانیم از کارهای فردی خود به بازار جمعی انتقال پیدا کنیم . کمیسیون اروپا تخمین می زند که 15 – 10 سال طول می کشد برای این که آموزش متخصصین مانند معماران ، سازندگان و مصالح ساختار و ساز در دسترس و تکنولوژی ها جمع آوری شود و مورد استفاده قرار گیرد . همچنین تخمین زده می شود که قیمت خانه ها % 7- 15 افزایش می یابد . ولی برعکس سود حاصل از این ساختمان های صفر انرژی شامل یک صرفه جویی بسیار عظیم در انرژی و کربن است و همچنین شغل های زیادی را بوجود می آورد .

خانه نوری
خانه نوری که توسط شرکت پاتن ساخته شده است ، دارای طراحی پایدار و معاصر بدون لطمه زدن به سبک زندگی ساکنین است . ایده طراحی این خانه ، خلق خانه ای است که از نظر بصری جالب توجه است و مکانی است که سیستم های محیطی و روش های ساخت به کیفیت سبک زندگی لطمه ای وارد نمی کند ، ولی در عین حال به آن فضاهایی اضافه می کند که برای زندگی مدرن طراحی شده اند و به طور شهودی پایداری را به وجود می آورند . خانه نوری طراحی شده است تا بالاترین سطح (سطح 6 نظامنامه) برای خانه های پایدار را برآورده کند ، استانداردی که تمام خانه ها تا سال 2016 طبق آن باید طراحی و ساخته شوند .

.1خانه نوری Source: www.potten.co.uk
طراحی
ساختار خانه نوری یک شکل انبار مانند ساده است که شیب سقف 40 درجه است و صفحات فتوولتائیک که تمام الکتریسته مورد نیاز خانه را تولید می کنند بر روی آن قرار گرفته است . سقف گسترده فضای مرکزی را می پوشاند . فضای زندگی بلند ، پلان باز ، روشن و در معرض نسیم می باشد . اتاق های خواب ، حمام و اتاق خدمات و نظافت ( اتاق دستگاه شوفاژ ، ماشین رختشویی و ... ) در طبقه همکف قرار دارند و فضای نشیمن که فضای زندگی است در طبقه اول واقع شده است که از یک ساختار متحرک چوبی استفاده می کند بدین صورت که طبقه ها بین چهارچوب ها قرار می گیرند و یا در صورت لزوم باز می شوند . سیستم ساختمانی استفاده شده در این خانه سیستم kingspan tek می باشد . این سیستم یک پانل عایق بندی شده با عملکرد حرارتی بسیار بالا می باشد که مقادیر U=0.11 w/m2k و میزان هوابندی 1 m3/hr/m2 در 50 پاسکال را فراهم می کند که اتلاف گرما را به طور بلقوه به اندازه 2/3 مصرف یک خانه استاندارد کاهش می دهد . فونداسیون این خانه از کف های نواری چوبی که بر روی یک تیر چوبی حلقه ای قرار دارد تشکیل شده که به وسیله شمع های پیچشی که حداقل آسیب را برای زمین به همراه دارند از زمین جدا می شوند .