بخشی از مقاله
ساختمان های انرژی صفر، رویکردها، تعاریف و معیارها
چکیده
ایده ی ساختمان های انرژی صفر توجه گسترده ی بین المللی را در سال های اخیر به خود معطوف داشته است و به عنوان هدف آینده در طراحی ساختمان ها به آن نگریسته می شود. با این حال، پیش از این که به طور کامل در قوانین ملی ساختمان و استانداردهای بین المللی گنجانده شود، ایده ی "بناهای انرژی صفر" به تعریف و روش محاسبه ی توافق شده ی انرژی روشن و واضحی نیاز دارد . مهم ترین موضوعاتی که پیش از گسترش یک تعریف جدید از "بناهای انرژی صفر" باید به آن توجه ویژه شود، عبارت اند از: (1)معیار اندازه گیری تعادل انرژی((2دوره ی تعادل انرژی((3نوع انرژی مورد استفاده در تعادل (4)نوع تعادل انرژی ( (5گزینه های مورد پذیرش منابع انرژی تجدید پذیر 6) )اتصال به زیر ساخت های انرژی (8)الزامات بهره وری از انرژی. مقاله ی حاضر بر روی بیشتر تعاریف موجود " بناهای انرژی صفر" و رویکردهای گوناگون روش های محاسبه ای آن ها تمرکز دارد. مقاله به ارائه و بحث در زمینه ی مسائل مطرح شده ی بالا می پردازد تا توسعه ای مطابق با تعاریف "بناهای انرژی صفر" و یک روش قوی محاسباتی انرژی را تسهیل نماید.
کلمات کلیدی: ساختمان های انرژی صفر، ساختمان های تولید صفر، تعاریف ساختمان های انرژی صفر، روش های محاسبه ی انرژی
.1مقدمه
با وجود این که ایده ی بناهای انرژی صفر مدت زیادی نیست که در غالب یک هدف بلند مدت مطرح شده، اما به عنوان یک راه حل واقعی برای کاهش مصرف انرژی و انتشار ٍco در بخش ساختمان عمل می کند. افزایش تعداد پروژه های نمادین انرژی صفر و تمایل تحقیق در این زمینه افزایش توجه جهانی به این گونه از بناها را نشان می دهد . اهداف استقرار بناهای انرژی صفر در سطح جهانی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است به طور مثال در امریکا با فعالیت های استقلال و امنیت انرژی سال (EISA 2007) 2007 و در سطح اروپا با دستورالعمل عملکرد انرژی بنا(×(EPBD در می EISA 2007 .2010 یکی از اهدافش دستیابی به انرژی صفر مطلق برای تمامی بناهای عمومی جدید تا سال 2030 است. همچنین هدف انرژی صفر برای %50 از بناهای عمومی امریکا تا سال 2040 و انرژی صفر مطلق برای تمامی بناهای عمومی تا سال 2050 را ترسیم می نماید(EPBD .(1 هدف "بنای نزدیک به انرژی صفر" را تا سال 2018 برای تمامی مالکیت ها یا سکونت های عمومی و تا سال 2020 برای تمامی بناهای جدید تعریف می کند(.(2
همان گونه که ذکر شد، ایده ی بنای انرژی صفر یک هدف بلند مدت جهانی است، و به منظور دستیابی به آن یک چارچوب مورد توافق برای تعریف و محاسبات آن ضروری است. مقاله ی حاضر ابتدا مروری دارد بر تعاریف موجود این بناها با پررنگ کردن جنبه های مهمی که پیش از گسترش بنای انرژی صفر باید به بحث گذاشته شوند؛ سپس رویکردهای مختلف در روش های محاسباتی را ارائه می دهد؛ و در نهایت تلاش این مقاله بر آن است تا برخی توصیه ها را در راستای توسعه ی تعاریف بنای انرژی صفر و روش های محاسباتی که باید به آن ها پرداخته شود ارائه دهد. ×
.2تعاریف بناهای انرژی صفر-مروری بر ادبیات و روش های محاسباتی
بنای انرژی صفر یک ایده ی پیچیده با رویکردهای متعدد است که هر کدام جنبه های متفاوتی از آن را بیان می کنند. علاوه بر این، محاسبات تعادل چرخه ی انرژی در ساختمان های مجهز به سامانه های تولید انرژی تجدید پذیر یا ایجاد تعامل با شبکه و تلاش برای تحقق کامل هدف انرژی صفر، آسان نیست. به همه ی موارد فوق نبود تعاریف استاندارد روشن برای روش های محاسباتی انرژی صفر را نیز باید افزود. برخی روش های ارزیابی محیطی مانند LEED یا BREEAM وجود دارند که البته حوزه ای بسیار گسترده تر از چارچوب های فعلی تعریف انرژی صفر را در بر می گیرند. بنابراین، اگر انرژی صفر به عنوان یک هدف برای بناهای آینده دیده شود، این تعاریف به عنوان یک مسئله ی اساسی در توسعه ی فیزیکی و روش های محاسباتی همه گیربه شمار می آیند. مطالعه ی دیدگاه های گوناگون محاسبه ی تعادل انرژی در بناهای انرژی صفر مطلق ، بر اساس روش های زیرصورت می گیرد: روش های پیشنهادی مشترک محققان IEA SHC در رابطه با "بناهای انرژی صفر مطلق خورشیدی "، جدول 1 روش 1 تا 11 و روش پیشنهادی هرناندز و کنی، جدول 1 روش .12 جدول 1 مروری دارد بر جنبه های مهم هر روش با توجه به معیار سنجش، دوره و نوع تعادل، نوع مصرف انرژی و فاکتورهای انرژی اولیه و .CO2
.2-1 معیار سنجش تعادل
تورسلینی نشان می دهد که معیاری که برای تعریف بنای انرژی صفر در نظر می گیریم می تواند تحت تاثیر عوامل زیر باشد: . 1اهداف پروژه .2هدف از سرمایه گذاری 3 .نگرانی های اقلیمی و انتشار گازهای گلخانه ای و. 4هزینه ی انرژی. بنابراین، تعریف بناهای انرژی صفر را در 4 حوزه پیشنهاد داده اند : سایت، منابع، انتشار گازهای گلخانه ای و هزینه و در نهایت به مزایا و معایب هر تعریف پرداخته اند به عنوان مثال :اجرای آسان تر تعاریف "سایت-انرژی صفر" و " هزینه-انرژی صفر " و یا محاسبات پیچیده در تعریف "انتشار-انرژی صفر" و مشکلات در پرداختن به جنبه های فرا ملی در تعریف "منبع - انرژی صفر". مرتز و لاستسن فقط دو معیار برای تعادل مطرح می کنند: انتشار گازها ی گلخانه ای و انرژی، بدون مشخص کردن میزان دریافت انرژی یا انرژی اولیه. EPBD تعریفی روشن را برای بناهایی که نزدیک به انرژی صفر هستند را ارائه می دهد که از انرژی اولیه به عنوان معیاری برای تعادل انرژی استفاده می کند. در نهایت با توجه به جدول 1 پرکاربردترین معیار برای سنجش تعادل، انرژی اولیه است.
واحد در نظر گرفته شده برای تعادل صفر تحت تاثیر معیارهای گوناگونی است؛ بنابراین می توان بیشتر از یک واحد را در تعریف یا روش محاسباتی در نظر گرفت. که در نهایت می تواند هر یک از موارد زیر باشد : مصرف نهایی انرژی، انرژی اولیه، تولید دی اکسید کربن، هزینه های انرژی یا سایر عواملی که توسط سیاست های ملی انرژی تعریف می گردد.
.2-2دوره ی زمانی تعادل
در بناهای انرژی صفر، تعادل سالیانه فراگیرترین دوره ی تعادل است. هرناندز و کنی (3) اذعان دارند که برای تعادل انرژی بررسی دوره ی کامل حیات یک بنا مناسب تر است. با در نظر گرفتن این نوع از تعادل تنها بررسی مصرف انرژی مطرح نیست بلکه بررسی انرژی نهان در مصالح مصرفی در بنا، ساخت و ساز، تخریب و نصب تجهیزات نیز مطرح می گردد، که بررسی همه ی این موارد امکان ارزیابی تاثیر واقعی بنا بر محیط را فراهم می سازد.
دوره ای که محاسبات بنای انرژی صفر در آن صورت می گیرد می تواند بسیار طولانی باشد. می توان آن را برای کل دوره ی زندگی بنا(ساخت، بهره برداری و تخریب)یا دوره ی استفاده از بنا (مثلاً 50 سال) در نظر گرفت یا به صورت معمول از تعادل سالیانه استفاده کرد یا در موارد خاص به صورت تعادل فصلی یا ماهیانه بررسی شود. تعادل سالیانه در میان 12 روش، اساس 11 روش می باشد. دو مورد زیر از دلایل این امر است: بیشتر برنامه های شبیه سازی انرژی بنا به عنوان خروجی، مصرف انرژی سالیانه ی بنا را محاسبه می کنند و همچنین دوره ی تعادل سالیانه در بناهای انرژی صفر بیشترین فراوانی را در مقاله های مرتبط دارد.
.2-3گونه ی مصرف انرژی
موارد منتشر شده در دهه های 1970 و 1980 می تواند به درک برخی از اولین تلاش ها در راستای ساختمان های انرژی صفر کمک کند. در آن زمان، با توجه به این امرکه بخش عمده ای از مصرف انرژی بنا به انرژی حرارتی اختصاص داشت (گرمایش فضا و/یا آب گرم مصرفی و سرمایش)، بنای انرژی صفر، بنای حرارت صفر به حساب می آمد، مثال این امر خانه ی انرژی صفر در دانمارک (4) است جایی که دولت خانه ی انرژی صفر را با توجه به خود کفایی در گرمایش فضا و آب گرم مصرفی در شرایط معمول آب و هوایی دانمارک تعریف کرده بود. رویکرد دیگر توسط اقبال (5) و گلیجیمز ( 6) ارائه شده است که در تعریف بنای انرژی صفر تنها بر روی مصرف انرژی الکتریکی تمرکز دارد. هرناندز و کنی (3) پیشنهاد می دهند که تعادل انرژی تنها نباید به مصرف انرژی در مرحله ی بهره برداری بپردازد، بلکه باید شامل انرژی نهان نیز باشد. با این حال، باید توجه داشت که در اغلب متون مرتبط نوع انرژی مصرفی در بررسی تعادل به طور دقیق ذکر نشده است.
بر اساس استاندارد بین المللی EN 15603 سال 2008 عملکرد انرژی ساختمان ها- انرژی مصرفی و تشریح رده بندی انرژی ( (7 محاسبات میزان انرژی باید تنها براساس مصرف انرژی با عدم وابستگی به رفتار ساکنین، شرایط آب و هوایی موجود و سایر شرایط (محیطی و درون بنا) باشد، که شامل موارد زیر است: سرمایش، گرمایش و رطوبت، تهویه، آب گرم مصرفی و روشنایی. در عمل، روشهای مورد استفاده برای محاسبه ی مصرف انرژی در بنا بسیار متنوع اند. تنوع گسترده ی داده ها برای تعیین تعادل، مطابق جدول 1 در روش های محاسباتی نیز مشهود است. بیشتر محاسبات بر اساس انرژی مصرفی کل بنا و انرژی مربوط به مصرف کنندگان است. معمولاً انرژی نهان در محاسبات مصرف انرژی بنا گنجانده نمی شود، با این حال دو روش 11 و 12 این انرژی را در محاسبات خود لحاظ کرده اند.
.2-4نوع تعادل
این موضوع بیشتر مربوط به بنای انرژی صفر متصل به شبکه است، زیرا در این گونه از بناها دو تعادل ممکن وجود دارد: .1مصرف انرژی و تولید انرژی تجدید پذیر، یا .2انرژی گرفته شده و انرژی برگشتی به شبکه. نتیجه ی هر دو تعادل در بیشتر موارد یکی است، اما تفاوت اساسی در زمان بررسی تعادل است. تعادل انرژی اول بیشتر در مرحله ی طراحی بنا و مورد دوم در مرحله ی نظارت قابل اجرا هستند. در بناهای انرژی صفر منفصل از شبکه شرایط کاملاً واضح است، مصرف انرژی باید با تولید انرژی های تجدید پذیر تامین گردد. این مطالعه نشان می دهد که بیشترین فراوانی در تعادل انرژی مربوط به مقایسه انرژی مصرفی بنا با تولید انرژی تجدید پذیر است.
.2-5گزینه های تامین انرژی تجدید پذیر
منابع تجدید پذیر یا در سایت در دسترس هستند، مانند خورشید، باد یا باید به سایت آورده شوند مانند زیست توده. در اصل دو منبع انرژی تجدید پذیر وجود دارد: عرضه در درون سایت و بیرون از سایت.
در بیشتر تعاریف بناهای انرژی صفر، این موضوع به طور کل نادیده گرفته شده است: "بناهای نزدیک به انرژی صفر یا آنها یی که نیاز بسیار کمی به انرژی دارند باید تا میزان بسیار دقیقی با منابع تجدید پذیر، (شامل انرژی تجدید پذیر تولید شده در محل یا نزدیکی آن) پوشش داده شوند". تورسلینی و همکاران یکی از اولین کسانی بودند که با پیشنهاد زیر بخش هایی برای مورد ذکر شده در بالا کمک شایانی به این موضوع کرده اند. برای تولید در محل، میان عرضه ی بنا و عرضه ی سایت تفاوت قائل شده اند. آن ها نشان می دهند که برای عرضه خارج از محل، بنا یا از منابع در دسترس انرژی تجدید پذیر خارج از سایت برای تولید انرژی استفاده می کند یا آن را خریداری می نماید. علاوه بر این، تورسلینی رتبه بندی را بر اساس برنامه ی پیشنهادی منابع انرژی تجدید پذیر پیشنهاد می دهد-رجوع شود به جدول .2
بیشتر روش ها دو گزینه ی عرضه ی انرژی تجدید پذیر را قبول دارند (ساختمان و سایت). به علاوه 4 روش گزینه ی عرضه ی انرژی تجدیدپذیر خارج از سایت را مد نظر قرار داده اند. می توان آن را یک سرمایه گذاری در یک آسیاب بادی خارج از سایت در نظر گرفت به این ترتیب امکان استفاده از انرژی تولیدی آن برای تعادل انرژی بنا وجود دارد یا خرید انرژی سبز یا گواهی co2 که می تواند مصرف انرژی را جبران کند. با این حال باید توجه داشت که برخی ابهامات در عرضه ی انرژی تجدید پذیر از طریق زیست توده و سوخت زیستی وجود دارد کهاین ابهامات در دو مورد زیر دیده می شوند: درون سایت (تاکید بر محل اصلی تولید الکتریسیته) و یا عرضه ی خارج از سایت (تاکید بر منبع اصلی سوخت).
مارسل و همکاران تلاش کرده اند تا تصوری گرافیکی از گزینه های عرضه ی انرژی تجدید پذیر پیشنهادی در روش های محاسباتی مختلف انرژی ارائه دهند، نگاره.1نویسنده تاکید دارد که نمودار نباید با دید سلسله مراتبی دیده شود و صرفاً
یک نمودار گرافیکی برای نمایش گزینه های ممکن عرضه ی انرژی تجدید پذیر است به این معنا که هیچ گزینه ای از نظر زمانی بر دیگری ارجحیت ندارد. اساس نمودار، مروری بر گزینه های موجود در روش های محاسباتی بین المللی است. پنج گزینه بر اساس مکان تامین انرژی نسبت به بنا طبقه بندی شده اند.
