چکیده (معماری کربن صفر و فن آوری های انرژی تجدیدپذیر)
بریتانیا برای اولین بار سیاست خانه کربن صفر خود را در سال 2006 توسط گوردون براون (Gordon Brown) صدراعظم وقت اعلام کرد و گفت که بریتانیا اولین کشوری است که چنین برنامه ای دارد. دولت ها در سراسر جهان از هنگ کنگ تا بریتانیا، هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای را دنبال می کنند.
در نگاهی به گذشته درخواهیم یافت که تولید الکتریسیته هنگ کنگ 67% انتشار گازهای گلخانه ای در سال 2008 را به خود اختصاص داده است. ساختمان ها 90% از کل برق هنگ کنگ را مصرف می کنند. به خوبی ثابت شده است که بزرگترین منبع گازهای گلخانه ای از ساختمان ها و عملیات ساختمانی است که در آن ها انرژی بالقوه فسیلی بالفعل شده، می باشد.
این مقاله به مسیرهایی به سوی معماری کربن صفر و فعال سازی گزینه های فناوری انرژی تجدیدپذیر برای یک الگوی پایدار کربن صفر در آینده تمرکز دارد. نیاز به بررسی استراتژی های بهره وری انرژی و معماری اهداف بهره وری انرژی، مورد توجه جدی قرار می گیرد.
این واقعیت که بریتانیا اخیراً از تعهدات قبلی خود عقب نشینی کرده است، از اهمیت چنین طرح ستودنی برای اطمینان یافتن از اینکه انتشار گازهای گلخانه ای از ساختمان ها به حداقل می رسد و سیاره ما ایمن بوده و تحت تأثیر اثرات شدید گرمایش جهانی و تغییرات آب و هوایی قرار نمی گیرد، نمی کاهد.
- مقدمه
پروتکل کیوتو اولین تلاش جهانی برای مهار انتشار گازهای گلخانه ای بود شکل 1 [1]، و در شکل 2 رابطه بین دما و انتشار دی اکسید کربن در طول زمان را مشاهده می کنید [2].
با این حال یافته های تاریخی نشان داده است که زیگورات ها که مکان های مقدس بوده اند، سقف های گیاهی و باغ ها را از 4000 سال قبل مورد تجربه قرار داده اند؛ نوعی معماری سبز که می تواند در چشم اندازهای امروزی نیز قرار گیرد.
در حال حاضر، تلاش های یکپارچه برای دستیابی به ساختمان های معروف به انرژی خالص صفر از طریق پیشرفت در فناوری های ساخت وساز، سیستم های انرژی تجدیدپذیر و همچنین تلاش های تحقیقاتی آکادمیک در حال انجام است. امکان ایجاد ساختمان های انرژی خالص صفر به خصوص در کشورهای توسعه یافته از نظر عملی بیشتر و بیشتر امکان پذیر می شوند.
ساختمان می تواند به طور قابل توجهی با بکارگیری استراتژی های کارآمد انرژی که اکنون در طراحی، ساخت و بهره برداری ساختمان های جدید ادغام شده اند، مصرف انرژی را کاهش دهد. مقاوم سازی ساختمان های موجود برای بهبود کارایی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای نیز از مقبولیت جامعی برخوردار است.
رعایت هنجارهای سنتی ساختمانی که در آن طرح های ساختمانی مطابق با مدل های منطقه ای و اقلیمی انجام می شد باید به جای استفاده از سبک بین المللی که در آن تفاوتی بین نیویورک و توکیو یا دبی و نیجریه با وضعیت آب و هوایی متمایز وجود ندارد، دوباره مورد بازبینی قرار گیرد.
از ایگلوها در گرینلند تا مناطق بیابانی با دیوارهای ضخیم و آب و هوای مرطوب و گرم با ناودان ها و ایوان ها، معماری سبز به شیوه ای پایدار حتی در مقیاس کوچک شکوفا شده است.
با فناوری های انرژی های تجدیدپذیر، این شیوه های سنتی ساخت بنا که قبلاً مورد آزمایش قرار گرفته است، موضوع کربن صفر در ساختمان ها را به مراتب بیشتر پیش کشیده و محیطی سالم برای زندگی و کار برای آینده ای پایدار و قابل پیش بینی برای آیندگان ایجاد می کند.
- اهداف و مقاصد
مسیرهای کاهش انتشار با دستکاری فرآیندهای طراحی ، ساخت و استفاده از محصول نهایی صورت می پذیرد؛ این مقاله بر ساختمان متمرکز شده است. با این حال، این فقط یک پیرانما از جنبه اهمیت آن است تا در واقع مسیرهای تحقق معماری کربن صفر را بسنجد و گزینه های تجدیدپذیر را مطابق با این اهداف فعال سازد.
تاکید بر راندمان انرژی ساختمان در جایی که لوازم خانگی شامل انواع محصولات و سایر ملزومات ضروری است، تحت عنوان پوشش ساختمان و سایر ابزارهای برقی در ساختمان، از اهمیت بالایی برخوردار است.
معماری کربن صفر بدون گزینه ی بررسی مقررات و استانداردهای ساختمانی موجود با القای جنبه هایی که مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با تدارکات ، ساخت و ساز ساختمان را کاهش می دهد، نمی تواند پایدار باقی بماند.
بر این موضوع که درصد بیشتری از انتشار گازهای گلخانه ای مربوط به این بخش است، اتفاق نظر وجود دارد و تنها با مداخله در این فرآیند می توان کاهش مطلوبی در انتشار برای ایجاد محیطی بدون کربن در آینده داشت.
- روش
دریافت این واقعیت که معماری کربن صفر یکی از راه های مطمئن برای جلوگیری از بدتر شدن شرایط آب و هوایی و رسیدن به شرایط و ظاهری سازگار با محیط زیست است، اغراق آمیز نیست. این پژوهش با مطالعات مقالات بسیار و تعامل با صاحب نظران و ذینفعان در این زمینه انجام شده است. استفاده از طیف وسیعی از ابزارهای گردآوری اطلاعات و همچنین اینترنت، مشاهده آثار و منابع در این زمینه بسیار مفید بوده است.
این واقعیت که این حوزه مطالعاتی همچنان در سطح جهانی به صورت فردی، سازمانی و یا توسط کارشناسان در حال توسعه است و برای پیشبرد فن آوری های لازم و تقویت مهارت ها و دانش لازم برای دستیابی به راندمان بهتر ساختمان که به ایجاد یک محیط کربن صفر با پذیرش جهانی کمک می کند، چیز کمی نیست.
اهمیت این مطالعه در این است که طیف گسترده ای از تعاملات برای بررسی نظرات و فرضیه های مختلف از همه منابع صورت پذیرفته، زیرا افراد شکاکی وجود دارند که وقوع گرمایش جهانی را انکار می کنند.
با این حال، جامعه علمی تردیدی ندارند که عمدتاً مداخله انسان موجب گرمایش جهانی شده است و شواهد فراوان از کاوش علمی گسترده در مورد محیط زیست حاکی از وجود این پدیده است.
ساختمان ها در بخش خود از بزرگترین مصرف کننده گان انرژی هستند و بیش از یک سوم مصرف نهایی انرژی جهانی را به خود اختصاص می دهند [3]، در نتیجه این بخش کلیدی برای مهار انتشار کربن و کاهش سرعت فعلی گرمایش جهانی به بخشی مورد علاقه تبدیل می شود.
- تعریف ساختمان کربن صفر
ساختمان صفر کربن ساختمانی است که مصرف انرژی خالص آن صفر باشد یا به طور سالانه منجر به انتشار کربن خالص صفر شود. تعریف دیگری از ساختمان با انرژی صفر (ZEB) توسط تروسلینی و همکاران [4] به صورت زیر ارائه شده است: “ساختمان مسکونی یا تجاری با نیازهای انرژی بسیار کاهش یافته از طریق افزایش راندمان به طوری که انرژی مورد نیاز را می توان با فناوری های تجدید پذیر تامین نمود.”
در بسیاری از کشورها، ساختمان های کربن صفر یا کم کربن به عنوان یک استراتژی مهم در حفظ انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مورد توجه قرار گرفته اند [5]. باید دلایل قانع کننده ای وجود داشته باشد تا رویه های قدیمی را جایگزین کرد و چنین تغییری به طور گسترده پذیرفته شود.
تخریب محیط زیست توسط شیوه های همراه با استفاده دائمی از سوخت های فسیلی، ایجاد یک آب و هوای ناسازگار به علت انتشار بیش از حد گاز های گلخانه ای شدت می یابد. وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) یک هدف استراتژیک برای دستیابی به خانه های با انرژی صفر در سال 2020 تعیین کرده است [6].
با این حال، کنار گذاشتن سیاست خانه کربن صفر سال 2006 که به تازگی توسط بریتانیا رخ داد به همان اندازه حیرت آور است که برگزیت با پیامدهای آن، حتی با اینکه کل جهان با تصمیم بریتانیا برای خروج از اتحادیه اروپا تحت تاثیر قرار می گیرند. در این مورد، تصمیم این کشور برای کناره گیری از این سیاست، بریتانیا را تحت الشعاع قرار داده و برای مدت طولانی شرایط بدی چون کاهش ارزش پوند و بلاتکلیفی و شرایط غیر قابل پیش بینی متناسب با آن را رقم خواهد زد.
پایداری بر توسعه ای تأکید می کند که نیازهای نسل کنونی را برآورده می کند بدون اینکه توانایی نسل های آینده برای رفع نیازهایش به خطر بی افتد [7]. توسعه پایدار یک تعادل سازگار بین دو هدف را در یک ارتباط دو سویه به تصویر می کشد؛ نگهداری از یک محیط سالم، توسعه اقتصادی و اجتماعی [8، 9].
ساختمان ها به طور ویژه در این فرآیند نقش دارند و در حال حاضر مسئول حدود 47 درصد از انتشار دی اکسید کربن در 25 کشور اتحادیه اروپا هستند. در این صورت، طبیعی است که طراحی و ساخت ساختمان ها عامل اصلی در کاهش اثرات انتشار دی اکسید کربن و تأثیر دومینویی آن بر اقلیم باشد.
- چشم انداز جهانی در خصوص ساختمان کربن صفر
ساختمان کربن صفر مشکل حل نشدنی است و سوالاتی را ایجاد می کند که ظاهراً ساده اما به طرز شگفت آوری پیچیده هستند. در سطح جهانی، ساختمان ها بیش از 40 درصد مصرف انرژی و 24 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای را موجب می شوند. اگر تلاش های جهانی برای واکنش مؤثر به تغییرات آب و هوایی، سنجیده باشد کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از بخش ساختمان از اولویت های حیاتی خواهد بود.
تنوع گیج کننده اصطلاحات مورد استفاده در سراسر جهان برای توصیف ساختمان های سبز می تواند آزار دهنده باشد. هرچند بسیاری از ساختمان های سبز در تلاش برای کاهش مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای نسبت به ساختمان های معمولی، ساخته شده اند.
برخی از اصطلاحات رایج عبارتند از: انرژی نزدیک به صفر؛ انرژی صفر؛ انرژی خالص صفر؛ خانه بی اثر؛ انرژی پلاس؛ بدون سوخت فسیلی؛ 100٪ قابل تجدید؛ کربن صفر؛ کربن خالص صفر ؛ کربن خنثی؛ آب و هوای خنثی؛ آب و هوا مثبت؛ و توسعه مثبت. اگرچه تنوع اغلب چیز خوبی است، اما بسیاری از اصطلاحات و تعاریف مختلف مورد استفاده برای ساختمان های سبزتر می توانند گیج کننده باشند و برقراری ارتباط در مورد این ساختمان ها و قضاوت درباره ادعاهای مطرح شده توسط توسعه دهندگان ساختمان را دشوار سازد [10].
با این حال، دستیابی به کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مستلزم توجه به راندمان انرژی در ساختمان ها و لوازم خانگی است. این موضوع شامل انواع محصولات و اقدامات مانند: طراحی و مشخصات فنی با توجه به پوشش ساختمان، سیستم های آب گرم، روشنایی و لوازم بزرگ و کوچک مورد استفاده در خانه ها و ادارات با صرفه جویی بالقوه از طریق اصلاح مقررات و استانداردهای ساختمانی است.
بهسازی ساختمان های موجود، به ویژه که اکنون در کشورهای توسعه یافته با سیستم های عایق سازی و گرمایش بهبودیافته و استفاده از انرژی تجدیدپذیر اتفاق می افتد و می تواند پیشرفت قابل توجهی داشته باشد [11]
- طراحی ساختمان و ملاحظات مربوط به انرژی
مدل فعلی در بهره وری انرژی ساختمان ها مجموعه ای از ملاحظات در طراحی مانند: بهبود راندمان پوشش، امکانات خورشیدی غیرفعال و فعال، کارایی در تجهیزات، لوازم خانگی و روشنایی از جمله فتوولتائیک و سایر منابع تجدیدپذیر(انرژی تجدیدپذیر) را برای دستیابی به اهداف مربوط به انرژی صفر، با یکدیگر ادغام می کند. در ساختمان ها معمولاً افزودن عایق حرارتی و عملکرد بالای پنجره ها از مهم ترین روش های صرفه جویی در انرژی است. (هستنس و همکاران 1997(Hestnes et al) [12] ، هنسن و ناکاهارا، 2001(Hensen and Nakahara))[13].
در طول 30 سال گذشته، تعداد زیادی ساختمان آزمایشی برای اندازه گیری صرفه جویی انرژی ساخته شدند و درس هایی برای طراحی آینده فراهم نموده اند. این آزمایش ها نشان داد که ساختمان هایی که مصرف انرژی بسیار پایینی دارند قطعاً می توانند طراحی و ساخته شوند، اما این کار نیاز به دانش، توجه و کنترل کافی دارد. (هستنس و همکاران، 1997(Hestnes et al.))[12]
معماران، مهندسان و دیگر کارشناسان ساخت و ساز ساختمان باید با استفاده از گزینه های منابع جایگزین و مصالح سازگار با محیط زیست با اثرات کربنی قابل قبول به کار خود ادامه دهند تا پیشرفت کنند. همچنین این روند باید کارایی سیستم و لوازم خانگی و تحقیقات نا محدود در مورد مصالح ساختمانی جدید که با گواهی نامه سبز سازگار هستند را پوشش دهد.
استفاده از انرژی چرخه حیات در ساختمان ها را می توان به عنوان یک استراتژی توسعه کم کربن در شکل 3 و همچنین از دیدگاه مصرف انرژی، انتشار گازهای گلخانه ای و رشد اقتصادی بر حسب تولید ناخالص داخلی سرانه کشورها در شکل 4 در زمان واقعی بررسی و اندازه گیری شده است.
هنگام ارزیابی بازار جهانی انرژی های جایگزین و تجدیدپذیر که در آن کشورها می توانند مازاد اثرات کربنی خود را با سایر کشورهایی که گازهای گلخانه ای کمتری منتشر می کنند، مبادله کنند، به عنوان شاخص تجارت خوب در نظر گرفته می شود.
در حال حاضر، دنیا حدس می زند که موضع آمریکا در مورد توافقنامه آب و هوای پاریس چه چیزی را برای اهداف کم کربن و گرمایش جهانی در پی خواهد داشت. تصمیم اخیر رئیس جمهور دونالد ترامپ در مورد توافق پاریس، رهبران جهان را مجبور کرده است که سرشان را بخارند و تصور کنند که چه چیزی برای تلاش های بین المللی که برای شرایط بدتر آب وهوای جهانی انجام شده پیش خواهد آمد، که حقیقتاً یک مخاطره اقلیمی ترسناک است.
آب و هوا نه تنها بر ساختمان ها تأثیر می گذارد، بلکه تأثیرات شدیدی بر قلمرو بزرگ تر، ساخته شده و ساخته نشده نیز دارد. مطالعه آب و هوای شهری ویژگی های خاصی را نشان می دهد (مانند: اثر جزیره و دره گرمایی ، توزیع تابش و آلودگی، اثر فضاهای سبز)، که بر طراحی معماری تأثیر می گذارد (سانتاموریس (Santamouris)، 2001) [14].
اثر دیوار سبز و بام سبز نقش کلیدی در کاهش انتشارات در محیط ساخته شده به ویژه در ساختمان ها را دارد. از مزایای آن می توان به جذب دی اکسید کربن، عایق حرارتی و هوای پاک اشاره کرد. این تکنیک ها اکنون برای تحقق آینده ای سبز و پایدار به کار گرفته می شوند.
طراحی معماری اکولوژیکی مترادف است با معماری کربن صفر که شامل طراحی مناسب اشکال معماری، هوابندی، تهویه بهینه، انتخاب مصالح ساختمانی از دسته منابعی که کمیاب نیستند («مصالح ساختمانی سبز» انرژی تجدید پذیر)، صرفه جویی در انرژی، کنترل HVAC، عایق حرارتی خوب و سایه گذاری، ذخیره سازی حرارتی، جایگزینی عایق حرارتی لایه اوزون بجای تجهیزات خنک کننده. موارد دیگر، شامل حفاظت از هوا، خاک و خلوص آب، بازیافت زباله ها، افزایش توجه به نگهداری و نوسازی ساختمان ها می باشند (Stratton, 2000).
برطبق کتاب اشپیگل و میدوز (1999) [15]; مصالح ساختمانی سبز آن هایی هستند که از منابع زمین به شیوه ای مسئولانه از نظر زیست محیطی استفاده می کنند. مصالح ساختمانی سبز محدودیت های منابع تجدید ناپذیر مانند: زغال سنگ و سنگ معدن را در نظر دارد.
این مصالح در الگوی چرخه های طبیعت و روابط متقابل اکوسیستم ها کارایی دارند. مصالح ساختمانی سبز غیر سمی هستند(انرژی تجدیدپذیر). آنها از مواد بازیافتی ساخته شده اند و خود قابل بازیافت (انرژی تجدیدپذیر) هستند. در مصرف انرژی و آب کارآمدند. در نحوه تولید، استفاده و بازیابی آن ها پس از استفاده، “سبز”(انرژی تجدیدپذیر) هستند. مصالح ساختمانی سبز آن هایی هستند که با تأثیر بر کیفیت محیطی داخلی (IEQ) و عملکرد (بهره وری انرژی، کمبود آب و غیره) امتیاز بالایی را برای مدیریت منابع کسب می کنند.
