هزینه کل عمر ساختمان

هزینه کل عمر ساختمان (کربن، انرژی، مالی)

هزینه کل عمر ساختمان (WLC) ارزیابی مشترک هزینه اولیه، هزینه عملیاتی، بار تعمیر و نگهداری و تخریب نهایی یک ساختمان معین است. این یک رویکرد cradle-grave (گهواره تا گور) را اتخاذ می کند و چارچوبی را برای ارزیابی هزینه های یک سازه در شرایط EE/کربن و مالی به طور جداگانه نشان می دهد.

سازه های بنایی بسیار بادوام هستند و در طول عمر خود به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند. چنین تعمیر و نگهداری معمولاً شامل تعمیرات دوره ای درز و اتصالات، تعمیر سطح و تعویض واحدهای سنگی جداگانه در صورت نیاز است.

در هر ساختمانی با هر شکلی از ساخت و ساز، سقف نیاز به تعمیر و نگهداری معمول دارد. سقف های ساخته شده به  طور سنتی که با اسلیت طبیعی پوشیده شده  اند، به طور گسترده ای از این نظر شناخته شده اند که دوام بیشتری نسبت به سایر سیستم های سقف دارند. سقف های اسلیتی مانند سازه های سنگی بادوام و قابل تعمیر هستند.

هزینه های عملیاتی در ساختمان ها تا حد زیادی به نحوه استفاده ساکنان از آنها بستگی دارد. از نظر وسایل داخلی (سیستم های گرمایشی و روشنایی و غیره)، سازه های سنگی را می توان مانند سایر اشکال ساخت و ساز اعم از تاریخی و نوساز، تجهیز کرد. گرمایش فضا یک هزینه عملیاتی عمده در مکان های خانگی در بریتانیا و پس از آن تا حد کمتری تهویه مطبوع است.

حداقل نیمی از ردپای محیطی یک خانه معمولی در طول عمر حداقل 50 ساله آن به دلیل مصرف انرژی کاربران آن است. چنین روابطی لزوماً با توجه به هزینه ساخت از نظر زیست محیطی، کارایی ساختمان در سرویس دهی و طول عمر خود سازه متفاوت است.

جدول ۱۲.۷ – ردپای کربن تجسم یافته از سنگ های طبیعی وارداتی موجود در مطالب منتشر شده

کربن تجسم یافته سنگ ابعادی وارداتی (cradle-site)

مصالح	دانسیته a	ضخامت (mm)	گنجایش (t/m2)	کربن تجسم یافته (kgCO2/t)	کربن تجسم یافته (kg/m2)
	(Mg/m3)
آجر معمولی	b ۱۴/۲	۱۰۰	۲۱/۰	۲۳۰	۴۹
دوغاب سیمان mm ۲۰	۷۹/۱	۲۰	Apr-۲۰۰۰	۲۰۸	۷
آجر معمولی با دوغاب	-	-	-	-	۵۷
آجر نما	b ۱۴/۲	۱۰۰	۲۱/۰	۵۲۰	۱۱۱
ماسه سنگ c	۱۸/۲	۱۰۰	۲۲/۰	۶۲	۱۳
سنگ آهک c	۲۵/۲	۱۰۰	۲۳/۰	۹۸	۲۲
گرانیت c	۶۳/۲	۱۰۰	۲۶/۰	۷۵	۲۰
اسلیت c	۹۰/۲	d ۱۵۰	۴۴/۰	۹۶	۴۲

داده ها از (Crishna, N., Banfill, P., Goodsir, S., 2011). انرژی تجسم یافته و CO2 در سنگ ابعادی بریتانیا (Resour. Conserv. Recycl. 55, 1265–1273).

تفاوت دما بین محیط های داخلی و خارجی همراه با ویژگی های حرارتی روکش پوششی، تقاضای گرمایش فضای عملیاتی را برای پیکربندی یک ساختمان معین تعیین می کند. دستاوردهای غیرفعال نور طبیعی و جرم حرارتی نیز بر کارایی عملیاتی سازه های بنایی تأثیر می گذارد (Halliday, 2009). اگر EE/EC در نظر گرفته شود، ساختمان های سنتی ساخته شده در صورتی که به طور مناسب عایق بندی شده و مجهز به سیستم های گرمایشی کارآمد و غیره باشند، می توانند در طول عمرشان نسبت به ساختمان های جدید بهتر عمل کنند (Crishna et al., 2011).

برای مقایسه مصالح ساختمانی مختلف، تنظیم پیکربندی ساختمان و ثابت گرادیان دما و مقایسه مقادیر U در روکش  های مختلف مناسب است. تحقیقات نشان داده است که با تشعشعات سیاه ناشی از سنگ، همراه با تغییرات آهسته در دمای داخلی نسبت به محیط خارجی، در کل دما های پایین تر از نظر آسایش حرارتی نسبت به سایر اشکال ساخت و ساز قابل تحمل است (Hutton and Roston, 1997; Athienitis and Santamouris, 2002).

راهنمای سبز BRE طیف وسیعی از مصالح ساختمانی و پیکربندی های ساختمانی را گردآوری می کند تا امکان مقایسه متقابل را فراهم کند که شامل ایده آل سازی های ذاتی است با فرض اینکه عمر طراحی ۶۰ سال باشد. عمر طراحی کوتاه  مدت ساختمان ها در حال حاضر ناپایدار شناخته می شود و تلاش اخیر برای عمر طراحی طولانی تر  200 سال پیشنهاد شده است (BRE, 2006). راهنمای سبز اعتبار پایداری سنگ طبیعی را دستکم می گیرد (Yates and Bourke, 2005).

چنین ایده آل سازی هایی به ضرر سنگ در برابر سایر مصالح ساختمانی است. ارزش سنگ فقط بر اساس WLC می تواند منصفانه نشان داده شود. اگر هزینه اولیه (نسبتاً بالا) در مقابل طول عمر کامل یا هزینه های نگهداری بسیار پایین در طول عمر طولانی در نظر گرفته نشود، باعث می شود در یک دیدگاه کوتاه مدت سنگ بسیار گران به نظر برسد. ارزیابی WLC همچنین قابلیت بازیافت سنگ طبیعی را که ارزش ذاتی خود را حفظ می کند و تقاضای قوی در بازار برای آن وجود دارد، تشخیص می دهد (Wilson, 2005).

 عملکرد حرارتی سازه های سنگی

سنگ به عنوان یک مصالح ساختمانی دارای چگالی و ظرفیت حرارتی بالا اما مقاومت حرارتی پایینی است: به طور کلی عایق ضعیفی است مگر اینکه در ضخامت های زیاد همانطور که در طول تاریخ مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده شود. اگر عایقبندی شوند، پیکربندی های نازکتر می توانند به خواص عایق خوبی دست یابند و هم مصالح سنگی دیوارها و هم سنگ های حفره ای برای دریافت چنین اقداماتی مناسب هستند.

سنگ جرم حرارتی بسیار بالایی را هم در دیواره جامد و یکپارچه و هم در حفره تولید می کند. جرم حرارتی توانایی مواد برای جذب، ذخیره و آزادسازی انرژی گرمایی و در این کار، خود تنظیمی محیط داخلی از نوسانات دمایی است. گرما جذب و ذخیره می شود، تا زمانی که سطح در معرض دمای سردتر قرار گیرد و گرما به تدریج به بیرون برگشته و نوسانات دما را کاهش دهد. این چرخه معمولاً در یک دوره 24 ساعته و هم در تابستان و هم در زمستان رخ می دهد.

معرفی پر کردن حفره به عنوان عایق “دوام را به خطر می اندازد” (Key, 2009). لازم به یادآوری است که ظهور حفره در سازه بنایی برای شکستن پیوستگی مویرگی در سراسر دیوار، برای تامین آب و هوای مرطوب بریتانیا بود: پر کردن حفره برای اتصال حفره عمل می کند. دیوارهای بنایی جامد سنتی با ضخامت کافی از داخل خشک می مانند، زیرا رطوبت جذب شده از باران ناشی از باد به بیرون منتقل می شود و توسط ملات آهک و قابلیت تنفس عمومی سنگ کاری به محیط خارجی هدایت می شود.

در زمینه پر کردن یک حفره مقاوم سازی شده در ساختمان آجری بر پایه سیمان، قابلیت تنفس به طور قابل توجهی کند می شود و رطوبت جذب شده برای فرار تلاش می کند. حفظ رطوبت در مصالح بنایی به کاهش خواص عایق آن کمک می کند، جوانه زنی کپک را تقویت می کند و به طور کلی عملکرد سالم ساختمان را مختل می کند.

دیوارهای یکپارچه ساخته شده از مصالح سنگی ذاتأ از لحاظ هوابندی برتری دارند. مقررات فعلی ساختمان (به عنوان مثال، دولت HM، 2013) به ساخت و سازهای جدیدی مجوز می دهد که در هر مترمربع سوراخی معادل یک 20 پنسی درون یک پارچه نفوذ ناپذیر باشد.

صرف نظر از ویژگی های عایقبندی پارچه دیواری، گرما از طریق همرفت سریعتر از انتشار حرکت می کند و مقدار U ذکر شده در عمل محقق نمی شود در حالی که گرما می تواند از طریق نشت خارج شود.

علاوه بر این، ساخت حفره نیاز به اتصال مکانیکی فنی، مهارها و غیره دارد که باعث خنثی شدن صرفه جویی در ارزش اسمی در مصالح بنایی حجیمی می شود که برای پیکربندی دیوار یکپارچه مورد نیاز است. دیوار یکپارچه مترادف با دوام بهینه است و در مقایسه با ساخت حفره دار دارای درجه بالاتری از سازگاری است.

یک روند رو به افزایش در آینده نیاز به طراحی ساختمان ها برای تابستان های گرم علاوه بر زمستان های سرد است. ساختمان باید در برابر هر دو افراط حتی در بریتانیا محافظت شود.

محیط های خودتنظیم غیرفعال ارائه شده توسط سازه هایی با جرم حرارتی بالا به عنوان کلید پاسخگویی به این تقاضا شناخته می شوند (ARUP Research & Development, 2005). بنای سنگی یک محیط ایده آل به عنوان بخشی از این سیستم ذخیره انرژی است.

با این حال، جرم حرارتی برای درگیر شدن باید توسط محیط داخلی قابل دسترسی باشد. مرکز بتن (2006)، ساخت و ساز با قاب چوبی و سنگ تراشی حفره ای را مقایسه کرد، که در آن سنگ تراشی سنگین وزن به همان مقدار U با قاب چوبی و شش برابر میزان پذیرش جرم حرارتی دست یافت.