خانه سبز و انرژی در ساختمان ها

امروزه یکی از مسائل مهم در ساختمان ها بحث مصرف انرژی و تلاش برای کاهش و اصلاح الگوی مصرف انرژی است. مصرف انرژی یا بهتر است بگوییم اتلاف انرژی در ساختمان ها زیاد است و عمدتاً بیشترین میزان انرژی از طریق منابع فسیلی که محدود هستند تأمین می‌شود. در نتیجه کنترل مصرف انرژی و یافتن راهکاری جهت جایگزینی منابع انرژی با منابع تجدید پذیر بسیار مهم و ضروری است. در عمل با زندگی شهری انرژی مصرف شده و گرما و زباله به جا می‌ماند و در نتیجه به مرور زمان زمین گرم تر شده و منابع انرژی نیز تمام می‌شوند. از آن جا که همه ما برای ادامه زندگی و تامین نیازهایمان به انرژی نیاز داریم پس بهتر است در مورد خانه سبز و انرژی در ساختمان و روش های کنترل و بهینه سازی آن بیشتر بدانیم. توجه به بحث انرژی در مقیاس کلان سبب کمک به حفظ محیط زیست و حفظ ذخایر انرژی در طولانی مدت می شود و در مقیاس کوچک تر نیز به ما در کنترل هزینه های ناشی از مصرف انرژی در زندگی روزمره کمک می کند. حتی در صورتی که مصرف انرژی یک ساختمان زیاد باشد می‌توان با بازسازی ساختمان موجود و به عنوان مثال استفاده از پنجره های دوجداره از هدر رفتن بیشتر انرژی جلوگیری کرد.

وضعیت انرژی در ساختمان در ایران چگونه است؟

در گذشته و در معماری سنتی ایران ردپای مصرف مناسب انرژی و طراحی مناسب دیده می‌شود. استفاده از مصالح بومی و ظرفیت حرارتی آن ها، استفاده از فضای سبز برای تأمین رطوبت و خنک نگه داشتن محیط، استفاده از بادگیر ها و سرداب ها جهت تأمین هوای مناسب و خنک در داخل بنا و … تنها مواردی از این موضوع است. هرچند امروزه نمی‌توان برخی از این روش ‌های معماری سنتی را در نظر گرفت؛ اما می‌توان به بحث کنترل انرژی با روش های نوین توجه داشت.

اما وضعیت انرژی در ساختمان در ایران چگونه است. ایران ار دیدگاه مصرف انرژی یکی از پرمصرف ترین کشورهای جهان به حساب می آید. میزان مصرف انرژی ساختمان های جدیدی که در ایران ساخته می‌شوند تفاوت بسیاری با ساختمان های ساخته شده در دنیای امروز در سطح جهان دارد و باید روش های مؤثرتری در این جهت انتخاب شود تا بتوان از هدر رفتن سرمایه های ملی کشور جلوگیری کرد.

موانع بسیاری بر سر راه کنترل مصرف انرژی در ساختمان ها وجود دارد. برخی از این عوامل عدم فرهنگ‌سازی در جامعه، راحت‌طلبی افراد، تمایل به تجملات و الگوهای پرمصرف زندگی روزانه، ارزان بودن انرژی، مصرف انرژی بیش از آن چه برای راحتی افراد نیاز است، عدم استانداردسازی، رعایت نکردن مبحث 19 مقررات ملی ساختمان، استفاده نکردن از روش های نوین و مؤثر در کاهش مصرف انرژی و… است.

انرژی در ساختمان یا خانه سبز

در مورد بهره‌ وری انرژی در ساختمان چندین حوزه وجود دارد. این حوزه ها شامل: پوشش ساختمان، طراحی ساختمان، تجهیزات ساختمان و … است.

عمدتاً تصور افراد از مصرف انرژی در واقع انرژی است که مستقیماً در دوره بهره‌برداری ساختمان ‌ها مصرف می‌شود؛ اما جالب است بدانید که ساختمان ها علاوه بر انرژی مورد نیاز در دوره بهره‌برداری، در طول عمر خود انرژی زیادی را نیز به طور غیر مستقیم مصرف می‌کنند. انرژی مصرف شده در طول عمر یک ساختمان تشکیل شده از دو بخش انرژی نهفته و انرژی بهره‌برداری است. انرژی نهفته نیز خود از سه بخش انرژی نهفته اولیه، تعمیر و تخریب تشکیل می‌شود.

انرژی نهفته شامل انرژی لازم برای ساخت مصالح و تجهیزات و انرژی مصرفی در مرحله احداث بنا در فرآیند برپایی، حمل و اجرا است. انرژی تعمیر نیز انرژی لازم برای تعمیر تأسیسات و اجزای ساختمان است و انرژی تخریب هم مربوط به فاز تخریب است. انرژی مصرف شده در مرحله بهره‌برداری بسیار مهم است و سهم زیادی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می‌دهد.

میزان مصرف انرژی در مرحله تولید، خیلی به تلاش هایی که در جهت کاهش مصرف انرژی در دوره بهره‌برداری انجام می‌شود بستگی دارد. روش هایی مانند استفاده از عایق های حرارتی در ساختمان، به کار بردن سایه‌بان های داخلی و خارجی برای نما و یا استفاده از سیستم های خورشیدی، بادی و یا ترکیبی باعث می‌شود که مصالح بیشتری برای ساخت استفاده شود و در نتیجه مصرف انرژی مرحله تولید و پیش از بهره‌برداری افزایش می‌یابد.

همان طور که گفته شد، اگر ساختمانی مصرف انرژی کمی داشته باشد، میزان انرژی مرحله تولید بیشتر می‌شود. در مورد انرژی بهره‌برداری برنامه حضور افراد؛ شدت فعالیت آن ها؛ وسایل و تجهیزات الکتریکی، گازی و روشنایی و روش استفاده از آن ها و نرخ تعویض هوا موثر هستند. در واقع، طول عمر ساختمان یک عامل اساسی در تخمین انرژی ساختمان است و با تغییر مقدار طول عمر ساختمان، سهم انرژی بهره‌برداری و انرژی تعمیر و نگهداری نیز تغییر می‌کند.

دانستن این نکته که حتی نوع اسکلت ساختمانی استفاده شده در ساخت یک بنا بر میزان مصرف انرژی مؤثر است برای مهندسین طراح ضروری است. اسکلت فلزی آجری (اسکلت فلزی با سقف تیرچه بلوک و دیوارچینی آجری) بیشترین سرانه مصرف انرژی نهفته و اسکلت آجر و چوب (سقف چوب سبک و دیوار چینی آجری) کمترین سرانه مصرف انرژی نهفته را دارا است. انرژی نهفته در واقع همان انرژی مصرفی تولید و مصرف مصالح ساختمان است که به آن اشاره شد. علاوه بر آن انتخاب نوع نما، پوشش و بسیاری مسائل دیگر بر انرژی در ساختمان تاثیر می گذارد.

در بحث انرژی در ساختمان ها به دو مفهوم ساختمان انرژی صفر و ساختمان انرژی کم برخورد می کنیم. ساختمان انرژی صفر ساختمانی است که مصرف سالانه انرژی و تولید آلاینده های کربنی آن صفر است و در واقع میزان تولید انرژی سالانه در آن برابر یا بیش از میزان مصرف آن است. در این حالت انرژی به صورت محلی تامین می شود. هم چنین، ساختمان انرژی کم به هر نوع ساختمانی گفته می‌شود که مقدار انرژی کمتری نسبت به سایر ساختمان های عادی مصرف می‌کند.

میزان مصرف انرژی در ساختمان ها به چه عواملی بستگی دارد؟

کنترل میزان مصرف و اتلاف انرژی در ساختمان ها جز با داشتن درک درستی از عوامل موثر بر مصرف انرژی ممکن نیست. میزان مصرف انرژی ساختمان ها به عوامل مختلفی بستگی دارد که شامل موارد زیر است:

1. وضعیت آب و هوا
2. مکان و جهت قرار گرفتن ساختمان
3. طراحی ساختمان
4. کاربری ساختمان

روش های کنترل انرژی در ساختمان ها

برای کنترل و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان می توان از راهکارهای مختلفی استفاده کرد. برخی از این راهکارها را در ادامه بررسی می کنیم.

1. سلول های خورشیدی:

به کار گرفتن سلول های خورشیدی و سیستم فتوولتاییك در ساختمان از روش های بسیار مناسب در استفاده از انرژی خورشیدی است. فتوولتاییك تبدیل نور به الکتریسیته است. حداکثر بازدهی سیستم فتوولتاییك زمانی است که پنل ها عمود بر جهت تابش خورشید قرار داده شوند. تنها یك پنل دوبعدی می‌تواند در سراسر سال انرژی خورشیدی را جمع‌آوری کند و بهترین جهت‌گیری پنل ها در جبهه جنوب است. می‌توان فتوولتاییك ها را در یک ساختمان جایگزین پوشش سقف ها، نماها، دیوارهای کرکره ای و شیشه ها یا عناصر ویژه ای مانند سایه‌بان ها یا آفتاب شکن ها کرد.

2. عایق‌کاری:

به کمك عایق‌کاری مناسب می‌توان یك خانه را در زمستان گرم تر و در تابستان خنك تر نگه داشت و از هدر رفت انرژی جلوگیری کرد.

3. استفاده از نور خورشید جهت روشنایی:

نور روز باید منبع اولیه تأمین روشنایی بوده و نور مصنوعی به عنوان منبع کمکی استفاده شود. این مسئله باعث کاهش هزینه ها می شود.

4. دودکش خورشیدی:

دودکش خورشیدی روی دیوار و بام نصب می‌شود و عملکرد آن به این صورت است که هوا در دودکش به وسیله انرژی خورشیدی جذب و به دلیل پدیده اثر دودکشی به سمت بالا حرکت می‌کند. ترکیب پدیده های تابش و همرفت در این دودکش منجر به حرکت هوای قابل توجه به سمت بالا و افزایش تهویه می‌شود که می‌تواند تهویه طبیعی را در فضاهای اطرافش افزایش دهد.

5. آبگرم کن خورشیدی:

در آبگرم کن خورشیدی از انرژی خورشیدی برای پشتیبانی سیستم گرمایش و تأمین آبگرم مصرفی ساختمان ها استفاده می‌شود.

چگونه جهت ساختمان به کنترل مصرف انرژی کمک می کند؟

محل و نحوه قرار گیری ساختمان ها در دمای محیط و میزان جذب نور و گرما موثر است. همین مسئله باعث می‌شود تا برای مثال برخی ساختمان ها در طول روز نور مناسبی داشته باشند و به نور مصنوعی زیادی نیاز نداشته باشند. محلی که ساختمان در آن قرار می‌گیرد، به ویژه بین ساعت 9 صبح و 3 بعد از ظهر، در طول فصل گرم باید به خورشید دسترسی داشته باشد و نباید بیش از 22% مانع در طول مسیر خورشیدی وجود داشته باشد. ساختمان ‌های باریك و بلند باید یك جبهه طولانی تر در جهت جنوب داشته باشند و بیشتر پنجره ها بر روی دیواره جنوبی باشد. این مسئله بیشترین جذب نور خورشید را در طول ماه های زمستان ممکن ساخته و نور و گرما را تأمین می‌کند. یك پلان مناسب اتاق ‌هایی را که نیازمند بیشترین نور و گرما می‌باشند در طول جبهه جنوبی ساختمان قرار می‌دهد و عملکرد ساختمان را بهینه می‌کند. پارکینگ، انباری و دیگر فضاهایی از این دست وقتی که که در قسمت غربی و شرقی ساختمان قرار می‌گیرند به عنوان سپرهای گرمایی عمل می‌کنند. هم چنین، پنجره‌های جنوبی باید توسط پیش‌آمدگی یا حفاظ هایی در سایه قرار گیرند. سایه ایجاد شده، از تابش مستقیم خورشید در ماه های تابستان جلوگیری به عمل آورده اما باعث بیشترین نفوذ نور خورشید در ماه‌های زمستان می‌گردد. درختان برگ ریز، سایه بهینه را برای جبهه های شرقی و غربی ساختمان فراهم می‌آورند. در طول ماه های گرم تر، به وسیله برگ ها سایه ایجاد شده و تعرق درختان نیز در تأمین سرمای مورد نیاز ساختمان کمك می‌نماید. توجه یک طراح متخصص به بحث انرژی در طراحی های خود بسیار مهم است.

استفاده از تابش خورشید در کنترل مصرف انرژی

انرژی تابشی از سه روز تابش خورشید به زمین برابر است با تمام انرژی ناشی از احتراق تمامی سوخت های فسیلی در زمین! انرژی خورشیدی انرژی است که به رایگان در اختیار همه ما قرار دارد و این ما هستیم که می توانیم با هوشمندی خود به درستی از آن استفاده کنیم. ایران به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده ها قرار دارد. تنها در تهران سالانه نزدیک به 3000 ساعت آفتابی وجود دارد. حتی کمترین تابش در کشور ایران از بیشترین میزان تابش در بسیاری از کشورهای اروپایی بیشتر است؛ بنابراین استفاده از سیستم ‌های خورشیدی در اکثر مناطق کشور به ویژه استان های مرکزی، جنوبی و شرقی بسیار مناسب است و این سیستم می‌تواند بسیار مؤثر عمل کند.

از مسائل بسیار مهم در کنترل انرژی بحث کنترل نور خورشید و استفاده بهینه از آن برای تأمین نور ساختمان است. استفاده از پنجره ‌های بزرگ و نمای شیشه ای برای ساختمان ها باعث ایجاد فضایی دل باز شده و نور محیط را به خوبی تأمین می‌کند؛ اما در عین حال باعث گرم شدن دمای محیط به دلیل جذب زیاد نور خورشید می‌شود. استفاده مناسب از این نور می‌تواند خیلی مناسب باشد چرا که استفاده از نور مصنوعی برای روشنایی فضا سبب افزایش هزینه های ساختمان می‌شود. یک راه حل برای این موضوع استفاده از سیستم کنترل کرکره است. نصب کرکره از نوع مناسب و با زاویه مناسب بسیار کمک کننده خواهد بود.

استفاده از معماری سبز نیز می‌تواند یک راهکار مناسب برای کنترل انرژی باشد. وابستگی به نور خورشید جهت تأمین روشنایی در روز، انرژی گرمایی و الکتریکی سبب کاهش هزینه های انرژی می‌شود. در یک ساختمان سبز مصالح و فناوری های متفاوتی استفاده می‌شود. این موارد شامل صفحات عایق، گرمایش از کف، آب گرم ناشي از تابش خورشيد براي استفاده‌ی خانگي، آب‌گرم‌کن هاي مبني بر تقاضا و … است.

انرژی در ساختمان و استفاده از مصالح هوشمند

مصالح هوشمند مصالحی هستند که قادر به درک و پردازش رویدادهای محیطی بوده و در برابر رویدادهای محیطی به طور مطلوبی واکنش می‌دهند. می‌توان مصالح را در سه گروه مصالح غیرهوشمند، نیمه هوشمند و هوشمند دسته بندی کرد؛ گروه اول یعنی مصالح غیرهوشمند ویژگی اشاره شده در تعریف مصالح هوشمند را ندارند، مصالح نیمه هوشمند فقط توانایی پاسخ به تأثیرات محیطی با تغییر شکل و فرم خود برای یک دفعه یا مدت زمان کوتاه را دارند ولی در مورد مصالح هوشمند این تغییرات تکرارپذیر و قابل برگشت خواهد بود. مصالح هوشمند می‌توانند نقش مؤثری در کنترل انرژی مصرفی و هزینه های انرژی داشته باشند. مصالح هوشمند حالتی بهینه بین راحتی انسان و مصرف انرژی ایجاد می‌کند. استفاده از نماهای هوشمند مزایای مختلفی دارند برای مثال باعث کم شدن مصرف انرژی با انتخاب باز یا بسته بودن نما شده و امکان کنترل نور ورودی در ساعات مختلف روز را دارد. نماهای هوشمند شامل نمای فتوولتائیک، دو پوسته، دو پوسته با شیشه الکتروکرومیت و … است.

انتخاب بام و انرژی در ساختمان

بام و طراحی و عایق‌بندی آن در بحث انرژی بسیار مهم است. بام سبز علاوه بر ایجاد فضای سبز سبب عایق‌بندی حرارتی بام و ایجاد فضای مطلوب در محیط می‌شود و بسیار مناسب است. بام آبی (حوضچه بام) نیز یک روش جالب در کنترل انرژی است؛ به این صورت که آب در کیسه ‌هایی روی بام تخت فلزی ذخیره می‌شود. روی این بام با یک عایق متحرک پوشیده می‌شود. گرمایش به این صورت انجام می‌شود که عایق در روز باز می‌شود تا کیسه‌های آب گرمای آفتاب ذخیره کنند و شب ها عایق بسته می‌شود و آب گرم گرمای خود را به محیط ساختمان منتقل می‌کند. در سرمایش نیز عایق در شب باز شده و گرمایی که در طول روز دریافت کرده ‌است را آزاد می‌کند. در طول روز برای محافظت در برابر آفتاب عایق بسته می‌شود. گرمای داخل ساختمان که به سقف می‌رسد از طریق مخزن جذب شده و شب آزاد می‌شود. زاویه تابش آفتاب در زمستان کمتر است در نتیجه سطح افقی مخزن مقدار کمتری گرما نسبت به یک سطح عمودی با همان اندازه دریافت می‌کند.

ساختمان های بلند و انرژی در ساختمان

افزایش ارتفاع ساختمان سبب افزایش مصرف انرژی می‌شود، زیرا ساختمان های بلندتر در معرض دماهای پایین تر، بادهای قوی تر و تابش بیشتر نور خورشید قرار دارند. افزایش ارتفاع ساختمان ها، میزان روشنایی و تابش خورشیدی به ساختمان را زیاد می‌کند و غالباً باعث کاهش نیاز به نور مصنوعی می‌شود اما هم‌زمان خطر بیش از حد گرم شدن محیط را زیاد می‌کند. هم چنین، توجه به میزان بازشوها در مصرف انرژی به ویژه در سازه های بلند اهمیت دارد.

جمع بندی

کاهش مصرف انرژی ساختمان ها تنها از طریق استفاده از مصالح و تأسیسات ساختمانی مناسب انجام نمی‌شود، بلکه می‌توان با یك طراحی شهری و طراحی معماری متناسب با اقلیم، مصرف انرژی ساختمان ها را کاهش داد. طراحی معماری و طراحی شهری اثر بسیار بزرگی بر مصرف انرژی ساختمان ها دارد. پتانسیل این صرفه جویی در برخی مناطق اقلیمی ایران بسیار بالا بوده و این شیوه از بهینه سازی انرژی بدون هزینه است.

هرچند ممکن است هزینه صرف شده برای ساخت ساختمان هایی که انرژی کمتری مصرف می‌کنند در ابتدا زیاد باشد اما هزینه و سرمایه مصرفی در دوره کوتاهی باز خواهد گشت. توجه به بحث انرژی بسیار مهم است چرا که عدم کنترل میزان مصرف و الگوی مصرف انرژی در ساختمان ها نهایتاً زندگی تمامی افراد جامعه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. متأسفانه ایران یکی از کشورهای پر مصرف از نظر انرژی است که دلیل اصلی آن ارزان بودن انرژی در ایران، عدم توجه به انرژی در ساختمان ها و نبود فرهنگ سازی مناسب است. هر چند این تغییرات به یک باره اتفاق نخواهند افتاد اما استانداردسازی و تلاش برای کنترل مصرف انرژی بسیار مهم است. بیش ترین اتلاف انرژی از پوسته و نمای ساختمان ها اتفاق می‌افتد و بهینه سازی انرژی در این بخش ها بسیار ضروری است. جهت ایجاد جایگاه مناسب برای بحث انرژی در ساختمان ها باید بازدهی انرژی ساختمان ها به یک معیار برای ارزیابی، ساخت، خرید و فروش ساختمان تبدیل شود، چیزی شبیه به بر چسب انرژی در خرید وسایل برقی خانه.

توجه به مسائل مؤثر در کنترل و بهینه سازی انرژی توسط یک مهندس بسیار مهم است چرا که طراحی و وضعیت ساختمان در انرژی بسیار مؤثر است.

مطالب مرتبط:

The ‘green’ buildings are leading the way to more sustainable and efficient urban planning