ساختمان انرژی صفر منطبق با اقلیم ایران

در جهانی که روز به روز خطرات گرم شدن کره زمین، ازدیاد جمعیت و کاهش متعارف منابع انرژی در حال افزایش است، ساختمان ها و شهرک هایی با خالص انتشار دی اکسید کربن صفر به عنوان یکی از راه های پیش رو برای بازگشت تعادل و تنظیم آن در مسیر پایداری می باشد.

ساختمان کربن صفر به ساختمانی گفته می شود که دارای مصرف انرژی صفر یا انتشار دی اکسید کربن صفر در یک بازه سالانه می باشد. در سال های اخیر، ساختمان های کربن صفر(کم) توجه زیادی را در کشورهای مختلف به خود جلب کرده است چرا که به عنوان استراتژی دارای اهمیت و موثر برای ذخیره انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به شمار می رود.

مسکن کربن صفر یا انرژی صفر (ZCH)، اصطلاحی است برای مشخص کردن اقامتگاه‌هایی با میزان راندمان انرژی بسیار بالا. در این منازل انرژی بسیار کمی برای تأمین نیاز روزانه ساکنین، مصرف می‌شود. در یک مسکن کربن صفر، میزان کربن سالیانه خالص، صفر است. مسکن کربن صفر ZERO CARBON HOUSE  و یا به صورت مخفف ZHC  یا ZHB دارای میزان کربن خالص صفر سالیانه می باشد.

فوت‌پرینت (Footprint)، کربن معیاری است برای سنجش انتشار گازهای گلخانه‌ای به صورت مستقیم یا غیر مستقیم بر اثر فعالیت‌های خانگی مثل گرمایش، مصرف تجهیزات خانگی، فعالیت‌های شخصی مثل رانندگی با یک ماشین، خدمات وسیع‌تر مثل حمل‌ونقل هوایی و عمومی و مصرف انفرادی غذا و دیگر محصولات.

فوت‌پرینت از دو بخش اولیه و ثانویه تشکیل شده است که بر حسب واحد تناژ دی‌اکسیدکربن مشخص می‌شوند.

فوت‌پرینت اولیه، معیاری است برای سنجش انتشار مستقیم Co2 بر اثر مصرف مستقیم سوخت‌های فسیلی. فوت‌پرینت ثانویه، معیاری است برای سنجش انتشار غیرمستقیم Co2 بر اثر فرآیند ساخت محصولات خانگی و تجزیه این محصولات.

عواملی مثل سبک زندگی، رژیم غذایی، لباس خریداری‌شده، فعالیت‌های رفاهی، میزان مسافرت‌های هوایی سالیانه، میزان کارکرد افراد، کاربرد حمل‌ونقل عمومی، و تعداد و نوع وسایل نقلیه خصوصی و ...، در محاسبه فوت‌پرینت‌های ثانویه نقش دارند.

به ‌عنوان مثال گیاه‌خواران دارای فوت‌پرینت کربن کمتری نسبت به گوشت‌خواران هستند.

برای مشخص کردن یک مسکن کربن صفر، راندمان انرژی آن در نظر گرفته می شود. منازل ZCH باید از لحاظ مصرف انرژی بهینه باشند و تقاضای انرژی آن‌ها در طول روز حداقل باشد. در منازل جدید، باید ایزولاسیون در برابر نفوذ هوا و حرارت به‌ درستی رعایت شود. نصب عایق ۱۸۰ میلی‌متری ضخیم، بازیابی آب، جایگزینی تجهیزات خانگی قدیمی با تجهیزاتی که بر چسب انرژی  A دارند، ضروری است.

در پژوهشگاه مواد و انرژی وزارت علوم، تحقیقات و فناوری این پژوهش متناسب با اقلیم ایران انجام شده است.

ج

به گزارش روابط عمومی پژوهشگاه، علی ادریس‌آبادی،دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر در پژوهشگاه مواد و انرژی درخصوص این پژوهش گفت: «امروزه مفهوم ساختمان انرژی صفر در جوامع علمی شناخته شده و گسترش یافته است. اتحادیه اروپا برای سال 2050 اهداف بلندمدت در نظر گرفته است. به‌ منظور کاهش انتشار GHG خانگی از سال 1990 الی 2050 به میزان 80 تا 95 درصد، بخش ساختمانی باید مورد بازسازی عمیق قرار بگیرد. بنابراین تمایل به طراحی و راه‌حل‌هایی فناورانه جهت دستیابی ساختمان به انرژی صفر زیاد شده است.

این پروژه با تلاش برای دستیابی به انرژی صفر، در ابتدا پس از طراحی ساختمان از لحاظ معماری گزینه‌های موجود را بررسی کرد و استفاده از دیوار پیش‌ساخته LSF را به ‌عنوان ماده بهینه ساختمانی انتخاب کرد. همچنین میزان انرژی خورشیدی در منطقه جغرافیایی  تهران (مهرآباد) بررسی و مشخص گردید. انرژی برق لازم جهت تامین نیازهای داخلی ساختمان (روشنائی، گرمایش و سرمایش) بررسی شد و سیستم فتوولتائیكی در وضعیت متصل به شبكه برای این ساختمان طراحی شد، كه شبیه‌سازی انجام ‌شده مقدار انرژی تولید‌شده توسط سیستم فتو‌ولتائیك را برابر 2252 کیلووات ساعت در سال و مصرف انرژی ساختمان را 2019 کیلو‌وات ساعت در سال نشان داد.

در این پروژه تحقیقاتی همچنین مشخص شد كه با طراحی 12 ماژول فتوولتائیك بر سقف ساختمان انرژی صفر با مجموع سطح مؤثر 18/05 مترمربع می‌توان تابش كل 20621/7 کیلووات ساعت از خورشید بر سطح سلول و نهایتاً 2469/1 کیلووات ساعت برق در شبكه خانگی تولید كرد.

محاسبات در شبیه‌سازی نشان داد كه با استفاده از سیستم فتوولتائیك از انتشار 1310 كیلوگرم  CO2 در سال جلوگیری می‌شود. سیستم گرمایش خورشیدی نیز با نرم‌افزار T*SOL شبیه‌سازی شد. از بین سیستم‌های گرمایشی طراحی‌شده، سیستم مخزن دوجداره با بیشترین بازدهی 5 به‌عنوان سیستم بهینه گرمایش خورشیدی انتخاب شد.

سیستم گرمایش خورشیدی شامل کلکتور لوله خلاء به همراه مخزن دو جداره و با 160 لیتر آب مصرفی روزانه با دمای 50C و ظرفیت مخزن 750 لیتر طراحی شد. جایگزینی این سیستم از انتشار سالیانه 1676 كیلوگرم گاز CO2 جلوگیری می‌كند.

این پژوهش با راهنمایی دکتر فرح سادات هالک و مهندس حمیدرضا حقگو و مشاوره دکتر محمد امینی، توسط علی ادریس آبادی دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر در پژوهشگاه مواد و انرژی انجام شده است.

خانه‌های کربن صفر، نقش کلیدی و مهمی در مدیریت زیست‌محیطی دارند. این ساختمان‌ها به انسان‌ها اجازه می‌دهند تا با افزایش دمای جهانی هماهنگ و سازگار شوند. خانه‌های ZCH باعث می‌شوند که افراد بتوانند بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی زندگی کنند و معضل کمبود غذا، گرمایش زمین و آلودگی‌ها را متوقف می‌کنند.

نقش ساختمان کربن صفر در مدیریت محیط زیست

ساختمان کربن صفر و ارس شیپس نقش مهمی در مدیریت زیست محیطی ایفا می‌کنند. این ساختمان‌ها قادر به انجام کارکردهای روزانه مناسب خانه در مقابل تغییر شرایط زیست محیطی می‌باشند و شکلی از انعطاف‌پذیری مهندسی را نشان می‌دهند. انعطاف‌پذیری مهندسی بخشی از مدیریت تطابقی به شمار می‌آیند.

مدیریت تطابقی ایده‌ای است که با استفاده از آن می‌توان با سازگاری به تغییرات به جای تغییر کامل موارد دیگر به پایداری دست یافت. خانه‌های کربن صفر به انسان‌ها اجازه می‌دهند تا با افزایش دمای جهانی هماهنگ و سازگار گردند. این انواع خانه‌ها سبب می‌شود که افراد بتوانند بدون استفاده از سطوح کمتر سوخت‌های فسیلی زنده بمانند و ساکنان در رابطه با کمبود غذا محافظت شده و آلودگی‌ها متوقف می‌گردد.

خانه‌های کربن صفر می‌توانند انعطاف‌پذیری و برگشت‌پذیری را برای تغییرات در مقابل نقطه خاص در ثبات پویا حاصل کنند. در این مورد، نقطه انتها نشان دهنده جنبه‌های خطرناکی از تغییر اقلیم می‌باشد. هنگامی که یک نقطه انتهایی ایجاد می‌گردد سیستم در معرض حوزه جدیدی از ثبات قرار می‌گیرد و ویژگی‌های ثبات تغییر می‌نماید. سیستم به حوزه جدیدی از جو وارد می‌شود و به موقعیت ثبات جدید وارد می‌شود.

با توجه به این ایده، ارتفاع محدوده‌ای که حوزه جذب در آن واقع است تعیین کننده مقادیر فشار یا اختلال مورد نیاز برای مجبور نمودن سیستم به ورود به حوزه جذب دیگر می‌باشد. خانه‌های کربن صفر، انعطاف‌پذیری مهندسی را برای این رویداد امکانپذیر می‌سازند زیرا می‌توانند با اختلالات صورت گرفته در این شرایط هماهنگ گردند. دقیقاً هنگامی که این نقاط انتهایی ایجاد می‌گردند شناخت تقریباً غیرممکن خواهد بود و به سختی می‌توان شرایط را پیش بینی کرد. آن‌ها نشان دهنده تغییرات غیرخطی بوده و سبب می‌شوند پیش بینی و یا آماده‌سازی برای مواجهه با تغییرات مشکل گردد.

منابع: سیناپرس، پویا نما، آباد تدبیر