بزرگترین ساختمان های صفر انرژی جهان

جهان در آستانه مسائل فزاینده آلودگی، سلامت، رفاه، گرم شدن کره زمین و تغییرات آب و هوایی قرار دارد. متخصصان از سراسر جهان نسبت به نیاز به استفاده بیشتر و بهتر از منابع انرژی تجدید پذیر آگاه شده اند. رشد آسایش، نیازها و امکانات انسان به طور قابل توجهی بر محیط زیست تأثیر می گذارد و یکی از دلایل اولیه کاهش منابع، افزایش سرعت مصرف انرژی توسط مجتمع های مسکونی و تجاری در دهه گذشته است. معماران در سراسر جهان ساختمان های انرژی صفر را رویکردی قابل اعتماد و قضایی برای به حداقل رساندن تأثیر بر محیط اطراف خود می دانند و ادعا می کنند که این بناها دارای پتانسیل فوق العاده ای برای استفاده هر چه بیشتر از منابع تجدیدپذیر می باشند.

 

1. ایالات متحده آمریکا، مریلند (Unisphere)

ساختمان Unisphere در مساحتی به وسعت 135000 فوت مربع در وسط شهر در چشمه نقره ای مرکز شهر به عنوان نمونه ای عالی از فناوری های تجسم یافته قرار دارد و آن را به یک ساختمان کاملاً پایدار و با میزان انرژی صفر تبدیل می کند. مشتریان این بنا که در سال 2018 تکمیل شد، چیزی کمتر از بزرگترین ساختمان اداری جهان که بر روی مفهوم انرژی صفر کار می کند، انتظار نداشتند.

 

 

Unisphere اتوماسیون هایی مانند سیستم های فتوولتائیک خورشیدی، چاه های زمین گرمایی (Geothermal wells)، پوشش الکترومغناطیسی با کارایی بالا (high-performance electromagnetic envelope)، سیستم گرمایش و خنک کننده زمین (earth coupled heating-cooling system)، استخر حرارتی (thermal pool) و غیره را با هم ترکیب می کند و به عملکرد ساختمان بدون ردپای کربن کمک می کند. این ساختمان با کمک 3000 پنل خورشیدی که انرژی مازاد 1000 سیستم و مصرف کننده را در طول روز تامین می کند، بیشتر از خریدش برق می فروشد و در عصرها حداقل برق را از شبکه به ساختمان می فروشد.

 

 

پلکانی شیک که برای ترغیب مردم به راه رفتن به جای آسانسور طراحی شده است. برای ایجاد انگیزه در طراحی و شروع گفتگو در مورد مصرف انرژی بین کارکنان، یک قطعه مرکزی را در دهلیز مرکزی (central atrium) در دفتر مرکزی به نام چرخ انرژی (Energy Wheel) در نظر گرفته شده است. چرخ انرژی از داده های آنی (real-time data) برای نمایش مصرف انرژی خود استفاده می کند و از این رو نحوه عملکرد انتشار صفر را توضیح می دهد.

 

مقدار انرژی الکتریکی و حرارتی مورد استفاده در ساختمان که برای مصرف انرژی، هماهنگی گرمایش، سرمایش و سایر عملیات را صرف می شود، با میزان انرژی تجدیدپذیر تولید شده در محل برابر است که آن را به یک اکوسیستم کامل تبدیل می کند.

 

 

2. ایالات متحده آمریکا، کلرادو، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (National Renewable Energy Laboratory)

این مجموعه پردیس با هدف آینده انرژی پاک، پردیس آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر در دامنه کوه های راکی، گلدن کلرادو، ایالات متحده برای تجاری سازی و معرفی پیشرفت های تجدیدپذیر و روش های بهینه و کارآمد در زمینه انرژی های تجدیدپذیر، مستقر شده است.

 

 

تقریباً تمام ساختمان های پردیس دارای پیشرفته ترین امکاناتی هستند تا کم ترین میزان مصرف انرژی را داشته باشند. پردیس شامل زمینه های متنوعی است، اما بیشتر در مورد تسهیلات پشتیبانی و نیز پژوهشی تمرکز شده است.

 

 

این مرکز پشتیبانی تحقیقاتی که در مساحتی به مساحت 362055 فوت مربع گسترده شده است. مصرف انرژی این تأسیسات برابر با 35 کیلو بایت بر فوت مربع در سال است. این ساختمان ترکیبی از ترتیبات مانند یک سیستم فتوولتائیک روی پشت بام 2.5 مگاواتی، کلکتورهای خورشیدی (transpired solar collectors) و غیره را در بر می گیرد که همان مقدار انرژی را تولید می کند که مجموعه پردیس نیاز دارد. در این مجموعه، طراحان همچنین از سیستم های صرفه جویی آب برای نگهداری و طراحی ساده مانند کمدهای آب دوگانه (dual-flush water closets)، توالت های کم جریان (low flow toilets) و زهکشی سقف (roof drainage) برای آبیاری باغ استفاده می کنند. به طور کلی، اقدامات طراحی نه تنها سازگار با محیط زیست هستند، بلکه راه های مدلی برای دستیابی به ساختار انرژی صفر را ایجاد می کنند.

 

3. ایالات متحده آمریکا، سن دیگو، کالیفرنیا (La Jolla Commons)

این بنا یکی از بزرگترین ساختمان های با انرژی خالص صفر در ایالات متحده است. یک دفتر سیزده طبقه در مرکز شهر دانشگاهی در سن دیگو که توسط معمار مشهور پل دانا (Paul Danna)، طراحی شده است. برای کاهش هزینه های انرژی از بیوگاز (Biogas) تغذیه می شود، نمای بیرونی عمدتاً از یک پرده شیشه ای (Glass Curtain) با مواد پیشرفته دیواری (wall material lying) در فضای 415000 فوت مربع تشکیل شده است.

 

 

 

با یک نگاه گذرا، به فناوری های بسیار کارآمد دیگری که در این ساختمان استفاده شده است، اشاره می کنیم، پیل های سوختی (Fuel Cells) در محل که الکتریسیته بیشتری تولید می کنند، سیستم توزیع هوای زیر زمین با دمای 20 درجه سانتی گراد کار می کند، استفاده از پوشش هایی با انتشار کم که گرمای مادون قرمز با موج بلند نامرئی را منعکس می کنند و به طور همزمان گرما را کاهش می دهند. سلول های سوختی گازی محلی (fuel cells) که از متان برای تبدیل برق از طریق فرآیند غیر احتراق استفاده می کردند. متان به دست آمده از منابع مختلف کربن خنثی مانند محل های دفن زباله، کارخانه های فاضلاب و غیره، به عنوان یک راه حل الهام بخش برای صنعت می باشد.

 

 

4. وزارت محیط زیست و جنگل، دهلی نو، هند (Indira Paryavaran Bhawan)

اولین ساختمان صفر خالص هند که در سال 2014 ساخته شد، نمونه ای اصیل برای فرم های تجاری طراحی شده معمولی است. طراحی سازه شامل یکپارچه سازی استراتژی های فعال و غیرفعال (active and passive strategies) است که به کاهش نیازهای انرژی به منابع خارج از ساختمان کمک می کند. برای مثال می توان به جهت گیری بهینه بلوک ها ()، پوشش سبز و گیاهی مناسب برای بیش از 50 درصد منطقه، استفاده از نور روز (حدود 75 درصد) برای فضای داخلی ساختمان. ، کاهش همزمان نیاز به منابع نور مصنوعی و غیره اشاره کرد.

 

 

همچنین مکانیسم های متنوع ذکر شده در زیر نیز به کاهش 70 درصد انرژی از منابع خارجی (تجدیدناپذیر) در مقایسه با سایر املاک اداری تجاری کمک شایانی می کنند.

• تکنیک های تهویه پشته ای و متقاطع (stack and cross ventilation techniques )
• طراحی دقیق پوشش و فنستراسیون ساختمان که شامل استفاده از پنجره های UPVC، شیشه های با راندمان بالا (high-efficiency glass)، کاشی های تراس با انعکاس بالا برای ورود گرما، و عایق پشم سنگ است.
• استفاده از مصالح محلی مانند بلوک های AAC با خاکستر بادی، سنگ و فروسیمان جعلی، کفپوش سنگ محلی و غیره.

 

نمودار شماتیکی که سیستم تهویه پشته و متقاطع را از طریق دهلیزها در ساختمان توضیح می دهد.

 

 

این ساختمان با استفاده از تکنیک هایی مانند بازیافت فاضلاب، با استفاده مجدد از آب به میزان قابل توجهی در مصرف آب صرفه جویی و بهینه سازی کرده است. یک سیستم تبادل حرارت زمین گرمایی نصب شده با 180 سوراخ عمودی تا عمق 80 متری در امتداد محوطه ساختمان ترکیبی دفع گرما را با استفاده از یک برج خنک کننده انجام می دهد. این معماری همچنین شامل یک سیستم پرتوی سرد و یک سیستم فتوولتائیک یکپارچه ساختمان است که به دسته بندی انرژی صفر خالص آن کمک می کند.

 

 

5. آکادمی آواسارا، لاوال، پونا، هند (Avasara Academy)

• این مدرسه فضاها و فعالیت هایی را در بر می گیرد که به آموزش، یادگیری و ایجاد تجربیاتی کمک می کند که در نهایت منجر به تکامل می شود. ابتکارات مهندسان و معماران مختلف در هند، بطور فعال این کشور را به سمت آینده ای پایدار هدایت می کند. چه راهی بهتر از ساختن یک ساختار دانشگاهی برای پیشرفت و آگاهی مردم از انرژی صفر؟

 

آکادمی آواسارا در پونا، ماهاراشترا – در سال 2020 تکمیل شد و بدلیل سبک طراحی و استفاده از فن آوری های با کارایی بالا که اتلاف انرژی را تا 85 درصد کاهش می دهد، عنوان انرژی صفر را مال خود کرد. پردیس مسکونی مدرسه در دره صخره ای زراعی لاواله (Lavale) طراحی شده که شامل شش ساختمان است و با در نظر گرفتن دقیق موارد خاص و بدون استفاده از هیچ سیستم مکانیکی، فضای داخلی راحت را فراهم می کند.

 

 

این پردیس مساحتی معادل 119996 فوت را پوشش می دهد که در آن بر روی سقف ساختمان ها پنل های فتوولتائیک تعبیه شده که برق را برای پنکه های سقفی و روشنایی کلاس ها، خوابگاه ها و محل اقامت اساتید تامین می کند. با استفاده از کانال های زمینی (earth ducts)، حفره های عمودی یکپارچه ساختاری، و دودکش های خورشیدی برای القای تهویه در هر بلوک، دما از 5 تا 9 درجه سانتی گراد در فضای داخلی به حداقل می رسد و به طور طبیعی محوطه دانشگاه را تهویه می کند.

 

 

با استفاده از مصالح بومی مانند بتن خام (raw concrete)، فضای داخلی سنگ (stone interiors) و غیره و نیز سیستم های گرمایش و سرمایش غیرفعال (passive heating and cooling systems)، هزینه پروژه به 7 درصد از هزینه اولیه کاهش یافت و هزینه انرژی سالانه 80 درصد کاهش یافت. صفحه های بامبو و تیغه های سبک بافته شده بر روی پیشروها (overhangs) به عنوان پوسته دوم ساختار، یک توده حرارتی بی اثر عمل می کنند.

 

 

6. کانادا، انتاریو، همیلتون، مرکز مشارکت و نوآوری جویس کالج موهاوک (Mohawk and McMaster College)

این مرکز بزرگترین مرکز سازمانی انرژی صفر کانادا و اولین مرکز در این کشور است که گواهینامه ساختمان صفر کربن را از شورای ساختمان سبز کانادا دریافت که به عنوان هاب مرکزی برای فناوری ها و عملیات های کربن خنثی شناخته می شود. این عمارت L شکل 54 میلیون دلاری، 96000 فوت مربع شامل سالن های سخنرانی، کلاس های درس، آزمایشگاه ها، کتابخانه، اتاق های همکاری دانشجویی و دفاتر مرکز مدیریت تغییرات آب و هوا در موهاک می شود.

 

 

با تولید 100 درصد انرژی مورد نیاز برای برق رسانی به تاسیسات، ظرفیت کل سیستم فوتوولتاییک نصب شده در خود مرکز و در ساختمان های پردیس مجاور 550 کیلووات بر ثانیه است که از این بابت به هدف انرژی صفر دست یافته شد. تولید انرژی از آوریل 2019 تا آوریل 2020 653,633 کیلووات ساعت و مصرف 465,135 کیلووات ساعت اندازه گیری شد. تولید انرژی در محل به طور قابل توجهی از آنچه مدل سازی شده بود، بهتر عمل کرد، بطوری که سیستم فتوولتائیک 10 درصد بیشتر از حد انتظار انرژی تولید کردند. در حالی که هدف تولید برای تامین مصرف بود، تولید تا 40 درصد از مصرف فراتر رفت که تأثیر مستقیمی بر کاهش زمان بازپرداخت کربن خواهد داشت و تخمین اولیه 27 سال برای رسیدن به کربن صفر را تا حد زیادی کاهش می دهد. تمام انرژی اضافی پانل های خورشیدی به سایر ساختمان های دانشگاه صادر می شود. در سال 2021، این مرکز 665582 کیلووات ساعت برق تولید کرد و 376853 کیلووات ساعت برق مصرف کرد که مازاد آن 288729 کیلووات ساعت بود.

 

 

از جمله فن آوری های زیست محیطی استفاده شده می توان به پوشش ساختمان با کارایی بالا متشکل از ساندویچ پانل های پیش ساخته (pre-cast sandwich panels) با شیشه سه جداره و عایق برای به حداکثر رساندن گرمایش و سرمایش و نور طبیعی، یک بام سبز با مناطق وسیع کاشته شده، 28 چاه زمین گرمایی (geothermal wells)، یک پمپ حرارتی جریان متغیر (variable refrigerant flow heat pump system). سیستم، سیستم تهویه هوای بیرونی اختصاصی (dedicated outdoor air ventilation system)، روشنایی LED کنترل شده با سنسور (illumination and occupancy sensor-controlled LED lighting)، تجهیزات لوله کشی با راندمان بالا و پروتکل ها و زیرساخت های اندازه گیری و تأیید گسترده اشاره کرد. با فراتر رفتن از هدف سفتی هوای ساختمان 2 لیتر بر متر مربع، آزمایش نشان داد که 0.545 لیتر بر متر مربع 73 درصد بهتر از پیش بینی شده است.

آرایه فتوولتائیک (photovoltaic array) بر روی بال های سقفی مستقر قرار گرفته که توسط درختان فولادی (steel trees) نگهداری می شوند که به وضوح اصول مهندسی را نشان می دهند. به جای پنهان کردن پانل های خورشیدی، آنها به طور برجسته به عنوان یک ویژگی طراحی مرکزی نمایش داده شده و به دانش آموزان اجازه می دهد تا در مورد انرژی خورشیدی بیاموزند. یکی از اهداف اصلی کاهش کربن در طراحی، کاهش مصرف آب آشامیدنی، شیرآلات کم جریان (low flow faucets) و برداشت آب باران از پشت بام (228000 لیتر) برای شستشوی توالت و نیازهای آبیاری است.

 

 

7. ایالات متحده آمریکا، واشینگتن، ساختمان اسپوکین (Spokane)

ساختمان جدید در اسپوکین به بزرگترین ساختمان بدون انرژی و کربن خالص در آمریکای شمالی تبدیل شده است. این ساختمان 159000 فوت مربعی و پنج طبقه که شامل کلاس های درس، آزمایشگاه های کامپیوتر و مهندسی برق و دفاتر است، در طراحی آن از نوآوری استفاده شده است که می تواند زباله ها را دفع کند و شرایط آب و هوایی مثبت ایجاد کند که هزینه ای برابر با ساخت و ساز معمولی دارند. از جمله دیگر موارد رعایت شده برای رسیدن به مفهوم انرژی صفر، می توان به این موارد اشاره کرد: استفاده از الوارهای متقاطع دارای کربن کم (Cross-laminated timber is low carbon) که بسیار زیبا، بیوفیلیک و گرم، استفاده حداکثر از روشنایی روز که نماهای بیرون از ساختمان را نیز بهبود بخشیده که بدین معنا است ساختمان بدون کمک شبکه توزیع برق کار می کند. استفاده بهینه از آب و هوای محیطی که به طور قابل ملاحظه ای دوام ساختمان را بهبود بخشیده و درجه بسیار بالاتری از کنترل / بازرسی مانع مقاوم در برابر آب و هوای پوشش و رطوبت متراکم را محدود می کند. از نظر فیزیکی نیز، به دلیل بهره مندی کارآمد از انرژی خورشیدی، ساختمان حتی در شرایط آب و هوایی بسیار سرد بیرون نمی تواند به کمتر از دمای 50 درجه پایین بیاید.

 

 

با مثال های بالا، آشکار است که با افزایش روزافزون جمعیت و شهرنشینی، مصرف انرژی نیز افزایش می یابد. پیشرفت های فناوری در سراسر جهان به آرامی به سوی آینده ای پاک، سبز و پایدار پیش می رود. اکنون بیش از هر زمان دیگری، به عنوان معمار و طراح، باید از سیستم های با کارایی بالا برای حفظ منابع طبیعی خود و با آنها محیط زیست خود استفاده کنیم.

 

8. ایالات متحده آمریکا، واشینگتن، مرکز بولیت (Bullitt Center)

مرکز بولیت یک ساختمان اداری تجاری در تقاطع محله ناحیه مرکزی و کاپیتول هیل ، سیاتل ، واشنگتن است. این مرکز بطور رسمی در روز زمین ، 22 آوریل 2013 افتتاح شد. این مرکز به عنوان سبزترین ساختمان تجاری در جهان طراحی شد و به عنوان یک ساختمان زنده در سال 2013 گواهینامه دریافت کرد. هزینه ساخت این ساختمان شش طبقه، 52000 فوت مربع (4800 متر مربع ) 18.5 میلیون دلار بود. با احتساب هزینه های زمین و نرم افزار، هزینه 32.5 میلیون دلار است و به گونه ای طراحی شده که عمری 250 ساله داشته باشد. در سال 2016، تقریباً 30 درصد بیشتر از انرژی مورد نیاز برای همه مصارف، از صفحات خورشیدی روی سقف خود را تولید کرد که از آن زمان تاکنون به یکی از بزرگترین ساختمان های انرژی مثبت در جهان مبدل گشت. انرژی توسط یک آرایه بزرگ پنل خورشیدی متشکل از 575 پنل، بر روی سقف ساختمان، همراه با اقدامات صرفه جویی در انرژی که مصرف انرژی ساختمان را به تقریبا 15 درصد از یک ساختمان اداری معمولی با اندازه مشابه کاهش می دهد، تولید می شود. اگرچه ساختمان به شبکه توزیع برق هم متصل است و در برخی مواقع از برق شبکه توزیع استفاده می کند (در طول زمستان ابری سیاتل)، اما در مواقع دیگر انرژی مازاد کافی برای بازپرداخت چنین برداشت هایی را دارد.

 

 

 

با این حال، این سازه بازهم به تعدادی نوآوری فنی، قانونی و اجتماعی برای دستیابی به سطح بالایی از عملکرد زیست محیطی نیاز دارد. طراحی بلندمدت و 250 ساله ساختمان چالش های تامین مالی را ایجاد کرد، زیرا بانک ها با آن ناآشنا بودند و در نتیجه در حمایت از چنین پروژه ای مردد بودند، زیرا ساختمان های تجاری معمولا بر اساس طول عمر فرضی 40 سال تامین مالی می شوند. از دیگر ویژگی های ساختمان می توان به سیستم آب باران به آب آشامیدنی در محل اشاره کرد که پس از تأیید تنظیم کننده ها، آب باران جمع آوری شده را برای همه مقاصد فیلتر می کند. همچنین یک سیستم توالت کمپوست در محل وجود دارد که در نوع خود تنها سیستم 6 طبقه در جهان است. جمع آوری آب باران 52000 گالن و سیستم تصفیه اشعه ماوراء بنفش با چالش هایی با مقررات بهداشت عمومی مواجه شده است که نیاز به کلر زدن آب برای مصرف دارد. مالکان با استفاده از فیلترهای سرامیکی و افزودن کلر در تلاش هستند تا الزامات قانونی را برآورده کنند.

ویژگی های اضافی شامل 26 چاه زمین گرمایی است که 400 فوت (120 متر) تا سطح زمین گسترش می یابد، جایی که دمای آن 55 درجه فارنهایت (13 درجه سانتیگراد) ثابت است. این چاه ها به گرمایش ساختمان در زمستان و خنک شدن آن در تابستان کمک می کنند. یک سازه چوبی سنگین، تمام الوارهای ساختمان مطابق با استانداردهای تعیین شده توسط شورای سرپرستی جنگل تایید شده است و این اولین ساختمان تجاری در ایالات متحده است که گواهینامه پروژه FSC را دریافت می کند. همچنین، ساختمان هیچ جای پارک ندارد و فقط پارکینگ دوچرخه در نظر گرفته شده است. آسانسورهای ساختمان عمداً دور از دید نصب شده اند تا مردم را تشویق کنند تا از پلکانی استفاده کنند که به طور برجسته از نما بیرون زده است تا دید خوبی از منطقه اطراف داشته باشد.