Web-Zero Power & Web-Zero Carbon: تصميم استراتيجيات للوصول إلى أهداف الأداء
Net-Zero Energy & Net-Zero Carbon: تصميم استراتيجيات للوصول إلى أهداف الأداء
مع اشتداد آثار تغير المناخ في جميع أنحاء العالم ، تتحول صناعة AEC نحو البناء الأخضر لمعالجة أزمة المناخ بشكل فعال. في عام 2020 ، وافق أعضاء المعهد الأمريكي للمهندسين المعماريين (AIA) بأغلبية ساحقة على قرار يجعل الإشراف البيئي على رأس أولويات المنظمة. منذ ذلك الحين ، تم إحراز تقدم مطرد في تطوير خطة عمل مناخية ، وتطوير إطار التميز في التصميم ، وزيادة المشاركة في التزام 2030. قطاع البناء والتشييد هو المسؤول عن 36٪ من استهلاك الطاقة، 38٪ من انبعاثات الكربون المتعلقة بالطاقة ، و 50٪ من استهلاك الموارد على مستوى العالم. ومن المتوقع أن تتضاعف هذه النسب المئوية في إجمالي البصمة بحلول عام 2060 ، مما يؤدي إلى تفاقم الآثار السلبية لتغير المناخ على البيئة. ال الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) تقرير 2021 يحذر من موجات الحرارة الشديدة والجفاف والفيضانات المتزايدة ، وحدود درجة الحرارة الرئيسية التي تم اختراقها في أكثر من عقد بقليل. يجب أن يتصرف العالم بسرعة لتجنب هذه الأحداث الكارثية ، وإزالة الكربون عن البيئة المبنية يعد خطوة رئيسية في الاتجاه الصحيح.
تدفع العديد من المنظمات الحكومية والكيانات المهتمة بالمناخ نحو جميع المباني الجديدة والتطورات والتجديدات لتحقيق الحياد الكربوني بحلول عام 2040. يجب على المهندسين المعماريين والمهندسين وجميع الأطراف المشاركة في عملية تصميم المبنى البدء في تنفيذ استراتيجيات مستدامة في سير عملهم لتحقيق هذه الأهداف ولها تأثير كبير في مكافحة تغير المناخ. في هذا الكتاب الإلكتروني ، نحدد الاختلافات بين صافي الطاقة صفر وصافي صفر الكربون ونقدم استراتيجيات التصميم الرئيسية لمساعدة المهندسين المعماريين والمهندسين على تحقيق أهداف الأداء.
ما المقصود بـ Net-Zero Energy (NZE)؟
يشير Net-Zero Energy إلى قدرة المبنى على تعويض كمية الطاقة المطلوبة للبناء والتشغيل طوال حياته. يمكن تصميم المبنى باتجاه صافي الصفر وتعويض استخدام الطاقة بثلاث طرق:
إنتاج الطاقة في الموقع عبر معدات مثل الألواح الشمسية أو توربينات الرياح.
يمثل استخدام الطاقة من خلال إنتاج الطاقة النظيفة خارج الموقع.
تقليل كمية الطاقة المطلوبة من خلال تحسين التصميم.
هذه عادة استراتيجيات تكميلية ، مع الخيار الأول مرتبط مباشرة بالتكاليف الأولية لتصميم المبنى. لا يعتمد تحقيق NZE من الناحية الفنية على كفاءة المبنى ، ولكن الاستراتيجية الأكثر فعالية وفعالية من حيث التكلفة لتحقيق NZE هي تقليل حمل الطاقة ثم استخدام الطاقة المتجددة لتعويض متطلبات استخدام الطاقة المتبقية. يساعد تحسين متطلبات الطاقة لمبنى مصمم بشكل صحيح بشكل كبير على تقليل الطلب على الطاقة ومقدار الطاقة اللازمة لإنتاجها أو تعويضها.
ما هو Net-Zero Carbon
يتطلب تحقيق NZC تقليل وتعويض مواد البناء غير المستدامة وممارسات البناء التي تسبب انبعاثات كربونية عالية ، مثل تحديد مواد البناء ذات قيم منخفضة من kgCO2e. على غرار تحقيق NZE ، فإن تقليل الكربون له تأثير أسي على تصميم المبنى الذي يحتوي على صافي صفر من الكربون.
صافي الكربون الصفري = إجمالي الكربون المنبعث – إجمالي الكربون الذي تم تجنبه
استراتيجيات التصميم
التخفيض هو نهج التصميم الشامل لجميع استراتيجيات صافي الصفر لأنه يؤثر بشكل مباشر على الطاقة / الكربون المطلوب للتعويض لاحقًا. يوفر تقليل الطلب على الطاقة في المبنى نظامًا مناسبًا الحجم لعمليات البناء ويمكن أن يؤدي إلى توفير كبير في التكاليف. غالبًا ما يؤدي تقليل الكربون المتجسد من خلال القرارات المتعلقة بالمواد إلى تحسين تجربة الركاب من خلال تقليل انبعاثات الغازات الضارة من المواد الكيميائية التي تؤثر على إنتاجية الركاب.
من المهم ملاحظة أن مفاهيم القاعدة العامة لا تكفي لإنشاء مبنى خالٍ من الصفر ، حيث أن كل مبنى وشروطه فريدة من نوعها والتحسين هو المفتاح لتحقيق التوازن المحايد. ومع ذلك ، هناك استراتيجيات تصميم مشتركة تساعد الفرق على فهم تأثير قراراتهم. سيؤدي تطبيق أي عدد من الاستراتيجيات التالية أثناء عملية التصميم الخاصة بك إلى توجيه عملك نحو الطاقة وتقليل الكربون المتجسد وإبقاء مشروعك على المسار الصحيح نحو صافي الصفر.
1. استراتيجيات سلبية
يتعلق التصميم باستراتيجيات سلبية بفهم القيود البيئية للموقع وتصميم استجابة لا تتطلب أنظمة ميكانيكية نشطة. تشمل الأمثلة استخدام مصادر الطاقة المحيطة لتبريد مساحة المبنى أو تسخينها أو تظليلها أو تهويتها. يساعد العمل مع الظروف الطبيعية الحالية دون الحاجة إلى حمل كهربائي إضافي على تقليل الطاقة المطلوبة للتعويض عن مبنى خالٍ من الصفر. تلعب الصفات البيئية دورًا حاسمًا في التصميم لمعرفة ما هو مطلوب على وجه التحديد لتقليل انتقال الحرارة من خلال غلاف المبنى (الجدران الخارجية) ، والتي ستعتمد بعد ذلك بشكل أقل على الأنظمة الميكانيكية للحفاظ على مستويات راحة الركاب. التحدي في تصميم الاستراتيجيات السلبية هو أنه يجب دمجها في المراحل الأولى من العملية لتكون فعالة.
2. التظليل الشمسي
التظليل الشمسي هو شكل من أشكال التحكم في الطاقة الشمسية يمكن استخدامه لتحسين مقدار اكتساب الحرارة الشمسية والضوء المرئي الذي يتم إدخاله إلى المبنى. التظليل الشمسي هو إستراتيجية سلبية قوية إذا تم استخدامها بشكل كامل يمكن أن يكون لها تأثير هائل على الأداء العام للمبنى وجودة المساحة. هناك طريقة جيدة للتفكير في ذلك وهي مراعاة أن الحرارة المضافة إلى داخل المبنى الخاص بك يجب تعديلها للبقاء عند مستويات درجة حرارة محددة ، عادةً عن طريق نظام HVAC. كلما قل عمل النظام الميكانيكي ، قلت الطاقة التي تحتاج إلى استخدامها ، وزادت احتمالية وصول تصميمك إلى صافي الصفر. يشمل التظليل الشمسي نطاقًا كبيرًا من استراتيجيات التصميم ، مثل WWR (نسبة النافذة إلى الجدار) ، ووضع التزجيج ، وأداء التظليل ، وعناصر التظليل ، من بين أمور أخرى.
باستخدام هذه الاستراتيجية ، يمكن للمصممين تقليل استخدام الطاقة ويكون لهم تأثير قوي على الراحة الحرارية والبصرية للركاب من خلال منع ارتفاع درجة الحرارة والوهج خلال المواسم المشمسة في العام. ومع ذلك ، فإن فعالية استراتيجية التظليل تعتمد على عوامل متعددة ، بما في ذلك نوع جهاز التظليل والعمق والسياق وبرنامج البناء.
3. استراتيجيات نشطة
يشير استخدام الطاقة في المبنى إلى الطاقة المطلوبة لتشغيل المشروع واستدامته بمجرد شغله. يتم التعبير عن المقياس على أنه الطاقة لكل قدم مربع في السنة (kBtu / ft2 / yr) ، أو كما يُعرف أكثر باسم EUI أو كثافة استخدام الطاقة. من خلال حساب الطاقة التي يستهلكها المبنى سنويًا ، يمكن للمصممين التنبؤ بشكل أفضل بتكلفة المشروع لأنها مرتبطة بشكل مباشر باستهلاك الطاقة في المبنى.
يشمل انهيار EUI التدفئة والتبريد والإضاءة والمعدات والمراوح والمضخات والماء الساخن ، وهو ما يمثل النظام الميكانيكي لمبنى وظيفي. يمكن العثور على نظرة عامة أكثر تفصيلاً لما يتم تناوله في هذه الفئات هنا.
الهدف هو زيادة كفاءة النظام النشط لتقليل الطلب على الطاقة بشكل عام. يُعد إظهار الحد من استخدام الطاقة أمرًا مفيدًا ، ولكن للوصول إلى الطاقة الصافية الصفرية ، يعد الحل الشامل الأمثل أمرًا بالغ الأهمية لأن كل مشروع يحتوي على العديد من المتغيرات والكيانات المعنية التي لا تحتوي جميعها على صافي الصفر كأولوية قصوى. يساعد التحسين من أجل تقليل الطاقة والتكلفة الأولية الفريق بأكمله على الوصول بسرعة إلى قرار مستنير بشأن أفضل طريق للمضي قدمًا مع أفضل الخيارات أداءً على الطاولة. التحسين هو القوة الأساسية للوصول إلى تصميم مبنى خالٍ من الصفر.
4. الطاقة المتجددة
الطاقة المتجددة في الموقع هي أداة أساسية أخرى للوصول إلى صافي الصفر. تعد الطاقة المتجددة خارج الموقع ضرورية أيضًا ولكنها تتطلب بيانات تشغيلية حية من مصدر الطاقة (محطة توليد الكهرباء) وبالتالي فهي خارج نطاق تصميم المبنى. يعد توفير توليد الطاقة الأداة النهائية لتصميم الطاقة الخالي من الصفر وهو ممكن من خلال التقنيات التي تنتج الكهرباء ، مثل الرياح أو الألواح “الشمسية” الكهروضوئية. الإستراتيجية بسيطة: استخدم مصادر الطاقة الطبيعية مثل الرياح أو الشمس لتوليد الكهرباء.
لكي يصل المبنى إلى صافي الصفر ، يجب أن تنتج هذه الاستراتيجية ما يكفي من الكهرباء لتغطية ما يستخدمه سنويًا. على سبيل المثال ، الألواح الشمسية عبارة عن مجموعة من خلايا السيليكون المركبة في إطار مع الأسلاك التي تساعد على امتصاص وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام. من خلال حساب إجمالي الأمتار المربعة للألواح ونوع الألواح المستخدمة ، يمكن للمصممين حساب توليد الطاقة السنوي لمشروع المبنى. توليد الطاقة هو الجزء الأخير من تصميم المبنى للوصول إلى حالة الطاقة الصافية الصفرية وصافي انعدام الكربون.
لتحقيق نتائج إيجابية ، من الضروري للمصممين وجميع الجهات الفاعلة الموجودة في البناء الوصول إلى المعلومات والبيانات حتى يتمكنوا من اختيار أفضل الحلول والاستراتيجيات لكل موقف. في هذا المعنى ، يعد التحليل والمحاكاة موارد قيمة. Cove.tool’s الرسم هي منصة نمذجة مجانية تدعم المصمم أثناء التصميم والتحليل والنمذجة. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم الشركة بإطلاق مسابقة التصميم المعماري الدولي: الإسكان الميسر الكربون إيجابي لاكتشاف أفكار التصميم التي يمكن تكرارها في أحياء متعددة ، مع مكافحة تغير المناخ والتخفيف من أزمة السكن.
تعرف على المزيد حول الأداة في الكتالوج الخاص بنا.