در ساختمانهای انرژی صفر محققان و طراحان به دنبال کاهش مصرف انرژی در ساختمان به حداقل ممکن و تولید انرژی در ساختمان بواسطه منابع تجدیدپذیر می باشند.
امروزه با توجه به محدود بودن منابع انرژی، آلودگی‌های ناشی از مصرف انرژی‌های فسیلی و برخی دلایل دیگر، توجه به مصرف بهینه انرژی و همچنین بهره‌گیری از انرژی‌های طبیعی مثل خورشید و باد در بخش‌های مختلف امری لازم و ضروری است.
از آنجا که حدود ۴۰% انرژی جهان توسط بخش ساختمان مصرف می‌گردد طراحی و بکارگیری راهکار‌های اجرای ساختمانهای انرژی صفر می‌تواند مصرف جهانی انرژی را کاهش دهد.
همانگونه که در بالا اشاره شد در بسیاری از کشورها مصرف انرژی بخش ساختمان سهم بزرگی در مصرف انرژی کل دارد.
با توجه به هزینه بالای تامین انرژی و محدود بودن منابع و در راستای اجرایی کردن اصول توسعه پایدار، طراحان و سازندگان فعال در صنعت ساختمان به فکر ساخت ساختمان‌هایی شدند که مصرف انرژی در آنها بهینه باشد.
بنابراین حمایت از استفاده انرژی‌های زیست‌محیطی و توسعه ساختمانهای انرژی صفر و ساختمانهای سبز به یک فعالیت مهم در ایران تبدیل شده است.
تعاریف و اصطلاحات پرکاربرد
معماری پایدار (Sustainable architecture)
معماری است که به دنبال به حداقل رساندن تاثیرات منفی زیست‌محیطی ساختمان‌ها، توسط افزایش بهره‌وری و اعتدال در استفاده از مواد، انرژی و فضای توسعه و اکوسیستم کلی است. معماری پایدار در طراحی محیط ساخته شده از یک رویکرد آگاهانه در مورد انرژی و حفاظت از محیط‌زیست استفاده می‌کند.
توسعه پایدار یا ایده پایداری (طراحی اکولوژیکی)
توسعه‌ایی است که نیازهای اکنون را به گونه‌ایی برآورده نماید که توان نسل‌های بعدی را جهت تامین نیاز، کاهش ندهد و اطمینان از استفاده منابع به گونه‌ای باشد که تاثیرات زیان‌باری برای سلامت انسان‌ها نداشته باشد یا باعث از دسترس خارج شدن سایر منابع در دراز مدت نگردد.
ساختمانهای انرژی صفر(zero energy building)
اصطلاحی است که برای نسل جدید ساختمانهای سبز در نظر گرفته میشود و علت آن این است که تمام انرژی مورد نیاز خانه‌ها از طریق سیستم‌های تعبیه شده، تامین میشود. ساختمان انرژی صفر یک تعریف کلی برای بنا‌های دارای مصرف انرژی صفر مطلق یا سوخت کربن سالانه صفر، به کار می‌روند.
ساختمان با هزینه انرژی صفر (Net Zero Cost Energy Building)
در این نوع از ساختمان‌ها، مقدار هزینه‌ای که شبکه سراسری به ازای انرژی صادر شده از ساختمان به شبکه به مالک ساختمان می‌پردازد، برابر است با مبلغی که مالک به شبکه برق به ازای خدمات انرژی و انرژی مصرفی خود در یک سال می‌پردازد.
ساختمان با منبع انرژی خالص صفر (Net Zero Source Energy)
در این نوع از ساختمان‌ها انرژی بیشتری از میزان مصرفش در طی سال تولید می‌کند، وقتیکه در آن منبع محاسبه شود.
تاریخچه
تحول صنعتی، انسان را از زندگی در طبیعت به زندگی در شهر سوق داد. با پیشرفت فناوری، الگوی زندگی دستخوش دگرگونی شد، به نحوی که انسان‌ها برای گرمکردن خود به جای پوشش بیشتر و استفاده از لباس‌های گرم، از سوخت‌های فسیلی به عنوان گرم‌کننده استفاده نمودند.
بادگیرها، سایبان‌ها و نورگیرها در ساختمان جای خود را به تاسیسات گرمایشی و سرمایشی دادند، به این ترتیب شهرها انرژی را مصرف نموده و به جای آن زباله و آلودگی ایجاد می‌نمایند.
با شروع انقلاب صنعتی در سال ۱۸۳۰ میلادی و رشد روز افزون دانش بشری، تغییرات گوناگونی در زندگی انسان رخ داد.
با ادامه این روند علاقه به کاهش مصرف انرژی در ساختمان، به قبل از جنگ جهانی دوم در موسسه تکنولوژی ماساچوست با تحقیق در مورد سازه‌های گرمایش خورشیدی آغاز شد.
اولین پروژه مربوط به ساخت خانه‌های خورشیدی با نصب کلکتور‌های خورشیدی و استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی در سال ۱۹۵۸ بود. نقطه عطف این روند را می‌توان در سال ۱۹۷۰ با پیشروی به سمت خانه‌های کم مصرف با عایق‌بندی مناسب دانست.
تکامل این روند نیز در سال ۲۰۰۴ ساخت مجموعه خانه‌های به مساحت ۵۳۰۰ فوت مربع با مصرف انرژی صفر در لاس و گاس آمریکا به کمک فتوولتائیک‌ها، گرمایش خورشیدی و کلکتور‌های خورشیدی آب داغ است. این ساختمان‌ها در مقایسه با استاندارد‌های ساختمانی امریکا ۹۰% کمتر انرژی مصرف می‌کنند.
لزوم احداث ساختمانهای انرژی صفر
برای تحقق اهداف انرژی صفر و ساخت بنایی که انرژی‌های مورد نیاز خود را تامین کند گزینه‌های متفاوتی وجود دارد که بسته به شرایط محل و نحوه طراحی می‌تواند طیف گسترده‌ای از روش‌ها را در بر گیرد.
از این منابع می‌توان به انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی آبی، انرژی امواج، انرژی زمین گرمایی و … اشاره کرد که برای هر منطقه با توجه به منابع در دسترس طراح روش مناسبی را جهت تامین انرژی انتخاب می‌کند.
احداث ساختمانهای انرژی صفر مانند سایر مقولات زیرساختی، دارای اصول و قواعد خاص خود است و این سه مرحله را در برمی‌گیرد:
- صرفه‌جویی در منابع
- طراحی برای بازگشت به چرخه‌زندگی
- طراحی برای انسان
که هر کدام آنها، استراتژی‌های ویژه خود را داشته و مطالعه این موارد به درک بیشتر موضوع منجر خواهد شد.
صرفه جویی در منابع
اصل صرفه‌جویی در منابع (Economy of Resources) از یک سو به بهره‌برداری مناسب از منابع و انرژی‌های تجدیدناپذیر مانند سوخت‌های فسیلی، در جهت کاهش مصرف می‌پردازد و از سوی دیگر به کنترل و به‌‌کارگیری هر چه بهتر منابع طبیعی به عنوان ذخایر تجدیدپذیر و ماندگار توجه جدی دارد.
به عنوان مثال، یکی از منابع سرشار و نامیرا، انرژی حاصل از نور خورشید است که امروزه توسط تکنولوژی فتوولتاییک برای فراهم کردن آب و برق مصرفی در ساختمان، از آن استفاده میشود.
برای کنترل منابع، سه نوع استراتژی می‌تواند مورد توجه قرار گیرد که شامل حفظ انرژی، حفظ آب و حفظ مواد است. همانگونه که مشاهده میشود، تمرکز بر این سه منبع، به دلیل اهمیت آنها در ساخت و انرژی‌های مورد نیاز به منظور بهره‌برداری از آن است.
طراحی برای بازگشت به چرخه زندگی
اصل طراحی برای بازگشت به چرخه زندگی (Life Cycle Design) دومین اصل از توسعه پایدار است و بر این نظریه استوار شده است که ماده از یک شکل قابل استفاده تبدیل به شکل دیگری میشود، بدون اینکه به مفید بودن آن آسیبی رسیده باشد به واسطه همین اصل، یکی از وظایف طراح، سازنده و … جلوگیری از آلودگی محیط است.
این نظریه برای رسیدن به این هدف در سه مرحله مورد بررسی قرار می‌گیرد. این مراحل شامل پیش از ساخت، مرحله در حال ساخت و مرحله بعد از ساخت می‌باشد.
باید توجه داشت که این مراحل به یکدیگر مرتبط بوده و مرز مشخصی بین آنها وجود ندارد. برای مثال، می‌توان از مواد بازیافتی در مرحله پس از ساخت یک ساختمان به عنوان مصالح اولیه در مرحله ساخت ساختمانی دیگر استفاده کرد.
طراحی برای انسان
اصل طراحی برای انسان (Humane Design)، آخرین و شاید مهمترین اصل از توسعه پایدار است. این اصل ریشه در نیازهایی دارد که برای حفظ و نگهداری عناصر زنجیره‌ای اکوسیستم لازم است که آنها نیز به نوبه خود بقای انسان را تضمین می‌کنند.
این اصل دارای سه استراتژی نگهداری از منابع طبیعی، طراحی شهری و راحتی بهره‌برداران است که تمرکزشان بر افزایش همزیستی بین ساختمان و محیط بیرون از آن و بین ساختمان و افراد دخیل در آنهاست.
در واقع می‌توان گفت که برای رسیدن به ساختمانهای انرژی صفر (پایدار)، طراح و سازنده باید این مراحل و اصول را که تعریف کننده یک چهارچوب اصلی برای این اصول است را در معماری و طرح خود لحاظ و بر حسب مورد ترکیب و متعادل کند.