5 اصل طراحی خانه های منفعل
در دهه 90 میلادی و با توجه به شرایط اقلیمی سردسیرکشور آلمان محققین برآن شدند تا با معرفی خانه های منفعل برای کنترل میزان مصرف انرژی حاصله از منابعی نظیر سوختهای فسیلی و انتشار گازهای گلخانهای در ساختوساز ارائه دهند. آنها با معرفی استاندارد خانه های منفعل ایده خود را برای کاهش مصرف انرژی در کشورهای سردسیری نظیر اتریش و کانادا مطرح کردند و اندک اندک این استراتژی در تمامی کشورهای سردسیر به اجرا درآمد. بعد از مشاهده تاثیرات گسترده، استراتژی خانه های پسیو یا خانه های غیرفعال شناخته میشود، در سراسر دنیا با تفاوتهایی جزئی در اجرا، به کار گرفته شد و حتی در مقالاتی برای کشورهایی با هوایی بسیار گرم ترفندهایی برای اجرای آن منتشر شدهاند که میزان اثربخشی این استراتژی در آنها متفاوت است.
در دنیای امروز، ساختمانها نقش عمدهای در میزان انتشار گازهای گلخانه ای به اتمسفر را دارند به طوریکه این تاثیر بیش از 70 درصد برای انتشار سولفور اکسید و بیش از 50 درصد برای انتشار کربن دی اکسید برآورد شده است. با توجه به این اعداد و ارقام، بحث بر سر نحوه ساخت و اجرای ساختمانها باید بیشتر از پیش، جدی گرفته شود و بهینهسازی ساختمانها بر اساس مصرف انرژی میتواند نقشی مهم و اساسی را در کاهش ایجاد گازهای گلخانهای، مصرف سوختهای تجدیدناپذیر و اثرات زیانبار آنها بر عهده داشته باشد اما تاکنون، استفاده از استراتژیهایی نظیر استراتژی پسیو در ایران جدی گرفته نشدهاند و ایران با بیش از 22 میلیون و800 هزار واحد مسکونی اعم از فعال و غیرفعال اقدام جدیای در این زمینه انجام نداده است.
در صورتیکه تا سال 2009 میلادی بیشاز 20000 واحد مسکونی در اروپا براساس متدهای کاهش مصرف انرژی ساخته شدهاند و براساس گزارش آزانس بینالمللی انرژی در سال 2015، ایران در رتبه هشتم تولیدکنندگان کربن دی اکسید قرار دارد درحالیکه ایران هجدهمین کشور پرجمعیت دنیاست.بحث کاهش مصرف انرژی و استفاده از منالع تجدیدپذیر انرژی، بحثی داغ و بینالمللی است که در مقالات گذشته به روشهایی جهت کاهش مصرف انرژی در خانهها پرداختیم و در این مقاله قصد داریم به معرفی کامل اصول استاندارد خانه های پسیو یا خانه های منفعل(غیرفعال) بپردازیم.
آنچه در این مقاله میخوانید:
Toggleاصول طراحی خانه های منفعل یا غیرفعال
استراتژی ساختمانهای منفعل که منجر به کاهش مصرف انرژی میشود، بر 5 اصل استوار است که این اصول به شرح زیر میباشند:
1- عایقبندی بسیار دقیق سطح ساختمان
2- هوابندی ساختمان استفاده از دربها و شیشههای با کیفیت
3- جلوگیری از ایجاد پلهای حرارتی در سازه
4- هوابندی ساختمان
5-تهویه مکانیکی مناسب به همراه بازگردانی گرما
عایقبندی گرمایی ساختمان
عایقبندی گرمایی یا thermal insulation با ضریبی به نام U-Value سنجیده میشود که به معنای میزان گرمای تبادل شده در واحد زمان و اختلاف دمای 1 درجه در یک قسمت یا المان است و طبق استانداردهای خانه های پسیو این عدد برای دیوارها، پنجرهها و سقف باید مقدار کمتری نسبت به عدد 0. 15W/m2kباشد.
هوابندی ساختمان استفاده از دربها و شیشههای با کیفیت
در برخی شرایط باید از پنجرههای دوجداره و حتی سهجداره برای کارایی بهتر استفاده کرد. درزهای درب و پنجره را پوشاند و با استفاده از مجصولات با کیفیت و کارایی بالا تبادل انرژی با خارج از خانه از طریق درب و پنجره را کاهش داد. در برخی نقاط گرمسیر نیز باید برای پنجرهها سایهبانهایی از بیرون طراحی شوند که از تابش مستقیم خورشید به پنجرهها جلوگیری کنند. این اتفاق معمولا در کشورهایی نظیر ایران رخ میدهد که دارای زمستان سرد و تابستان گرم هستند و 4 فصل به حساب میآیند و نیاز است که پنجرهها برای تامین گرمای موردنیاز در زمستان نورگیر باشند اما در تابستان همین اتفاق باعث رخ دادن overheating میشود، پس باید با نصب پردهها و یا سایهبانهای متحرک از این اتفاق جلوگیری کنیم.
دلیل اینکه این سایهبانها باید در خارج از ساختمان نصب شوند این است که اگر در داخل نصب شوند نمیتوانند جلوی تابش خورشید به پنجرهها را بگیرند و به طبع تبادل گرمایی از طریق آنها رخ خواهد داد و این برخلاف عقاید و استانداردهای این متد است.
جلوگیری از ایجاد پلهای حرارتی در سازه خانه های منفعل
پلهای حرارتی یا thermal bridges در مکانهایی مانند گوشههای ساختمان، محل اتصال تیر و ستون، سقفهای شیروانی و به صورت کلی در جایی که در 3 جهت جریان گرمایی با یک المان گرمایی ایجاد شود. در متد اجرایی خانه های غیرفعال باید از اینگونه انتقال و جریان گرمایی جلوگیری شود و معمولا بین دو المان از المانهایی غیررسانا استفاده میکنند تا ارتباط مستقیمی بین دو المان گرمایی ایجاد نشود و نتوانند انتقال حرارت داشته باشند. در صورتی که نتوان از این پلهای حرارتی در داخل جلوگیری کرد و یا بین المانهای آن فاصله ایجاد کرد، نقاطی که پل حرارتی دارند در بیرون از سطح درزبندی و عایقبندی شده طراحی میشوند و حتی گاها میتوانند نادیده گرفته شوند مگر اینکه مقدار انتقال حرارت آنها بسیار زیاد باشد.
هوابندی ساختمان
هوابندی یا airtightness به منظور کاهش گرماخواهی خانه های منفعل و همچنین جلوگیری از ورود رطوبت به سازه ایجاد میگردد و برای این کار معمولا از لایههایی از جنس ممبران بر روی سطح نمای ساختمان و اطراف المانهایی مانند قاب پنجره استفاده میگردد. برای سنجش میزان هوابندی خانه های پسیو آزمایشهایی طراحی شدهاند که یکی از مطرحترین آنها که توسط استانداردهای پسیو هاوس مطرح شده است، آزمایش n50 نام دارد.
این آزمایش به این دلیل اینگونه نامگذاری شده است که میزان نشت هوا در فشار 50 پاسکال را میسنجد و این عدد نباید بیشتر از 0.6 باشد. روش انجام این آزمایش اینگونه است که مثلا در درب ورودی ساختمان از داخل، پارچه قرمزی نصب میشود که سنسورهایی در سطح آن وجود دارد و سپس با فشار 50 پاسکال هوا دمیده میشود و پس از مدت زمان مشخصی نتایج این آزمایش تحلیل و با استانداردهای موجود مقایسه میگردد.
تهویه مکانیکی مناسب به همراه بازگردانی گرما
استفاده از سیستمهای تهویه جدید و بسیار مدرن و قدرتمند میتوانند ضامن سلامتی افراد در خانه باشند و هوای سالم و مطبوعی را فراهم سازند اما این کار بدون هدر رفت گرما غیر ممکن است زیرا باید هوای داخل خانه در چرخش باشد و هوای داخل مدام جایگزین شود. پس ما در این سیستم هدر رفت گرمای بسیار زیادی خواهیم داشت اما اگر این سیستم با سیستم دیگری به نام سیستم بازگردانی گرما یا heat recovery همراه شود این مشکل نیز در خانه های غیرفعال برطرف خواهد شد.
به طوریکه سیستم تهویه به عملکرد خود ادامه میدهد و هوای تازه را جایگزین میکند سپس سیستم بازگردانی گرما هوای خارج شده را تا حد مناسبی به سیستم تهویه برمیگرداند و این چرخه ادامه پیدا میکند تا کمترین هدر رفت گرمایی را داشته باشیم و بتوانیم در کنار آن از هوای مطبوع نیز بهره ببریم. این سیستم با فشردهسازی هوادر اتاقها و فضاهای اصلی و انتقال هوای تازه به سایر نقاط عمل میکند. هوای نقاطی مثل آشپزخانه و حمام که هم گرم هستند و هم دارای رطوبت نسبتا بالایی میباشند نیز ابتدا از یک سیستم تغییر دهنده دما و گرماگیر عبور میکنند و سپس این گرما به هوای بیرون منتقل میشود، هوایی که قرار است پس از تهویه مجددا به ساختمان بازگردد.
این هوای به اصطلاح پیش گرم شده به اتاقهای خواب و فضای پذیرایی منتقل میشود. سیستمهای تهویهای که قصد دارند با دریافت استانداردهای پسیو در این متد استفاده شوند باید حداقل 75% بازگردانی گرما را انجام بدهند و هدر رفت گرما نباید بیش از این مقدار باشد. همچنین حداکثر مصرف انرژی فنهای استفاده شده در این متد باید wh/m3 0.45 باشد و مقادیر بیش از آن استانداردها را دریافت نمیکنند. اگر استانداردهای این سیستم دریافت نشود و از روشهای جایگزین دیگری قصد استفاده داشته باشیم باید حداقل 87% بازگردانی گرما صورت بگیرد و 12% برای اطمینان حاصل کردن بیشتر از سایر سیستمهای مورد تایید، بازگردانی گرما نیاز است.
در استاندارد خانه های غیرفعال که توسط انستیتو پسیو هاوس (انستیتو خانه های منفعل) ارائه شده است، میزان انرژی خواهی اولیه یا primary energy demand که به صورت میزان انرژیای که به صورت تبدیل نشده و پردازش نشده در طبیعت موجود است تعریف میشود، به مقدار kwh/m2a محدود شده است و این میزان برای گرمایش، سرمایش، تهویه، گرم کردن آب و برق مورد استفاده در نظر گرفته شده است. اگر توسط سیستمهای بادی یا پنلهای خورشیدی اقدام به تولید انرژی کنیم، این میزان انرژی باعث تغییری در انرژی خواهی اولیه نمیشود و نمیتوان در شمارش این میزان را نیز لحاظ کرد تا به مصرف انرژی بیشتری رسید.
همچنین حداکثر انرژی برای سرمایش و گرمایش میزان kwh/m2a 15 میباشد و نباید فراتر از آن رفت. در نواحی گرمسیر میتوان برای رسیدن به استانداردهای خانه های پسیو از هوای نسبتا خنک شب و تهویه طبیعی با باز کردن پنجرهها نیز استفاده کرد اما در روز تا حد امکان و برای جلوگیری از هدر رفت انرژی باید پنجرهها بسته باشند اما باز کردن آنها جز بالا رفتن مصرف انرژی مشکل دیگری ندارد و میتوان در هر زمانی اقدام به باز کردن پنجرهها کرد.
انواع خانه های منفعل
استراتژی خانه های پسیو دارای سه دستهبندی جداگانه از نحوه عملکرد است که این دستهبندیها reduce,produce,storage نام دارند. دسته اول که با هدف کاهش مصرف انرژی طراحی شده، صرفا با ارائه استانداردهایی جلوگیری از هدر رفت انرژی را هدف قرار میدهد. دسته دوم با استفاده از صفحات خورشیدی اقدام به تولید بخشی از انرژی مصرفی ساختمان نیز میکند و مجددا مصرف تا حد بسیار زیادی نسبت به دسته اول کاهش مییابد و دسته سوم فرارتر رفته و علاوه بر تولید تمام انرژی موردنیاز ساختمان توسط پنلهای خورشیدی، اقدام به تولید بیشتر، ذخیرهسازی و در نهایت فروش این انرژی ذخیره شده میکند تا علاوه بر پرداخت نکردن هزینه باعث ایجاد درآمدزایی نیز بشود.
دستههای دوم و سوم خانه های منفعل که تمامی انرژی خود را از طریق پنلهای خورشیدی تولید میکنند و مصرف انرژی حاصل از منابع سوختی نظیر سوختهای فسیلی در آنها صفر است، خانههای نت زیرو(NZEB) نامیده میشوند و در حالت کلی میتوان گفت که خانههای نت زیرو همان خانه های پسیو پیشرفته هستند. خانههای نت زیرو انرژی یا خانه های مصرف انرژی خالص صفر، همانند خانه های غیرفعال در دستهبندی خانههای سبز قرار میگیرند.
اصول طراحی خانه های غیرفعال
استفاده از استاندارد خانه های غیرفعال برخلاف تصور عموم محدودیتهای خاص و ویژهای چه در زمینه انتخاب شیوه انتخاب بین انواع سازهها بر اساس متریالهای غالب در ساخت و چه در زمینه طراحی معماری ساختمان ندارد. به طوریکه میتوان در تمام سیستمهای سازهای نظیر ساختمانهایچوبی، بتنی و فولادی آن را اجرا کرد و معماران میتوانند با در نظر گرفتن اهمیت پنجرهها و جهتگیری نسبت به خورشید روی این متد طراحیهای خود را انجام دهند.
تنها نکتهای که باید به آن توجه ویژهای داشت درزگیری خارجی ساختمان و هوابندی پوسته آن است تا از خروج و ورود گرما به داخل ساختمان جلوگیری شود و اجازه ورود هوا به داخل سازه تا حد امکان داده نشود اما سیستم باید به گونهای طراحی شود که هوا و بخارات و رطوبت حاصل از فعالیتهای خانگی بتوانند از ساختمان خارج شوند و از ایجاد قارچ و کپک در ساختمان جلوگیری شود.
خانههای پسیو و یا نت زیرو با عدم استفاده و یا کاهش استفاده از سوختهای فسیلی، ردپای خانهها به عنوان یکی از اصلیترین محلهای تولید و انتشار گازهای گلخانهای را تا حد بسیار زیادی کاهش میدهند و این کاهش سبب میشود تا در صورت اجرای این پروژهها در ابعاد گسترده و جهانی، پدیده جهانی گرمایش زمین دیگر محل تهدیدی برای زمین و ساکنان زمین نباشد و بتوان از این بحران به سادگی عبور کرد.در مقالات بعدی به بررسی خانههای نت زیرو و انرژی پلاس که دستهبندی بعدی در بحث کاهش مصرف انرژی خواهد بود، پرداخته و الزامات آنها را مطرح خواهیم کرد.
این مقاله چقدر برای شما مفید بود؟
از 1 تا 5 امتیاز بدهید.
میانگین امتیاز: / 5. تعداد رأیها:
اولین نفری باشید که رأی میدهد!
ما متأسفیم که این مقاله اصلاً برای شما مفید نبود!
لطفاّ به ما در بهبود آن کمک کنید.
به ما در اصلاح آن کمک میکنید؟
محمدرضا احمدی
سلام. من محمدرضا احمدی دانشجوی کارشناسی ارشد مهندس عمران- مهندسی محیط زیست در دانشگاه صنعتی امیرکبیر و علاقهمند به مباحث محیط زیست و توسعه پایدار و انرژیهای تجدیدپذیر هستم.
دیدگاهتان را بنویسید