طراحی معماری، نخستین گام در کاهش مصرف انرژی ساختمان است
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی با تأکید بر نقش تعیین‌کننده طراحی در میزان مصرف انرژی ساختمان‌ها گفت: جهت‌گیری ساختمان، فرم و ابعاد، جانمایی پنجره‌ها و انتخاب مصالح، پیش از نصب تجهیزات گرمایشی و سرمایشی، بخش مهمی از نیاز انرژی ساختمان را مشخص می‌کنند.
مصرف انرژی در ساختمان‌ها تنها به نوع تجهیزات گرمایشی و سرمایشی محدود نمی‌شود، بلکه بخش مهمی از آن به تصمیم‌هایی بازمی‌گردد که از نخستین مراحل طراحی معماری گرفته می‌شوند؛ به‌طوری‌که جهت‌گیری ساختمان، فرم و ابعاد، جانمایی پنجره‌ها، انتخاب مصالح و کیفیت اجرای جزئیات ساختمانی، همگی در میزان نیاز به انرژی و هزینه‌های دوره بهره‌برداری تأثیرگذارند.
در این میان، معماری پایدار و فناوری‌های هوشمند می‌توانند با کاهش نیاز اولیه به انرژی و مدیریت مصرف در زمان بهره‌برداری، نقش مؤثری در بهبود عملکرد ساختمان‌ها داشته باشند؛ با این حال، دستیابی به ساختمان‌های کم‌مصرف تنها به طراحی محدود نمی‌شود و کیفیت اجرا، نظارت بر ساخت‌وساز و اصلاح الگوی مصرف نیز در این مسیر اهمیت دارد.
میترا قرمزی، استاد معماری دانشگاه شهید رجایی، در گفت‌وگو با ایسنا، با تشریح نقش طراحی معماری در کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها، به بررسی تأثیر جهت‌گیری و جانمایی پنجره‌ها، انتخاب مصالح و فناوری‌های نوین، توجیه اقتصادی ساختمان‌های کم‌مصرف و ضرورت اصلاح ضوابط ساخت‌وساز و فرهنگ مصرف انرژی پرداخته است که در ادامه آن را می‌خوانیم.
میترا قرمزی در گفت‌وگو با ایسنا در خصوص نقش طراحی ساختمان در میزان مصرف انرژی اظهار کرد: طراحی معماری یکی از عوامل تعیین‌کننده در میزان مصرف انرژی ساختمان در طول دوره بهره‌برداری است. در واقع، بخش مهمی از نیاز انرژی ساختمان، پیش از انتخاب تجهیزات گرمایشی و سرمایشی و در همان مراحل اولیه طراحی شکل می‌گیرد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی افزود: تصمیم‌هایی مانند جهت‌گیری ساختمان، فرم و ابعاد آن، تعداد و محل قرارگیری پنجره‌ها، میزان دریافت نور طبیعی، نحوه سایه‌اندازی و ویژگی‌های پوسته ساختمان، همگی بر میزان دریافت و اتلاف حرارت و در نتیجه بر نیاز ساختمان به گرمایش، سرمایش و روشنایی تأثیر می‌گذارند.
وی با اشاره به تأثیر سطح پنجره‌ها بر عملکرد انرژی ساختمان، بیان کرد: اگر سطح پنجره‌ها بدون توجه به جهت تابش خورشید و شرایط اقلیمی بیش از اندازه در نظر گرفته شود، ممکن است نور طبیعی بیشتری وارد فضا شود، اما هم‌زمان دریافت حرارت ناخواسته در فصل گرم یا اتلاف حرارت در فصل سرد نیز افزایش پیدا کند؛ بنابراین، بیشتر بودن سطح پنجره یا استفاده بیشتر از نور طبیعی لزوماً به معنای کاهش مصرف انرژی نیست و مسئله اصلی، ایجاد تعادل بین نور روز و آسایش حرارتی است.
قرمزی ادامه داد: در پژوهش‌هایی که در زمینه بهینه‌سازی مصرف انرژی با رویکرد طراحی معماری انجام دادم، به همین موضوع توجه داشتم؛ یعنی اینکه چگونه تغییر در ویژگی‌های معماری ساختمان می‌تواند نیاز انرژی آن را تغییر دهد. به همین دلیل معتقدم معمار از همان ابتدای فرایند طراحی، نقش مهمی در مدیریت مصرف انرژی دارد و نباید این موضوع را فقط به مرحله انتخاب تجهیزات واگذار کرد.
وی با تأکید بر اهمیت تأسیسات مکانیکی و برقی در کاهش مصرف انرژی، افزود: تجهیزات پربازده نقش مهمی در کاهش مصرف دارند، اما بهتر است ابتدا تا حد امکان نیاز انرژی ساختمان از طریق طراحی مناسب کاهش پیدا کند و سپس تجهیزات متناسب با آن انتخاب شوند. به بیان دیگر، معماری و تأسیسات باید از ابتدا در ارتباط با یکدیگر طراحی شوند، نه اینکه هرکدام به‌صورت جداگانه و در مراحل مستقل به پروژه اضافه شوند.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی گفت: مصرف واقعی ساختمان فقط به طراحی اولیه وابسته نیست و کیفیت اجرا، نحوه نگهداری تجهیزات و رفتار کاربران نیز در آن تأثیرگذار است، اما طراحی معماری این فرصت را فراهم می‌کند که از همان ابتدا، نیاز ساختمان به مصرف انرژی تا حد امکان کاهش یابد.
جهت‌گیری ساختمان و جانمایی پنجره‌ها؛ عوامل مؤثر بر مصرف انرژی
قرمزی در رابطه با تأثیر طراحی غیراصولی ساختمان بر هدررفت انرژی و نقش جهت‌گیری ساختمان و جانمایی پنجره‌ها در کاهش مصرف انرژی اظهار کرد: یکی از موضوعات مهم در طراحی معماری، نحوه ارتباط ساختمان با نور خورشید و شرایط اقلیمی محیط است. گاهی ممکن است یک تصمیم در ظاهر باعث بهبود کیفیت فضای داخلی شود، اما اگر بدون توجه به سایر عوامل طراحی گرفته شود، نتیجه آن افزایش مصرف انرژی باشد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی افزود: پنجره‌ها از یک سو امکان استفاده از نور طبیعی را فراهم می‌کنند و می‌توانند نیاز به روشنایی مصنوعی را کاهش دهند، اما از سوی دیگر، محل قرارگیری، ابعاد و مشخصات آن‌ها بر میزان دریافت و اتلاف حرارت ساختمان نیز تأثیر می‌گذارد. بنابراین، نمی‌توان صرفاً با افزایش سطح پنجره‌ها انتظار داشت عملکرد انرژی ساختمان بهبود پیدا کند.
وی با اشاره به نقش شبیه‌سازی در بررسی عملکرد انرژی ساختمان، بیان کرد: با استفاده از نرم‌افزار DesignBuilder می‌توان تأثیر تغییر سطح پنجره‌ها در جبهه‌های مختلف ساختمان را بر مصرف انرژی بررسی کرد. افزایش سطح پنجره‌ها ممکن است نیاز به روشنایی مصنوعی را کاهش دهد، اما هم‌زمان بار گرمایشی و سرمایشی ساختمان را افزایش دهد. بنابراین، کاهش نیاز به روشنایی مصنوعی الزاماً به معنای کاهش مجموع نیاز انرژی ساختمان نیست و باید تعادل میان تأمین نور طبیعی و حفظ آسایش حرارتی مورد توجه قرار گیرد.
قرمزی ادامه داد: نکته اصلی در طراحی پنجره، رسیدن به تعادل مناسب بین تأمین نور طبیعی، کنترل تابش خورشید و حفظ آسایش حرارتی است. برای دستیابی به این تعادل باید جهت ساختمان، شرایط اقلیمی، نوع کاربری فضا و حتی زمان استفاده از آن را در نظر گرفت.
وی با اشاره به نقش سایه‌بان‌ها در کنترل تابش خورشید، افزود: نمی‌توان برای همه جبهه‌های ساختمان یک راهکار یکسان در نظر گرفت؛ هندسه و ابعاد سایه‌بان باید متناسب با جهت پنجره و زاویه تابش خورشید در فصل‌های مختلف طراحی شود تا در زمان مناسب از ورود تابش ناخواسته جلوگیری کند و در عین حال امکان بهره‌گیری از نور و گرمای مفید خورشید را از بین نبرد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی گفت: طراحی مناسب پنجره و نور طبیعی صرفاً یک موضوع زیبایی‌شناختی یا مربوط به کیفیت فضایی نیست، بلکه یکی از تصمیم‌های مؤثر در عملکرد انرژی ساختمان به شمار می‌رود و بهتر است از همان مراحل اولیه طراحی، با بررسی و شبیه‌سازی گزینه‌های مختلف انجام شود.
هماهنگی مصالح و فناوری‌های نوین برای بهبود عملکرد انرژی ساختمان
قرمزی درخصوص نقش مصالح و فناوری‌های نوین در کاهش مصرف انرژی ساختمان اظهار کرد: برای کاهش مصرف انرژی ساختمان نمی‌توان فقط بر انتخاب یک نوع مصالح یا استفاده از یک فناوری خاص تمرکز کرد، بلکه آنچه اهمیت دارد، عملکرد کلی ساختمان و هماهنگی اجزای مختلف آن با یکدیگر است. به‌ویژه پوسته ساختمان، شامل دیوارها، سقف، کف، پنجره‌ها و جزئیات اتصال آن‌ها، نقش مهمی در کنترل تبادل حرارت بین فضای داخل و خارج دارد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی افزود: استفاده از عایق حرارتی مناسب می‌تواند از انتقال ناخواسته گرما جلوگیری کند، اما اگر پنجره‌ها عملکرد حرارتی ضعیفی داشته باشند یا در محل اتصال اجزای ساختمان پل حرارتی ایجاد شود، بخشی از این مزیت از بین می‌رود. بنابراین، کیفیت طراحی و اجرای جزئیات به اندازه انتخاب خود مصالح اهمیت دارد.
وی با اشاره به ویژگی‌های مؤثر در عملکرد حرارتی پنجره‌ها بیان کرد: در انتخاب پنجره‌ها باید فراتر از دوجداره یا سه‌جداره بودن آن‌ها نگاه کرد. ویژگی‌هایی مانند ضریب انتقال حرارت، میزان عبور نور مرئی و ضریب کسب گرمای خورشیدی باید متناسب با اقلیم و جهت قرارگیری پنجره بررسی شوند. برای نمونه، پنجره‌ای که در یک جبهه و اقلیم عملکرد مناسبی دارد، ممکن است در شرایطی دیگر انتخاب مطلوبی نباشد.
قرمزی ادامه داد: در کنار مصالح و راهکارهای مربوط به پوسته ساختمان، فناوری‌هایی مانند شیشه‌های کم‌گسیل (Low-E)، سیستم‌های کنترل هوشمند روشنایی و دما، تجهیزات گرمایشی و سرمایشی پربازده و سامانه‌های خورشیدی نیز می‌توانند به بهبود عملکرد انرژی کمک کنند. البته باید بین این راهکارها تفاوت قائل شد؛ برخی از آن‌ها نیاز انرژی ساختمان را کاهش می‌دهند، برخی مصرف انرژی موردنیاز را کارآمدتر می‌کنند و برخی نیز امکان تأمین بخشی از انرژی از منابع تجدیدپذیر را فراهم می‌کنند.
وی با اشاره به معیارهای انتخاب مصالح و فناوری‌های مناسب گفت: این انتخاب باید بر اساس چند معیار انجام شود که نخستین آن‌ها شرایط اقلیمی و نوع کاربری ساختمان است. پس از آن، عملکرد فنی و دوام مصالح، کیفیت اجرا، امکان نگهداری و در نهایت هزینه‌های اقتصادی باید مورد توجه قرار گیرد. گاهی یک راهکار از نظر فنی بسیار مناسب به نظر می‌رسد، اما به دلیل دشواری اجرا یا هزینه بالای نگهداری، برای یک پروژه انتخاب منطقی‌ای نیست.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی تأکید کرد: انتخاب مصالح و فناوری باید از همان ابتدای طراحی و در ارتباط با فرم ساختمان، جهت‌گیری، بازشوها و سیستم‌های تأسیساتی بررسی شود. هدف نباید صرفاً استفاده از مصالح جدید یا فناوری‌های پیشرفته باشد، بلکه باید با توجه به شرایط واقعی هر پروژه، ترکیبی از راهکارها انتخاب شود که در طول دوره بهره‌برداری، عملکرد انرژی مناسبی داشته باشد.
معماری پایدار و هوشمندسازی؛ دو رویکرد مکمل در مدیریت مصرف انرژی
قرمزی درخصوص نقش معماری پایدار و ساختمان هوشمند در کاهش مصرف انرژی اظهار کرد: معماری پایدار و ساختمان هوشمند دو رویکرد مکمل برای مدیریت مصرف انرژی هستند، اما نقش آن‌ها یکسان نیست. معماری پایدار تلاش می‌کند از همان مرحله طراحی، نیاز ساختمان به انرژی را کاهش دهد؛ در حالی که سیستم‌های هوشمند بیشتر به مدیریت و بهینه‌سازی مصرف انرژی در زمان بهره‌برداری کمک می‌کنند.
وی افزود: در معماری پایدار تلاش می‌شود ساختمان به شکلی طراحی شود که تا حد امکان از شرایط طبیعی محیط استفاده کند؛ برای مثال، با جهت‌گیری مناسب، تأمین نور طبیعی، طراحی سایه‌بان، تهویه طبیعی و انتخاب درست مصالح و پوسته ساختمان می‌توان نیاز به روشنایی، سرمایش و گرمایش مصنوعی را کاهش داد.
قرمزی با اشاره به نقش سیستم‌های هوشمند در مدیریت مصرف انرژی بیان کرد: ساختمان هوشمند با استفاده از حسگرها و سیستم‌های کنترلی می‌تواند شرایط محیط داخلی و نحوه استفاده از فضاها را بررسی و تجهیزات را متناسب با آن تنظیم کند. برای مثال، سیستم روشنایی هوشمند با توجه به میزان نور طبیعی موجود یا حضور افراد، شدت روشنایی را کاهش می‌دهد یا چراغ‌ها را خاموش می‌کند. در بخش سرمایش و گرمایش نیز می‌توان دمای فضاها را بر اساس ساعت استفاده، حضور افراد و شرایط محیطی تنظیم کرد تا در فضاهای بدون استفاده، انرژی بی‌دلیل مصرف نشود.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی تأکید کرد: نباید تصور کرد که صرفاً با هوشمندسازی ساختمان می‌توان ضعف‌های طراحی معماری آن را جبران کرد. اگر ساختمان از ابتدا جهت‌گیری نامناسبی داشته باشد، پوسته آن عایق‌کاری مناسبی نداشته باشد یا پنجره‌ها بدون توجه به شرایط اقلیمی طراحی شده باشند، سیستم هوشمند تنها می‌تواند بخشی از مشکلات را مدیریت کند و لزوماً آن‌ها را برطرف نمی‌کند.
وی گفت: بهترین رویکرد این است که ابتدا با طراحی معماری مناسب، نیاز پایه ساختمان به انرژی کاهش یابد و سپس از فناوری‌های هوشمند برای کنترل دقیق‌تر و مدیریت مصرف باقی‌مانده استفاده شود. در واقع، ساختمان پایدار باید از نظر طراحی و عملکرد انرژی اصولی باشد و هوشمندسازی می‌تواند این عملکرد را در دوره بهره‌برداری بهبود دهد.
هزینه چرخه عمر؛ معیاری برای سنجش توجیه اقتصادی ساختمان‌های کم‌مصرف
قرمزی درخصوص توجیه اقتصادی طراحی و ساخت ساختمان‌های کم‌مصرف اظهار کرد: برای بررسی اقتصادی بودن این ساختمان‌ها نباید فقط هزینه اولیه ساخت را در نظر گرفت؛ زیرا ساختمان در تمام سال‌های بهره‌برداری، هزینه‌هایی مانند مصرف انرژی، نگهداری و تعمیرات را نیز به همراه دارد. بنابراین، قضاوت درباره اقتصادی بودن یک راهکار باید بر اساس بررسی هزینه‌ها و منافع آن در یک بازه زمانی مشخص انجام شود.
وی افزود: در برخی پروژه‌ها، استفاده از عایق حرارتی مناسب‌تر، پنجره‌هایی با عملکرد بهتر یا تجهیزات پربازده ممکن است هزینه اولیه ساخت را افزایش دهد، اما در مقابل می‌تواند نیاز ساختمان به انرژی و هزینه‌های بهره‌برداری را کاهش دهد. برای مثال، انتخاب پنجره‌ای با عملکرد حرارتی بهتر ممکن است در ابتدا هزینه بیشتری داشته باشد، اما در طول زمان از اتلاف انرژی و فشار بر سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی کم کند.
قرمزی با تأکید بر اینکه نمی‌توان همه راهکارهای کم‌مصرف را از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه دانست، بیان کرد: این موضوع به عواملی مانند شرایط اقلیمی، نوع کاربری ساختمان، میزان هزینه اضافی، قیمت انرژی، کیفیت اجرا و مدت‌زمان بهره‌برداری بستگی دارد. ممکن است راهکاری در یک ساختمان توجیه اقتصادی داشته باشد، اما در پروژه‌ای دیگر با شرایط متفاوت، انتخاب مناسبی نباشد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی با اشاره به یکی از روش‌های ارزیابی اقتصادی ساختمان‌ها گفت: ارزیابی هزینه چرخه عمر یا Life Cycle Cost روشی است که در آن، علاوه بر هزینه اولیه، هزینه‌های انرژی، نگهداری و تعمیرات در طول دوره ارزیابی نیز در نظر گرفته می‌شود. به این ترتیب، می‌توان گزینه‌های مختلف را واقع‌بینانه‌تر با یکدیگر مقایسه کرد.
وی ادامه داد: در پژوهش‌هایی که در زمینه بهینه‌سازی مصرف انرژی ساختمان انجام دادم، تمرکز اصلی بر بررسی عملکرد انرژی و تأثیر تصمیم‌های معماری بر نیاز ساختمان به گرمایش، سرمایش و روشنایی بود؛ بنابراین، ارزیابی مستقیم هزینه چرخه عمر، محور آن مطالعات نبود. با این حال، در تصمیم‌گیری‌های اجرایی باید تحلیل انرژی و تحلیل اقتصادی در کنار یکدیگر قرار بگیرند.
قرمزی تأکید کرد: هدف این نیست که صرفاً هزینه بیشتری برای ساخت ساختمان پرداخت کنیم، بلکه باید بررسی شود کدام تصمیم‌ها با در نظر گرفتن هزینه اولیه و هزینه‌های دوره بهره‌برداری، انتخاب منطقی‌تر و پایدارتری هستند.
طراحی، کیفیت اجرا و فرهنگ مصرف؛ سه محور کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها
قرمزی درخصوص دلایل بالابودن مصرف انرژی در ساختمان‌های کشور با وجود راهکارها و فناوری‌های موجود اظهار کرد: مصرف بالای انرژی در ساختمان‌ها معمولاً نتیجه یک عامل واحد نیست، بلکه از مجموعه‌ای از مشکلات در مراحل طراحی، ساخت و بهره‌برداری ناشی می‌شود. گاهی ساختمان از ابتدا با توجه کافی به شرایط اقلیمی و اصول طراحی انرژی‌محور شکل نمی‌گیرد و گاهی نیز با وجود طراحی مناسب، کیفیت اجرا و نظارت مطلوب نیست. در کنار این موارد، نحوه استفاده ساکنان از ساختمان و تجهیزات نیز تأثیر زیادی بر میزان مصرف انرژی دارد.
وی افزود: یکی از مسائل مهم این است که در برخی پروژه‌ها، موضوع انرژی بیشتر در مرحله انتخاب تجهیزات مورد توجه قرار می‌گیرد؛ در حالی که بهتر است از همان ابتدای طراحی به آن پرداخته شود. برای مثال، اگر جهت‌گیری ساختمان، سطح پنجره‌ها یا عایق‌کاری پوسته به‌درستی طراحی نشده باشد، ممکن است ساختمان در تمام سال به انرژی بیشتری برای سرمایش، گرمایش و روشنایی نیاز داشته باشد. در چنین شرایطی، حتی استفاده از تجهیزات پربازده نیز نمی‌تواند تمام ضعف‌های طراحی را جبران کند.
قرمزی با اشاره به اهمیت کیفیت اجرا و نظارت بیان کرد: ممکن است در نقشه‌ها عایق‌کاری مناسب یا جزئیات اجرایی دقیقی پیش‌بینی شده باشد، اما اگر این موارد در زمان ساخت به‌درستی اجرا نشوند، عملکرد واقعی ساختمان با آنچه در مرحله طراحی انتظار داشته‌ایم متفاوت خواهد بود. به همین دلیل، کنترل کیفیت اجرا و توجه به جزئیات پوسته ساختمان اهمیت زیادی دارد.
استاد معماری دانشگاه شهید رجایی با تأکید بر نقش فرهنگ مصرف انرژی گفت: حتی ساختمانی با طراحی مناسب و تجهیزات کارآمد، اگر به شکل نادرست مورد استفاده قرار بگیرد، ممکن است مصرف انرژی بالایی داشته باشد. برای نمونه، تنظیم نامناسب دمای سیستم‌های سرمایش و گرمایش یا روشن نگه‌داشتن چراغ‌ها و تجهیزات در فضاهای بدون استفاده می‌تواند باعث اتلاف انرژی شود. بنابراین، آموزش کاربران و آگاه‌سازی آن‌ها درباره شیوه درست بهره‌برداری از ساختمان را نباید نادیده گرفت.
وی درباره ضرورت اصلاح ضوابط ساخت‌وساز ادامه داد: صرف تدوین مقررات کافی نیست، بلکه اجرای مؤثر، نظارت مستمر و کنترل کیفیت نیز باید در کنار آن قرار بگیرد. همچنین بهتر است ارزیابی عملکرد انرژی ساختمان فقط به مرحله طراحی محدود نماند و در مراحل اجرا و حتی پس از بهره‌برداری نیز مورد توجه باشد.
قرمزی در پایان با اشاره به ضرورت توجه هم‌زمان به سه محور برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها اظهار کرد: نخست، طراحی معماری و تأسیسات با هدف کاهش نیاز انرژی؛ دوم، ارتقای کیفیت اجرا و نظارت بر رعایت ضوابط؛ و سوم، اصلاح الگوی مصرف و آموزش کاربران. اگر این سه بخش در کنار هم دیده شوند، می‌توان به جای تمرکز صرف بر کاهش مصرف تجهیزات، به بهبود واقعی عملکرد انرژی ساختمان در طول عمر آن نزدیک شد.
خبر اصلی تأیید می‌شود که طراحی معماری نقش تعیین‌کننده‌ای در کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها دارد، هرچند این خبر بر جنبه‌های خاص طراحی تمرکز دارد در حالی که منبع بین‌المللی به بهینه‌سازی کلی ساختمان‌ها می‌پردازد.
بررسی خودکار: مقایسه با خبرهای ۷۲ ساعت اخیر منابع دیگر و اعتبار پایه‌ی منبع؛ جایگزین داوری انسانی نیست.منبع: ایسنا