به گزارش سرویس ترجمه پردیسان آنلاین، در عصر بحران‌های زیست‌محیطی، افزایش قیمت انرژی و تغییرات اقلیمی، مفهوم «خانه‌های انرژی‌صفر» از یک ایده آرمان‌گرایانه به ضرورتی عملی و جهانی تبدیل شده است. این خانه‌ها به‌گونه‌ای طراحی و ساخته می‌شوند که در طول سال از طریق منابع تجدیدپذیر همچون خورشید و باد، به اندازه مصرف خود انرژی تولید کنند تا تراز انرژی آن‌ها برابر با صفر باشد. خانه‌های انرژی‌صفر نه‌تنها مصرف‌کننده نیستند، بلکه می‌توانند به تولیدکننده انرژی پاک نیز تبدیل شوند.
در بسیاری از کشورها، سیاست‌گذاری‌های جدیدی برای تشویق ساخت خانه‌های انرژی‌صفر در حال اجراست. اتحادیه اروپا هدف‌گذاری کرده است که از سال ۲۰۳۰ تمام ساختمان‌های جدید باید انرژی‌صفر باشند. در ایالات متحده، ایالت‌هایی مانند کالیفرنیا، کلرادو و ماساچوست در حال تدوین و اجرای کدهای ساختمانی جدیدی هستند که خانه‌های تمام‌برقی مجهز به پنل‌های خورشیدی، پمپ‌های حرارتی و سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی را به استاندارد تبدیل می‌کنند.
پیشرفت فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی، حسگرهای هوشمند، مصالح عایق نوین و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، امکان طراحی خانه‌هایی را فراهم کرده است که به‌صورت پویا با محیط تعامل دارند و مصرف انرژی را بهینه می‌کنند. این خانه‌ها از نظر زیست‌محیطی پایدار هستند و آسایش حرارتی، کیفیت هوای داخلی و هزینه‌های جاری زندگی را نیز بهبود می‌بخشند. معماری انرژی‌صفر فراتر از یک انتخاب آینده‌نگرانه، به ضرورتی فوری برای ساخت‌وساز در قرن بیست‌ویکم تبدیل شده است.
آزمایشگاه واقعی برای نوآوری در انرژی پاک؛ تورنتو
گروهی از مهندسان کانادایی از خانه‌ای تمام‌برقی در شهر کوموکا واقع در استان انتاریوی کانادا رونمایی کردند که می‌تواند الگوی جدیدی برای تأمین انرژی و گرمایش در واحدهای مسکونی باشد. این پروژه با بهره‌گیری از پنل‌های خورشیدی، پمپ حرارتی و باتری حرارتی، موفق به حذف کامل سوخت‌های فسیلی و کاهش چشمگیر هزینه‌های انرژی و میزان انتشار کربن شده است. به گفته پژوهشگران، این خانه نمونه‌ای عملی از سکونت پایدار است که می‌تواند استانداردی جهانی برای خانه‌های «خالص صفر انرژی» تعریف کند.
این پروژه با هدایت اساتید مهندسی دانشگاه وسترن و مدرسه کسب‌وکار آیوی اجرا شده است. خانه دوطبقه کوموکا به‌عنوان یک «آزمایشگاه زنده» طراحی شده است و داده‌های عملکردی آن به‌صورت روزانه جمع‌آوری و تحلیل می‌شود. نتایج اولیه نشان می‌دهد که این سیستم توانسته است هزینه برق را تا ۴۵ درصد کاهش دهد و میزان انتشار کربن را ۵۵ درصد پایین بیاورد. باتری حرارتی که با استفاده از موادی همچون نمک و موم گرما را ذخیره می‌کند، بهره‌وری انرژی خورشیدی را تا ۶۰ درصد افزایش داده و وابستگی به شبکه برق را به‌طور قابل‌توجهی کاهش داده است.
هزینه انرژی خورشیدی این ساختمان از برق شبکه کمتر شده است و این فناوری به گزینه‌ای مطلوب برای بسیاری از کانادایی‌ها تبدیل خواهد شد. این پروژه با ترکیب پنل‌های خورشیدی، پمپ حرارتی و باتری حرارتی، انرژی گرمایی مورد نیاز برای گرمایش و آب گرم مصرفی کل ساختمان را تأمین می‌کند. کارایی این سیستم از تلفیق پنل‌های خورشیدی و پمپ حرارتی ناشی می‌شود؛ پمپ حرارتی، برق تولیدشده از نور خورشید را به گرما تبدیل می‌کند و آن را در باتری حرارتی برای استفاده در زمان‌های بعدی ذخیره می‌کند. این طراحی، خانه را تا چهار برابر کارآمدتر از سیستم‌های سنتی کرده است.
در حال حاضر این پروژه به‌منظور اثبات کارایی سیستم در طول یک سال راه‌اندازی شده و هدف نهایی حذف کامل نیاز به سوخت‌های فسیلی در گرمایش خانگی است. در صورت موفقیت، این سیستم در خانه‌های دیگر در سراسر کانادا و سپس در سطح جهانی گسترش پیدا خواهد کرد.
خانه آزمایشی به حسگرها و سیم‌کشی هوشمند مجهز شده است تا عملکرد سیستم و میزان مصرف انرژی را پایش کند. داده‌ها از طریق یک اپلیکیشن موبایل به‌صورت لحظه‌ای قابل مشاهده هستند. کرنسیچ که ساکن این خانه است، روزانه میزان تولید و مصرف انرژی را بررسی می‌کند و معتقد است آگاهی از مصرف انرژی برای پایداری زیست‌محیطی ضروری است. در نزدیکی این خانه، واحدی مشابه اما بدون سیستم خورشیدی و حرارتی ساخته شده است که به‌عنوان مدل کنترل در پژوهش استفاده می‌شود و امکان مقایسه مستقیم نتایج را فراهم می‌سازد.
در حالی‌که پمپ‌های حرارتی و باتری‌های حرارتی در ایالات متحده محبوبیت پیدا کرده‌اند، این فناوری‌ها در بازار مسکن کانادا هنوز نوظهور هستند. این موضوع اهمیت پروژه را دوچندان می‌کند، زیرا هزینه‌های گرمایش در سراسر این کشور بسیار بالا است. بسیاری از خانه‌های کانادایی حتی با استانداردهای فعلی مطابقت ندارند، چه برسد به بهره‌مندی از فناوری‌های پیشرفته فتوولتائیک. بیشتر مردم خانه‌های خود را با گاز طبیعی یا گرمایش الکتریکی گرم می‌کنند که بسیار ناکارآمد و پرهزینه است.
استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای گرمایش خانگی، راهی مؤثر برای مقابله با افزایش قیمت انرژی است. کارشناسان پروژه معتقدند اگر بتوانند از منابعی مانند انرژی خورشیدی برای تأمین برق خانه‌ها استفاده کنند و آن را به پمپ حرارتی منتقل کنند، به ازای هر واحد برق، سه واحد گرما دریافت می‌کنند که بازدهی آن را به بیش از ۳۰۰ درصد می‌رساند.
این پروژه فراتر از آسایش و صرفه‌جویی مالی، گامی عملی در مقابله با تغییرات اقلیمی است. کاهش کربن در بخش مسکن، یکی از ساده‌ترین و قابل‌دسترس‌ترین راهکارهاست. ادغام این سیستم پایدار در خانه‌های جدید کانادایی می‌تواند نقش مهمی در کاهش انتشار کربن کشور و اثرگذاری جهانی ایفا کند.
خانه‌صفر؛ بازسازی پایدار در کمبریج، ماساچوست
پروژه «خانه‌صفر» در کمبریج، ماساچوست، یکی از پیشگامانه‌ترین نمونه‌های بازسازی پایدار در جهان است که توسط مرکز معماری و محیط‌زیست دانشگاه هاروارد طراحی و اجرا شده است. این پروژه نه‌تنها یک خانه با مصرف انرژی نزدیک به صفر است، بلکه یک آزمایشگاه زنده برای پژوهش‌های معماری پایدار و بهره‌وری انرژی محسوب می‌شود. هدف اصلی از اجرای این پروژه، اثبات این نکته بود که می‌توان ساختمان‌های قدیمی را بدون تخریب، به نمونه‌هایی فوق‌العاده کارآمد از نظر انرژی تبدیل کرد.
خانه‌صفر در اصل یک خانه مسکونی قدیمی متعلق به اوایل قرن بیستم بود که در بافت تاریخی کمبریج قرار داشت. تیم طراحی تصمیم گرفت به‌جای تخریب و ساخت مجدد، با حفظ ساختار اصلی، آن را به یک ساختمان فوق‌کم‌مصرف تبدیل کند. این رویکرد از نظر زیست‌محیطی پایدارتر است و از نظر فرهنگی نیز به حفظ هویت شهری کمک می‌کند.
در طراحی جدید، سیستم‌های گرمایش و سرمایش مکانیکی سنتی به‌طور کامل حذف شدند و به‌جای آن از تهویه طبیعی، نورگیری هوشمند و پنجره‌هایی با عملکرد خودکار استفاده شد. پنجره‌های خودکار با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، به‌طور لحظه‌ای داده‌های دما، رطوبت، شدت نور و حتی جهت باد را تحلیل می‌کنند و به‌صورت خودکار باز و بسته می‌شوند تا شرایط داخلی خانه در وضعیت بهینه باقی بماند. سیستم‌های نور و تهویه به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش را به حداقل ممکن برسانند.
مصالح به‌کاررفته در بازسازی از چوب‌های بازیافتی، عایق‌های طبیعی و رنگ‌های بدون ترکیبات آلی فرار بود تا ردپای کربن پروژه به حداقل برسد. دیوارها و سقف‌ها به‌گونه‌ای عایق‌کاری شدند که اتلاف حرارتی تا پایین‌ترین میزان کاهش پیدا کند، همچنین سیستم تهویه با بازیافت حرارت، هوای تازه را بدون اتلاف انرژی وارد ساختمان می‌کند.
خانه‌صفر به بیش از ۳۰۰ حسگر مجهز است که در سراسر ساختمان نصب شده‌اند و به‌طور مداوم داده‌هایی درباره مصرف انرژی، کیفیت هوا، دما، رطوبت و نور ثبت می‌کنند. این داده‌ها نه‌تنها برای بهینه‌سازی عملکرد ساختمان استفاده می‌شوند، بلکه به‌عنوان منبعی ارزشمند برای پژوهش‌های دانشگاهی در زمینه معماری پایدار، انرژی‌های تجدیدپذیر و طراحی اقلیمی به‌کار می‌روند.
از نظر عملکرد انرژی، این خانه توانسته است مصرف انرژی برای گرمایش را به صفر برساند و مصرف کلی انرژی را تا ۹۰ درصد نسبت به خانه‌های مشابه کاهش دهد. این موفقیت در حالی حاصل شده است که ساختمان در اقلیم سرد ماساچوست قرار دارد و نیاز به گرمایش در فصل زمستان بسیار بالاست.
این پروژه نشان می‌دهد که بازسازی پایدار می‌تواند راه‌حلی عملی، مقرون‌به‌صرفه و بر پایه حفظ زیبایی شهری برای مقابله با بحران انرژی و تغییرات اقلیمی باشد. الگویی که خانه‌صفر ارائه می‌دهد، می‌تواند در سراسر جهان برای نوسازی ساختمان‌های قدیمی و ناکارآمد به‌کار گرفته شود، بدون آن‌که نیاز به تخریب و ساخت مجدد باشد.
خانه‌ای که با خورشید نفس می‌کشد؛ کلرادو
خانه فوق‌کارآمد کلرادو یکی از پیشرفته‌ترین نمونه‌های معماری انرژی‌صفر در ایالات متحده محسوب می‌شود که با تلفیق استانداردهای خانه فعال، فناوری‌های خورشیدی و سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی، توانسته است مصرف انرژی را تا ۹۰ درصد کاهش دهد و به الگویی برای ساخت‌وساز پایدار تبدیل شود.
این خانه در منطقه ولف رانچ در شمال شرقی کلرادو اسپرینگز ساخته شده و بخشی از برنامه جدید ایالت کلرادو برای ترویج ساخت‌وساز کم‌انرژی و تمام‌برقی است. طبق مقررات جدیدی که از ژوئیه ۲۰۲۶ اجرایی خواهد شد، تمام شهرها و شهرستان‌های کلرادو موظف خواهند بود هنگام به‌روزرسانی کدهای ساختمانی، این استانداردهای جدید را رعایت کنند. هدف این مقررات، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و هم‌زمان حفظ مقرون‌به‌صرفه بودن ساخت‌وساز در ایالت است.
خانه‌ای که در این منطقه ساخته شده، از دیوارهایی با عایق حرارتی R-۴۰، پنجره‌های سه‌جداره با قاب‌های حرارتی و درزگیری فوق‌العاده دقیق با نرخ نفوذ هوا کمتر از ۰.۶ برخوردار است. عایق‌کاری کارآمد خانه موجب می‌شود منجر به حفظ گرمای داخلی در زمستان و جلوگیری از ورود گرمای بیرون در تابستان می‌شود. پنجره‌های سه‌جداره با قاب‌های حرارتی نقش مهمی در حفظ دمای مطلوب ایفا می‌کنند و علاوه بر کارآمدی در انتقال حرارت، از نفوذ صدا و تابش مستقیم نور مضر نیز جلوگیری می‌کنند.
مهم‌ترین بخش این طراحی، درزگیری فوق‌العاده دقیق ساختمان است. نرخ نفوذ هوا کمتر از ۰.۶ به این معناست که در هر ساعت، کمتر از ۶۰ درصد حجم هوای داخل خانه از طریق درزها و شکاف‌ها با هوای بیرون تبادل می‌شود. این عدد در مقایسه با خانه‌های معمولی که نرخ نفوذ آن‌ها بین سه تا پنج است، نشان‌دهنده سطح بسیار بالا از کنترل هوای داخلی است که اتلاف انرژی را به حداقل می‌رساند و شرایط داخلی را پایدار نگه می‌دارد.
در غیاب سیستم‌های مکانیکی سنتی، تهویه طبیعی و تنظیمات هوشمند دما جایگزین شده‌اند. حسگرهای داخلی در نقاط مختلف خانه نصب شده‌اند که به‌طور لحظه‌ای دما، رطوبت، کیفیت هوا و شدت نور را اندازه‌گیری می‌کنند. این داده‌ها به الگوریتم‌های یادگیری ماشین منتقل می‌شوند که بر اساس آن‌ها، پنجره‌ها، دریچه‌ها و پرده‌های خودکار تنظیم می‌شوند. به‌عنوان مثال، در روزهای گرم، پنجره‌ها به‌طور خودکار بسته می‌شوند و پرده‌ها کشیده می‌شوند تا از ورود گرمای خورشید جلوگیری شود. در شب‌های خنک، پنجره‌ها باز می‌شوند تا تهویه طبیعی انجام شود و دمای داخلی کاهش پیدا کند. این سطح از هوشمندی و هماهنگی بین اجزای ساختمانی، خانه کلرادو را به یکی از نمونه‌های برجسته معماری انرژی‌صفر در سال ۲۰۲۵ تبدیل کرده است.
سقف خانه با پنل‌های خورشیدی با ظرفیت بالا پوشیده شده است که انرژی مورد نیاز ساختمان را در طول سال تأمین می‌کنند. انرژی مازاد تولیدشده در ماه‌های آفتابی به شبکه برق شهری بازگردانده می‌شود، همچنین باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی در این خانه به‌کار گرفته شده‌اند تا برق تولیدشده در ساعات غیرآفتابی نیز قابل استفاده باشد. سیستم مدیریت انرژی هوشمند، داده‌های مصرف و تولید را به‌صورت لحظه‌ای پایش می‌کند و تنظیمات داخلی را بهینه می‌سازد.
هزینه ساخت این خانه در ابتدا حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد بیشتر از خانه‌های معمولی است، اما برآوردها نشان می‌دهد که این هزینه اضافی ظرف هفت تا ۱۰ سال از محل صرفه‌جویی در قبوض انرژی جبران خواهد شد. علاوه بر این، کیفیت هوای داخلی، آسایش حرارتی و نور طبیعی در این خانه در سطحی بسیار بالاتر از استانداردهای رایج قرار دارد. این پروژه نه‌تنها به‌عنوان یک نمونه موفق از معماری انرژی‌صفر شناخته می‌شود، بلکه بخشی از تحول گسترده‌تر در سیاست‌گذاری ایالتی برای مقابله با تغییرات اقلیمی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی است. خانه‌های مشابه در سراسر کلرادو در حال طراحی و ساخت هستند و انتظار می‌رود این مدل به‌زودی در سایر ایالت‌ها نیز مورد توجه قرار گیرد.
