ساختمان‌های خالص کربن صفر (قسمت اول)

1 . مقدمه

از آنجایی که جهان با چالش های فزاینده تغییرات آب و هوایی در دهه های اخیر مواجه است، نیاز به کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه ای به یک اولویت فوری جهانی تبدیل شده است. توافقنامه پاریس اهداف بلندمدتی را تعیین می کند که همه کشورها را به کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه ای جهانی هدایت می کند تا افزایش دمای جهانی را به طور قابل توجهی کمتر از 2 درجه سانتیگراد بالاتر از سطح قبل از صنعتی شدن نگه دارند و برای افزایش حداکثر 1.5 درجه سانتیگراد تلاش کنند، با اذعان به اینکه دستیابی به این امر خطرات و اثرات تغییرات آب و هوایی را تا حد زیادی کاهش می دهد [1] . در تکمیل این تلاش، شورای جهانی ساختمان سبز (WGBC) خواستار کاهش 50 درصدی انتشار گازهای گلخانه ای در بخش ساختمان و ساخت و ساز تا سال 2030 و دستیابی به کربن زدایی کامل تا سال 2050 شد [2] .

این چالش به‌ویژه در صنعت ساخت‌وساز حاد است، که به طور قابل‌توجهی به مصرف انرژی جهانی و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. گان و همکاران [3] بر نقش مهم صنعت ساخت و ساز در مصرف انرژی جهانی و انتشار گازهای گلخانه ای تاکید کرد. طبق گزارش برنامه محیط زیست سازمان ملل متحد (UNEP) برای ساختمان ها و ساخت و سازها، بخش ساختمان منبع قابل توجهی از انتشار دی اکسید کربن است که تقریباً 37 درصد از کل انتشار در سال 2021 را تشکیل می دهد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است . ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی 28 درصد از کل را تشکیل می دهند. تولید بتن، فولاد و آلومینیوم در حدود 6 درصد سهم دارد. آجر و شیشه تقریباً 3 درصد از انتشار جهانی را تشکیل می دهند [4] . 63 درصد باقیمانده مشارکت ها از بخش حمل و نقل، سایر فعالیت های ساختمانی و ساختمانی، صنایع مختلف دیگر، و منابع اضافی می آید [4] .

کل تقاضای انرژی عملیاتی بخش ساختمان به 34 درصد می رسد، مانند شکل 2 ، که شامل 30 درصد تقاضای انرژی عملیاتی ساختمان و 4 درصد مصرف توسط صنایع تولید کننده مصالح ساختمانی است [4] . با درک اهمیت این موضوع، شورای ساختمان سبز بریتانیا بیان کرد که برای تشویق اقدام فوری و سخت‌تر شدن تدریجی الزامات، چارچوب باید بر روی مناطقی متمرکز شود که اندازه‌گیری و کاهش در حال حاضر امکان‌پذیر است: استفاده از انرژی عملیاتی و کربن تجسم یافته از ساخت‌وساز [5] . این امر نیاز به یک تغییر دگرگون کننده به سمت یک محیط ساخته شده با کربن خالص را برای اطمینان از شیوه های پایدار و به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی برجسته می کند.

در پاسخ به این نیاز مبرم، تلاش‌های متعددی در بخش ساختمان برای توسعه فن‌آوری‌های مختلف ساختمان و روش‌های ارزیابی زیست‌محیطی برای تشویق حفظ انرژی و حمایت از پایداری زیست‌محیطی انجام می‌شود. Myint و Shafique [5] تاکید کردند که دستیابی به ساختمان‌های صفر خالص مستلزم یک دگرگونی اساسی در طراحی، ساخت‌وساز و شیوه‌های تامین مواد است. اکبرنژاد و شیائو [6] بیشتر بر تغییرپذیری چرخه عمر کربن یک ساختمان، تحت تأثیر عواملی مانند نوع، عملکرد، مکان و آب و هوا تأکید کردند. همچنین، چرخه عمر کربن ساختمان بسته به نوع و عملکرد ساختمان [7] و همچنین عواملی مانند مکان، آب و هوا، منابع انرژی، جهت گیری ساختمان و جرم گیری می تواند بسیار متفاوت باشد . روش‌های بهینه‌سازی چند هدفه، از جمله طراحی نمای ساختمان، انتخاب اشکال ساختمان، و انتخاب اجزای ساختمان، برای کاهش کربن تجسم‌شده محیط ساخته شده انجام شد [9] . این روش‌ها همچنین برای تعادل انرژی تجسم یافته و عملیاتی در ساختمان‌ها و پرداختن به مسائل طراحی پارامتریک در طراحی ساختمان مورد استفاده قرار گرفته‌اند [10] .

پیشرفت‌های آینده در شیوه‌های ساختمان‌سازی پایدار به سمت استفاده از مواد طبیعی و محلی با حداقل پردازش و تکیه بر دانش تخصصی در حال تغییر است. مطالعات تحقیقاتی متعددی برای شناسایی مواد موثر در کاهش انتشار دی اکسید کربن و اثرات زیست محیطی انجام شده است. کامل و همکاران [11] بیان کرد که مواد مبتنی بر زیستی با رشد سریع به طور گسترده در ساخت و ساز برای دستیابی به ساختمان‌های کم کربن صفر کربن (LC-ZCBs) استفاده می‌شوند [11] . انتخاب مواد زیستی برای سازه‌ها و عایق‌های جدید، ذخیره‌سازی کربن بیوژنیک کافی را برای جبران انتشار کربن تجسم یافته تضمین می‌کند [12] ، و عناصر پیش‌ساخته سفالی سبک چوبی دارای ردپای کربن کم، عایق حرارتی عالی و اثر کربن فوق‌العاده هستند [13] . انتشار گازهای گلخانه ای ساخت و ساز به طور قابل توجهی تحت تاثیر صنایع تولید کننده سیمان، میله ها و قاب های فولادی و منابع انرژی است [14] . سیمان سولفوآلومینات کلسیم با مقاومت بالا (HSCSC) می تواند به عنوان یک جایگزین عالی برای سیمان پرتلند معمولی معمولی (OPC) یا سیمان سرباره کوره بلند پرتلند (PBSC) [15] در نظر گرفته شود و استفاده از چوب برای سیستم ساختاری به شدت توصیه می شود، همراه با کاهش طول 16 طبقه و ارتفاع از کف به سطح .

ترویج حفاظت از منابع طبیعی برای دستیابی به ساختمان ها و مجتمع هایی با انرژی تقریباً صفر بسیار مهم است. استراتژی‌های مؤثر، مانند طرح‌های خورشیدی غیرفعال، تولیدکننده‌های انرژی کارآمد، و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، به طور قابل‌توجهی به دستیابی به هدف خالص صفر در محیط ساخته شده کمک می‌کنند. در سمت عرضه، پرورش طراحی معماری و شهری نوآورانه و تشویق به استفاده از طرح‌های خورشیدی غیرفعال و کم انرژی و منابع انرژی باید در نظر گرفته شود [17] . استفاده از ترکیبی از 5 درصد عایق الیاف کنف (HF) و 95 درصد کنفکریت (HC) می تواند تا 7.38 درصد از انتشار کلی را کاهش دهد و تا سال 2050 انتشار صفر خالص را به دست آورد [18] . برای یک ساختمان مرتفع جدید، ارزیابی راه‌حل‌های سبز مختلف با استفاده از دو رویکرد اصلی ضروری است: طراحی محیط خورشیدی غیرفعال و محیط پوششی و منابع انرژی تجدیدپذیر همراه با مولدهای انرژی کارآمد. پس از این ارزیابی، یک الگوریتم بهینه سازی دقیق باید برای شناسایی کاربردی ترین ترکیب راه حل ها اعمال شود [19] .

از آنجایی که به نظر می رسد مواد معمولی رسیدن به انتشار صفر خالص را چندین دهه به تعویق می اندازند، تنها راه برای دستیابی به اهداف خالص صفر قبل از سال 2050 طراحی ساختمان های جدید به گونه ای است که از نظر عملیات کربن منفی باشند و از مواد فتوسنتزی در ساخت آنها استفاده شود [20] . برای بهبود طراحی، طیف وسیعی از استراتژی‌های پاسخگو به آب و هوا با تاکید بر معماری غیرفعال در ساخت و ساز ساختمان به کار گرفته شد. این استراتژی ها دارای نمای با کارایی بالا، هوابندی عالی و طراحی پنجره بهینه است که تهویه طبیعی را ترویج می کند و نور روز را به حداکثر می رساند [21] .

همانطور که شهرها رشد می کنند و فوریت برای کاهش اثرات زیست محیطی تشدید می شود، گذار به ساختمان های صفر خالص چالش ها و شکاف های دانش قابل توجهی را برای ایجاد آینده ای پایدار ایجاد می کند. پرداختن به این شکاف ها برای موفقیت طرح های کربن صفر خالص حیاتی است. درک اصول، فن‌آوری‌ها و سیاست‌هایی که از طرح‌های ساختمان صفر خالص پشتیبانی می‌کنند برای معماران، مهندسان، سیاست‌گذاران و همه ذینفعان درگیر در توسعه شهری ضروری است تا شکاف‌ها را برطرف کنند. لی و گو [22] شکاف تحقیقاتی در استانداردهای ساختمان صفر خالص را برای سه کشور بزرگ منتشرکننده کربن، چین، ایالات متحده و هند تشخیص دادند و تاکید کردند که رویکردهای ساختمان صفر خالص، همکاری بین دولت و چندین سازمان و سطوح اقتصادی، شکاف‌های بین کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه برای دستیابی به ساختمان صفر است. حرفه ای ها در این زمینه می توانند استراتژی های مناسبی را برای پر کردن شکاف در ساخت خالص صفر بین کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه توسعه دهند [22] . مصطفوی، تحصیل دوست و زمردیان [23] شکاف های تحقیقاتی را در شبیه سازی انرژی، انتشار کربن، آسایش حرارتی و انرژی های تجدیدپذیر شناسایی کردند. برای هدایت بخش ساختمان به سمت دستیابی به صفر خالص تا سال 2050، اجرای سیاست‌ها، مقررات و استراتژی‌های قابل مقایسه که توسعه ساختمان‌های کربن خالص صفر (NZCB) را به خوبی طراحی کرده‌اند، بسیار مهم است. سیاست‌های دولت و مقررات ساختمانی، صنعت ساخت‌وساز را ملزم می‌کند که اثرات زیست‌محیطی پروژه‌های خود را به حداقل برساند [24] . بنابراین، ذینفعان، به‌ویژه دولت‌ها و مقامات نظارتی، باید حمایت از سیاست‌ها و تقویت ابتکارات را برای توسعه قوانین و مقررات مؤثر برای اجرای گسترده NZCB ارائه دهند [25] .

اگرچه مطالعات تحقیقاتی متعددی مواد ساختمانی، فن‌آوری‌ها و روش‌های ارزیابی کربن را مورد بررسی قرار داده‌اند و مقالاتی را در مورد یافته‌های آن‌ها مرور کرده‌اند، اما شکاف قابل‌توجهی در بررسی بهترین شیوه‌ها برای به حداقل رساندن کربن، رسیدگی به تفاوت‌های دانش بین کشورها برای کربن‌زدایی جهانی، و پیشنهاد جهت‌گیری‌های آینده برای دستیابی به ساختمان‌های خالص صفر وجود دارد. علاوه بر این، به دنبال شناسایی بهترین شیوه‌ها، نوآوری‌های تکنولوژیکی و رویکردهای استراتژیک است که گذار به کربن خالص را در بخش ساختمان تسهیل می‌کند. از طریق تجزیه و تحلیل گسترده ادبیات بررسی شده، این تحقیق شکاف های موجود در دانش را مشخص می کند، بهترین شیوه ها را ترکیب می کند و زمینه هایی را برای تحقیقات آینده برای حمایت از تلاش های کربن زدایی جهانی در محیط ساخته شده پیشنهاد می کند.

در این مقاله شش بخش گنجانده شده است. بخش 1 موضوع را معرفی می کند و زمینه را برای تحقیق تعیین می کند. بخش 2 روش مورد استفاده برای بررسی را شرح می دهد. بخش 3 یافته های مطالعات اخیر را ارائه می دهد. بخش 4 شکاف های دانش را برجسته می کند و بخش 5 توصیه هایی را برای تحقیقات آینده ارائه می دهد. در نهایت، بخش 6 نتایج به دست آمده از مطالعه را مورد بحث قرار می دهد.

توسعه مواد جایگزین پایدار برای...

سپتامبر 14, 2026