ساختمان‌های خالص کربن صفر (سوم)

ساختمان‌های خالص کربن صفر (سوم) - ساختمان سبز ایرانیان

کربن صفر
By negareh
نظر (0)

3.2 . تحقیق جهانی در مورد ساختمان های کربن صفر خالص

چندین کشور و منطقه در سراسر جهان با تأیید ساختمان‌های کربن خالص صفر به عنوان یک استراتژی دولت مرکزی برای مقابله با تغییرات اقلیمی از این طرح‌ها حمایت کرده‌اند [33] ، [34] . این کشورها ساختمان‌های کربن خالص صفر را در قوانین و سیاست‌های انرژی ساختمان خود گنجانده‌اند و دامنه استفاده از انرژی و روش‌های محاسبه را به تفصیل شرح داده‌اند [35] .

شورای جهانی تجارت برای توسعه پایدار (WBCSD) کربن را به عنوان کربن موجود در مواد مورد نیاز برای ساخت، بازسازی و تخریب سازه ها و همچنین انرژی مصرف شده در طول این فرآیندها و همچنین کربن عملیاتی را به عنوان کربن ناشی از انرژی مصرف شده در عملکرد و نگهداری منظم ساختمان اعلام کرد [36] . کمیسیون اروپا اخیراً یک هدف بلندپروازانه برای تمام ساختمان‌های جدید برای دستیابی به انتشار صفر تا سال 2030 تعیین کرده است . وزارت انرژی ایالات متحده اهدافی را برای رسیدن به خانه های با انرژی صفر تا سال 2020 و ساختمان های تجاری با انرژی صفر تا سال 2025 تعیین کرده است [38] . شورای ساختمان سبز انگلستان یک نقشه راه کربن کل عمر را برای دستیابی به کربن صفر خالص در تمام مراحل چرخه عمر ساختمان، از جمله ساخت، بهره برداری و تخریب، آغاز کرد [2] . رسیدن به صفر خالص کربن تجسم یافته در ساختمان‌ها در سراسر ژاپن تا سال 2050 با فناوری‌های کنونی مانند الکتریسیته کربن‌زدایی شده، فولاد کم کربن، بتن کم کربن، افزایش استفاده از الوار، طراحی بهینه، و افزایش طول عمر ساختمان قابل دست‌یابی است [39] . بنابراین، همه دولت‌ها و ادارات محلی سیاست‌ها و ابتکارات خالص کربن صفر را برای انتقال همه ساختمان‌ها به کربن صفر اتخاذ کرده‌اند [40] .

کامل و همکاران [11] ، گرین و همکاران. [41] و سلامه و همکاران. [42] ساختمان‌های مسکونی و اداری در ایالات متحده آمریکا را با استفاده از مواد مبتنی بر زیست، پانل‌های PV و قاب‌های سازه‌ای متفاوت در پیکربندی، شرایط بارگذاری، طول دهانه و ارتفاع ستون‌ها برای مطالعه اثربخشی آن‌ها در دستیابی به کربن خالص و ساختمان‌های انرژی مورد مطالعه قرار دادند. Jankovic، Bharadwaj و Carta [20] ، Sharples and Newberry [43] و Harper and Norman [44] ساختمان های مسکونی در انگلستان را برای دستیابی به اهداف خالص صفر با کاهش کربن تجسم یافته و عملیاتی مطالعه کردند. بیمارستان‌ها، ساختمان‌های مسکونی و پارک‌ها در چین برای کاهش کربن تجسم‌یافته با تنظیم نسبت پنجره به دیوار، مدیریت طراحی، و به دست آوردن انرژی صفر خالص با استفاده از سقف و نما PV مورد بررسی قرار می‌گیرند [9] ، [45] و [46] . ساختمان‌های بلند در هنگ کنگ برای اجرای ساختمان‌های صفر خالص با تغییر جهت، طراحی برای ساخت و مونتاژ (DfMA) و استفاده از انرژی تجدیدپذیر تولید شده توسط فتوولتائیک (PV) و گرمایش خنک‌کننده ترکیبی بیودیزل [21] و [47] تجزیه و تحلیل می‌شوند .

گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) تاکید می‌کند که بهره‌وری انرژی و برق‌رسانی، همراه با در دسترس بودن فناوری‌های بازار، عوامل پیشرو بخش ساختمان به سمت دستیابی به انتشار خالص صفر هستند [48] . ساتولا و همکاران [49] بیان کرد که این فناوری‌های موجود در بازار، مانند پوشش‌های ساختمانی کارآمد برای ساختمان‌های جدید و موجود، لوازم کارآمد انرژی، پمپ‌های حرارتی، و طرح‌هایی که بر کارایی زیست‌اقلیمی و مواد تأکید دارند، به تغییر به صفر خالص دامن می‌زنند [49] . بنابراین، ادبیات نشان می‌دهد که محققان از کشورهای مختلف برای دستیابی به اهداف خالص صفر در صنعت ساخت‌وساز بر انتشار کربن تجسم‌یافته تمرکز کرده‌اند. بر اساس مطالعات قبلی، عوامل کلیدی مورد استفاده برای تحقیق در مورد NZCB در ( شکل 5 ) فهرست شده است.

تحقیقات جهانی در بخش ساختمان بر روی دستیابی به ساختمان خالص صفر کربن (NZCB) متمرکز شده است که می تواند با کاهش کربن تجسم یافته و عملیاتی به دست آید. کربن تجسم شده را می توان با به حداقل رساندن انتشار گازهای گلخانه ای از مصالح ساختمان، نوع، عملکرد، مکان، جهت، ساختار، حمل و نقل، تخریب، و فرآیندهای استفاده مجدد/بازیافت کاهش داد. کاهش کربن عملیاتی بر کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از طریق طراحی کارآمد نما، مواد عایق، سیستم‌های تهویه، مصرف انرژی تجدیدپذیر، مکان، جهت ساختمان و ارتفاع، ساختار و رفتار ساکنین تمرکز دارد. ساختمان‌های صفر خالص با هدف ایجاد تعادل بین کربن و انرژی مصرف‌شده با کربن و انرژی تولید شده، در نتیجه ردپای خالص صفر در طول چرخه عمرشان ایجاد می‌شود. درک عوامل کلیدی تأثیرگذار برای اجرای موفقیت آمیز و راه اندازی ساختمان های با انرژی خالص صفر بسیار مهم است. پرداختن به این عوامل تاثیرگذار کلیدی به صورت کلی می‌تواند عملکرد و پایداری ساختمان‌های صفر خالص را در طول چرخه عمرشان به طور قابل‌توجهی افزایش دهد و تضمین کند که به طور موثر به اهداف خود دست می‌یابند.

3.3 . پیشرفت‌های اخیر در مطالعات ساختمان‌ها با کربن صفر خالص

درک و پرداختن به عوامل کلیدی تأثیرگذار، پایه و اساس پیشرفت تحقیق و استراتژی‌های پیاده‌سازی در ساختمان‌های کربن خالص صفر (NZCB) را ایجاد می‌کند. این بخش پیشرفت‌های اخیر در مطالعات NZCB را بررسی می‌کند، با تمرکز بر اقدامات نوآورانه، انواع ساختمان‌ها و روش‌های ارزیابی کربن که باعث پیشرفت در این زمینه می‌شوند. ساختمان خالص صفر کربن (NZCB) ساختمانی است که زمانی به وضعیت کربن صفر می رسد که انتشار گازهای گلخانه ای مرتبط با ردپای عملیاتی و تجسم یافته آن در کل چرخه عمر آن، از جمله دفع، صفر یا منفی باشد [50] . بسیاری از کشورها و مناطق در سراسر جهان از این ابتکارات با حمایت از NZCB به عنوان یک استراتژی دولت مرکزی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی [33] ، [51] حمایت کرده اند . در نتیجه، مفهوم NZCB به عنوان یک رویکرد نوآورانه برای دستیابی به آلایندگی صفر در بخش ساختمان ظاهر شده است.

این مقاله مقالات منتخب از پایگاه داده اسکوپوس را همانطور که در جدول 1 ارائه شده است مورد بررسی قرار داد و یافته ها در سه بخش فرعی زیر بر اساس تجزیه و تحلیل حوزه های تحقیقاتی حیاتی مورد بحث قرار گرفت: (1) یافته های کلیدی فناوری، (2) پیشرفت در انواع ساختمان ها، و (3) روش های ارزیابی کربن.

جدول 1 . مطالعات ساختمان‌های کربن صفر خالص که در ادبیات شناسایی شده‌اند.

رفر.	مکان	نوع اشغال	روش	سازه ساختمان	یافته ها
[20]	انگلستان	ساختمان مسکونی	مدل سازی شبیه سازی پویا برای عملکرد انرژی	بلوک های بتنی و سنگ تراشی آجری	• مواد متعارف مانع دستیابی به انتشار صفر خالص می شوند. • دستیابی به اهداف خالص صفر: طراحی ساختمان های جدید به منظور کربن منفی در عملیات خود و استفاده از مواد فتوسنتزی در ساخت و ساز.
[52]	عربستان سعودی	ساختمان ده طبقه مسکونی	ارزیابی کربن چرخه حیات (LCA)	بتن مسلح	• ساختمان چوب چند لایه (CLT) استانداردهای قابل قبولی را تحت بارهای جانبی و ثقلی ترکیبی برآورده کرد. • استفاده از CLT یا ساختمان های هیبریدی می تواند انتشار کربن را کاهش دهد
[39]	ژاپن	ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی	مدل تجزیه و تحلیل جریان مواد (MFA) و LCA	اسکلت فولادی، بلوک بتنی، بتن مسلح، الوار و غیره	• با استفاده از سازه های چوبی، انتشار بالقوه سالانه می تواند تا سال 2050 تا 35 درصد کاهش یابد. • بهینه سازی طراحی و افزایش طول عمر ساختمان باعث صرفه جویی 10 درصدی می شود
[47]	هنگ کنگ	برج مسکونی 21 طبقه	LCA مبتنی بر مدل سازی اطلاعات ساختمان	بتن مسلح	• جهت گیری می تواند عملکرد چرخه عمر را بهینه کند • مواد کم کربن 30.90 درصد از انتشار کربن چرخه عمر ساختمان های مسکونی را تشکیل می دهند. • طراحی برای ساخت و مونتاژ (DfMA)، مانند ساخت و ساز یکپارچه مدولار (MiC) یا قطعات پیش ساخته می تواند کربن تجسم یافته را کاهش دهد.
[9]	چین	ساختمان مسکونی 8 طبقه	LCA مبتنی بر مدل سازی اطلاعات ساختمان	بتن مسلح	• مرحله طراحی اولیه این پتانسیل را دارد که 32.5 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد • نسبت پنجره به دیوار و تعداد طبقات به طور قابل توجهی بر تأثیرات تجسم یافته و عملیاتی تأثیر می گذارد.
[53]	ایتالیا	مدرسه	LCA	بتن مسلح	• دیوارهای فولادی سرد (CFS) بیشترین ضربه را دارند • دیوارهای چوبی چند لایه (CLT) کمترین پایداری را دارند. • اثرات زیست محیطی 1 متر مربع ^از دیوارها و کف فناوری CFS با چوب چند لایه متقاطع، یک فناوری نوآورانه خارج از محل برای توسعه ساختمان‌هایی با انرژی تقریباً صفر است.
[11]	ایالات متحده آمریکا	ساختمان مسکونی 2 طبقه	LCA پویا	قاب چوبی	• مواد مبتنی بر زیست را می توان برای کاهش کربن تجسم یافته در ساختمان ها به کار برد. • پانل های PV باید برای کاهش کربن عملیاتی استفاده شوند.
[54]	استرالیا	ساختمان های مسکونی و تجاری	مدل شبیه سازی کلان اقتصادی	محیط ساخته شده استرالیا	• اتخاذ سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر به طور قابل‌توجهی انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد. • برقی‌سازی ساختمان‌ها و استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی منجر به کاهش 94 درصدی در انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود.
[55]	کانادا	ساختمان های مسکونی	برآوردگر ضربه آتنا	سازه بتنی و چوبی	• تأثیر منفی انتشار کربن از تولید مواد را می توان با افزودن عایق دیوار بیرونی غلبه کرد.
[12]	ایتالیا	ساختمان اداری	LC	بتن مسلح	• کاهش 91 درصدی در کربن تجسم‌یافته در مقایسه با ساخت‌وساز جدید استاندارد را می‌توان به دست آورد، با مواد مبتنی بر زیستی که کربن باقی‌مانده را جبران می‌کنند.
[41]	ایالات متحده آمریکا	ساختمان اداری	LCA	الوار و گلولم چند لایه، قاب فولادی و چوب توده ای	• طراحی انبوه چوب باعث کاهش 80 تا 99 درصد در کربن تجسم شده می شود.
[56]	سوئد	ساختمان های مسکونی چند خانواده	فن آوری های کاهش	بتن مسلح	• انتشار گازهای گلخانه ای را می توان با استفاده از فناوری ها و شیوه های موجود تا 40 درصد کاهش داد. • کاهش بالقوه در انتشار گازهای گلخانه ای می تواند تا سال 2030 به 80 درصد و تا سال 2045 به 93 درصد برسد.
[57]	ماداگاسکار	ساختمان های مسکونی	نرم افزار Design-Builder		• مناطق گرمسیری ساحلی برای طراحی توسعه انرژی خالص صفر بسیار مساعد است.
[58]	پرتغال	ساختمان های مسکونی	LCA مبتنی بر BIM	بتن آرمه، بنایی	• ساختمان بنایی 1 باعث کاهش 11 درصدی انتشار CO ₂ و کاهش 12 درصدی در مصرف انرژی می شود. • سنگ تراشی مدل 2 کاهش 39 درصدی در انتشار CO ₂ و کاهش 41 درصدی در انرژی تجسم یافته را نشان می دهد.
[45]	چین	بیمارستان، مسکونی، پارک	LCA	فولاد سبک، دیوار برشی، قاب، دیوار برشی قاب	• استراتژی های مدیریت یکپارچه می تواند به کاهش انتشار کربن از محل های دفن زباله 11.9 تا 34.8 برابر کمک کند.
[16]	کانادا	ساختمان مسکونی	LCA	فولاد، چوب	• ترکیب سازه های چوبی با ملاحظات ارتفاع کف و طول دهانه می تواند ردپای کربن را به حداقل برساند.
[13]	فنلاند			عنصر دیوار سفالی-چوبی سبک	• عناصر پیش ساخته سفالی سبک چوبی از انتشار کربن کم و عایق حرارتی پشتیبانی می کنند.
[59]	صربستان	ساختمان مسکونی		سیستم فتوولتائیک (PV).	• یک ساختمان انرژی خالص مثبت (PNEB) با ضخامت عایق حرارتی 0.15 متر به دست می آید. • با استفاده از ضخامت کمتر از 0.15 متر، یک ساختمان انرژی خالص منفی (NNEB) خواهد بود.
[60]	آفریقای جنوبی	ساختمان مسکونی	LCA	فناوری ساخت کیسه شن (SBT)	• انتشار معادل دی اکسید کربن (CO ₂ e) به شدت به در دسترس بودن شن و ماسه محلی و اینکه فرآیند دستی، خودکار یا هر دو است بستگی دارد. • روش کیسه شن برای ساختمان های چند طبقه به دلیل وزن پیچیده است.
[61]	نیوزلند	ساختمان مسکونی	LCA	سقف فولادی	• کویل های فولادی از پیش رنگ شده تولید شده در سطح جهانی کمتر از 70 درصد از آلاینده ها را در مقایسه با نمونه های داخلی تولید می کنند.
[42]	ایالات متحده آمریکا	ساختمان های یک طبقه	LCA	قاب های پورتال فولادی	• کربن در واحد حجم یک قاب فولادی به پیکربندی، بارگذاری، طول دهانه و ارتفاع ستون بستگی دارد. • افزایش تقسیمات اعضا، متغیرهای طراحی و بخش‌های غیر منشوری می‌تواند بطور قابل توجهی میانگین کربن تجسم‌یافته را کاهش دهد.
[62]	استرالیا	ساختمان های مسکونی	LCA	الوار، فولاد	• کاهش مواد خام با اتخاذ رویکردهای اقتصاد دایره ای، که مواد ساختمانی را در سراسر زنجیره تامین به گردش در می آورد و استخراج مواد خام را به حداقل می رساند، ضروری است.
[21]	هنگ کنگ	ساختمان با کاربری مختلط		سیستم گرمایش و توان سرمایش ترکیبی فتوولتائیک (PV) و بیودیزل (CCHP)	• نما با کارایی بالا، هوابندی موثر و طراحی بهینه پنجره می تواند تقاضای انرژی را تا 20 درصد کاهش دهد. • سیستم های تهویه مطبوع کم مصرف (A/C) همچنین مصرف انرژی بسیار کم را ارائه می دهند.
[63]	مصر	مرکز علمی	LCA پویا	مواد حاصل از ضایعات و تقویت کننده های فولادی بازیافتی	• انتشار CO ₂ عمدتاً از بتن مسلح ناشی می شود، در حالی که پوشش ها، دیوارهای داخلی و پنجره ها منابع جزئی انتشار هستند.
[64]	نروژ	ساختمان های مسکونی		ساختار چوبی سبک با نماهای چوبی	• برای موارد ساختمان با انرژی صفر، انتشارات تجسم یافته منابع جزئی تقریباً 60 تا 75 درصد از کل انتشارات انرژی تجسم شده و تحویل شده را در نتایج پایه تشکیل می دهند.
[43]	انگلستان	مجتمع مسکونی با مناطق تجاری و تفریحی یکپارچه	LCA	نمای از پیش مونتاژ شده، واحدهای مدولار حمام، رایزرهای ابزار و سیستم های پارتیشن، ماشین آلات و تجهیزات، و بسته های سیم کشی برق	• انتشارات چرخه عمر ساختمان های پیش ساخته علیرغم اینکه یک باند پایین در سیستم برچسب زنی ابتکار تبدیل انرژی پایین (LETI) است، بهتر از مدل کسب و کار معمول است. • پیش ساخته در ساختمان های جدید یا پروژه های نوسازی برای کاهش انتشار کربن ساختمان تا حداقل 10 درصد بسیار مهم است.
[15]	کره جنوبی		LCA	سیمان سیلیکات کلسیم سولفاته بالا (HSCSC)	• HSCSC در مقایسه با سیمان پرتلند معمولی (OPC) یا سیمان سرباره کوره بلند پرتلند (PBSC) یک گزینه سازگار با محیط زیست برتر است. • HSCSC حداقل خطر را برای سلامتی انسان دارد.
[65]	استرالیا	ساختمان تجاری	LCA	نسبت پنجره به دیوار (WWR) 31 درصد	• استفاده مجدد مزایای خالص قابل توجهی را برای پتانسیل گرمایش جهانی (GWP)، استفاده کل از منابع انرژی اولیه تجدیدپذیر (PERT) و استفاده کل از منابع انرژی اولیه غیر قابل تجدید PENRT نسبت به بازیافت فراهم می کند. • افزایش طول عمر نما، تنوع در شاخص‌های ضربه را در سناریوهای مختلف پایان عمر (EoL) کاهش می‌دهد. • انتخاب نما با صرفه جویی عملیاتی بهتر، مزایای چرخه عمر را بهبود می بخشد
[46]	چین	مدل بهینه سازی چند هدفه (MOO) ساختمان های پارک	مدل بهینه سازی چند هدفه (MOO).	بدون PV، فقط PV سقف، و PV سقف و نما،	• بدون PV، صرفه جویی در انرژی 22.35٪ در مقایسه با ساختمان معیار قابل دستیابی است. • سقف با PV به طور قابل توجهی مزایای بازپرداخت برنامه را افزایش می دهد. • PV روی سقف و نما می تواند میزان صرفه جویی در انرژی را تا 170 درصد افزایش دهد. • فتوولتائیک سقف و نما بیشترین انتشار کربن را در طول فاز ساخت و ساز و کمترین آن را در مرحله عملیاتی ایجاد می کند.
[5]	میانمار	ساختمان مسکونی		بتن مسلح	• کربن تجسم شده را در مرحله طراحی اولیه ارزیابی کنید. • در سناریوهای مربوط به مواد کم کربن، الوار اثربخشی خود را در ترسیب کربن برجسته می کند. • بر استفاده از مواد کم کربن در دسترس محلی برای ساخت و ساز تأکید کنید.
[44]	انگلستان	ساختمان های مسکونی		مواد عایق مختلف	• درصد انرژی های تجدیدپذیر در ترکیب انرژی شبکه تأثیر قابل توجهی بر سطوح کربن عملیاتی دارد. • ترکیب راه حل یکپارچه محیطی مجازی (IESVE) و LCA با یک کلیک ارزیابی چرخه عمر را با مدل سازی مصرف انرژی برای کربن عملیاتی و خودکار کردن انتقال داده های مواد برای ارزیابی کربن تجسم یافته ساده می کند.

3.3.1 . یافته های کلیدی فناوری

ادغام فناوری های پیشرفته در سراسر زنجیره تامین پتانسیل قابل توجهی برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای دارد. این مطالعه نوآوری‌هایی را که از کربن‌زدایی حمایت می‌کنند، از جمله توسعه مصالح ساختمانی جدید، فناوری‌های کارآمد انرژی، و پیشرفت‌ها در دستیابی به ساختمان‌های صفر خالص را برجسته می‌کند.

یاماشیتا و سرنهو [39] ، کامل و همکاران. [11] ، گرین و همکاران. [41] ، ترابی و اوین [16] و پاتالو و همکاران. [13] دریافتند که ساختمان های چوبی می توانند به طور قابل توجهی انتشار کربن را کاهش دهند. Watari، Yamashita و Serrenho [39] ساختمان های چوبی در ژاپن را بررسی کردند و کشف کردند که افزایش استفاده از سازه های چوبی می تواند تا سال 2050 تا 35 درصد از انتشار سالانه را کاهش دهد. به طور مشابه، Jankovic، Bharadwaj، و Carta [20] ، Zhou، Tam، و Le [ 9] ، واتاری، واتاری، واتاری، Shafique [5] مطالعه کرد که چگونه طراحی ساختمان هایی که کربن منفی باشند می تواند برای انتشار خالص صفر بسیار موثر باشد. همچنین، ژو، تام و لی [9] مطالعه ای را در چین بر روی یک ساختمان مسکونی هشت طبقه با استفاده از LCA مبتنی بر مدل سازی اطلاعات ساختمان انجام دادند. یافته های آنها پتانسیل مرحله طراحی اولیه را برای صرفه جویی 32.5 درصد از انتشار گازهای گلخانه ای برجسته کرد.

گرین و همکاران [41] و Gigante و De Masi [53] استفاده از چوب چند لایه (CLT) در ساخت و ساز را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که این ماده یک ماده موثر برای کاهش انتشار کربن است. احمد و همکاران [52] همچنین اشاره کرد که CLT استانداردهای قابل قبولی را تحت بارهای جانبی و ثقلی ترکیبی برآورده می کند. مطالعات مقایسه‌ای بین ساختمان‌های بتن آرمه و ساختمان‌های ساخته شده با CLT نشان می‌دهد که سازه‌های CLT می‌توانند مقادیر قابل‌توجهی کربن را ذخیره کنند و آنها را به عنوان یک جایگزین امیدوارکننده برای شهرهای بدون کربن خالص آینده قرار دهد. Iuorio، Gigante و De Masi [53] سیستم های فولادی با شکل سرد (CFS) و مواد الوار متقاطع (CLT) را در ایتالیا مطالعه کردند. این مطالعه تاکید کرد که فناوری CFS با الوارهای چند لایه، یک فناوری نوآورانه خارج از محل برای توسعه ساختمان‌هایی با انرژی تقریباً صفر است. کیم و همکاران [15] امکان استفاده از سیمان سیلیکات کلسیم سولفاته بالا (HSCSC) را به عنوان جایگزینی برای سیمان سنتی مورد بررسی قرار داد و انرژی تجسم پایین و کاهش اثرات زیست محیطی آن را برجسته کرد. این مطالعه HSCSC را با سیمان معمولی سرباره کوره بلند پرتلند (PBSC) و سیمان پرتلند (OPC) مقایسه کرد و دریافت که ردپای کربن HSCSC تنها 5.8 درصد از OPC و 13.3 درصد از PBSC است. طراحی برای ساخت و مونتاژ (DfMA)، مانند ساخت و ساز یکپارچه مدولار (MiC) یا قطعات پیش ساخته، می تواند کربن تجسم یافته را کاهش دهد [47] ، [13] .

افزایش تقاضای انرژی و انتشار کربن ممکن است باعث افزایش علاقه تحقیقاتی به ساختمان‌های مسکونی با انرژی خالص صفر (NZEB) شده باشد [49] . نگرانی‌ها در مورد مصرف انرژی به سمت بخش ساختمان، شامل سازه‌های مسکونی، تجاری و عمومی تغییر کرد [66] . کاهش کربن عملیاتی نیز تمرکز اصلی تحقیقات بوده است. Jankovic، Bharadwaj و Carta [20] دریافتند که پانل های PV باید برای به حداقل رساندن انرژی عملیاتی استفاده شوند و Luo و همکاران. [46] مطالعه کردند که PV روی سقف و نما می تواند نرخ صرفه جویی در انرژی را تا 170 درصد افزایش دهد. علاوه بر این، طراحی ساختمان مانند نسبت پنجره به دیوار [9] ، نما با کارایی بالا، هوابندی موثر و طراحی بهینه پنجره [21] ، در کاهش تقاضای انرژی مؤثر بوده است. Hachem-Vermette [67] کشف کرد که ترکیب پانل های PV در نماهایی با الگوهای هندسی به طور قابل توجهی تولید برق بالقوه را با به حداکثر رساندن سطح در معرض تابش خورشیدی افزایش می دهد. لو و همکاران [46] 3 مطالعه موردی، از جمله سلول‌های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی برای سقف‌ها و مواد PV در حال ظهور، مانند سلول‌های خورشیدی پروسکایت برای نما، انجام داد. یافته‌ها نشان داد که در حالی که استفاده ترکیبی از آنها منجر به بالاترین انتشار کربن در مرحله ساخت و ساز می‌شود، کمترین انتشار را در طول فاز عملیاتی به دست می‌آورد. نیوبری، هارپر و نورمن [44] تأکید کردند که نسبت انرژی های تجدیدپذیر در ترکیب انرژی شبکه به طور قابل توجهی بر سطوح کربن عملیاتی تأثیر می گذارد. مطالعه آنها همچنین نشان داد که ترکیب محیط مجازی راه حل های محیطی یکپارچه (IESVE) با LCA با یک کلیک ارزیابی چرخه عمر را با مدل سازی مصرف انرژی برای کربن عملیاتی و خودکار کردن انتقال داده های مواد برای ارزیابی کربن تجسم یافته ساده می کند [44] .

در دستیابی به کربن زدایی در ساخت و ساز، استراتژی های مدیریت سیستماتیک می تواند ردپای کربن ساختمان های سازه ای را کاهش دهد [45] . همچنین، مداخلات طراحی اولیه می تواند منجر به کاهش قابل توجه انتشار شود، همانطور که با کاهش 32.5٪ بالقوه برای ساختمان های متوسط در چین نشان داده شده است [9] .

3.3.2 . پیشرفت در انواع ساختمان ها

بر اساس تعداد مقالات بررسی شده در این مطالعه مانند جدول 1 ، اکثر ساختمان های مورد تحقیق مسکونی هستند و محققان به بررسی چگونگی به حداقل رساندن کربن تجسم یافته ساختمان ها بر اساس نوع آنها پرداختند.

بسته به مصالح ساختمانی مورد استفاده در ساخت و ساز، بدیهی است که کربن زدایی را می توان به طور قابل توجهی در ساختمان های چوبی و در سازه های هیبریدی شامل چوب به دست آورد. مطالعات احمد و همکاران. [52] ، بسانا و تیرلی [12] ، حیدری و همکاران. [55] , Ilankoon, Vithanage and Pilanawithana [62] , Kristjansdottir et al. [64] ، کامل و همکاران. [11] ، ترابی و اوین [16] ، پاتالو و همکاران. [13] و Myint و Shafique [5] تحقیقی در مورد ساختار الوار انجام دادند و دریافتند که الوار یک ماده موثر برای کربن زدایی است. گرین و همکاران [41] دریافتند که ساختمان‌های چوبی انبوه می‌توانند انتشار کربن را به 80-99 درصد کاهش دهند و Watari، Yamashita و Serrenho [39] بررسی کردند که با استفاده از ساختمان‌های چوبی ، انتشار کربن سالانه می‌تواند تا سال 2050 به 35 درصد کاهش یابد. تاثیر بین چوب و فلز گالوانیزه سازج، خوزه مورایس و جلالی [58] دو نوع ساختمان بنایی را مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که 11% و 39% کاهش کربن تجسم یافته را نشان می دهند.

برای انتشار کربن عملیاتی، مشخص شد که استفاده از ساختمان به طور قابل توجهی بر میزان کربنی که می تواند کاهش یابد تأثیر می گذارد. نجات و همکاران [68] کشف کردند که ساختمان‌های مسکونی نسبتاً انرژی بیشتری نسبت به ساختمان‌های تجاری مصرف می‌کنند و سهم قابل‌توجهی از انتشار کربن در ساختمان‌ها دارند. در میان مطالعات این بررسی، کاستا و همکاران. [69] و اوهن، چان و دارکو [70] پیشنهاد کردند که تحقیق در مورد دستیابی به هدف خالص صفر در ساختمان‌های اداری هنوز در مراحل اولیه است و نیاز به مطالعات بیشتر را برجسته می‌کند. علاوه بر این، طراحی برای خالص صفر نه تنها برای ساخت و سازهای جدید، بلکه برای بهسازی و نوسازی نیز حیاتی است [71] . مطالعات بسیاری برای انواع ساختمان‌های مختلف انجام شده است و نشان می‌دهد که ساختمان‌های چوبی انبوه و ساختمان‌های چوبی ترکیبی می‌توانند به طور قابل توجهی ردپای کربن را کاهش دهند.

3.3.3 . روش های ارزیابی کربن

ارزیابی‌های کربن تجسم یافته ساختمان با روش ارزیابی چرخه حیات (LCA) که بطور گسترده‌تر پذیرفته شده و استاندارد شده است، قابل مقایسه است که انتشار کربن را در طول چرخه عمر ساختمان کمیت می‌کند [72] . ارزیابی چرخه حیات (LCA) یک رویکرد استاندارد برای ارزیابی یک سیستم از تولید تا پایان عمر است، از جمله استخراج مواد خام، ساخت، حمل و نقل، استفاده، استفاده مجدد، نگهداری، بازیافت و دفع نهایی. این روش در چارچوب چهار مرحله ای سازماندهی شده است که در ISO 14040:2006 [73] مشخص شده است . سه روش اصلی برای گردآوری فهرست چرخه عمر (LCI) وجود دارد: تجزیه و تحلیل مبتنی بر فرآیند، تجزیه و تحلیل ورودی- خروجی، و تجزیه و تحلیل مبتنی بر ترکیبی [74] . تجزیه و تحلیل مبتنی بر فرآیند یک روش از پایین به بالا است که سیستم را به یک سری فرآیندها در طول چرخه عمر خود تجزیه می کند. تحلیل ورودی-ستانده یک رویکرد از بالا به پایین است که از داده های اقتصاد کلان از بخش اقتصادی مربوطه استفاده می کند. تجزیه و تحلیل ترکیبی هر دو روش را ترکیب می کند، از داده های فرآیندی استفاده می کند و هرگونه شکاف را با داده های ورودی-خروجی برطرف می کند تا محدودیت های هر رویکرد را کاهش دهد [75] . چندین پایگاه داده اطلاعاتی را در مورد کربن و انرژی تجسم یافته ارائه می دهند، که عمدتاً بر مراحل استخراج و ساخت مواد تمرکز می کنند که اغلب به آن فاز “گهواره تا دروازه کارخانه” می گویند. علاوه بر این، ابزارهای نرم‌افزاری مختلفی برای ارزیابی انرژی و کربن تجسم‌شده در ساختمان‌های جداگانه توسعه یافته‌اند [76] .

اکثر مطالعات بررسی شده در این مقاله از ارزیابی چرخه حیات (LCA) برای تخمین ردپای کربن استفاده کردند. نرم افزار مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) به طور گسترده در بخش ساخت و ساز استفاده می شود، بنابراین روش های LCA مبتنی بر BIM نیز به عنوان یک تکنیک پیشرفته در دستیابی به ساختمان های خالص کربن صفر استفاده می شود. چن و همکاران [77] کشف کرد که یک سیستم LCA مبتنی بر BIM یک روش کارآمد و خودکار برای ارزیابی گزینه‌های طراحی مختلف ارائه می‌کند و از توسعه ساختمان‌های کم کربن پشتیبانی می‌کند. همچنین، Arenas و Shafique [78] بیان کردند که یکپارچه سازی فناوری هایی مانند BIM و LCA می تواند به طور قابل توجهی فرآیندهای طراحی و ساخت را سرعت بخشد.

3.4 . شناسایی و طبقه بندی کربن زدایی در انتشار کربن تجسم یافته

ساختمان‌ها در هر مرحله از چرخه زندگی خود انتشار کربن تولید می‌کنند که شامل ساخت، استفاده، تخریب و دفع می‌شود. مطالعات متعددی بر روی مصالح ساختمانی از جمله مصالح کم کربن برای کمک به کاهش کربن تجسم یافته در ساختمان ها انجام شده است. با توجه به نتایج تحقیق در این بررسی، عناصر کلیدی که می توانند به طور قابل توجهی انتشار کربن را به حداقل برسانند در جدول 2 فهرست شده اند .

جدول 2 . عناصر کلیدی در استراتژی های کاهش انتشار کربن تجسم یافته برای مطالعات موردی انتخاب شده.

عناصر کلیدی مورد استفاده برای کربن زدایی		رفر.
هندسه ساختمان	مصالح ساختمانی	رفر.
–	الوار	[16] ، [39] ، [5] ، [64]
–	چوب چند لایه (CLT)	[20] ، [9] ، [45] ، [79] ، [41] ، [52] ، [53]
–	فولاد	[52] ، [39] ، [11] ، [54] ، [41] ، [45] ، [16] ، [61] ، [42] ، [62]
–	بتن	[20] ، [52] ، [39] ، [ 47] ، [9] ، [53] ، [54] ، [55] ، [12] ، [56] ، [58] ، [5]
–	سیمان	[39] ، [15]
–	فولاد شکل سرد (CFS)	[9] ، [53]
–	مواد عایق بیوژنیک	[53] ، [12] ، [18] ، [57]
–	آلومینیوم، مس، الوار و شیشه	[11]
دیوار، کف، سقف، پنجره ها، هوابندی	–	[20] ، [47] ، [54]
دال های کف	–	[9] ، [16]
سازه با قاب، دیوار برشی قاب، دیوار برشی	–	[45]
استراتژی‌های استفاده مجدد و مقاوم‌سازی ادغام پانل‌های PV در نما با الگوهای هندسی.	–	[12] ، [41] ، [62] ، [65]

داده های ارائه شده در جدول 2 مواد و استراتژی های ضروری برای کربن زدایی ساختمان ها را مشخص می کند و از مطالعات مختلف برای حمایت از این توصیه ها استفاده می کند. مطالعات مختلفی برای ساختمان‌های صفر خالص با تمرکز بر مصالح ساختمانی اولیه مانند چوب، بتن و فولاد انجام شد و چوب مهم‌ترین ماده در به حداقل رساندن کربن تجسم‌یافته است. گرین و همکاران [41] کشف کردند که طرح چوب انبوه می تواند کربن تجسم یافته را 80-99٪ کاهش دهد. علاوه بر این، شیوه های طراحی مانند پیش ساخته [15] و [43] ، و همچنین طراحی برای ساخت و مونتاژ [47] ، فن آوری های موثر در کربن زدایی برای بخش ساخت و ساز ساختمان هستند.

گان و همکاران [47] و Myint و Shafique [5] مواد کم کربن را مطالعه کردند و Kamel و همکاران. [11] و Besana و Tirelli [12] مواد زیستی را به عنوان مواد کربن زدایی ثابت کردند. استفاده از مواد زیستی در چارچوب های ساختمانی یک روش عملی برای جداسازی کربن، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ساختمان و تبدیل آنها به سیستم های ذخیره کربن است. این مواد در طول توسعه خود دی اکسید کربن را جذب می کنند و بخشی از کربن پس از برداشت در گیاهان ذخیره می شود [80] . کارلسون و همکاران با اعمال اقدامات در سراسر زنجیره تامین. (2021) یک ارزیابی انجام داد که پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مرتبط با ساخت سیستم‌های ساختمانی برای مسکن چند خانواری را تا 40 درصد با استفاده از بهترین فناوری‌های موجود نشان می‌داد [56] . در مقایسه با روش‌های متداول تخریب و پسماند دفن زباله، استراتژی‌های مدیریت سیستماتیک می‌توانند ردپای کربن ساختمان‌های سازه‌ای را به میزان 150.7-246.8 کیلوگرم CO ₂ -e/m² کاهش دهند. این باعث صرفه جویی در کربن 11.9-34.8 برابر بیشتر از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از دفن زباله می شود [45] .

استراتژی‌های متفاوتی ارزیابی شده‌اند، زیرا مواد با کربن کاهش‌یافته به کاهش ردپای کربن در ساختمان کمک می‌کنند [81] . اینها شامل اقداماتی مانند بازیافت، تغییر کاربری و کاهش ضایعات تولید شده از ساخت و ساز و تخریب [82] ، بهبود کارایی مواد [83] ، بهبود انعطاف پذیری و استفاده از مواد زیستی با کاهش انتشار کربن [84] است. انتشار کربن در تمام مراحل چرخه عمر ساختمان، از ساخت و ساز تا دفع، رخ می دهد، که نیاز به رویکردهای جامع برای کاهش کربن تجسم یافته دارد. علاوه بر این، بیشتر مطالعات بررسی کردند که استفاده از مواد کم کربن [5] ، [13] ، [47] ، مواد مبتنی بر زیستی [11] ، [12] ، [53] ، [18] ، [57] ، بازیافت مواد [65] ، [82] و استفاده مجدد از مواد [82] می‌تواند تأثیر زیادی بر روی ساخت و ساز خودرو داشته باشد.

با ادغام این عناصر و استراتژی‌های کلیدی، مطالعات به طور جمعی نشان می‌دهند که چگونه مواد و شیوه‌های طراحی مختلف می‌توانند به کربن زدایی محیط ساخته‌شده کمک کنند، با هدف کاهش قابل‌توجه در انتشار کربن مجسم و عملیاتی. به طور کلی، یافته‌ها بر نیاز حیاتی به مواد و استراتژی‌های نوآورانه در طراحی ساختمان و روش‌شناسی ساخت و ساز برای کاهش قابل توجه انتشار کربن، کمک به تلاش‌های جهانی کربن‌زدایی در محیط‌های ساخته شده تاکید می‌کند.

3.5 . شناسایی و طبقه‌بندی کربن‌زدایی در انتشار کربن عملیاتی

مطالعات مربوطه ساختمان‌های بدون انتشار خالص سازمان‌دهی شده توسط Scopus، پیشرفت‌های تکنولوژیکی در کربن عملیاتی را استخراج می‌کند. جدول 3 طراحی حیاتی و استراتژی های کاهش انتشار کربن عملیاتی مورد استفاده در مطالعات موردی خالص صفر را خلاصه می کند.

جدول 3 . عناصر کلیدی مورد استفاده در استراتژی‌های کاهش انتشار کربن عملیاتی و یافته‌ها برای مطالعات موردی صفر خالص انتخاب شده.

عنصر کلیدی	رفر.	یافته های اصلی
ماژول های فتوولتائیک (PV).	[20] ، [11] ، [21] ، [59] ، [46]	استفاده از مواد فتوسنتزی در ساخت و سازهای جدید باعث افزایش کاهش کربن عملیاتی می شود.
پانل های حرارتی خورشیدی	[20] ، [19] ، [23]	طراحی غیرفعال خورشیدی برای ارزیابی برای دستیابی به انرژی صفر خالص مورد نیاز است.
نمای خارجی، شیشه های مات/عناصر لعابدار	[47]	PV روی سقف و نما می تواند میزان صرفه جویی در انرژی را تا 170 درصد افزایش دهد.
انرژی های تجدید پذیر	[54] ، [19] ، [21] ، [23]	انرژی های تجدیدپذیر در محل، مجموع انتشار کربن در چرخه زندگی تولید شده توسط سیستم های خنک کننده، گرمایش و برق ترکیبی PV و بیودیزل (CCHP) را جبران می کند.
چوب سفالی سبک پیش ساخته	[13]	استفاده از الوارهای سفالی سبک پیش ساخته ردپای کربن کم و عایق حرارتی موثر را ثابت می کند.
مواد عایق	[44] ، [13] ، [56]	عایق حرارتی پیشرفته در پوشش های ساختمان به طور قابل توجهی تقاضای انرژی گرمایش و سرمایش را کاهش می دهد و در نتیجه انتشار کربن عملیاتی را کاهش می دهد.
عایق دیوار خارجی	[55]	مزایای افزودن عایق دیوار بیرونی به طور کلی بیشتر از معایب مربوط به انتشار کربن آن است.
سیستم های تهویه مطبوع	[21]	سیستم های تهویه مطبوع کم مصرف (A/C) نیز به دستیابی به مصرف انرژی بسیار کم کمک می کنند.
وضعیت آب و هوا	[9] ، [57]	کربن عملیاتی به دلیل شرایط آب و هوایی و موقعیت جغرافیایی محیطی کاهش می یابد.

با توجه به Hachem-Vermette [67] ، تولید برق بالقوه به طور قابل توجهی با ادغام پانل های PV در نما با الگوهای هندسی و افزایش سطح موجود در معرض تابش خورشیدی افزایش می یابد. رفیعی و عادلی [19] این واقعیت را مورد مطالعه قرار دادند که در یک ساختمان بلندمرتبه جدید، راه حل های سبز مختلف باید مورد ارزیابی قرار گیرند، که بر دو حوزه اصلی تمرکز دارند: خورشیدی غیرفعال و طراحی پوشش ساختمان و ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر با مولدهای انرژی کارآمد برای دستیابی به انرژی خالص صفر.

برای بهره وری انرژی، مطالعاتی مانند نیوبری، هارپر و نورمن [44] ، پاتالو و همکاران. [13] ، حیدری و همکاران. [55] ، کارلسون و همکاران. [56] تاکید می‌کند که مواد عایق بهبود یافته در پوشش‌های ساختمان به طور قابل‌توجهی تقاضای انرژی گرمایشی و سرمایشی را کاهش می‌دهند، در نتیجه کارایی انرژی را افزایش می‌دهند و انتشار کربن عملیاتی را کاهش می‌دهند. به طور خاص، Päätalo و همکاران. [13] استفاده از الوار سفالی سبک پیش ساخته را به عنوان یک ماده عایق موثر پیشنهاد کردند، در حالی که گان و همکاران. [47] نماهای خارجی و عناصر شیشه/لعاب مات را به عنوان راه حل های کارآمد در انرژی شناسایی کرد. علاوه بر این، Ng و همکاران. [21] تاکید کرد که سیستم‌های تهویه مطبوع (A/C) با انرژی کارآمد نقش مهمی در دستیابی به مصرف انرژی بسیار کم در ساختمان‌ها دارند.

طراحی غیرفعال خورشیدی یک روش موثر برای به حداقل رساندن مصرف انرژی، تمرکز بر عوامل بهینه ساختمان، مانند مکان، آب و هوا، جهت گیری، و جرم گیری ساختمان برای اطمینان از گرما و تهویه کافی است. ترکیب انرژی کارآمد متغیرها، مانند ویژگی‌های پنجره و دیوار، می‌تواند مصرف انرژی حرارتی سالانه را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد، که منجر به کاهش 32 درصدی مصرف انرژی حرارتی سالانه می‌شود [23] . نسبت کربن تجسم یافته و عملیاتی که به انتشار کربن کل ساختمان ها در چرخه عمر کمک می کند، می تواند به طور قابل توجهی بر اساس نوع ساختمان و عملکرد [7] و عواملی مانند مکان، سیستم آب و هوا، نوع انرژی مورد استفاده، جهت گیری سایت، و توده ساختمان [8] متفاوت باشد . علاوه بر این، نسبت پنجره به دیوار و تعداد طبقات نقش مهمی در بهینه سازی بهره وری انرژی و متعادل کردن اثرات زیست محیطی ایفا می کند. گان و همکاران [47] و ژو، تام و لی [9] تأکید کردند که هندسه ساختمان، به ویژه جهت‌گیری، نسبت پنجره به دیوار و تعداد طبقات، تأثیر قابل‌توجهی بر کاهش انتشار کربن عملیاتی دارد.

علاوه بر این، یانکوویچ، بهاردواج و کارتا [20] ، رفیعی و عادلی [19] و مصطفوی، تحصیل دوست و زمردیان [23] بررسی کردند که طراحی های خورشیدی غیرفعال به شدت بر کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها تأثیر می گذارد. مطالعه ای بر روی ساختمان ها در هنگ کنگ نشان داد که کاهش 20 درصدی در تقاضای انرژی را می توان از طریق بهبود در طراحی نما، هوابندی موثر و طراحی بهینه پنجره به دست آورد [21] . نتیجه گیری شد که چیدمان های U شکل و هشت ضلعی ساختمان های مسکونی بلندمرتبه (HRBs) تولید برق بالاتری نسبت به مصرف انرژی ترکیبی برای سرمایش و گرمایش، صرف نظر از نوع نما دارند [67] . بنابراین، این عوامل باید به دقت در نظر گرفته شوند و در فرآیند طراحی ساختمان های جدید ساخته شده در آینده ادغام شوند.

منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، باد، زمین گرمایی و انرژی زیست توده برای جایگزینی سوخت‌های فسیلی و حمایت از پایداری استفاده می‌شوند. گنجاندن انرژی های تجدیدپذیر در ساختمان ها، به ویژه انواع مسکونی، می تواند اتکا به سوخت های فسیلی را کاهش دهد. ادغام ماژول‌های فتوولتائیک (PV) در ساختمان‌ها کاهش انتشار کربن عملیاتی را افزایش می‌دهد [20] ، [11] ، [21] ، [59] ، [46] . همچنین گان و همکاران [47] دریافتند که سیستم های PV می توانند در مصرف انرژی تا 170 درصد صرفه جویی کنند.

بنابراین، ادغام راه‌حل‌های انرژی تجدیدپذیر، مانند پانل‌های فتوولتائیک (PV)، در طراحی ساختمان‌ها می‌تواند به طور قابل‌توجهی بهره‌وری انرژی را افزایش داده و انتشار کربن عملیاتی را کاهش دهد، به ویژه هنگامی که با مصالح ساختمانی با انرژی کارآمد و استراتژی‌های طراحی غیرفعال خورشیدی ترکیب شود. استفاده از مواد عایق پیشرفته، هندسه ساختمان بهینه، و سیستم های کم مصرف مانند تهویه مطبوع و طراحی نما نقش مهمی در به حداقل رساندن مصرف انرژی و بهبود پایداری کلی دارند. گنجاندن این اصول طراحی و منابع انرژی تجدیدپذیر در دستیابی به ساختمان‌های با انرژی خالص صفر و کمک به تلاش‌های کربن‌زدایی در محیط‌های ساخته شده بسیار مهم خواهد بود.