پتانسیل استراتژی های بام سبز برای کاهش انتشار CO 2 (قسمت اول)

نکات برجسته

•بام های سبز مصرف انرژی خنک کننده را تا 4.75 درصد در ساختمان های اداری مراکش کاهش می دهد.
•گیاهان بلندتر و LAI بالاتر اثرات سایه و خنک کننده را بهبود می بخشند.
•بام های سبز ممکن است تقاضای انرژی گرمایشی را تا 20.23 درصد افزایش دهند.
•طرح‌های بهینه‌شده، مزایای سرمایش و مبادلات گرمایشی را متعادل می‌کنند.
•انتخاب گیاه بر اساس مناطق آب و هوایی صرفه جویی در انرژی را به حداکثر می رساند.

چکیده

بام های سبز به طور فزاینده ای به عنوان یک استراتژی پایدار برای کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار CO ₂ در ساختمان ها شناخته می شوند. این مطالعه پتانسیل بام‌های سبز را در ساختمان‌های اداری مراکش در شش منطقه آب و هوایی، با تمرکز بر سه پارامتر طراحی حیاتی ارزیابی می‌کند: شاخص سطح برگ (LAI)، ارتفاع گیاه، و حداقل مقاومت روزنه‌ای (MSR). از طریق شبیه سازی انجام شده با استفاده از EnergyPlus، نتایج پتانسیل صرفه جویی انرژی قابل توجهی را نشان می دهد، به ویژه در مناطق گرمتر، که در آن تقاضای خنک کننده غالب است. گیاهان بلندتر و مقادیر بالاتر LAI سایه و تبخیر و تعرق را افزایش می‌دهند و مصرف انرژی خنک‌کننده را تا 4.75 درصد کاهش می‌دهند، اما همچنین نیاز به انرژی گرمایشی را در ماه‌های سردتر تا 20.23 درصد افزایش می‌دهند. یافته‌ها بر نیاز به بهینه‌سازی خاص منطقه، از جمله استراتژی‌هایی مانند تنظیم ارتفاع گیاه فصلی و انتخاب شاخص سطح برگ، برای متعادل کردن مزایای سرمایش و مبادلات گرمایشی تأکید می‌کنند. این تحقیق با ارائه بینشی در مورد عملکرد حرارتی و محیطی بام‌های سبز، به توسعه دستورالعمل‌های طراحی عملی برای ادغام شیوه‌های ساختمانی پایدار در چشم‌انداز شهری رو به رشد مراکش کمک می‌کند.

1 . مقدمه

نگرانی های فزاینده در مورد تغییرات آب و هوا، گرم شدن کره زمین و مصرف انرژی باعث تغییر در سراسر جهان به سمت شیوه های ساختمانی پایدار شده است [1] ، [2] . بخش ساختمان سهم قابل توجهی در انتشار گازهای گلخانه ای دارد و تقریباً 39 درصد از انتشار CO ₂ جهانی را به خود اختصاص می دهد که عمدتاً از طریق مصرف انرژی برای گرمایش، سرمایش و روشنایی [3] ، [4] ، [5] ، [6] است. در مراکش، جایی که صنعت ساخت و ساز به سرعت در حال رشد است، ساختمان های اداری نقش مهمی در چشم انداز انرژی کشور ایفا می کنند [7] . طرح‌های ساختمان‌های سنتی در مراکش اغلب به دلیل تابش شدید خورشید و دماهای بالا، به‌ویژه در ماه‌های تابستان، منجر به تقاضای انرژی بالا می‌شوند [8] ، [9] . این روند به دلیل اتکا به منابع انرژی تجدیدناپذیر برای رفع نیازهای خنک کننده منجر به انتشار قابل توجهی CO _{2 می شود}[10] ، [11] . از آنجایی که مراکش تلاش می کند به تعهدات خود تحت توافق پاریس عمل کند، کاهش مصرف انرژی و ردپای کربن مرتبط با ساختمان ها به یک اولویت ملی تبدیل شده است [12] ، [13] .

یک راه حل امیدوارکننده برای رسیدگی به این چالش ها، ادغام بام های سبز در طراحی ساختمان های اداری است [14] . بام‌های سبز یا سیستم‌های بام رویشی شامل افزودن لایه‌های گیاهی در بالای سازه‌های ساختمانی است [15] . این سیستم ها چندین مزیت زیست محیطی و اقتصادی مانند تنظیم حرارتی، مدیریت آب طوفان و بهبود کیفیت هوا را ارائه می دهند [16] و [17] . پتانسیل بام های سبز برای کاهش مصرف انرژی ناشی از توانایی آنها در عمل به عنوان عایق های طبیعی است که نیاز به خنک کننده مکانیکی در آب و هوای گرم را کاهش می دهد [18] و [ 19] . علاوه بر این، آنها به ترسیب کربن از طریق فتوسنتز کمک می کنند، بنابراین یک مزیت دوگانه از کاهش مصرف انرژی مستقیم و انتشار غیرمستقیم CO _{2 را ارائه می دهند}[20] . ادغام بام‌های سبز در طرح‌های ساختمان‌های شهری با اهداف پایداری گسترده‌تر مراکش، ترویج کاهش اثرات جزیره گرمایی شهری و افزایش تنوع زیستی شهری، همسو است.

1.1 . منطق

منطق پشت کاوش استراتژی های بام سبز برای ساختمان های اداری در مراکش چند وجهی است. اولاً، آب و هوای مراکش با تابستان‌های گرم و زمستان‌های معتدل مشخص می‌شود که منجر به مصرف انرژی قابل توجهی برای تهویه مطبوع در ساختمان‌های تجاری می‌شود. بام های سبز این پتانسیل را دارند که با ایجاد یک اثر خنک کننده از طریق تبخیر و تعرق و سایه زنی که انتقال حرارت را به داخل ساختمان کاهش می دهد، این امر را کاهش دهد. ثانیاً، همانطور که مراکش شهرنشینی سریع را تجربه می کند، فضاهای سبز در شهرها در حال کاهش است که به اثر جزیره گرمایی شهری کمک می کند. با ادغام بام های سبز، مناطق شهری می توانند برخی از این مزایای زیست محیطی را دوباره به دست آورند و به رشد شهری پایدارتر کمک کنند. علاوه بر این، زیرساخت‌های انرژی مراکش همچنان به شدت به سوخت‌های فسیلی وابسته است، که منجر به افزایش

نامگذاری:
$F_{f}$	شار انرژی خالص در لایه شاخ و برگ.
$I_{s}^{↓}, I_{i r}^{↓}$	تابش موج کوتاه و بلند ورودی.
$α_{f}$	آلبیدوی شاخ و برگ.
$ɛ_{f}, ɛ_{g}$	مقادیر انتشار برای شاخ و برگ و زمین.
$T_{f}, T_{g}$	دمای شاخ و برگ و زمین.
$H_{f}, L_{f}$	گرمای محسوس و نهان از شاخ و برگ خارج می شود.
$ρ_{f}$	چگالی هوا در دمای برگ
$ρ_{a}$	چگالی هوا در ارتفاع ابزار.
$C_{p, a}$	گرمای ویژه هوا در فشار ثابت.
$C_{f}$	ضریب انتقال فله
$W$	سرعت باد بالای سایبان.
$T_{a f}$	دمای هوای داخل شاخ و برگ.
$T_{a}$	دمای هوا.
$K_{v}$	ثابت فون کارمان.
$Z_{a}$	ارتفاع ابزار.
$Z_{b}$	ارتفاع جابجایی صفر.
$Z_{o}$	طول زبری.
$Z_{f}$	طول زبری شاخ و برگ.
$q_{a f}$	نسبت اختلاط هوا در داخل سایبان.
$q_{f, s a t}$	نسبت اختلاط اشباع در دمای سطح برگ.
$H_{g}, L_{g}$	شار گرمای محسوس و نهان از خاک.
${\dot{Q}}_{total, rated}$	ظرفیت کلی یک پمپ حرارتی
اختصارات:
شاخص سطح برگ (LAI)
ارزیابی چرخه زندگی (LCA)
ارتفاع بوته (H)
حداقل مقاومت روزنه ای (MSR)
توابع انتقال هدایت (CTF)
شبیه سازی انرژی ساختمان (BES)
ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)
تهویه مطبوع جریان مبرد متغیر (VRF AC)
تابع نسبت انرژی ورودی دما (EIRFT)
نسبت انرژی ورودی تابع نسبت بار بخشی (EIRFPLR)
کسر زمان کارکرد پمپ حرارتی (HPRTF)
تابع ظرفیت دما (CAPFT)
نسبت یخ زدایی ورودی انرژی (EIR-Defrost)
ضریب عملکرد (COP)

سطوح انتشار CO ₂ در حالی که این کشور در اتخاذ منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی گام‌هایی برداشته است، این انتقال تدریجی است و نیاز به استراتژی‌های مکمل برای مدیریت تقاضای انرژی دارد. بام‌های سبز رویکردی غیرفعال برای کاهش تقاضای انرژی ساختمان‌ها ارائه می‌دهند، بنابراین با اهداف ملی کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و کاهش انتشار کربن همسو می‌شوند. علاوه بر این، بام‌های سبز پتانسیل افزایش جذابیت زیبایی شناختی و ارزش ملک ساختمان‌های اداری را دارند که می‌تواند انگیزه‌های اقتصادی برای پذیرش آن‌ها در بازار رو به رشد املاک مراکش فراهم کند.

از دیدگاه علمی، همانطور که در [ جدول 1 ] مشخص شده است، نیاز به ارزیابی عوامل خاصی وجود دارد که بر اثربخشی بام های سبز در شرایط آب و هوایی منحصر به فرد مراکش تأثیر می گذارد. این مطالعه بر روی سه پارامتر حیاتی طراحی بام سبز متمرکز است: شاخص سطح برگ، ارتفاع گیاه و حداقل مقاومت روزنه‌ای. شاخص سطح برگ، معیاری از سطح برگ در واحد سطح زمین، مستقیماً بر ویژگی های سایه و عایق بام سبز تأثیر می گذارد و بر میزان جذب یا بازتاب گرما تأثیر می گذارد [21] . ارتفاع گیاه یکی دیگر از عوامل مهم است، زیرا گیاهان بلندتر می توانند سایه بیشتری ایجاد کنند و افزایش گرمای ساختمان را کاهش دهند [22] . در نهایت، حداقل مقاومت روزنه ای گیاهان، که به ظرفیت گیاهان برای تنظیم اتلاف آب از طریق روزنه هایشان اشاره دارد، بر اثر خنک کنندگی تبخیر و تعرق تأثیر می گذارد و به تنظیم دما کمک می کند [23] .

1.2 . اهداف

هدف اصلی این مطالعه ارزیابی پتانسیل استراتژی‌های بام سبز برای کاهش مصرف انرژی و انتشار CO ₂ در ساختمان‌های اداری مراکش است که به طور خاص بر روی بهینه‌سازی شاخص سطح برگ، ارتفاع گیاه و حداقل مقاومت روزنه‌ای تمرکز دارد. هدف این مطالعه تعیین چگونگی استفاده از این پارامترها برای دستیابی به حداکثر صرفه جویی در انرژی و کاهش کربن در زمینه شرایط آب و هوایی مراکش است. اهداف خاص عبارتند از:

•بررسی چگونگی تأثیر مقادیر مختلف LAI بر خواص عایق بام سبز و تأثیر آنها بر مصرف انرژی ساختمان برای سرمایش.
•درک سهم ارتفاع‌های مختلف گیاه در سایه‌زنی و جذب گرما، و تأثیر بعدی آن‌ها بر دمای داخلی و مصرف انرژی.
•ارزیابی تأثیر رفتار روزنه‌ای گیاه بر میزان تبخیر و تعرق و اثرات خنک‌کننده بالقوه، که می‌تواند به کاهش بارهای خنک‌کننده در ساختمان‌های اداری کمک کند.
•کمی سازی کاهش بالقوه در انتشار CO ₂ ناشی از کاهش مصرف انرژی از طریق استراتژی های بهینه بام سبز
•ارائه رهنمودهای عملی برای معماران، سازندگان و سیاستگذاران در مورد ترکیب سیستم های بام سبز برای دستیابی به بهره وری انرژی و پایداری زیست محیطی.

انتظار می رود یافته های این مطالعه به افزایش دانش در مورد شیوه های ساختمان سازی پایدار در مناطق خشک و نیمه خشک مانند مراکش کمک کند. با ارائه داده‌های تجربی در مورد پتانسیل صرفه‌جویی در انرژی و قابلیت‌های کاهش کربن بام‌های سبز، این تحقیق با هدف حمایت از توسعه قوانین و مقررات ساختمان سبز در مراکش، راه را برای آینده شهری پایدارتر و کارآمدتر هموار می‌کند. علاوه بر این، این مطالعه بر اهمیت انتخاب گونه‌های گیاهی مناسب و پارامترهای طراحی برای به حداکثر رساندن مزایای زیست‌محیطی بام‌های سبز تأکید می‌کند و اطمینان می‌دهد که این سیستم‌ها هم از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه و هم از نظر زیست‌محیطی مؤثر هستند.

جدول 1 . مراجع بررسی شده

نویسندگان	سال	یافته های کلیدی	مرجع
رو	2011	بام های سبز آلودگی هوا، انتشار کربن و روان آب های طوفان را کاهش می دهند و در عین حال طول عمر بام ها را افزایش داده و گرمای شهری را کاهش می دهند. آنها به طور غیر مستقیم مصرف انرژی را کاهش می دهند، سر و صدا را کاهش می دهند و از تنوع زیستی شهری حمایت می کنند. تحقیقات آتی باید بر بسترهای بهبود یافته، انتخاب گیاهان و مدیریت آب متمرکز شود.	[24]
بیانچینی و همکاران	2012	بام های سبز می توانند آلودگی ناشی از تولید پلیمر را در عرض 13 تا 32 سال جبران کنند. در حالی که آنها مزایای طولانی مدت زیست محیطی مانند بهبود کیفیت هوا و مدیریت آب طوفان را ارائه می دهند، مواد پایدارتری برای کاهش اثرات منفی مصالح بام سبز فعلی مورد نیاز است.	[25]
سعادتیان و همکاران	2013	بام های سبز از طریق بهبود عایق، کاهش نیازهای سرمایشی 25 تا 80 درصد و کاهش اثرات جزیره گرمایی شهری، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی می کنند. آنها آسایش حرارتی را افزایش می دهند، طول عمر سقف را افزایش می دهند و کیفیت آب روان را بهبود می بخشند، اما هزینه های اولیه و نگهداری همچنان چالش برانگیز هستند.	[26]
براردی و همکاران	2014	بام های سبز مزایای زیست محیطی مانند کاهش مصرف انرژی ساختمان، کاهش اثرات جزیره گرمایی شهری و مدیریت آب طوفان را ارائه می دهند. اثربخشی آنها به طراحی، انتخاب گیاه و آب و هوا بستگی دارد. امکان سنجی اقتصادی با مشوق ها و سیاست های مناسب، علی رغم هزینه های اولیه بالاتر امکان پذیر است.	[27]
ویجایاراغوان	2016	بام های سبز مزایایی مانند مدیریت آب طوفان، صرفه جویی در انرژی، بهبود کیفیت هوا و آب و کاهش صدا را ارائه می دهند. چالش‌ها شامل هزینه‌های نصب بالا، نیازهای تعمیر و نگهداری و عدم انجام تحقیقات محلی است. مصالح پایدار و سیستم‌های هیبریدی مانند سقف‌های سبز PV روندهای در حال ظهور هستند.	[28]
بسیر و همکاران	2018	بام ها و نماهای سبز به طور قابل توجهی جزایر گرمایی شهری را کاهش می دهند، بهره وری انرژی ساختمان را بهبود می بخشند و کیفیت هوا را از طریق تبخیر و تعرق، سایه اندازی و عایق افزایش می دهند. آنها آسایش حرارتی را فراهم می کنند اما برای عملکرد بهینه نیاز به طراحی مناسب، سازگاری های منطقه ای و نگهداری دارند.	[29]
Bevilacqua	2021	بام های سبز به طور موثر مصرف انرژی برای خنک کردن را کاهش می دهند، مدیریت آب طوفان را بهبود می بخشند و جزایر گرمایی شهری را کاهش می دهند. آنها در آب و هوای گرم صرفه جویی بیشتری ارائه می دهند اما در مناطق سردتر دارای مزایای محدودی هستند. عملکرد با نوع گیاه، عمق خاک و آبیاری متفاوت است.	[30]
Wooster و همکاران	2022	بام های سبز به طور قابل توجهی تنوع زیستی شهری را در مقایسه با بام های معمولی افزایش می دهند. آنها تنوع بیشتری از گونه های پرندگان، بندپایان و گاستروپودها را جذب می کنند و مزایای زیست محیطی و زیست محیطی را ارائه می دهند. بام های سبز به ایجاد شهرهای متنوع تر از نظر زیستی کمک می کند و از جانوران شهری حمایت می کند.	[31]
میهالاکاکو و همکاران	2023	بام های سبز بارهای خنک کننده را تا 70% کاهش می دهند، کیفیت هوا را بهبود می بخشند، آب طوفان را مدیریت می کنند و کربن را جدا می کنند. آنها آسایش حرارتی و تنوع زیستی شهری را افزایش می دهند، اما اثربخشی با طراحی، انتخاب گیاه و آب و هوا متفاوت است.	[32]
پونز فیورنتین و همکاران	2024	ارزیابی چرخه زندگی بام‌های سبز تنوع قابل توجهی را در تأثیرات تغییرات آب و هوایی نشان می‌دهد که عمدتاً تحت تأثیر مواد مورد استفاده، به ویژه در مرحله ساخت قرار می‌گیرد. در حالی که سقف‌های سبز گسترده عموماً تأثیرات کمتری دارند، نتایج به انتخاب‌های روش‌شناختی بستگی دارد و بر نیاز به ارزیابی‌های استاندارد تأکید می‌کند.	[33]
ابوقدوره	2024	بام های سبز در آب و هوای مدیترانه ای مصرف انرژی را سالانه تا 12.6 درصد کاهش می دهد، ثبات دمای داخل را بهبود می بخشد و انتشار CO ₂ را تا 5.8 درصد کاهش می دهد. آنها صرفه جویی قابل توجهی در انرژی و مزایای حرارتی، به ویژه در طول تابستان، با عملکرد تحت تاثیر عمق خاک ارائه می دهند.	[34]
لامبارکی و همکاران	2024	بام‌های سبز گسترده در نادور، مراکش، میانگین دمای تابش را به میزان 3 تا 8.76 درجه سانتی‌گراد در 60 درصد بام‌ها کاهش داد، که منجر به کاهش مصرف انرژی 17.53 تا 43.82 درصدی برای تهویه مطبوع شد و با وجود هزینه‌های بالای اولیه 84.44 میلیون دلاری، 1.63 تا 4.07 میلیون دلار صرفه‌جویی کرد.	[35]

توسعه مواد جایگزین پایدار برای...

سپتامبر 13, 2026