تا اواخر قرن بیستم موضوع بهره‌وری انرژی و انتشار دی‌اکسید کربن از مسائل حاشیه‌ای در معماری بود و امتیاز پایین ساختمان‌های نمادین از برنامه صدور گواهینامه Energy Star شاهدی بر این مطلب است. برای مثال ساختمان آسمان‌خراش مت‌لایف (۱۹۶۳) در نیویورک امتیاز ۳۹ را از ۱۰۰ کسب کرد، خانه لور (۱۹۵۲) با امتیاز ۲۰ و ساختمان نمادین سیگرام (۱۹۵۸) با امتیاز ۳ در همان شهر امتیازات بسیار بدی دریافت کردند. هرچند ساختمان‌هایی با معماری آرت‌دکو همچون ساختمان کرایسلر (۱۹۳۰) و ساختمان امپایر استیت (۱۹۳۱) به‌ترتیب به امتیازات ۸۴ و ۸۰ دست یافتند که در نتیجه ارتقای گسترده سیستم‌های مکانیکی و عایق‌بندی آنها بود.

بهینه‌سازی ساختمان

در عصر تغییرات آب‌وهوایی و کاهش منابع طبیعی، پایدار کردن ساختمان‌های موجود و صرفه‌جویی در مصرف انرژی مسئله‌ای ضروری است که باید در تمام ساختمان‌های مدرن، سنتی یا بومی اجرا شود. اصطلاح «مقاوم‌سازی» به افزودن فناوری یا ویژگی‌های جدید به ساختمان‌های قدیمی‌تر اطلاق می‌شود و به‌طور گسترده‌ای در حال استفاده است تا اطمینان حاصل شود که ساختمان‌های موجود پاسخگو، انعطاف‌پذیر و سازگار با تغییرات آب‌وهوایی هستند.

مقاوم‌سازی یا بهینه‌سازی ساختمان شامل تغییر سیستم یا ساختار آن پس از ساخت‌وساز اولیه و اسکان در آن است که می‌تواند امکانات رفاهی را برای ساکنین ساختمان بهبود بخشد و عملکرد ساختمان را از لحاظ مصرف انرژی و آب بهبود ببخشد. پروژه‌های مقاوم‌سازی موفق، بافت، تاریخچه و هویت ساکنان ساختمان را در نظر می‌گیرد و با ارائه راه‌حل‌های جامع و متعادل، در عین حفظ یک محیط داخلی راحت برای ساکنان، مصرف انرژی ساختمان را بهینه می‌کنند.

برای ساختمان‌های مدرن، چالش‌های خاصی به‌ویژه در حفظ هویت معماری سازه به وجود می‌آید و فقدان دستورالعمل‌های کلی در سیاست‌های عمومی این پیچیدگی را بیشتر می‌کند. برای مثال، یکی از متمایزترین ویژگی‌های معماری مدرنیستی که اغلب به‌عنوان یک مانع مهم برای بهره‌وری انرژی دیده می‌شود، استفاده از شیشه در سطح وسیعی از ساختمان است که اغب نیز در کنار عناصر گیاهی و پنل‌های خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مرکز تجارت سبز سهرابجی گودرج واقع در حیدرآباد هند، ساختمانی با رتبه ۵ ستاره، یک دفتر بهره وری انرژی (BEE) است. این بنای تجاری از دفاتر، آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و اتاق‌های کنفرانس تشکیل شده است.

سقف‌های گیاهی ۵۵ تا ۶۰ درصد از سقف‌های ساختمان را پوشش می‌دهند و بقیه بنا با فتوولتائیک خورشیدی با ظرفیت ۲۴ کیلووات پوشانده شده است. ۱۰۰ تا ۱۲۰ واحد برق تولید شده در روز به شبکه تغذیه می‌شود و ۲۰ درصد از کل هزینه انرژی ساختمان را تأمین می‌کند. علاوه بر این، فاضلاب و روان آب از ساختمان توسط گیاهان روی ساختمان بازیافت می‌شود و آب را تصفیه و فیلتر می‌کند. این بنا نمونه بازسازی با بازدهی انرژی بالا و در عین حال حفظ کاربری مناسب ساختمان است.

معماران آن دوران به دنبال افزایش کاربرد شیشه در ساختمان‌های خود بودند تا از این طریق روشنایی فضای داخلی به وسیله نور طبیعی را به حداکثر برسانند. علاوه بر این، با توجه به پلان آزاد طبقات، آنها قصد داشتند دیوارها را تا حد امکان نازک بسازند؛ این ویژگی‌ها حفاظت حرارتی کمتری را فراهم می‌کند و منجر به اتلاف انرژی قابل‌توجهی در ساختمان می‌شود.

مطالعاتی که در این زمینه انجام شده است نشان می‌دهد که انتشار دی‌اکسیدکربن را می‌توان بیش از ۵۵ درصد با نوسازی پوشش‌های ساختمانی و اجرای فناوری‌های جدید و اثبات‌شده کاهش داد.

انواع فناوری‌های بهینه‌سازی

طیف وسیعی از فناوری‌ها برای بهره‌وری انرژی و آب با توجه به ساختار، مصالح و کاربرد سازه قابل‌استفاده است که در ادامه معرفی می‌شود، هرچند برای انتخاب فناوری مورد نیاز باید از یک متخصص ساختمان خبره مشاوره گرفت.

چیلرهای جذبی همان عملکرد اصلی چیلرهای معمولی را انجام می‌دهند که سیستم‌های تهویه مطبوع آب سرد را برای تأمین سرمایش تولید می‌کنند، با این تفاوت که چیلرهای جذبی به جای کمپرسورهای الکتریکی توسط منبع حرارتی همچون گاز طبیعی یا در حالت بهینه‌تر از بیوگاز، انرژی خورشیدی و گرمای تلف‌شده در ساختمان (به شکل بخار، آب گرم یا گازهای خروجی) عمل می‌کنند. بعضی از مدل‌های چیلر جذبی علاوه بر سرمایش می‌توانند گرمایش و آب گرم ساختمان را نیز تأمین کنند.

پارچه ساختمانی که منظور عناصر ساختاری آن شامل دیوارها، سقف، کف، پنجره‌ها و درها است، نقش مهمی در عایق‌بندی و آب‌بندی ساختمان و در نتیجه بهره‌وری انرژی ساختمان ایفا می‌کند. به حداقل رساندن نشت هوا از طریق پوشش ساختمان برای عملکرد سیستم‌های تهویه ضروری است.

سیستم‌های مدیریت ساختمان، سیستم‌های کامپیوتری مرکزی هستند که برای مدیریت عملیات ساختمان و عملکرد سیستم‌های گرمایش، تهویه مطبوع، روشنایی، امنیت، خدمات آتش‌نشانی، تأسیسات و دسترسی به ساختمان استفاده می‌شوند. یک سیستم مدیریت ساختمان می‌تواند با تنظیم خودکار سیستم‌های ساختمان، خاموش کردن آن‌ها در صورت نیاز نداشتن یا بهینه‌سازی چرخه‌های اجرا به کاهش مصرف انرژی کمک کند.

تولید همزمان عنوان مولدهای ساختمانی است که به‌صورت همزمان انرژی الکتریکی و حرارتی ساختمان را از طریق یک منبع تأمین می‌کنند. سیستم‌های تولید همزمان را می‌توان برای خدمت به یک یا چند ساختمان راه‌اندازی کرد.

مانیتورهای صفحه تخت انرژی کمتری نسبت به مانیتورهای سنتی اشعه کاتدی (CRT) مصرف می‌کنند و گرمای کمتری نسبت به مانیتورهای CRT تولید می‌کنند که باعث صرفه‌جویی در انرژی می‌شود و سیستم تهویه مطبوع کمتر برای خنک کردن فضا کار می‌کند.

روشنایی و نورپردازی در فرایند مقاوم‌سازی ساختمان علاوه بر به حداکثر رساندن میزان نور طبیعی که به یک فضا می‌رسد، طیف وسیعی از گزینه‌ها را برای کارآمدتر کردن سیستم‌های روشنایی مصنوعی ارائه می‌دهد. یک روند روبه‌رشد که در سال‌های اخیر اجرا می‌شود، تبدیل سقف‌هایی است که صددرصد روشنایی داخلی را تأمین می‌کنند به سقف‌هایی که تنها ۳۰ درصد نور فضا را تأمین می‌کنند و باقیمانده روشنایی مورد نیاز از وسایل کار همچون لامپ‌های رومیزی تأمین می‌شود که بنا به نیاز کاربر خاموش و روشن می‌شود.

علاوه بر این لامپ‌های فلورسنت و رشته‌ای با لامپ‌های کم‌مصرف ال‌ای‌دی جایگزین می‌شوند و سیستم‌های کنترل برای خاموش و روشن شدن اتوماتیک سیستم روشنایی به ساختمان‌ها اضافه می‌شود که هر دو بر کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان ساختمان تأثیر مثبتی دارد.

استفاده از نور طبیعی روز، سنسورهای حرکت، تهویه طبیعی، پاکسازی شبانه، استفاده از انرژی خورشیدی و بادی و همچنین اتصالات کم‌مصرف آب از دیگر فناوری‌های رایج برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود هستند که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بهینه‌سازی ساختمان‌ها

بر اساس تحقیقی که در لهستان انجام شده است، هزینه‌های نوسازی و مقاوم‌سازی در هر متر مربع برای ساختمان‌های تاریخی سه‌طبقه حدود ۳۰۰ یورو برآورد شده است، در حالی که برای ساختمان‌های ۱۱ طبقه، بین ۱۲۰ تا ۱۵۰ یورو در هر متر مربع خواهد بود. این تحقیق نشان می‌دهد که هزینه‌های نوسازی پیش‌بینی‌شده برای هر ساکن از حدود چهار تا شش هزار یورو بسته به ساختمان متغیر است. این هزینه‌ها حاکی از آن است که درصد قابل‌توجهی از ساکنان ممکن است نتوانند از پس این هزینه‌ها برآیند و نیاز است دولت‌ها وارد عمل شوند و به نوسازی یارانه تخصیص دهند. از جمله طرح‌های یارانه‌ای، برنامه «موج نوسازی» اتحادیه اروپا است که در سال ۲۰۲۰ راه‌اندازی شد و در نظر دارد نرخ بازسازی ساختمان‌های قدیمی را از سالانه یک درصد به چهار درصد برساند.

صرف‌نظر از راه‌حل‌های یافت شده، نکته بسیار مهم تأکید بر در نظر گرفتن دقیق فرم، مصالح و سایر کیفیت‌های معماری ساختمان است که اگر مقاوم‌سازی بدون در نظر گرفتن این نکات آغاز شود، می‌تواند آسیب قابل‌توجهی به اموال تاریخی وارد کند. هدف تحمیل استانداردهای قرن بیست‌ویکم بر این ساختمان‌ها نیست بلکه قادر ساختن آنها برای دستیابی به بهترین عملکرد ممکن است.

اگر پنجره‌های شیشه‌ای ساده برای هویت تاریخی ساختمان ضروری هستند، باید حفظ شوند و تمرکز باید به محل‌های دیگری در ساختمان معطوف شود و اصلاحات در آن قسمت‌ها انجام شود. این فرایند مستلزم درک هویت تاریخی و ویژگی‌های معماری ساختمان و خلاقیت در یافتن راه‌حل است.

بهینه‌سازی ۵۳۰ خانه در بوردو، فرانسه

یک نمونه موفق بازسازی یک مجتمع مدرنیستی سه بلوکی پانزده طبقه در شهر بوردوی فرانسه است. این پروژه شامل تبدیل سه ساختمان مسکن اجتماعی مدرنیستی است و شعار آن این است که «هرگز تخریب نکنید، هرگز حذف نکنید یا جایگزین نکنید، همیشه اضافه کنید، تغییر دهید و دوباره استفاده کنید». با این شعار یک فرایند دقیق برای بازسازی و تقویت ویژگی‌های کلیدی طرح اصلی انجام شد و عملکرد کلی انرژی ساختمان از طریق افزودن بالکن‌ها و یک سیستم عایق حرارتی جدید برای نما بهبود یافت. شایان ذکر است که این ساختمان‌ها با موقعیت و چیدمان خود ظرفیت تبدیل شدن به خانه‌های زیبای با کیفیت و راحت را داشتند.