استراتيجيات تحقيق الطاقة الصافية - صفر في المباني التجارية المتعددة المراحل

وتشكل المباني التجارية المتعددة المراحل تحديا وفرصة فريدة في السعي إلى الحصول على الطاقة الصافية - صفر - على عكس الهياكل الأحادية - تتنافس هذه المباني مع أنماط التظليل المعقدة، ومحدودية مساحة السقف بالنسبة للحيز الأرضي، وازدياد الطلب على الطاقة من المصاعد والمصاعد، والشغل الكثيف، ويتطلب تحقيق الطاقة الصافية - صفر في هذه المباني نهجا منهجيا ومتكاملا يوازن بين كفاءة البناء المعمارية وبين الاستراتيجيات المتجددة في الموقع أو خارج الموقع.

مُختل للطاقة الصافية - صفر في العقارات العقارية التجارية

وتتسارع وتيرة دفع الطاقة الصافية الصفرية في جميع أنحاء العالم، بسبب الالتزامات المتعلقة بالمناخ، وارتفاع تكاليف المرافق، والطلب المستأجر على الأماكن المستدامة، إذ تمثل المباني التجارية نحو 20 في المائة من إجمالي استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة، وفقا لإدارة المعلومات المتعلقة بالطاقة في الولايات المتحدة، ومن خلال استهداف الطاقة الصافية - صفر، يمكن لمالكي المباني أن يقللوا بدرجة كبيرة من آثار الكربون التشغيلية، ويحسنوا قيمة الأصول، ويواجهون مستقبلا ارتفاع معدلات الشغور في المباني.

كما أن السياسات الحكومية ترسم المشهد الطبيعي، إذ تتطلب ولايات قضائية عديدة الآن مباني جديدة للوفاء بمعايير دقيقة للطاقة، وبعضها يُنطلق تدريجيا من ولايات بناء الطاقة الصافية الصفرية، فعلى سبيل المثال، تدفع مدونة الطاقة في كاليفورنيا للمباني التجارية إلى الصفر، وتهدف التوجيهات الصادرة عن الاتحاد الأوروبي بشأن أداء الطاقة في المباني إلى مخزون من المباني مخفض الكربون بحلول عام 2050، ويعتبر فهم هذه العوامل أمرا أساسيا بالنسبة لأصحاب المصلحة الذين يخططون للاستثمارات الطويلة الأجل.

الاستراتيجيات الأساسية لتحقيق الطاقة الصافية - صفر

ويعتمد تصميم الطاقة الصافية الصافية الفعالة للمباني التجارية المتعددة المراحل على هيكل هرمي من الاستراتيجيات: تخفيض الحمولات أولا، ثم تلبية الطلب المتبقي بالنظم الفعالة، وأخيرا توليد الطاقة المتجددة، وتورد الفروع التالية تفاصيل كل ركيزة.

1 - تحسين ظروف البناء

إن مظروف المبنى هو خط الدفاع الأول ضد فقدان الحرارة وكسبها، ففيما يتعلق بالمباني المتعددة المراحل، ينطوي التفريغ الأمثل للمظروف على التغيُّر في الأداء العالي، والعزل المستمر، وبناء البقعة الهوائية، يمكن أن تؤدي النظم المتقدمة للحائط ذات النطاق الثلاثي، والزجاج المنخفض الانسياب إلى الحد الأقصى من النقل الحراري بنسبة تصل إلى 50 في المائة مقارنة بالوحدات التقليدية ذات الفتيل المزدوج.

وتتمثل إحدى الاستراتيجيات التي كثيرا ما تغفل في التألق الدينامي - النوافذ الكهرومغناطيسية أو التيارمكروميكية التي تضبط الرنين استجابة لضوء الشمس، وتخفض هذه النوافذ من كميات التبريد القصوى بنسبة تصل إلى ٢٠ في المائة، وتحسن الراحة التي تسود دون الحاجة إلى أعمى، ويمكن أن تؤدي أجهزة التظليل الخارجية، مثل الصمامات الأفقية أو الثقاب الرأسي، إلى زيادة تخفيض المكسب الحراري الشمسي مع الحفاظ على ضوء النهار.

2 - نظم الطاقة الميكانيكية والكهربائية الفعالة

فعندما تخفض حمولات المظروف إلى أدنى حد، تصبح نظم الكفاءة العالية حرجة، إذ إن التدفئة والتهوية وتكييف الهواء عادة ما تمثل 40 إلى 60 في المائة من استخدام الطاقة لأغراض البناء التجاري، وتشمل الحلول نظما متغيرة لتدفق الثلاجات، ومفاتيح استصلاح الحرارة، ونظما جوية مخصصة للخارج تستخدم مستلزمات الضخ من الفضاء.

وقد شهد الإضاءة مكاسب كبيرة في الكفاءة باستخدام تكنولوجيا التلقيم المضغوط في الولايات الصلبة، غير أن وفورات أخرى تأتي من عمليات جمع النور والضوابط القائمة على الشغل، ويمكن لنظام مراقبة الإضاءة حسن التصميم أن يقلل الطاقة بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة عن مستوى خط الأساس للأجهزة المتفجرة المرتجلة، وبالمثل، يمكن إدارة الحمولات المزروعة - الحواسيب والطابعات وأدوات المطبخ - من خلال وحدات الكهرباء الذكية والجدول الزمني الآلي.

3 - تكامل الطاقة المتجددة

أما بالنسبة للمباني المتعددة المراحل، فإن مساحة السقف وحدها نادرا ما تكفي للتعويض عن الاستهلاك الكلي للطاقة، ولذلك يجب أن يتجاوز التوليد المتجدد السطح، ويمكن تركيب الفولطيات الضوئية المدمجة في المباني على المواكب أو المسامير أو الشوارع الشمسية، وتحويل جلود المبنى بأكمله إلى مولد كهربائي، وفي المناخات المشمسة، يمكن أن تنتج مجموعات مكملة من المركبات الأرضية ذات الوجه الجنوبي ما يصل إلى ٥٠ في المائة من الاحتياجات السنوية للمبنى.

كما تستكشف بعض المشاريع التوربينات الريحية، ولكنها أقل شيوعا في البيئات الحضرية بسبب الاضطراب والضوضاء، غير أن مضخات الحرارة الحرارية الأرضية مكملة ثبتت صحتها: فهي تتبادل الحرارة مع الأرض دون خط التجمد، وتوفر التدفئة والتبريد على نحو يتسم بالكفاءة العالية، كما أن نظام المضخات الحرارية الأرضية المتجددة يمكن أن يخفض طاقة HVAC بنسبة تتراوح بين 30 و60 في المائة، مما يقلل من حجم الطاقة المتجددة المطلوبة.

4 - تكنولوجيات ومراقبات المباني الذكية

والضوابط الذكية هي دماغ مبنى للطاقة صافيه صفر، وتستخدم منابر إدارة المباني المتقدمة التعلم الآلي للتنبؤ بأنماط شغلها، وتعظيم جداول البيوت في HVAC، وحيزات ما قبل الشحن أو ما قبل التسخين باستخدام الطاقة المنخفضة التكلفة خارج البحر، وتحذر أجهزة الفرز والتشخيص من وجود مشغلات للفحص الحراري في المناطق المتجمدة الأرضية المتجمدة إلى تدهور المعدات، مما يحول دون حدوث تبديد في زاوي الطاقة.

وثمة أداة قوية أخرى هي لوحات ضخ الطاقة التي تظهر استهلاكاً وتوليداً في الوقت الحقيقي للمستأجرين، وتبين الدراسات أنه عندما يرى المحتلون استخدامهم للطاقة، فإنها تقلل الاستهلاك بنسبة 5 إلى 15 في المائة، كما أن قدرات الاستجابة للطلب تسمح للمبنى بأن يُلقي التحميل أثناء فترات الذروة التي تُستخدم فيها الشبكات، وتُكسب حوافز في مجال الفائدة، كما أن تجارة الطاقة بين الأقران والزوارق آخذة في الظهور، مما يتيح للمباني التجارية تقاسم فائض الطاقة الشمسية مع الجيران.

التغلب على تحديات التصميم الوحيدة في المباني المتعددة المراحل

وتطرح الهياكل المتعددة المراحل عقبات محددة على طريق صافي الحد الأقصى، حيث أن مساحة السقف المحدودة هي الأكثر وضوحا: إذ أن البرج العشري له نفس البصمة السطحية التي يُستخدم فيها مبنى واحد ولكن عشر مرات في الطلب على الطاقة، مما يجعل من الضروري أن يكون البنفسج المائي وغير الموقعي، وثمة تحد آخر يتمثل في التقاسم الذاتي - وقد يؤدي بناء طويل إلى تضييق الطوابق السفلية الخاصة به خلال أجزاء من اليوم، مما يقلل من توافر الصور الشمسية لكل من التدّف الضوئي.

كما أن النقل الرأسي - المصاعد والمصاعد - يضيف حمولة فريدة، كما أن المصاعد الإبداعية التي تلتقط الطاقة المتصدعة يمكن أن تخفض استخدام الكهرباء بنسبة ٣٠-٥٠ في المائة، وعلى سبيل المثال، يستخدم نظام مصعد أوتيس الجيني ٢ محركا متجددا لإطعام الطاقة إلى شبكة البناء، وبالإضافة إلى ذلك، يجب النظر في ضخ المياه من أجل السباكة ونظم إطفاء الحرائق في نموذج الطاقة.

ألف - العقبات المالية والتنظيمية

وكثيرا ما يكون بناء الطاقة الصافية - صفرا أعلى تكلفة أولية - أي بنسبة تتراوح عادة بين ٥ و ١٥ في المائة من البناء التقليدي - ولكن وفورات دورة الحياة يمكن أن تكون كبيرة، كما أن إعادة التشغيل، والائتمانات الضريبية للاستثمارات الاتحادية للطاقة الشمسية، والتمويل الذي يتم بمساعدة الممتلكات، يمكن أن يساعد على سد الفجوة، وفي الولايات المتحدة، يمكن لقانون خفض التضخم أن يوسع نطاق مركز التجارة الدولية ليصل إلى ٣٠ في المائة لمالكي الطاقة الشمسية التجارية، مما يجعل من الوفورات أكثر قابلية للاستمرارية.

وقد تحد مدونات التزوير والقيود على الحفظ التاريخي من التعديلات الخارجية التي تجرى على برنامج تطوير البلازما أو التظليل، فالتعاون المبكر مع السلطات المحلية وعملية التصميم المتكاملة - التي تشمل مهندسين معماريين ومهندسين وعارضين للطاقة من اليوم الأول - أمر حاسم. The National Renewable Energy Laboratory (NREL) ] يتيح أدوات مجانية مثل قاعدة بيانات المباني التجارية لتوجيه أفرقة التصميم.

دراسات الحالة: النجاح الصافي - صفري في المباني التال

وتظهر عدة مشاريع أن الطاقة الصافية للطاقة ممكنة حتى في السياقات الحضرية الصعبة، حيث إن مركز البوليت في سياتل كثيرا ما يشار إليه على أنه رائد، وإن كانت ست قصص، فإنها تستخدم صفيفة شمسية على السطح، وجهازا للكهرباء على المشهد الجنوبي لتوليد جميع الكهرباء، وتشمل المعالم تركيب 99 مراحيض في نظام لجمع مياه الأمطار.

In New York City, the Manitou, Colorado Building] (actually the Manitou Springs City Hall) is not multi-story, but for larger scale, the Bank of America Tower at One Bryant Park is a LEED Platinum high

To a 100% on-site net-zero energy high-rise, the The Dakota in New York has not yet achieved it. However, the Seattle Federal Center and the

For a pure net-zero high-rise, The Solaire in New York is a 27-story residential building that uses photovoltaic panels on the roof and combines with advanced systems to achieve net-zero energy for common areas. However, it still imports electricity for apartments. The real breakthrough came with

ورغم التحديات، تبين دراسات حالات إفرادية من USGBC] و المجلس العالمي للبناء الأخضر ]]] أن الصناعة تتحرك بسرعة، والأخذ الرئيسي هو أن الطاقة الصافية الصفرية للمباني المتعددة المراحل تتطلب في كثير من الأحيان مزيجا من توليد الطاقة في الموقع وكفاءتها وأرصدة الطاقة المتجددة أو الاستثمار في خارج الموقع.

السياسات والحوافز والاتجاهات السوقية

وتحتاج السياسات الحكومية بشكل متزايد إلى أداء صافيه صفر أو صفري الكربون، كما أن قانون الطاقة في منطقة كالفورنيا لعام 2025 يدفع إلى الصفر الصافي للطاقة للمباني التجارية، بحيث تصبح جميع مباني الدولة الجديدة صافية بحلول عام 2030، وبالمثل، يفرض القانون المحلي رقم 97 لمدينة نيويورك كبسولات الكربون على المباني الكبيرة، ويفضي بفعالية إلى إنشاء أنظمة قوية لتحقيق الكفاءة والتبني.

وتشمل الحوافز المالية الائتمانات الضريبية الاتحادية والحكومية، وتمويل الطاقة النظيفة المقسمة على الممتلكات، وإعادة استخدام المرافق، كما أن قانون تخفيض التضخم يوفر مركز التجارة الدولية الأساسي بنسبة 30 في المائة للشمس، مع منح إضافية لاستخدام المحتوى المحلي، والإقامة في مجتمعات الطاقة الجديدة، كما أن لدى ولايات كثيرة معايير حافظة قابلة للتجديد تتطلب من أصحاب المرافق شراء الطاقة النظيفة، مما يتيح للملاك صافية.

ويتزايد الاتجاه نحو التأجير الأخضر: يوافق المستأجرون على تقاسم بيانات الطاقة ودفع تكاليف العمليات الفعالة، وهذا ينسق حوافز مالكي الأراضي والمستأجرين، وهو أمر حاسم بالنسبة للمباني المتعددة المستأجرين، وبالإضافة إلى ذلك، توفر نظم التصديق مثل نظام الطاقة الصفرية وتحدي بناء المعيشة تحققا من طرف ثالث، مما يضيف قيمة السوق، ووفقا لتقرير عام 2023 من BRE[أقساط أعلى: أقساط خضراء الإيجار].

التوقعات المستقبلية: الابتكارات التكنولوجية وإدماج المحاجين

وتشمل الحدود التالية للمباني المتعددة المراحل التي تستخدم في صاف صفر من الخرسانة تخزين البطاريات، ودمج المركبات إلى البناء، والزجاجات الدقيقة الذكية، ويتيح التخزين في الموقع للمباني تخزين فائض الطاقة الشمسية في أوقات الليل أو في استخدام اليوم الغائم، وزيادة جزء الطاقة الذاتية الصنع، كما أن البطاريات المتدفقة ونظم الليثيوم تهبط في التكلفة؛ كما أن مركبات تيسلا ذات الوجهة.

والمباني الفعالة التي تعمل على التفاعل بين الأحياء هي مفهوم ذو صلة: فهي تستطيع تعديل استهلاكها من الطاقة في الوقت الحقيقي استنادا إلى إشارات الشبكة، مما يساعد على تحقيق التوازن بين توليد الطاقة المتجددة من الرياح والطاقة الشمسية، ويمكن أن يكسب ذلك إيرادات مالكي المباني من خلال برامج الاستجابة للطلبات، وتوفر وزارة الطاقة مبادرة المباني الفعالة ذات التأثير الأخضر .

كما أن المواد الناشئة تعد بانخفاض مستوى الكربون المجسد، فالأخشاب التي تُعد عبر الحدود تكتسب شعبية في هياكل منتصف الأزمة، مما يقلل من آثار الكربون الإجمالية، والمواد التي تُحدث السطح، ومواد التغيير التدريجي داخل الجدران، والزجاج الذكي تدخل جميعها في المجرى الرئيسي، ومع نضج هذه التكنولوجيات، فإن الفجوة في التكاليف بين البناء التقليدي وصافي الصفر ستستمر في التقلص.

خاتمة

إن تحقيق الطاقة الصافية الصفرية في المباني التجارية المتعددة المراحل هو هدف ملح ولكنه قابل للتنفيذ تماما، ويتطلب عملية تصميم متكاملة تعطي الأولوية للكفاءة في المظروف، ونظم متقدمة في مجال تكنولوجيا المعلومات والاتصالات والإضاءة، والضوابط الذكية، والتكامل الإبداعي للطاقة المتجددة - بما في ذلك توليد الطاقة من مصادر حيوية وغير موقعية، وفي حين أن التحديات التي تواجه مجالات محدودة من السقف، وما زالت التكاليف الباهظة، وقوى البناء، والحوافز المالية، واستراتيجيات التنفيذ، تتسارع.