منزل منخفض الطاقة

في أواخر سبعينيات القرن الماضي، تعاقدت مقاطعة ساسكاتشوان مع مجلس أبحاث ساسكاتشوان لتصميم وبناء منزل يعمل بالطاقة الشمسية السلبية، مناسب للمناخ القاسي لسهول البراري الكندية ، حيث تنخفض درجات الحرارة شتاءً إلى 40 درجة مئوية تحت الصفر (-40 درجة فهرنهايت). ^{[ 7 ]} أسفر المشروع عن بناء منزل ساسكاتشوان للحفاظ على البيئة في مدينة ريجينا عام 1977، على يد فريق بقيادة المهندس هارولد أور . ^{[ 8 ]} طوّر المشروع مبادلًا حراريًا لاستعادة الهواء، ونظامًا لاستعادة الماء الساخن، وجهازًا لقياس إحكام إغلاق المبنى، وهي تقنيات أصبحت شائعة في المباني منخفضة الطاقة في أنحاء أخرى من العالم. ^{[ 9 ]} واصل أور تطبيق العديد من هذه التقنيات لتحديث المباني القائمة وتحسين كفاءتها في استهلاك الطاقة. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

مع اندلاع أزمة الطاقة الأولى وتزايد الوعي البيئي في سبعينيات القرن الماضي، ازداد الاهتمام بترشيد استهلاك الطاقة في ألمانيا. ^{[ 12 ]} وفي عام 1977، سُنّ أول معيار بناء متعلق بالطاقة في البلاد. وقدّم معهد باسيفهاوس الألماني أول منزل سلبي معتمد في عام 1990. كما أُدرج شرط التدفئة السنوي كمعيار هام بموجب قانون العزل الحراري الألماني الثالث (1995). إلا أنه في عام 2013، لم يكن هناك أي شرط قانوني واضح لمعيار بناء منخفض الطاقة في ألمانيا. ووفقًا لماريا بانايوتيدو وروبرت ج. فولر، يجب أن تكون تعريفات وسياسات وأنشطة بناء المباني الصفرية الطاقة واضحة. ^{[ 13 ]} وينص توجيه أداء الطاقة الصادر عن الاتحاد الأوروبي على أنه بدءًا من عام 2021، لا يُسمح إلا ببناء المباني منخفضة الطاقة. ^{[ 14 ]}

شهدت السياسات الوطنية في المملكة المتحدة تغييرات منذ مايو 2015. وكان من أبرزها إلغاء مدونة المنازل المستدامة (CfSH) كنظام لتقييم وتشجيع التحسينات في التصميم البيئي للمساكن. ^{[ 15 ]} وقد أدى ذلك إلى التخلي عن المخطط التوضيحي للمدونة الذي كان يوفر إطارًا لمستويات الإنجاز التي كان بإمكان مصممي المباني منخفضة الطاقة السعي إلى تحقيقها أو تجاوزها. ورغم استمرار وجود تشريعات ترشيد الطاقة في لوائح البناء ، ^{[ 16 ]} إلا أن هناك نقصًا في المعايير المناسبة التي تتجاوز اللوائح الأساسية. ونتيجة لذلك، قد يتوسع نطاق تأثير معيار المنزل السلبي على المنازل الموفرة للطاقة. ^{[ 17 ]}

ازداد الاهتمام بالمباني منخفضة الطاقة في الولايات المتحدة، ويعود ذلك أساساً إلى ارتفاع أسعار الطاقة، وانخفاض تكاليف أنظمة الطاقة المتجددة في الموقع، وتزايد المخاوف بشأن تغير المناخ. وتشترط ولاية كاليفورنيا أن تكون جميع المباني السكنية الجديدة خالية من الطاقة بحلول عام 2020. ^{[ 1 ]}

تفاوتت معايير المباني منخفضة الطاقة في أوروبا من دولة لأخرى، ولا يوجد نظام شهادات أو تشريعات موحدة للمباني منخفضة الطاقة سارية في جميع الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي. وفي إطار الجهود المبذولة للحد من استهلاك الطاقة والانبعاثات، تم إصدار توجيه أداء الطاقة للمباني (EPBD) في عام 2002، ودخل حيز التنفيذ في يناير 2003، وذلك بهدف وضع تشريعات موحدة بشأن أداء الطاقة في المباني. ^{[ 20 ]}

لقد أوضح توجيه الاتحاد الأوروبي مفهوم المنازل منخفضة الطاقة في أوروبا، ويستمد جزء كبير من المناقشات حول المباني الصفرية الطاقة في أمريكا الشمالية من المختبر الوطني الأمريكي للطاقة المتجددة (NREL). ^{[ 22 ]}

يُعدّ برنامج " إنرجي ستار" أكبر جهة مانحة لشهادات المنازل والمنتجات الاستهلاكية منخفضة الطاقة في الولايات المتحدة. ورغم أن المنازل الحاصلة على شهادة "إنرجي ستار" تستهلك طاقة أقل بنسبة 15% على الأقل من المنازل الجديدة القياسية المبنية وفقًا لقانون البناء السكني الدولي، إلا أنها عادةً ما تحقق وفورات تتراوح بين 20 و30%. ^{[ 23 ]} وقد أطلقت وزارة الطاقة الأمريكية برنامجًا في عام 2008 لتوزيع مساكن خالية من الطاقة في جميع أنحاء البلاد. ^{[ 24 ]}

قد يستخدم المقاولون الكنديون مجموعة من المعايير والعلامات وبرامج الاعتماد لإثبات مستوى عالٍ من كفاءة الطاقة في مشروع معين. وتشمل هذه المعايير ما يلي:

• شهادات Net Zero Home و Net Zero Ready Home، التي تديرها جمعية بناة المنازل الكندية ^{[ 25 ]}
• ملصقات Built Green، التي تديرها Built Green Canada ^{[ 26 ]}
• برنامج Energy Star للمنازل، الذي تديره وزارة الموارد الطبيعية الكندية ^{[ 27 ]}
• معيار البيت السلبي الكندي، الذي يديره المعهد الكندي للبيت السلبي ^{[ 28 ]}

في مقاطعة كولومبيا البريطانية، تتوافق البرامج المذكورة أعلاه مع قانون خطوات الطاقة في كولومبيا البريطانية ، وهو قانون إقليمي يهدف إلى تحفيز (أو إلزام) مستوىً من كفاءة الطاقة في المباني الجديدة يتجاوز متطلبات قانون البناء الأساسي. وقد صُمم هذا القانون كخارطة طريق فنية لمساعدة المقاطعة على تحقيق هدفها المتمثل في أن تكون جميع المباني الجديدة جاهزة لتحقيق صافي استهلاك صفري للطاقة بحلول عام 2032.

يُعدّ خفض استهلاك الطاقة أكثر فائدةً من الناحيتين البيئية والمالية من زيادة الإنتاج المحلي لتحقيق هدف استهلاك منخفض للطاقة. فكلما قلّ استهلاك المنزل للطاقة، قلّ حجم نظام الطاقة المتجددة المطلوب للوصول إلى صافي انبعاثات صفرية. وينبغي أن تكون كفاءة الطاقة هي الاستراتيجية التصميمية الأساسية للمنزل منخفض الطاقة. ^{[ 1 ]}

يدعم تصميم المباني الشمسية السلبية وتنسيق الحدائق الموفرة للطاقة المنازل منخفضة الطاقة في جهود الحفاظ على الطاقة، كما يُسهم في دمجها مع الحي والبيئة المحيطة. وتعتمد تقنيات البناء الشمسي السلبي على تصميم المباني بشكل مضغوط لتقليل مساحة السطح، مع توجيه النوافذ الرئيسية نحو خط الاستواء (الجنوب في نصف الكرة الشمالي والشمال في نصف الكرة الجنوبي )، مما يزيد من الاستفادة من الطاقة الشمسية السلبية . ومع ذلك، فإن الاستفادة من الطاقة الشمسية (خاصة في المناخات المعتدلة ) تأتي في المرتبة الثانية بعد تقليل احتياجات المنزل الإجمالية من الطاقة. ففي درجات الحرارة المرتفعة، قد تؤدي الحرارة الزائدة إلى ظروف داخلية غير مريحة. وقد أثبتت البدائل السلبية لأنظمة تكييف الهواء، مثل التهوية التي تعتمد على درجة الحرارة، فعاليتها في المناطق التي تحتاج إلى التبريد. ^{[ 32 ]} وتشمل التقنيات الأخرى لتقليل الحرارة الشمسية الزائدة: مصدات الشمس ، والأشجار، والبرجولات المتصلة المغطاة بالكروم ، والحدائق العمودية ، والأسطح الخضراء .

على الرغم من إمكانية بناء منازل موفرة للطاقة باستخدام مواد كثيفة أو خفيفة الوزن، إلا أنه يُراعى عادةً دمج كتلة حرارية داخلية لتقليل درجات الحرارة القصوى في الصيف، والحفاظ على استقرار درجات الحرارة في الشتاء، ومنع ارتفاع درجة الحرارة المحتمل في الربيع أو الخريف قبل أن تُظلل أشعة الشمس المرتفعة الجدران والنوافذ في منتصف النهار. ويعتمد لون الجدران الخارجية (عندما يسمح سطحها بذلك) وانعكاسها أو امتصاصها للحرارة على درجة الحرارة الخارجية السائدة على مدار العام. ويمكن الاستعانة بالأشجار المتساقطة الأوراق والنباتات المتسلقة على الجدران (أو ذاتية الالتصاق) في المناخات المعتدلة.

لتقليل إجمالي استهلاك الطاقة الأولية، يُعدّ استخدام الإضاءة الطبيعية السلبية والفعّالة أولى الحلول المُوصى بها خلال النهار. أما في الأيام ذات الإضاءة الخافتة، أو في الأماكن التي لا تصلها ضوء النهار، أو في الليل، فيمكن استخدام تصميم إضاءة مستدام يعتمد على مصادر طاقة منخفضة (مثل مصابيح الفلورسنت المدمجة ذات الجهد القياسي ، وإضاءة الحالة الصلبة باستخدام مصابيح LED و OLED وثنائيات باعثة للضوء البوليمرية ، ومصابيح الإضاءة المتوهجة منخفضة الجهد ، ومصابيح هاليد المعدنية المدمجة ، ومصابيح الزينون والهالوجين ).

تتوفر أنظمة إضاءة خارجية تعمل بالطاقة الشمسية ، مخصصة للأمان والمناظر الطبيعية ، مزودة بخلايا شمسية على كل وحدة إضاءة أو متصلة بلوحة شمسية مركزية ، لتلبية احتياجات الحدائق والمساحات الخارجية. ويمكن استخدام أنظمة الجهد المنخفض لإضاءة أكثر تحكمًا (أو مستقلة)، باستهلاك أقل للطاقة مقارنةً بالمصابيح التقليدية. كما تساهم المؤقتات وأجهزة استشعار الحركة والإضاءة الطبيعية في خفض استهلاك الطاقة والتلوث الضوئي .

تُفضّل الأجهزة المنزلية التي تجتاز اختبارات كفاءة الطاقة المستقلة، والحاصلة على شهادات Ecolabel لانخفاض استهلاك الكهرباء والغاز الطبيعي، بالإضافة إلى ملصقات انبعاثات الكربون الناتجة عن تصنيع المنتج، للمنازل منخفضة الطاقة. وتُعدّ Energy Star و EKOenergy من علامات الاعتماد الأخرى.

• خريطة العالم للمباني ذات الطاقة الصافية الصفرية المعروفة دوليًا
• بناء منازل موفرة للطاقة باستخدام قوالب خرسانية عازلة