۱٫ معرفی
مفهوم ساختمانهای با انرژی خالص صفر (nZEBs) و ساختمانهای بدون کربن خالص (nZCBs) در سالهای اخیر به عنوان یک مفهوم حیاتی برای مقابله با تغییرات آب و هوا و کاهش انتشار گازهای گلخانهای مورد توجه قرار گرفته است. CO
2 انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان به شدت تحت تأثیر بخش ساختمان است [
۱]، با تاکید بر نیاز به استراتژی های مناسب. اثرات زیست محیطی ساختمان ها با استفاده از روش های تجزیه و تحلیل تعادل انرژی، محاسبات انتشار و ارزیابی های مقایسه ای ارزیابی می شود. nZEB ها به ساختمان هایی اطلاق می شود که به حداقل انرژی نیاز دارند که به طور کامل توسط منابع انرژی تجدیدپذیر (RESs) تامین می شود. از سوی دیگر، nZCB ها هم مصرف انرژی عملیاتی یک ساختمان و هم انتشار کربن موجود در مواد آن، همراه با فرآیندهای ساخت و ساز در کل چرخه عمر آن، از جمله دفع را به حساب می آورند. هدف هر دو nZEB و nZCB بازده انرژی بالا و استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، چه در محل یا خارج از محل، برای دستیابی به انرژی صفر خالص یا تعادل کربن خالص صفر است. [
۲,
۳,
۴].
در نتیجه، بسیاری از تلاشهای تحقیقاتی دستیابی به انرژی خالص صفر را از طریق فناوریها و استراتژیهای نوآورانه هدف قرار دادهاند. [
۵,
۶,
۷,
۸]. مطالعات نشان می دهد که nZEB ها را می توان با کاهش مصرف انرژی از طریق اقداماتی که بهره وری انرژی را افزایش می دهد و با اجرای راه حل های انرژی تجدید پذیر برای برآوردن نیازهای انرژی باقی مانده به دست آورد. [
۹]. پس از ایجاد یک ساختمان با انرژی خالص صفر، یک استراتژی گسترده برای صرفه جویی در انرژی، حفاظت از محیط زیست و CO ارائه شده است.
۲ کاهش انتشار ارائه شده است. با این حال، این ساختمانها همچنین به منابع انرژی تجدیدپذیر و همچنین سیستمهای پیشرفته خدمات ساختمانی متکی هستند، که نیازمند روشهای ارزیابی جامع برای حمایت از توسعه آنها است. [
۱۰].
با برداشتن یک گام جلوتر، دستیابی به nZCB ها زمانی محقق می شود که کربن تجسم یافته، شامل انتشار کربن ناشی از تولید و حمل مصالح ساختمانی، نیز جبران شود. مثلا موناهان و پاول [
۱۱] ارزیابی چرخه عمر روش های مدرن ساخت و ساز در مسکن را انجام داد. نتایج حاصل از این مطالعه خاص نشان داد که هنگام در نظر گرفتن کربن تجسم یافته، بتن بیشترین سهم را به خود اختصاص داده است که ۳۶ درصد از کل مربوط به مواد را تشکیل می دهد. به علاوه اکبرنژاد و شیائو [
۱۲] رویکردهای کاهش کربن تجسم یافته در ساختمانها و راههای اندازهگیری کربن تجسمیافته را مرور کرد. آنها بر اهمیت در نظر گرفتن نه تنها کربن عامل بلکه همچنین کربن تجسم یافته در چرخه زندگی یک ساختمان تاکید کردند.
با توجه به پیشرفت های سریع در nZEBs و nZCBs، ما می خواهیم تجزیه و تحلیل دقیق، سیستماتیک و به روزی از مشارکت در این رشته انجام دهیم. این تجزیه و تحلیل با در نظر گرفتن مشخص کربن موجود در ارزیابیهای چرخه عمر ساختمان، شکاف بین nZEBs و nZCBs را با استفاده از دادههای ژانویه ۲۰۱۳ تا آوریل ۲۰۲۴ پر میکند. این مطالعه مطالعات موردی و تحقیقات موجود در مورد پیشرفت به سمت ایجاد هر دو nZEB و nZCB را بررسی میکند. قابلیت انتقال رویکردها و یافتههای فعلی را ارزیابی کرده و با شناسایی شکافها و اولویتها، جهتهای تحقیقاتی آینده را پیشنهاد میکند. برای هدایت مطالعه، دو سوال تحقیق به شرح زیر مطرح شد:
-
استراتژیهای نوآورانه کنونی، رویکردهای طراحی ساختمان، و مواد پیشرفته که روندهای جهانی را به سمت دستیابی به nZEB ها هدایت میکنند، که از سال ۲۰۱۳ در حال ظهور هستند، چیست؟
-
هنگام در نظر گرفتن تأثیر انتشارات تجسم یافته، ارزیابی چگونه می تواند به طور استراتژیک ردپای کربن کل nZEBs و تقریباً nZCBs را کمی و مقایسه کند، در نتیجه پتانسیل تسهیل توسعه nZCBs را ارزیابی می کند؟
در این مقاله،
بخش ۲ مراحل روش شناختی که برای انتخاب مقالات برای بررسی انجام شد را تشریح می کند. را
بخش ۳ تجزیه و تحلیل محتوای ادبیات مقالات بررسی شده را ارائه می دهد. از
بخش ۴،
بخش ۵ و
بخش ۶یافته های کلیدی از ادبیات مرتب شده، خلاصه شده و مورد بحث قرار می گیرد. در نهایت،
بخش ۷ نتیجه گیری را ارائه می دهد.
۲٫ روش تحقیق
برای بررسی توسعه تحقیقات در حوزه nZEBs و nZCBs، یک مرور ادبیات سیستماتیک از یک دوره زمانی ۱۲ ساله انجام شد. این بررسی در سه مرحله کلیدی سازماندهی شد: جمع آوری و بازیابی ادبیات، تجزیه و تحلیل محتوا، و بحث درباره دانش حوزه. جستجوی ادبیات از پایگاه داده Scopus استفاده کرد. تجزیه و تحلیل محتوا شامل تجزیه و تحلیل همزمان کلمات کلیدی، آمار انتشار مقاله، و تجزیه و تحلیل محتوای کیفی برای ترسیم زمینههای کاربردی اصلی، چالشهای موجود و پتانسیلهای تحقیقاتی آینده است. از اطلاعات جمعآوریشده، بحثی درباره دانش دامنه پیشنهاد شد.
شکل ۱ یک گردش کار برای فرآیند بررسی ادبیات، با جزئیات مربوط به هر مرحله ارائه می کند.
اولین گام شامل بازیابی مقالات از پایگاه داده آنلاین اسکوپوس بود که به دلیل دسترسی گسترده آن به منابع دانشگاهی، با استفاده روزافزون از کشورها و حوزه های دانش مختلف انتخاب شد. [
۱۳]. جستجو از مجموعه خاصی از کلمات کلیدی در عناوین، چکیده ها و کلمات کلیدی مقالات استفاده کرد. مجموعه کلمات کلیدی زیر استفاده شد: (TITLE-ABS-KEY (“ساختمان خالص کربن صفر” یا “ساختمان خالص صفر کربن” یا “ساختمان با انرژی خالص صفر” یا “ساختمان انرژی خالص صفر” یا “NZCB” یا ” NZEB یا “NZE” یا “ZEB” یا “ZCB”) و TITLE-ABS-KEY (“کربن تجسم یافته” یا “انتشارهای تجسم یافته” یا “انرژی تجسم یافته”)). این جستجوی اولیه ۱۱۰ مقاله از Scopus به دست آورد. متعاقباً، مقالات انگلیسی زبان از نظر ارتباط آنها با موضوع تحقیق و مقوله ادبیات، دوره زمانی و موضوع مورد بررسی قرار گرفت. جستجوی ادبیات در ژانویه ۲۰۱۳ آغاز شد، شامل تنها «مقالات» منتشر شده تا آوریل ۲۰۲۴، و حوزههای موضوعی در «مهندسی»، «انرژی»، «علم محیطزیست»، «علوم اجتماعی»، «علوم مواد»، «علوم رایانه» را پوشش داد. ، و “ریاضیات”. با استفاده از این فیلترها، در مجموع ۶۴ مقاله به یک صفحه گسترده برای تجزیه و تحلیل های کتاب سنجی بیشتر صادر شد. در گام بعدی، تحلیلهای کتابسنجی با هدف ارزیابی ارتباط مقالات شناساییشده با موضوع تحقیق با استفاده از نقشهبرداری همزمان کلیدواژه، روند انتشار سال به سال، موضوعات تحقیقاتی برتر و انتشارات منطقهای انجام شد.
طرح موارد گزارش برگزیده برای بررسی های سیستماتیک و متاآنالیز (PRISMA) در طول تجزیه و تحلیل محتوای دقیق دنبال شد.
مواد تکمیلی). یک نمودار جریان PRISMA که فرآیند فیلتر کردن ادبیات را تشریح می کند در ارائه شده است
شکل ۲. سه مقاله به دلیل عدم مرتبط بودن یا اطلاعات ناکافی و عدم پاسخگویی کافی به سوالات تحقیق حذف شدند. در نتیجه، ۶۱ مقاله برای دستیابی به اهداف تحقیق به طور کامل بررسی شد. این مقالات به همراه سه مقاله توصیه شده توسط متخصصان، در سه گروه طبقه بندی شدند که بر اساس زمینه های تحقیقاتی و زیرشاخه های درون رشته ای طبقه بندی شدند. این طبقه بندی در مورد بحث قرار خواهد گرفت
بخش ۴،
بخش ۵ و
بخش ۶، به ترتیب. اطلاعات مربوطه از این مقالات برای تسهیل بحث در مورد دانش حوزه استخراج شد.
۷٫ نتیجه گیری
این مقاله پیشرفت تحقیقات در زمینه معماری و ساخت و ساز پایدار را با تمرکز ویژه بر nZEBs و nZCBs شناسایی می کند. این پژوهش بهروز منتشر شده بین ژانویه ۲۰۱۳ و آوریل ۲۰۲۴ را از طریق روشهای کتابسنجی و بررسی عمیق تحلیل میکند. تجزیه و تحلیل یک مشارکت جهانی در فعالیت های تحقیقاتی را نشان می دهد که بر سه حوزه اصلی که سیزده زیر شاخه را پوشش می دهد متمرکز است. علاوه بر این، این مقاله شامل تجزیه و تحلیل دقیق استراتژیهای اجرایی عملی، مانند تکنیکهای بهینهسازی طراحی، مقاومسازی ساختمانهای موجود، انتخاب استراتژیک سیستمهای انرژی برای برآوردن نیازهای انرژی، و چارچوبهای حاکمیتی است که ترویج و استقرار nZEBs را تسهیل میکند. با توجه به تاثیرات زیست محیطی ساختمان، بر نقش حیاتی کربن تجسم یافته در ارزیابی چرخه عمر ساختمان تاکید شده است. در پایان، جهات کلیدی برای تحقیقات آینده برجسته شده است.
تجزیه و تحلیل کتاب سنجی بر سه حوزه اصلی متمرکز بود: تجزیه و تحلیل کلمات کلیدی، روندهای تحقیق، و مشارکت های جغرافیایی. ابزارهایی مانند VOSviewer برای بررسی روابط بین کلمات کلیدی، شناسایی سه خوشه اصلی در همزمانی کلمات کلیدی مورد استفاده قرار گرفت. به طور قابلتوجهی، عباراتی مانند «چرخه زندگی»، «ساختمانها» و «بازده انرژی» بهعنوان مهم ظاهر میشوند و نقشهای محوری آنها و به هم پیوستگی درون گفتمان را برجسته میکنند. بررسی روندهای پژوهشی تعداد نوسانی از انتشارات را نشان داد، با افزایش قابل توجه در فعالیت های تحقیقاتی در سال های ۲۰۱۶، ۲۰۱۸ و ۲۰۲۲، که نشان دهنده دوره هایی است که در آن علاقه ایجاد شده است. تجزیه و تحلیل جغرافیایی نشریات مشارکت گسترده جهانی در شیوه های ساختمان پایدار را بیشتر نشان می دهد. به طور کلی، مشارکت جهانی گسترده و علاقه دانشگاهی فزاینده به شیوههای ساختمان پایدار در رسیدگی به چالشهای زیستمحیطی و پیشروی به سمت راهحلهای پایدارتر و کارآمدتر از نظر انرژی وجود داشته است.
از بررسی محتوا، سه زمینه اصلی و سیزده زیر شاخه را می توان به عنوان حوزه های تمرکز مطالعه استنباط کرد. رویکردهای نوآورانه چند رشتهای کنونی، که شامل مشارکت جهانی میشود، با تمرکز نه تنها بر طراحی خود ساختمانها، بلکه بر سیستمهای انرژی درون و راهنماییهای مناسب، به nZEBs دست مییابند. مطالعات بر روی پیشرفتهای فناوری به سمت ایجاد nZEB، از جمله رویکردها، ویژگیهای مشترک، استراتژیها و ارزیابی انتشار، نقش مهمی در انتقال به ساختمانهای با انرژی صفر خالص ایفا کردند. از سوی دیگر، برای بهینهسازی ساختمانها در مرحله طراحی اولیه، علاقه فزایندهای به پذیرش مصالح نوآورانه و توسعه تکنیکهای مدلسازی برای دستیابی به طرحهای ساختمانی مقرونبهصرفه و سازگار با آب و هوا وجود دارد. برای دستیابی به اهداف کاهش انرژی و کربن در ساختمانهای موجود، برخی تحقیقات به بررسی مبادلات بین انرژی عملیاتی و انرژی تجسمیافته، و همچنین تغییر از انرژی صفر خالص به کربن خالص صفر در مقاومسازی ساختمانها برای بهبود عملکرد انرژی میپردازند. در حوزه انرژی، انتخاب سیستمهای انرژی، اکتشاف فناوریهای فتوولتائیک و تأثیر زیستمحیطی منابع انرژی تجدیدپذیر نیز مورد توجه قرار گرفتهاند. علاوه بر این، توسعه تعاریف و چارچوبهایی برای ارزیابی عملکرد ساختمان و تحلیل انتقادی دستورالعملهای حاکمیتی موجود نیز موضوعات مورد بررسی بود. آنها به پیشرفت تحقیقات و چالش های تبدیل مفاهیم ساختمان پایدار به شیوه های زندگی واقعی پرداختند.
ارزیابی کربن تجسم یافته در کل چرخه زندگی، درک تأثیر زیست محیطی ساختمان ها را به شما می دهد.
بخش ۴٫۱٫۲ با مقایسه آنها با انتشارات عملیاتی (OEs) ناشی از استفاده از ساختمان، تأثیر قابل توجه انتشار گازهای گلخانه ای (EE) از مصالح ساختمانی را برجسته می کند. این مقایسه اهمیت EE ها را در مشخصات کلی انتشار نشان می دهد. علاوه بر این، برای افزایش بیشتر یک ساختمان از انرژی صفر خالص به کربن خالص صفر، یک ارزیابی جامع چرخه حیات (LCA) برای شناسایی شکاف بین انرژی صفر خالص و اهداف کربن ضروری بود. همانطور که در
بخش ۴٫۳٫۳استراتژیهای طراحی کاربردی مانند کارایی منطقه و عایقکاری را میتوان به همراه در نظر گرفتن انتشار کربن از مصالح ساختمانی اتخاذ کرد. به این ترتیب، ایجاد nZEBs و nZCBs را می توان به طور موثر تقویت کرد.
به طور قابلتوجه، این مقاله nZEBs و nZCBs را با تمرکز ویژه بر جنبههای استراتژیک دستیابی به اهداف انرژی خالص صفر و کربن خالص صفر، به ترتیب مورد بحث قرار میدهد.
بخش ۴ استراتژیهای عملی برای پیادهسازی nZEB، تحلیل رویکردهای واقعی و تکنیکهای بهینهسازی طراحی برای ساختمانهای مقرونبهصرفه و سازگار با آب و هوا ارائه میدهد.
بخش ۵ انتخاب استراتژیک سیستم های انرژی را با در نظر گرفتن فناوری های فتوولتائیک و تأثیرات زیست محیطی آنها بررسی می کند. سرانجام،
بخش ۶ چارچوب های حاکمیتی nZEBs و nZCBs را بررسی می کند. این بینش ها به ذینفعان مختلف اجازه می دهد تا nZEB و nZCBs را برای ایجاد یک محیط ساخته شده پایدار طراحی، اجرا و اداره کنند.
این بررسی چندین یافته جالب را به دست می دهد، به ویژه در مورد اهمیت کربن تجسم یافته در دستیابی به ساختمان های کربن خالص صفر. انتشارات مختلف تحقیقاتی nZEB بر انرژی عملیاتی متمرکز شده اند. این مقاله اهمیت و نقش کربن تجسم یافته را برجسته می کند. برای دستیابی به ساختمانهای خالص کربن خالص، کربن تجسمیافته – انتشارات مرتبط با مواد، ساختوساز و تخریب – به دلیل تأثیر زیستمحیطی قابل توجه آن بسیار مهم است.
موضوع تحقیق را می توان برای کشف چگونگی تداخل استراتژی ها با یکدیگر بیشتر گسترش داد. این تداخل زمانی رخ می دهد که فقط کربن عملیاتی در نظر گرفته شود، و همچنین زمانی که کربن عملیاتی و تجسم یافته در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، اگر مفهوم دایره ای بودن [
۷۷] در هنگام انتخاب مواد در نظر گرفته می شود، ممکن است ماده ای با کربن تجسم بالا در حلقه بازیافت مجاز باشد. این مکانیسم از خروجی های محصول به عنوان ورودی استفاده مجدد می کند و استفاده مداوم از مواد را در طول چرخه تولید تقویت می کند. تأثیر کلی زیست محیطی از موردی به مورد دیگر متفاوت است. بنابراین، توجه به این نکته مهم است که استراتژی ها مطلق نیستند – جنبه های جایگزین باید در نظر گرفته شود. موادی که کمترین کربن را دارند ممکن است همیشه مناسبترین انتخاب نباشند.
علاوه بر این، برای دستیابی به وضعیت انرژی خالص صفر، جبران انرژی مورد نیاز ساختمان با سیستم های انرژی تجدیدپذیر ضروری است. با این حال، حتی پانل های PV خورشیدی نیز انتشار گازهای گلخانه ای را نشان می دهند. علاوه بر این، تولید انرژی در محل دارای محدودیتهایی در دستیابی به استقلال است، مانند نیاز به فناوریهای ذخیره انرژی، مشکلات در دستیابی به صرفهجویی در مقیاس و پذیرش اجتماعی. [
۷۸,
۷۹,
۸۰]. در مورد nZEB های متصل به شبکه، برنامه های مدیریت انرژی موثر چالش های قابل توجهی هستند که باید به آنها پرداخته شود. حصول اطمینان از آسایش حرارتی سرنشینان در عین تامین برق پایدار، حتی با ماهیت غیرقابل پیش بینی انرژی های تجدیدپذیر خورشیدی و بادی، ضروری است. موارد فوق نتیجه یک رویکرد چند رشته ای در این زمینه را برجسته می کند که بینش هایی از زمینه های مختلف را در بر می گیرد.
در مجموع، یافته های این مقاله مسیر آینده مطالعه را نشان داد. بینشهای بهدستآمده از رویکردهای فعلی، ویژگیهای مشترک و استراتژیها میتواند ترویج و استقرار nZEBs و nZCBs را تسهیل کند. در کنار علاقه و پیشرفت در حال گسترش در تحقیقات nZEB و nZCB، همانطور که در
بخش ۶٫۲، هنوز در مورد رویکردهای طراحی و ارزیابی اختلاف نظر وجود داشت. این موارد شامل تناقض بین دادههای خاص و عمومی در ارزیابیهای انتشار گازهای گلخانهای (GHG)، تعادل بین بهرهوری انرژی و پایداری محیطی، تأثیر تصمیمهای طراحی بر انرژی چرخه زندگی و نتایج اقتصادی، تغییر در طراحی وابسته به آب و هوا و بررسی سیستم های رتبه بندی انرژی فعلی بنابراین، فراتر از ارزیابیهای دقیق و مورد خاص که هم انتشارات عملیاتی و هم انتشار را در نظر میگیرند، مطالعات آینده ممکن است این جنبهها را برای دستیابی به اهداف زیستمحیطی و پایداری مورد بررسی قرار دهد.