راه‌حل ساختمان‌های انرژی صفر با چالش‌های زیادی از جمله هزینه اولیه بالا، مشوق‌های محدود و عدم آگاهی اجتماعی مواجه است. [۸]. یکی از راه‌حل‌های مقابله با این چالش‌ها، انجمن مهندسین تهویه گرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) AEDG است که علاوه بر دستورالعمل‌های جامعه برای دستیابی به صفر، ۳۰ و ۵۰ درصد صرفه‌جویی در مصرف انرژی را به سمت ساختمانی با انرژی خالص صفر می‌کند. ساختمان های انرژی AEDG ها با همکاری مؤسسه معماران آمریکا (AIA)، انجمن مهندسی روشنایی (IES)، شورای ساختمان سبز ایالات متحده (USGBC) و وزارت انرژی (DOE) در ایالات متحده توسعه یافته اند.

راهنمای طراحی انرژی پیشرفته ASHRAE مجموعه ای از انتشارات است که توصیه های صرفه جویی در مصرف انرژی را فراتر از حداقل الزامات استاندارد ASHRAE 90.1-2004 ارائه می کند. [۱۸,۱۹]. این راهنماهای طراحی بسته به طبقه‌بندی اشغال و اندازه ساختمان، مختص نوع ساختمان هستند و شامل راهنمای دفاتر کوچک تا متوسط، راهنمای بیمارستان‌های کوچک و تأسیسات مراقبت‌های بهداشتی، و راهنمای دیگری برای بیمارستان‌های بزرگ و موارد دیگر است. میز ۱ خلاصه ای از AEDG های ASHRAE تا به امروز را ارائه می دهد.

سه دسته از راهنمای طراحی انرژی پیشرفته ASHRAE وجود دارد که عبارتند از: ۳۰٪ صرفه جویی در انرژی، ۵۰٪ صرفه جویی در انرژی و راهنماهای انرژی صفر. استراتژی های صرفه جویی در انرژی ارائه شده در این راهنماهای طراحی عبارتند از عایق بندی پوشش ساختمان بهبود یافته و لعاب بهتر با برآمدگی. کاهش شدت روشنایی و بارهای دوشاخه و فرآیند، کنترل بهتر. و همچنین یکپارچه سازی نور روز، تجهیزات HVAC با راندمان بالاتر و سیستم های گرمایش آب سرویس (SWH). این دستورالعمل ها استراتژی های طراحی صرفه جویی انرژی خاصی را برای هر یک از هشت منطقه آب و هوایی در ایالات متحده ارائه می دهد که می تواند بیشتر به عنوان جانشین برای سایر اقلیم ها در سطح جهانی مورد استفاده قرار گیرد، همانطور که در جدول A-6 استاندارد ASHRAE 169-2020 نشان داده شده است.[۲۰]، پ. ۲۱۱). صرفه جویی در انرژی حاصل از این اقدامات از طریق شبیه سازی انرژی ساختمان با استفاده از نرم افزار EnergyPlus 7.0 ارزیابی و کمی سازی شد. [۲۱].

به عنوان مثال، توصیه های ارائه شده در یک مطالعه [۲۲] برای دستیابی به ۳۰ درصد صرفه جویی انرژی در بیمارستان های کوچک و مراکز بهداشتی و درمانی، مقادیر حداقل و حداکثر مجموعه ای از پارامترهای طراحی را شامل می شود. این مقادیر برای هر منطقه آب و هوایی متفاوت است. با در نظر گرفتن پوشش های ساختمانی در منطقه آب و هوایی ۵، حداقل مقادیر R توصیه شده در راهنما برای عایق کاری سقف ها، دیوارها و کف ۳۰ فوت است.^۲.°F.hr/Btu، ۱۳ فوت^۲.°F.hr/Btu و ۱۶٫۷ فوت^۲به ترتیب .°F.hr/Btu. در همین حال، حداکثر مقادیر برای انتقال حرارتی فنستراسیون عمودی (U-value)، ضریب افزایش حرارت خورشیدی (SHGC)، و نسبت پنجره به دیوار (WWR) توصیه شد. این حداکثر مقادیر ۰٫۲۹ Btu/ft است^۲.°F.hr، ۰٫۳۴، و ۴۰٪، به ترتیب [۲۲]. این پارامترها را می توان برای تعیین کمیت و ارزیابی بازده انرژی استراتژی های طراحی آینده نگر استفاده کرد.

بسیاری از سیستم های رتبه بندی ساختمان در سراسر جهان با هدف پایدارتر ساختن ساختمان ها توسعه یافته اند. در این بخش از بررسی ادبیات، ما به ۹ (۹) سیستم رتبه‌بندی ساختمان نگاه می‌کنیم: روش ارزیابی محیطی تأسیسات تحقیقاتی ساختمان (BREEAM)، رهبری در طراحی انرژی و محیطی (LEED)، سیستم ارزیابی جامع برای بهره‌وری محیطی ساخته شده (CASBEE)، GREEN STAR، سیستم رتبه بندی شورای ساختمان پایدار آلمان (DGNB: Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen)، سیستم رتبه بندی گلابی ESTIDAMA (PRS)، MOSTADAM، سیستم رتبه بندی هرم سبز (GPRS) و TARSHEED. اینها شناخته شده ترین سیستم های رتبه بندی هستند و به عنوان نماینده بهترین شیوه ها از قاره های مختلف در سراسر جهان انتخاب شده اند. جدول ۲ خلاصه ای برای مقایسه طرح های مختلف رتبه بندی ساختمان ارائه می دهد.

هنگام مقایسه سیستم رتبه بندی LEED با سیستم رتبه بندی BREEAM، مشاهده می شود که در اتخاذ اولویت های محلی تفاوت وجود دارد. LEED یک دسته بندی خاص را برای انعکاس اولویت های محلی هر منطقه اختصاص می دهد و اعتبارات کسب شده در این دسته را به عنوان جایزه به امتیاز کل اضافه می کند، در حالی که BREEAM اعتبار را به اولویت های محلی اختصاص نمی دهد. [۲۴]. علاوه بر این، سیستم‌های رتبه‌بندی مانند GREEN STAR، PRS، MOSTADAM و GPRS که بر اساس LEED توسعه یافته‌اند، دسته‌بندی اولویت منطقه‌ای را شامل نمی‌شوند. با این حال، آنها اتخاذ اولویت های منطقه ای خود را از طریق تغییر وزن داده شده هر دسته از دسته های LEED برای تخصیص اعتبارات بیشتر برای منابع ارزشمندتر، مانند آب شیرین در کشوری مانند عربستان سعودی منعکس می کنند.

دو سیستم رتبه‌بندی که از نظر وزن دسته‌ها متمایز هستند، CASBEE هستند، به دلیل پیچیدگی روش محاسبه آن که شامل تخصیص وزن‌های مختلف به هر دسته بر اساس ویژگی‌های هر پروژه است. و DGNB که به دلیل وزن های دسته بندی خود که شامل تخصیص وزن های برابر به کیفیت محیطی، اجتماعی و اقتصادی است، متمایز است. DGNB تنها سیستم رتبه بندی است که بر جنبه های اقتصادی ساختمان های پایدار تمرکز دارد [۲۵]. یکی دیگر از تفاوت های قابل توجه بین این سیستم های رتبه بندی، سطح اجرای آنها است. تمام سیستم های فوق به صورت داوطلبانه اجرا می شوند، به جز PRS که در تمام ساختمان ها در امارات اجباری است. [۳۶].

تغییر تمرکز به سمت مصر، در سال ۲۰۰۵، اولین آیین نامه ساختمانی با بهره وری انرژی (ECP 306-2005) [40] برای ساختمان های مسکونی توسط دولت مصر توسعه داده شد. این کد شامل حداقل و حداکثر مقادیر برای عناصر طراحی زیر است: پوشش ساختمان، تهویه و آسایش حرارتی، سیستم‌های HVAC و SWH، روشنایی، و بارهای الکتریکی. در سال ۲۰۰۸، قانون واحد ساختمان (قانون ۱۱۹ برای سال ۲۰۰۸) صادر شد و در نتیجه، رعایت BEEC برای اخذ پروانه ساخت اجباری شد. [۱۳]. در راستای تلاش‌های دولت برای توسعه پایدار ساختمان در مصر، سیستم رتبه‌بندی هرم سبز (GPRS) توسط مرکز تحقیقات ملی مسکن و ساختمان (HBRC) در سال ۲۰۱۱ ارائه شد تا به‌عنوان پایه ارزیابی ساختمان سبز عمل کند. GPRS بر اساس سیستم رتبه بندی LEED توسعه یافته توسط شورای ساختمان سبز ایالات متحده است. یکی دیگر از سیستم های رتبه بندی ساختمان سبز که در مصر توسعه یافته است، TARSHEED است که توسط شورای ساختمان سبز مصر توسعه یافته است و بر اساس سیستم رتبه بندی برتری در طراحی برای کارایی بیشتر (EDGE) است که توسط شرکت مالی بین المللی ایجاد شده است. [۱۴]. در حالی که GPRS برای تمام ساختمان‌ها و ساختمان‌های جدید که تحت بازسازی اساسی قرار می‌گیرند، اعمال می‌شود، به جز امکانات پزشکی، که دارای سیستم رتبه‌بندی خاص خود و دستورالعمل‌های سبز منتشر شده توسط HBRC هستند. [۴۱]ترشید دارای سیستم های رتبه بندی متفاوتی برای انواع ساختمان های مختلف از جمله ساختمان های مسکونی، تجاری، آموزشی و بهداشتی می باشد. علاوه بر این، ترشید یک سیستم رتبه بندی برای کل جوامع دارد [۳۹]. تفاوت دیگر بین دو سیستم رتبه بندی مصری این است که ترشید بر سه دسته اصلی تمرکز دارد که عبارتند از انرژی، آب و زیستگاه. در همین حال، GPRS دارای هفت دسته است که عبارتند از: سایت پایدار، بهره وری انرژی، بهره وری آب، مواد و منابع، کیفیت محیطی داخلی، پروتکل های مدیریت، و نوآوری و ارزش افزوده. [۳۹,۴۱]. هر دو سیستم رتبه بندی دارای سطوح گواهی برنز، نقره، طلا و پلاتین هستند. با این حال، تنها GPRS دارای سطح پایین تر از نقره است که دارای گواهینامه GPRS است [۳۸].

با بررسی روند طراحی ساختمان های پایدار در ادبیات در سطح جهانی، اکنون به مطالعات انجام شده در منطقه MENA نگاه می کنیم. در این بخش، مطالعاتی را که از امارات متحده عربی (امارات متحده عربی)، عربستان سعودی (SA)، تونس و اردن سرچشمه گرفته اند، تجزیه و تحلیل خواهیم کرد. اولین چیزی که باید به آن اشاره کرد این است که از هفت (۷) مقاله مورد مطالعه در سطح منطقه ای، چهار (۴) مقاله در امارات انجام شده است. چهار مطالعه به جز مطالعه انجام شده توسط فریس و رخشان، همگی مبتنی بر شبیه سازی هستند [۱۰۰]، که یک مرور ادبیات بود. فریس و رخشان در بررسی خود، اقدامات پوششی غیرفعال ساختمان را بررسی کردند که عملکرد انرژی یک ساختمان را بهبود می بخشد. از جمله یافته های آنها این بود که عایق حرارتی و تهویه طبیعی می توانند به ترتیب تا ۲۰% و ۳۰% در ساختمان های مسکونی صرفه جویی کنند. فریس و همکاران و واتفا و همکاران [۱۰۱,۱۰۲] همچنین کارایی انرژی ساختمان های مسکونی را با استفاده از شبیه سازی انرژی کل ساختمان مورد مطالعه قرار داد. واتفا در ال. [۱۰۲] پتانسیل مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) در طراحی ساختمان های کارآمد انرژی را بررسی کرد و از AECOsim استفاده کرد. [۱۰۳] برای ارزیابی عملکرد انرژی آنها بر جهت گیری ساختمان و نسبت پنجره به دیوار تمرکز کردند، در حالی که فریس و همکاران. [۱۰۱] تمرکز بر عایق حرارتی و استفاده از EnergyPlus برای ارزیابی عملکرد انرژی. سلامه و همکاران [۱۰۴]از سوی دیگر، ادغام یک سیستم نمای فتوولتائیک در ساختمان های تجاری را مطالعه کرد و به این نتیجه رسید که می تواند حدود ۳۰ درصد از مصرف برق سالانه را کاهش دهد.

سایر مطالعات مبتنی بر شبیه سازی انجام شده در منطقه MENA شامل Ihm و Krarti، Bataineh and Alrabee و Alhuwayil at al. [105,106,107]. هر سه مطالعه از شبیه سازی انرژی ساختمان برای بهبود بهره وری انرژی ساختمان های مسکونی استفاده کردند. هر دو مطالعه توسط بطینه و الرابی و الحویل و همکاران انجام شده است. [۱۰۶,۱۰۷]، از EnergyPlus برای شبیه سازی انرژی استفاده کرد و هر دوی آنها نیز تجزیه و تحلیل هزینه را به عنوان بخشی از تحقیقات خود انجام دادند. از طرفی ایهم و کرارتی [۱۰۵] از DOE-2 همراه با تکنیک های بهینه سازی برای دستیابی به راه حل طراحی بهینه برای ساختمان های مسکونی کارآمد انرژی استفاده کرد. استراتژی‌های طراحی توصیه‌شده بر اساس بررسی‌های آن‌ها، افزودن عایق سقف، کاهش نفوذ هوا، و نصب لوازم کارآمد انرژی، وسایل روشنایی و تجهیزات گرمایشی و سرمایشی است. آنها به این نتیجه رسیدند که این استراتژی های طراحی می تواند مصرف انرژی ساختمان را تا ۵۰ درصد کاهش دهد. [۱۰۵]. به شرح زیر جدول ۴ مطالعات شبیه سازی بررسی شده در سطح منطقه را خلاصه می کند.

برخی از مطالعات مروری بر ادبیات که ادبیات خاص مصر را تجزیه و تحلیل می‌کردند، شامل تحقیقات کارآمدی انرژی ساختمان به طور کلی، بدون تمرکز بر نوع ساختمان خاصی بود. نمونه هایی از آن مطالعات هستند [۴,۱۳,۱۰۸]. سایر مطالعات مروری بر ادبیات، مانند مطالعات انجام شده توسط علا و همکاران، هارب، و رسمی بر روی یک نوع ساختمان خاص متمرکز شده است. [۷,۱۴,۱۰۹] که بر ساختمان های آموزشی تمرکز داشت. هارب [۱۴] سیستم های مختلف رتبه بندی ساختمان را ارزیابی کرد و دستورالعمل های طراحی پایدار را برای مدارس جدید و موجود ارائه کرد. این دستورالعمل ها بر اساس بررسی ادبیات و داده های جمع آوری شده از بررسی ساختمان مدرسه موجود از طریق بازدیدهای متعدد است. با این حال، هیچ ارزیابی از تأثیر این دستورالعمل ها بر عملکرد ساختمان انجام نشد. به طور مشابه، علا و همکاران. [۷] تأثیر استفاده از سیستم رتبه بندی هرم سبز را بر اساس ادبیات منتشر شده بدون هیچ گونه تأیید بیشتر تجزیه و تحلیل کرد.

علاوه بر مطالعات مروری بر ادبیات، مطالعات محلی همچنین شامل مطالعات محاسباتی برای ارزیابی کارایی انرژی استراتژی‌های طراحی مختلف بود که در جدول ۵ زیر این مطالعات محاسباتی را می توان بر اساس نوع کاربری ساختمان مورد تجزیه و تحلیل، به مطالعات متمرکز بر ساختمان های سازمانی، تجاری و مسکونی تقسیم کرد. با شروع با مطالعات شبیه‌سازی انرژی ساختمان‌های سازمانی، رادوان و همکاران. و ویلیام و همکاران [۱۰۰,۱۰۱,۱۰۲,۱۰۳,۱۰۴,۱۰۵,۱۰۶,۱۰۷,۱۰۸,۱۰۹,۱۱۰,۱۱۱,۱۱۲] استراتژی‌های مقاوم‌سازی کارآمد انرژی در بیمارستان‌ها را با استفاده از HAP 4.9 ارزیابی کرد [۱۱۳] و EnergyPlus به ترتیب. هر دو مطالعه بر تقویت سه جنبه طراحی متمرکز شدند که عبارتند از عایق، لعاب و روشنایی. در ویلیام و همکاران. [۱۱۱]یک سیستم اختصاصی هوای بیرون (DOAS) به مدل انرژی پیشرفته اضافه شد که بازده انرژی آن را تا ۶۷ درصد بهبود بخشید. سایر مطالعات شبیه سازی ساختمان های سازمانی انواع مختلف ساختمان های سازمانی مانند فرودگاه ها را تجزیه و تحلیل کردند [۱۱۴]، جایی که روشنایی LED و اجرای انرژی های تجدید پذیر توصیه می شد و ساختمان های دولتی، [۱۱۵] که در آن تاثیر لعاب نانو ایروژل بر عملکرد انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت.

با این حال، اکثر مطالعات شبیه‌سازی نهادی محلی، تحقیقات خود را بر روی ساختمان‌های آموزشی متمرکز کردند. از جمله این مطالعات می توان به مطالعات انجام شده توسط الدرویش و گوما، سمعان و همکاران اشاره کرد. و احمد [۱۱۶,۱۱۷,۱۱۸]، همه آنها با استفاده از EnergyPlus اقدامات بهره وری انرژی در ساختمان های مدارس موجود را تجزیه و تحلیل کردند. در واقع، تمام مطالعات شبیه‌سازی با تمرکز بر ساختمان‌های آموزشی که در این بررسی ادبیات در سطح محلی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌اند، به استثنای یک مطالعه، از EnergyPlus استفاده کردند. [۱۱۹]، که از HOMER استفاده کرد [۱۲۰] برای شبیه سازی انرژی این مطالعه همچنین به دلیل این واقعیت منحصر به فرد بود که مدل مقاوم سازی شده را نه تنها بر اساس عملکرد انرژی، بلکه بر اساس عملکرد زیست محیطی و اقتصادی آن ارزیابی کرد. به طور مشابه، یک مطالعه [۱۲۱] استفاده از دو نما در ساختمان های آموزشی بر اساس مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه ای مورد ارزیابی قرار گرفت. در این میان، مطالعات دیگر [۱۲۲,۱۲۳] مدل‌های انرژی پیشرفته را برای ساختمان‌های آموزشی بر اساس نتایج تحلیل انرژی و هزینه ارزیابی کرد. یکی دیگر از معیارهای ارزیابی که در این دسته از مطالعات شبیه سازی استفاده شد، آسایش حرارتی بود [۱۲۴].

نوع دوم مطالعات شبیه‌سازی محلی، آنهایی هستند که بر کارایی انرژی ساختمان‌های تجاری متمرکز شده‌اند. مشابه مطالعات شبیه سازی ساختمان های سازمانی، اکثر مطالعات شبیه سازی بررسی شده ساختمان های تجاری از EnergyPlus استفاده کردند. از جمله این مطالعات می توان به مطالعات انجام شده توسط ال گیندی اشاره کرد [۱۲۵]; اسامه الشریف، محمد و فتوح [۱۲۶]; و حمزه و السعدانی و فهمی [۱۲۷]که علاوه بر تجزیه و تحلیل تأثیر اقدامات بهینه سازی انرژی در ساختمان های اداری، پتانسیل کاربرد انرژی های تجدیدپذیر را در قالب نصب PV نیز ارزیابی کرد. این سه مطالعه به ترتیب به کاهش مصرف انرژی سالانه ۶۰، ۶۵ درصد و ۴۲ درصد دست یافتند. برخی از مطالعات شبیه‌سازی ساختمان‌های تجاری با استفاده از EnergyPlus بر ساختمان‌های بلند متمرکز شده‌اند [۱۲۸]، در حالی که مطالعات دیگر بر ساختمان های متوسط ​​متمرکز بود [۱۲۹,۱۳۰]. سایر نرم افزارهای شبیه سازی مورد استفاده در مطالعات بهره وری انرژی ساختمان های تجاری شامل e-Quest است [۱۳۱] توسط [۱۳۲,۱۳۳] و IES-VE [134] توسط [۱۳۵] که با استفاده از سیستم های مختلف نور روز مصرف انرژی را تا ۴۰ درصد کاهش داد.

دسته سوم شبیه سازی بررسی شده مربوط به ساختمان های مسکونی است. این مطالعات را می توان بر اساس توپولوژی ساختمان تقسیم کرد. برخی از مطالعات توصیه‌های خود را بر روی ساختمان‌های تک‌خانواره یا چندخانواری کم‌مرتبه، متوسط ​​یا بلند متمرکز می‌کنند. با این حال، مطالعات دیگر، ساختمان های مسکونی را بدون توجه به توپولوژی آنها به طور کلی بررسی می کنند [۱۳۶,۱۳۷,۱۳۸,۱۳۹,۱۴۰,۱۴۱]. بقیه مطالعات شبیه سازی مسکونی را می توان بیشتر به دو دسته تقسیم کرد: مطالعات تک خانواده و مطالعات متمرکز بر چند خانواده. مطالعات [۱۴۲,۱۴۳,۱۴۴] همه اقدامات بهره وری انرژی در ساختمان های مسکونی تک خانواده بررسی شده است، در حالی که مطالعات در [۷۵,۱۴۵]، اقدامات بهره وری انرژی در ساختمان های مسکونی چند خانواری کم ارتفاع را بررسی کرد. اگرچه از نظر دامنه کمی متفاوت است، اما هر دو مطالعه می کنند [۱۴۲,۱۴۵] از Ecotect استفاده کرد [۱۴۶] و یک تحلیل حساسیت برای بهینه سازی اثربخشی توصیه های خود انجام دادند. بر اساس یک مطالعه، مزایای استفاده از Ecotect [142]، این است که آنالیز حرارتی و روشنایی را به طور همزمان انجام می دهد.

از ۲۲ مطالعه شبیه سازی مسکونی که در این بررسی در سطح محلی تجزیه و تحلیل شد، ۱۴ مطالعه بر روی ساختمان های مسکونی متوسط ​​تمرکز دارند. اکثر این مطالعات شبیه‌سازی‌ها را با استفاده از EnergyPlus یا در ترکیب با OpenStudio انجام دادند [۱۴۷,۱۴۸]، یا در ترکیب با DesignBuilder که بیشتر رایج است. مطالعه انجام شده در [۱۴۸] به این نتیجه رسیدند که کاهش ضریب انتقال حرارت دیوارها، افزودن سایه، استفاده از شیشه دوجداره و نصب روشنایی LED می تواند تقاضای سرمایش را به ترتیب ۷، ۱۳، ۱۴ و ۱۷ درصد کاهش دهد. نمونه هایی از مطالعات شبیه سازی ساختمان های متوسط ​​با استفاده از DesignBuilder و EnergyPlus را می توان در [۱۴۹,۱۵۰,۱۵۱,۱۵۲]که همگی عملکرد مدل انرژی را بر اساس مصرف انرژی و آسایش حرارتی ارزیابی کردند. علاوه بر این، دو مطالعه [۱۵۰,۱۵۱] تجزیه و تحلیل هزینه را بر روی استراتژی های طراحی توصیه شده خود، مطالعه دیگری انجام دادند [۱۴۹] اندازه گیری انتشار گازهای گلخانه ای ساختمان و یک مطالعه نهایی [۱۵۲] از یک سیستم PV برای رسیدن به ساختمان انرژی تقریباً صفر استفاده کرد.