جهت گیری ساختمان

شهر اهواز به دلیل واقع شدن در یک موقعیت خاص جغرافیایی، شرایط توپوگرافی و سامانه های جوی موثر بر منطقه شرایط زیست اقلیمی ویژه ای را به خود اختصاص داده است. به طوری که گرمای شدید مشکلات عدیده ای را برای ساکنین این شهر ایجاد می کند، لذا لزوم بررسی شرایط اقلیمی در رابطه با طراحی جهت استقرار ساختمان تلاشی برای کاستن مشکلات مربوطه است. در این رابطه با استفاده از داده های هواشناسی سینوپتیک وضعیت زیست اقلیمی شهر اهواز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج زیر حاصل شد: بر اساس شاخص نیاز حرارتی ساختمانی مشخص گردید صفر درصد از مواقع کل سال در اهواز نیاز به گرمایش مکانیکی داریم و تنها 20.3 درصد از سال امکان بهره گیری از تابش آفتاب حاصل می شود. حدود 10.4 از مواقع نیز آسایش در فضاهای بسته وجود دارد و تنها 28.4 درصد از مواقع سال در ساختمان آسایش کامل را دارد و همچنین امکان بهره گیری از مصالح سنگین ساختمانی 40.9 درصد از کل سال است. به منظور بهره گیری بهینه از شرایط اقلیمی در ساختمان، موقعیت انواع مختلف ساختمان بر روی دیاگرام مسیر حرکت خورشید بر اساس عرض جغرافیایی اهواز ترسیم و مشخص شد در اهواز جهت استقرار بهینه ساختمان جهت شمال شرقی با کشیدگی در راستای شمالی-جنوبی می باشد.

شهر سقز به دلیل واقع شدن در یک موقعیت خاص جغرافیایی، شرایط توپوگرافی و سامانه های جوی مؤثر بر منطقه، شرایط زیست اقلیمی ویژه ای را به خود اختصاص داده است. به گونه ای که سرمای شدید مشکلات زیادی را برای ساکنان این شهر ایجاد می کند، لذا لزوم بررسی شرایط اقلیمی در ارتباط با طراحی جهت استقرار ساختمان تلاشی است برای کاستن مشکلات مربوط که در این ارتباط با استفاده از داده های هواشناسی سینوپتیک وضعیت زیست اقلیمی شهر سقز مورد بررسی قرار گرفت و نتایج زیر حاصل شد: براساس شاخص نیاز حرارتی ساختمانی مشخص گردید 7/43 درصد از مواقع سال کاملاً نیاز به گرمایش مکانیکی داریم و تنها 8/20 درصد از سال، امکان بهره گیری از تابش آفتاب ممکن است. حدود 4/10 از مواقع نیز آسایش در فضاهای بسته داریم و تنها 1/11 درصد از مواقع سال آسایش کامل را دارد. به منظور بهره گیری بهینه از شرایط اقلیمی در ساختمان با استفاده از فرمول قانون کسینوس کل ساعات آفتابی در دوره گرم و سرد سال محاسبه شد، و مشخص گردید، در سقز برای استقرار بهینه ی ساختمان جهت جنوب شرقی با کشیدگی در راستای شرقی – غربی می باشد. به همین منظور این پرسش مطرح می شود؛ آیا جهات ساختمانی شهر سقز با شرایط اقلیمی منطقه همساز است؟

شرایط اقلیمی تاثیر بسزایی در میزان انرژی مصرفی ساختمانها دارد. همچنین بررسی زاویه و نحوه تابش اشعه خورشید بر ساختمان و کنترل میزان جذب حرارت پوسته ساختمان در طول سال تاثیر قابل توجهی در بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان ایفا می نماید. لذا در این تحقیق تاثیر جهت قرارگیری ساختمان بر میزان مصرف انرژی ساختمان بررسی و به این منظور در مرحله نخست میزان جذب حرارت توسط بدنه های ساختمان تبیین شد. پژوهش حاضر با هدف تحلیل تاثیرگذاری یکی از مهمترین عوامل موثر بر مصرف انرژی ساختمان یعنی تابش خورشید و جذب حرارت، انجام شده است. در این مطالعه ابتدا توسط نرم افزارهای اقلیمی درجه حرارت و زاویه تابش خورشید تعیین گردید و سپس با استفاده از نرم افزارشبیه سازی انرژی دیزاین بیلدر میزان دریافت حرارت بدنه بنا در جهات مختلف 0-90 درجه و 270 -360 درجه بررسی و بر اساس مصرف انرژی سالانه ساختمان در حالت های مختلف جهت بهینه قرارگیری بنا در شهر اصفهان تعیین شد. نتایج حاصله نشان می دهد میزان تابشی که به یک سطح می رسد، به شدت اشعه ی تابشی خورشید و زاویه ی تماس اشعه با سطح بستگی دارد . هرچه شدت تابش خورشید بیش تر و زاویه ی تابش نسبت به سطح قائم باشد، میزان دریافت تابش و در نتیجه گرمای تولید شده روی سطح بیش تر خواهد بود.

بشر از گذشته های بسیار دور جهت ایمن ماندن از آسیب های ناشی از بلایای جوی همچون توفان ها، سرما و گرمای شدید، تابش آفتاب، باران، برف، سیل و حملات جانوران و آسایش روانی و حفظ اموال خود دست به ساخت سرپناه و مسکن نموده است. به تجربه در واکنش به شرایط جوی و همسازی بیشتر با شرایط اقلیمی و استفاده از پتانسیل های جوی و پرهیز از اثراث سوء آن جهت ساختمان، بازشوها و مصالح جهت خیابان وکوچه ها را به گونه ای انتخاب نموده است که از شرایط اقلیمی بیشترین بهره را ببرد. در این تحقیق بصورت تجربی سعی شد نقش دیوار را در میزان انتقال گرمای حاصل از تابش آفتاب (انرژی تابشی مستقیم و غیر مستقیم) را بداخل ساختمان درشهرهای گرمسیری جنوبی نشان دهد. پدیده ای که هزینه لازم برای مطلوب سازی هوای داخل اطاق را برای ساکنان ساختمان تعیین می کند. نمونه انتخابی بیانگر نقش مصالح و جهت گیری ساختمان در یک اقلیم گرم می باشد. در این تحقیق تجربی سه دماسنج الکلی بر روی سه دیوار در جهات غربی – شرقی و جنوبی ازیک ساختمان خوابگاه دانشگاه انتخاب و تغییرات دما بر روی دیوار در فواصل زمانی سه ساعته در طول 2 ماه اندازه گیری شد و نقش دیوار و جهت تابش آفتاب در طول شبانه روز درانتقال گرما به داخل ساختمان تحلیل شده است. با توجه به کاهش زاویه تابش از اوایل مهر تا پایان آذر ماه کمترین دما در دیوار داخلی در 8 تا 10 دیماه ثبت شده است. با وجود اینکه بیشترین مقدار تابش بر روی دیوار شرقی در ساعت 9 صبح و دیوار غربی در ساعت 15 بوده است، ولی دمای ثبت شده در داخل اطاق (بدنه داخلی دیوار)برای دیوار شرقی در ساعت 15 و برای دیوار غربی در ساعت 21 اتقاق افتاده است. یعنی گرما 6 ساعت بعد بداخل اطاق منتشر شده است. در صورتیکه بر روی دیوار جنوبی اوج تابش در ساعت 12 بوده ولی اوج دما در داخل اطاق ساعت 15 تا 18 اتفاق افتاده است. 

با توجه به شرایط خاص جغرافیایی و اقلیم گرم و خشک فلات مرکزی ایران، طراحی و ساخت بناها و فضاهای شهری همساز با اقلیم در این مناطق، نیازمند کسب حداقل انرژی خورشید در ماه های گرم از طریق جهت گیری مناسب، کاهش سطوح در معرض تابش و ایجاد حداکثر سایه اندازی بر روی سطوح خارجی است. هدف این پژوهش، تعیین جهت های بهینه استقرار ساختمان ها در اقلیم گرم و خشک منطقه، از طریق بررسی میزان انرژی مستقیم دریافتی سطوح قائم ساختمان ها در شهرهای اصفهان، سمنان، کرمان و یزد است. ابتدا با استفاده از روش محاسباتی قانون کسینوس، میزان انرژی تابشی دریافتی به صورت نظری و واقعی محاسبه گردید. سپس بر اساس حداقل دمای پایه آسایش حرارتی، میزان انرژی دریافتی سطوح قائم به تفکیک دوره های سرد و گرم سال در 24 جهت مختلف جغرافیایی محاسبه و پردازش گردید. در نهایت بر اساس حداقل انرژی دریافتی در دوره گرم سال، جهت مناسب استقرار سطوح قائم ساختمان های یک، دو و چهارطرفه در شهرهای مورد مطالعه تعیین گردیده است. یافته های تحقیق نشان می دهد که بهترین جهت استقرار سطوح قائم ساختمان های یک طرفه در شهرهای اصفهان، سمنان، کرمان و یزد جهت 180 درجه جنوب و بعد از آن جهت 165 درجه جنوب شرقی است. هم چنین بهترین جهت استقرار سطوح قائم ساختمان های دوطرفه در شهرهای مورد مطالعه، جهات (0 ،180) درجه و برای ساختمان های چهارطرفه جهات (90- ،90 ،0 ،180) درجه است.

در سال های اخیر مصرف بالای انرژی یکی از مشکلات کل جهان علی الخصوص شهرهای بزرگ می باشد. یکی از راهکارهایی که در این زمینه ارائه شده است استفاده حداکثری از انرژی خورشید می باشد. اگر ساختمان ها مطابق با تابش انرژی خورشید و اقلیم منطقه ساخته شوند و بتوانند در دوره گرم حداقل انرژی و در دوره سرد حداکثر انرژی را جذب کنند در مصرف انرژی صرفه جویی بسیار زیادی حاصل خواهد شد. . با توجه به موقعیت خاص جغرافیایی شهر زنجان، جهت گیری ساختمان ها باید به گونه ای باشد که در دوره سرد بیشترین میزان انرژی به ساختمان وارد شود و نیز در دوره گرم کمترین میزان انرژی را دریافت کند. در این تحقیق با مطالعه موردی اقلیم شهر زنجان و به جهت استفاده حداکثری از انرژی خورشیدی ابتدا اطلاعات اقلیمی مورد نیاز از ایستگاه سینوپتیک زنجان برای دوره 40 ساله (1388-1348) تهیه گردید. سپس با استفاده از روش محاسباتی قانون کسینوس میزان انرژی تابشی بر روی سطوح قائم برای ماه های مختلف و در 24 جهت جغرافیایی محاسبه و از طریق نرم افزارهای Q-BASIC ،Excel اطلاعات پردازش شده و در نهایت بهترین جهت استقرار ساختمانها در شهر زنجان تعیین گردیده است. سطوح قائم 150+ جنوب شرقی و 150- جنوب غربی بیشترین میزان انرژی و سطوح 15+ و 15- شمال شرقی و غربی کمترین میزان انرژی را در طول ماه های سرد و گرم سال دریافت می کنند. بر اساس نتایج این تحقیق بهترین جهت استقرار ساختمان به منظور دریافت بهینه انرژی خورشید در دوره های سرد و گرم سال جهت های 135 درجه و 225 درجه زاویه آزیموتی می باشد.

در این تحقیق از آنالیز رگرسیون چند منظوره و روش انتخابی گام به گام جهت بررسی تاثیر انرژی خورشیدی بر میزان مصرف انرژی اولیه، سرمایش و گرمایش در بخش مسکونی استفاده شده است. در شهر شیراز (با قابلیت بالای بهره گیری از انرژی خورشیدی در تامین بخشی از انرژی)، ساختمان های مسکونی بر اساس جهت گیری ساختمان به دو گروه شمال شرقی- جنوب غربی و شمال غربی- جنوب شرقی تقسیم گردیدند و با استفاده از تست دوربین- واتسون فرضیه وجود همبستگی میان خطاها رد گردید. همچنین، جهت حذف تاثیر عوامل نامطلوب ساختمانی از مصرف انرژی اولیه، با بهره گیری از نرم افزار EC9.5 فرایند تحلیل سلسله مراتبی وزن هر یک از عوامل تعیین گردید. با توجه به ارتباط بین میانگین تابش دریافتی بدنه های عمودی با مصرف انرژی اولیه، سرمایش و گرمایش در هر دو گروه، فرضیه اولیه تحقیق محقق گردید. این فرضیه بیان می نماید که خانه های دارای جهت گیری اقلیمی دارای مصرف کمتری می باشند. به عنوان یک نتیجه مشخص گردیدکه 74.99% تابش دریافتی خانه ها مربوط به سطوح افقی می باشد. در پایان راه حل هایی جهت بهره گیری از انرژی خورشیدی در کاهش مصرف انرژی خانه ها در شهر شیراز و پیشنهاداتی به منظور گسترش و ادامه تحقیق ارائه گردیده است.

بخش ساختمان در کشور بیشترین میزان مصرف انرژی را به خود اختصاص داده است. جهت گیری بنا از شاخصه های مهم طراحی اقلیمی در یک بنا است. جهت گیری بهینه ساختمان باید با توجه به زمستان ها و تابستان های خارج از محدوده آسایش شهر مشهد صورت گیرد. بنابراین دانستن اطلاعاتی از موقعیت خورشید، از طریق نمودار مسیر خورشید و جهت باد غالب ضروری به نظر می رسد. مطالعه حاضر در تلاش است تا با جهت گیری بهینه ساختمان در شهر مشهد به حداکثر آسایش حرارتی ساکنان و بهینه سازی مصرف انرژی دست یابد. این کنکاش از لحاظ روش شناسی توصیفی- تحلیلی است. ابزار جمع آوری داده ها، مطالعات کتابخانه ای مختلف مانند مقاله های مربوط به جهت گیری ساختمان ها و اقلیم سرد و خشک و استفاده از نرم افزار Ecotect می باشد. بر اساس نتایج پژوهش، شهر مشهد، در بیش از 55 درصد از موارد ایام سال محدود تنش سرد قرار می گیرد و علاوه بر تابش آفتاب استفاده از تجهیزات گرمایشی کمکی نیز ضرورت دارد. در ماه های شهریور، مهر، فرودین و اردیبهشت بنا تقریبا در محدوده آسایش قرار دارد. در سه ماه خرداد، تیر و مرداد دمای هوا بالای حد آسایش است؛ ماه شهریور حداکثر انرژی معادل 60073BTU را در طول سال دریافت می کند. بهینه ترین جهت گیری ساختمان 180 درجه از مبنای شمال جغرافیایی است، البته با توجه به جهت بادهای سرد زمستانی، جهت های جنوب تا 20 درجه جنوب شرقی را می توان به عنوان جهت مطلوب برای استقرار ساختمان در شهر مشهد دانست که هم از مزیت حداکثر تابش خورشید در زمستان و کاهش جذب تابش در تابستان استفاده کند. همچنین با استفاده مناسب از سایبان ها، می توان شرایط درون بنا را به محدوده آسایش نزدیک کرد.

با در نظر گرفتن اقلیم منطقه، طراحی ابعاد و تناسبات پلان بنا و قرارگیری مناسب ساختمان، سبب کاهش بار حرارتی، برودتی و بهبود برخورداری ساختمان از تهویه طبیعی می گردد. در این مقاله یک نمونه موردی ساختمان اداری در اقلیم معتدل و مرطوب شهر رشت با نرم افزار Designbuilder 5.4 شبیه سازی و مقادیر تهویه طبیعی و انرژی مصرفی کل سالانه آن محاسبه می شوند. هدف، تحلیل وضعیت موجود، ارائه پیشنهاد بهبود رفتار تهویه- انرژی مصرفی بر اساس تناسبات پلان، جهت گیری و ارائه الگوهایی جهت طراحی ساختمانهای اداری در اقلیم معتدل و مرطوب است. بر این اساس ساختمان مورد مطالعه در 7 جهت مختلف جنوبی، 45، 30 و 15 درجه جنوب شرقی و غربی شبیه سازی و مقادیر تهویه و انرژی مصرفی سالانه محاسبه می شوند. در مرحله بعد با پیشنهاد تغییر شاخص تناسبات پلان ساختمان مورد مطالعه از 2:3 به 1:3، 1:2 و 1:1 ، شبیه سازی هر یک به ازای 7 جهت مورد نظر انجام می شود. کمترین میزان انرژی مصرفی کل سالانه ساختمان با شاخص تناسب1:3 و جهت گیری شمالی-جنوبی و بیشترین مقدار تهویه طبیعی نیز با همین شاخص تناسب در جهت گیری 30 درجه جنوب غربی و جنوب شرقی حاصل می گردد. همچنین با هدف تحلیل کمی مقایسه ای شاخص های تغییر تهویه و انرژی مصرفی به ازای تغییر جهت برای چهار شاخص تناسب محاسبه می شوند. بیشترین شاخص تهویه به ازای کمترین شاخص رشد انرژی مصرفی در شاخص تناسب 1:2 به ازای زاویه 15 درجه جنوب شرقی و غربی حاصل می شود.

در چند دهه ی اخیر سیاستگذاری شهری به عنوان مبحثی قابل توجه و علمی در شهر های بزرگ جهان مطرح و بخش قابل توجه ای از مطالعات شهری را به خود اختصاص داده است. یکی از مباحثی که امروزه در رویکردهای اقلیمی علی الخصوص در معماری پایدار به آن توجه نمی شود در نظر گرفتن انرژی خورشید در ساختمان می باشد، اما توجه بسیار زیاد به به انرژی خورشید متاسفانه باعث شده که تا حدودی از دیگر انرژی های تجدیدپذیر چون انرژی باد و تأثیر قابل توجه آن در تهویه طبیعی به صورت غیرفعال غفلت شود. توجه به این مورد می تواند در راستای توجه به بهینه سازی مصرف انرژی در سیاستگذاری شهری مدنظر مسئولان قرار گیرد. یکی از راهکارهای مؤثر در این زمینه استفاده از تهویه طبیعی در ساختمان های مسکونی، تعیین جهتی مناسب برای ایجاد کوران و دریافت مناسب باد با فشار مثبت و بهره مندی از این عنصر تأثیرگذار اقلیمی در فضاهای داخلی ساختمان است. در این پژوهش کوشش گردیده تا شرایط تهویه طبیعی در ساختمان های مسکونی در شهر شیراز با استفاده از نرم افزار شبیه سازی انرژی واساری بررسی و شبیه سازی شده، و پارامترهایی چون سرعت، جهت باد، میزان دمای باد و دیگر عوامل تأثیرگذار مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. با توجه به نتایج شبیه سازی و بررسی میانگین بیست ساله ی شاخص های اقلیمی شهر شیراز، می توان گفت در صورتی که مسائل مربوط به تهویه طبیعی و ایجاد کوران در ساختمان مد نظر قرار گیرد و زاویه بهینه جهت گیری که هم بتوان از انرژی خورشیدی و همچنین از انرژی باد بهره گیرد تا میزان بار تأسیسات مکانیکی ساختمان در طول سال کم شود. که بهینه سازی مصرف انرژی صورت گرفته است و در مقیاس ساختمان های مسکونی کلان شهر شیراز می توان منجر به کم شدن مصرف سوخت های فسیلی به میزان قابل توجهی گردد.

در سال های اخیر مصرف زیاد سوخت های فسیلی و پیامدهای ناشی از آن، شهرها را با مشکلاتی مواجه کرده است. یکی از راهکارهایی که در این زمینه ارائه شده، طراحی اقلیمی ساختمان ها است. چنانچه ساختمان ها مطابق با عوامل اقلیمی احداث شوند، نیاز به مصرف سوخت های فسیلی به حداقل خواهد رسید. بنابراین ساختمان ها باید به گونه ای طراحی شوند که در دوره سرد سال بیشترین و در دوره گرم، حداقل انرژی را دریافت کنند. در همین راستا پژوهش حاضر باهدف بهینه سازی استقرار ساختمان ها بر اساس انرژی تابشی و جهت باد، در 4 ناحیه مجتمع های مسکونی مسکن مهر شهر رشت انتخاب شد. بدین منظور حداقل سایه اندازی ساختمان ها نسبت به یکدیگر محاسبه گردید. همچنین با استفاده از نمودار گلباد، به تعداد دفعات وزش باد در جهت های گوناگون جغرافیایی در ماه های مختلف سال پرداخته شد. در نهایت با روش محاسباتی قانون کسینوس، به بررسی شدت تابش در 24 جهت جغرافیایی در ماه های مختلف و به تفکیک دوره های سرد و گرم سال با در نظر گرفتن 40 درصد از بازتاب نوری که در اطراف ساختمان ها به وجود می آید؛ بررسی گردیده است. با توجه به یافته های پژوهش، بهترین جهت استقرار ساختمان از نظر کسب انرژی خورشیدی، زاویه 60+، 120- درجه و بالعکس است و بعد از آن زوایای 75+، 105 - درجه و بالعکس قرار دارد. نامناسب ترین زوایا نیز در جهت، 15- و 15 درجه است. علی رغم اینکه بعضی از ساختمان های مسکن مهر شهر رشت در 4 ناحیه انتخابی، دارای جهت گیری مناسب هستند؛ اما برخی نیز دارای جهت گیری نامناسب هستند و تنها 30 درصد از ساختمان ها، حداقل فاصله بینشان تا جایی که نور خورشید به اولین پنجره در طبقه اول برسد و تهویه مطبوع اتفاق بیفتد را رعایت کردند؛ ضرورت دارد طراحان و مدیران ذی ربط، در فاز های بعدی پروژه های مسکن مهر در حال ساخت، به منظور بهینه سازی در مصرف انرژی، توجه مخصوصی به موارد بیان شده در این پژوهش داشته باشند.

یکی از عوامل مؤثر در طراحی بناها، جهت گیری مناسب آن ها نسبت به جهت قرارگیری خورشید و استفاده مطلوب از نور طبیعی است. در تحقیقات انجام شده دررابطه با بناهای ساخته شده در ایران به سه رون (جهت) اشاره شده که جهت گیری بناهای شهر، نسبت به نور خورشید، جهت باد و به طورکلی استفاده مناسب از شرایط بهینه از ویژگی های اقلیمی را مدنظر قرار داده است. سؤال اصلی تحقیق آن است که جهت قرارگیری خانه ها چه برمبنای رون و چه برمبنای زاویه قرارگیری آن ها در روشنایی نماها و به تبع آن فضاها چه نقشی داشته است؟ هدف از این تحقیق است که نقش جهت قرار گیری خانه ها در روشنایی فضاها را موردمطالعه قرار دهد. روش به کاربرده شده در این پژوهش روش تحقیق به صورت کیفی و برای جمع آوری داده ها از روش کتابخانه ای و میدانی بهره برده شده و تحلیل داده ها بر اساس روش توصیفی و تفسیری انجام شده است. نتایج این تحقیق بیانگر آن است که کشیدگی خانه در محور شمالی- جنوبی در زمستان به صورت محدود برمبنای رون اصفهان بهتر از بقیه زاویه های قرارگیری دیگر برای روشنایی تهرانی (زمستان نشین) عمل می کند. اما درمجموع و در هیچ کدام از جهت ها تأثیر چشمگیری در روشنایی نماها نداشته اند. اما زاویه های قرارگیری متنوع در خانه های تاریخی که بر اساس رون اصفهان ساخته نشده اند، وابسته به شرایط اقلیمی نبوده و بیشتر بر اساس شکل زمین و کشیدگی محوری آن ایجادشده است.