رفتار حرارتی

تنوع و سختی وضعیت اقلیمی در مناطق مختلف ایران، لزوم شناخت و استفاده از راهکار های معماری بومی را که با کمترین مصرف انرژی پاسخ گوی نیاز به آسایش حرارتی هستند، روشن می سازد. بر این اساس، مطالعه شگرد های به کاررفته در معماری بومی می تواند راهگشای طراحی معاصر باشد. پژوهش حاضر با استفاده از اندازه گیری های میدانی، در پی شناخت رفتار حرارتی سکونتگاه زیرزمینی (شوادان)، که به صورت گسترده در معماری بومی دزفول و شوشتر خوزستان استفاده شده، و تحلیل شرایط آسایش حرارتی در این فضای زیرزمینی می باشد. با استفاده از تحلیل نمودار و متغیر های دما، رطوبت نسبی، سرعت جابه جایی هوا و میانگین دمای تابشی رفتار حرارتی شوادان خانه سوزنگر دزفول بررسی خواهند شد. همچنین تحلیل CFD شوادان مورد مطالعه با استفاده از نرم افزار دیزاین بیلدر، براساس داده های شرایط مرزی به دست آمده از اندازه گیری های میدانی انجام شده است. نتایج بیانگر وجود شرایط آسایش حرارتی در فصول مختلف در این فضا و ثبات میانگین دمای تابشی که تحت تأثیر ظرفیت حرارتی جداره ها به خصوص در فصل گرم تابستان است. همچنین سرعت جابه جایی هوا بسیار اندک و نزدیک صفر است که رطوبت را از در ورودی شوادان خارج می کند.

پوشش یک بنا در مقام مرز بین داخل و خارج، در تقابل هم زمان با طبیعت و آسایش انسانی است. در این میان اقلیم شهر تبریز از بُعد طبیعی و اقلیمی برخورد پرتنش تری با جداره بنا دارد و نقش پوسته بنا را پررنگ تر می نماید. بنابراین مطالعه مرز تفکیکی طبیعت و انسان در این شهر، ضرورت این پژوهش را به اثبات می رساند. از بنایی چون مسجد انتظار می رود بتواند شرایط آسایش انسان را به نحو احسن تأمین کند و خود در مقابل شرایط اقلیمی رفتاری خودکفا داشته باشد. در این راستا جداره بیرونی بنا، نقش بسزایی در حفظ شرایط ایجادشده در داخل و ممانعت از نفوذ شرایط اقلیمی بیرون به داخل دارد. مطالعات پژوهش حاضر بر این اصل استوار است که مساجد سنّتی به دلیل ضخامت بدنه ها رفتار مناسب تری در قبال پارامترهای حرارتی از خود نشان می دهد و به دنبال تعیین میزان و حدِ رفتار مذکور است. به همین منظور دو مسجد از دو گروهِ نمونه های سنّتی و معاصر انتخاب شده و مورد سنجش قرار گرفته است. روش تحقیق این پژوهش در بخش مطالعات میدانی، محاسبات دقیق است. پس از انجام سنجش میدانی و اندازه گیری چند نقطه در جداره های بیرونی مساجد، محاسبات مربوط به میزان اتلاف حرارت انجام شده و نتایج آنها به منظور دستیابی به عدد اختلاف حرارتی، با هم قیاس شده است. نتایج پژوهش نشان می دهد میزان اتلاف حرارتی جداره های پیرامونی مساجد نوساز، تا نزدیک دو برابر بیشتر از نمونه های سنّتی است و این امر عملکردِ حرارتیِ مطلوبِ دیوارهای مساجد سنّتی را از منظر عددی و کمّی نیز ثابت می کند.

فضاهای موجود در بناهای سنتی کویری ایران هریک به دلایلی به وجود آمده اند که نحوه و میزان استفاده از آنها در فصول مختلف سال خود بیانگر علت وجود آنهاست. این فضاها عمدتاً با رویکرد اقلیمی طراحی شده اند . برخی از این فضاها محل اصلی زیستن و برخی نیز مکان قرارگیری خدمات پشتیبان فضاهای زیست می باشند . این پژوهش با هدف بررسی رفتار حرارتی فضاهای واسط و میانی (میاندر) و پیش ورودی ها در خانه های سنتی اقلیم گرم و خشک و تاثیرشان بر سازگاری یا ناسازگاری با منطقه آسایش حرارتی انسان انجام شده است. برای این منظور پس از طبقه بندی پلان های خانه های سنتی یزد با رویکرد گونه گونی فضاهای بسته، واسط و باز، و همچنین درصد بازشوهای هر کدام، به ارزیابی رفتار حرارتی آنها بسته به ضرورت وجودی انواع فضاهای مذکور پرداخته شد. سپس بر اساس طبقه بندی های به دست آمده از گونه های متنوع، به صورت موردی نمونه ای رایج تر در محیط نرم افزار design builder شبیه سازی شده و نمودارها و اطلاعات مرتبط با اختلاف درجه حرارت فضاهای میانی و فضاهای بسته درونی برای تحلیل و بررسی حرارتی حاصل گردید. بررسی نمودارها بیانگر تاثیر مثبت پیش فضاها، به ترتیب در گرمایش و سرمایش فضاهای اصلی در فصول زمستان و تابستان بوده است. لازم به ذکر است که شبیه سازی شرایط در نرم افزار مذکور در دو ضلع جنوبی و شمالی بنا و مطابق با نحوه استفاده ساکنین از این فضاها در فصول مختلف صورت گرفته است. تاثیر مثبت فضاهای میانی و واسط ما بین فضاهای باز و بسته خود نشان از امتیاز به کارگیری این ایده در طراحی های جدید این اقلیم می باشد تا علاوه بر استفاده از تجهیزات و علم روز، از الگوه ای طراحی معماری سنتی و تجربیات ارزشمند حاصل از صدها سال تجربه مداوم پیشینیان نیز بهر هگیری مناسب به عمل آید.

اکنون احداث ساختمان های بلندمرتبه در حالی رو به گسترش است که ملاحظات اقلیمی مشخصی در طراحی و اجرا پیش بینی نمی شود و غالباً تصمیمات طراحی، مشابه بناهای میان مرتبه و کوتاه مرتبه صورت می گیرد و از مهم ترین دلایل این امر، فقدان پژوهش های تخصصی مرتبط در کشور است. هدف تحقیق حاضر تبیین چارچوب های اقلیمی به منظور گزینش الگوهای بهینه در طراحی بناهای بلندمرتبه با رویکرد کاهش مصرف منابع انرژی در راستای تدوین ضوابط طراحی اقلیمی است. در همین راستا پژوهش حاضر به روش تحلیلی توصیفی با رویکرد کمی هفت شاخص اصلی مؤثر بر کاهش مصرف انرژی شامل فرم ساختمان، فرم و نسبت سطح بازشو، زاویه چرخش، عمق سایه بان، نوع و ضخامت عایق حرارتی و جنس شیشه جدار خارجی را در حالت های مختلف با کاربرد نرم افزار شبیه ساز انرژی جهت یافتن حالت بهینه به لحاظ صرفه جویی انرژی مورد مقایسه قرار می دهد. نتایج تحلیل داده ها نشان می دهد نسبت سطوح بازشو، جنس شیشه و عمق سایه بان تأثیرگذارترین شاخص ها و فرم بنا، جهت چرخش بنا، فرم و ابعاد بازشوها کم اثرترین آن ها بر اهداف پژوهش هستند. هم چنین ساختمان هایی با فرم مستطیل با کشیدگی شرقی غربی و پنجره های افقی با سایه بان های افقی به عمق 100 سانتی متر در اضلاع جنوبی و شرقی و سایه بان های عمودی به عمق 150 سانتی متر در اضلاع شمالی و غربی دارای عملکرد مطلوبی در زیراقلیم مطالعاتی بوده و حداقل مصرف انرژی را دارند.

پنجره ها و بازشوها از مهم ترین بخش های هر بنا است. تاریخ پنجره و مصالح پوششی آن، قدمتی به بلندای تاریخ معماری دارد. در فرهنگ های مختلف قبل از اختراع جام شیشه، از پوست حیوانات گرفته تا کاغذهای روغنی برای پوشش پنجره ها استفاده می شد. پس از وقوع انقلاب صنعتی در غرب و به مدد مصالح نوین و پیشرفت تکنولوژی، استفاده از شیشه در بنا رشد چشمگیری یافت. هرچه جام های شیشه ای بزرگتری تولید شد، پنجره ها هم بزرگتر شدند. بزرگی جام ها به جایی رسید که حتی در مواردی نمای ساختمان ها به صورت تمام شیشه ساخته می شد. این موضوع معنای پنجره را تغییر داد و پنجره ها دیگر تنها روزنه یا حفره ای درون دیوارها نبودند. این رویه در قالب سبک بین المللی به دیگر کشورها راه یافت. با اینکه این سبک هم آهنگ با اقلیم و معماری بومی ایران نبود امّا در ایران هم گسترش پیدا کرد. با وقوع بحران انرژی، پژوهشگران صنعت شیشه و پنجره بر آن شدند تا راهکارهای نوینی در جهت بهبود رفتار حرارتی شیشه و پنجره ارائه کنند. این نوشتار با مروری کوتاه بر سیر تاریخی تحوّل شیشه در معماری، راهکارهای بهبود رفتار حرارتی آن را مورد بررسی قرار داده است. این راهکارها در دو بخش ارائه شده اند: در بخش نخست عوامل خارجی و شرایط فیزیکی مؤثر در رفتار حرارتی شیشه و پنجره بررسی شده است. این بخش شامل بررسی تأثیر محیط پیرامون بر رفتار حرارتی پنجره، موقعیت و جهت گیری پنجره و نقاب سایه است. در بخش دوم، پنجره ها از نظر اجزا و مواد و مصالح تشکیل دهنده آن ها بررسی شده اند. در این بخش انواع شیشه ها و قاب های پنجره معرفی و از نظر میزان اتلاف انرژی و شاخص های دیگر با هم مقایسه شده اند.

از اواسط دهه 1970 نیاز فوری به کاهش استفاده از انرژی در گرمایش و سرمایش ساختمانها در سراسر جهان وجود داشته است. در کشورهای در حال توسعه، مصرف انرژی برای حفظ محیط مطلوب در ساختمانها، بزرگترین بخش از کل تقاضای انرژی را تشکیل می دهد. در کشورهای پیشرفته، نسبت مصرف انرژی برای ساختمانها بزرگ تر از آن چیزی است که برای مقاصد دیگر استفاده می شود. جهان سعی می کند انرژی پاک را جایگزین انرژی فسیلی کند. از طرفی آسایش، از نیاز های مورد توجه انسان در همه دوره های زندگی او بوده است. این آسایش از طرق گوناگون برای انسان ها بوجود می آمده یا از آنها سلب می شده است. اما آسایش در بنا مهمترین مسئله در این رابطه می باشد. یکی از عوامل مورد توجه برای دسترسی به این مهم، فضایی دارای آسایش است که از طریق ایجاد محیطی مناسب از نظر دما و تهویه قابل دسترسی است. بناهای مسکونی در گذشته طوری اقلیمی طراحی می شدند که گرمایش، سرمایش و تهویه طبیعی پاسخگوی همه نیازهای اقلیمی آنها بوده است. در تحقیق حاضر به بررسی رفتار حرارتی دو بنای مسکونی )خانه کلبادی و خانه آقاجان نسب) توسط نرم افزار اکوتکت و دیزاین بیلدر پرداخته و با تحلیل یافته ها، چگونگی همسازی معماری با اقلیم مورد توجه قرار گرفته است. بر اساس نتایج، این راهکارها هرچند ساده اما کاملا با تفکر صورت می گرفتند تا بنا همساز با اقلیم بوده و کمترین مصرف انرژی را داشته باشد. در جمع بندی نهایی این دو بنای مسکونی بیشترین زمان ممکن را در دمای 22 درجه سپری می کنند و در مجموع 40 تا 42 درصد در آسایش قرار داشتند. بنابراین راهکارها، افزایش بازه ساعات آسایش حرارتی در فضای داخل، و کاهش مصرف انرژی جهت سرمایش و گرمایش را به همراه داشته است. امید است تا بتوان این نتایج را در طراحی بناهای کنونی به کار برد و نقشی در بکارگیری معماری همساز با اقلیم و معماری پایدار ایفا کرد.

هدف: از جمله راهکارهای اقلیمی پایدار به منظور ایجاد آسایش حرارتی و مبارزه با شرایط سخت آب وهوایی این منطقه، استفاده از حیاط مرکزی و زیرزمین است. اما به دلیل کمبود رطوبت در هوا، صرفاً ساخت این دو فضا به ایجاد آسایش حرارتی کمک نمی کرد. لذا فضای حوض در حیاط و در مواردی به سرداب یا همان زیرزمین نیز اضافه می شد تا به کاهش دما و رطوبت نسبی کمک کند. حضور آب در فضا به چه میزان «بر تغییرات دما و رطوبت نسبیِ فضای سرداب و حیاط» در خانه های مناطق کویری تأثیرگذار بوده است؟ سنجش میزان تأثیر آب در تأمین آسایش حرارتی فضای سرداب و حیاط با درنظرگرفتن متغیر حوض در قلب این دو فضا در قالب یک پژوهش کمّی و شبیه سازی عددی است. روش پژوهش: از نوع توصیفی و تحلیلی و مطالعات کتابخانه ای و اینترنتی است. همچنین از روش شبیه سازی به منظور بسط متغیر مد نظر تحقیق (عامل حوض در دو فضای سرداب و حیاط) استفاده شده است. یافته ها: یافته های تحقیق نشان داد که استفاده از منبع رطوبت (حوض)؛ به طور متوسط منجر به کاهش دما تا 5/3 درجه سانتیگراد در حیاط و تا 5/۲ درجه سانتیگراد در سرداب نسبت به حالت بدون حوض در گرم ترین روز سال شده است. نتیجه گیری: همچنین نتایج نشان داد وجود حوض در حیاط، تغییرات محسوسی در دما و رطوبت زیرزمین حتی با وجود گردش هوا ایجاد نمی کند. اما وجود آن برای کاهش دمای حیاط ضروری است، بنابراین نمی توان آن را از پیکره بندی خانه های کویری حذف کرد. اما نقش حوض آب و رطوبت ناشی از آن در ایجاد آسایش حرارتی در سرداب به خصوص در ساعات بسیار گرم روز (تفاوت دمای حدود 9 درجه نسبت به بیرون در سناریوی حوضخانه، در مقایسه با سناریوی بدون حوض که تفاوت دما در حدود 5 درجه است) انکارناپذیر است.