نمای دوپوسته

فناوری معماری و علوم ساختمان همواره به دنبال بهره گیری از روش هایی بوده است که امکان کاهش مصرف منابع انرژی و افزایش آسایش محیطی را فراهم آورد. از جمله راهکارهای امروزه برای وابستگی کمتر به مصرف انرژی، در عین تأمین آسایش حرارتی و عملکرد بهینه صوتی که از دیدگاه نور روز و تأمین تهویه، در مقام مقایسه با بهره گیری از جداره های ضخیم تر خارجی و مصالح غیرشفاف و بازشوهای کوچک تر مطلوب تر است، امکان بهره گیری از پوسته دوم برای کنترل بهتر محیط داخلی است. طبعاً نورگذری، قابلیت تهویه، کنترل شرایط آکوستیکی، و بهره گیری از عملکردهای ترکیب این پوسته ها از دلایل توسعه و ترویج این ساختار شناخته می شود. با پیشرفت نماهای دوپوسته گونه های مختلفی شناسایی شد که عموماً در شرایط اقلیمی کشورهای سردسیر به کار بسته شده، ارزیابی، ارتقا و درنهایت در ساختمان سازی مرسوم ایشان وارد گردید. لیکن در ایران کمتر به این موضوع پرداخته شده و درنتیجه، اطلاع دقیقی از تیپولوژی بهینه متناسب شرایط اقلیمی شهرهای آن در دست نیست. این مقاله فرایند مطالعات طراحی یک نمونه عینی است که با استفاده از روش شبیه سازی و ارزیابی گزینه های طراحی، فرایند انتخاب ساختار بهینه نمای دوپوسته را در یک برج اداری در تهران شرح می دهد. به این منظور با شبیه سازی گزینه های مختلف پیکره بندی، تهویه، و نیز ترکیب و مشخصات اجزای آن و سنجش بر مبنای معیارهای انرژی و آسایش گزینه های بهینه شناسایی شده است. نتایج در مقایسه با یک نمای تک پوسته با کیفیت مطلوب، نشان دهنده کاهش نیاز به گرمایش و نیز بهبود شرایط فضای داخلی در دوره سرمایش است. کاهش مصرف منابع انرژی ناشی از استفاده از نمای دوپوسته در این ساختمان بین kWh/m2 ۵۴-۲۸ معادل 7.79% تا 14.80% کاهش ارزیابی شد. همچنین بیشترین تأثیر استفاده از گونه های مختلف نمای دوپوسته در کاهش بار سرمایشی است؛ اگرچه در تمام گونه های آن موجب افزایش بار روشنایی می شود.

معماری بومی در هر اقلیم با محیط پیرامون خود هماهنگ بوده و در تمامی خرد اقلیمها، فرمت و کالبد معماری از کل تا جزء در راستای پاسخگویی به شرایط محیطی و به منظور آسایش و راحتی انسان، شکل گرفته ا ست . در این راستا، حفظ ساختمان در برابر سرمای محیط و استفاده ی بهینه از نور خورشید به عنوان منبع گرما در نواحی سرد کشورمان، که طول دوره ی سرما بسیار طولانیتر از دوره ی گرما می باشد، همواره الویت طراحی معماران سنتی اینمناطق بوده است. پوسته های ساختمانی مرز بین فضای داخل و خارج ساختمان هستند و نقش مؤثری در کاهش مصرف انرژی بر عهده دارند. از میان پوسته ها و جداره های مختلف پرکاربرد در مناطق مختلف سردسیر، نماهای دوپوسته یکی از بهینه ترین انتخابها در مدیریت تعامل بین فضای داخلی و خارجی بوده است . ارزیابی نقشه ها و مشاهدات میدانی صورت گرفته از جداره ها و بازشوهای موجود در ساختمانهای سنتی شهر تبریز، که قدمت بیشتر آنها به دوران قاجار بر می گردد، حاکی از کاربست بازشوهای دو جداره ای است که به منظور ورود حداکثری نور و حداقل اتلاف حرارتی مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله از روش تحقیق کمی با تکنیک های مدل سازی عددی برای یک نمونه ی موردی شاهد استفاده شده و هدف اصلی آن اعتبارسنجی به تفکر معماران سنتی بر مبنای مدلسازی عددی بازشوهای دوپوسته در ساختمانهای واقع در اقلیم سرد است. از اینرو، با شبیه سازی انرژی یک واحد آزمایشی شاهد به ابعاد 4×5 متر واقع در اقلیم سرد تبریز با هندسه، جانمایی و مشخصات مصالح بازشوهایی تقریباً منطبق بر بازشوهای خانه های قدکی و گنجه ای زاده، عملکرد نمای دوپوسته در کاهش مصرف انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که مصرف انرژی گرمایشی در واحد شاهد مورد نظر با استفاده از نمای دوپوسته و با در نظر گرفتن تمامی فرضیات بکار رفته در شبیه سازی ها حدود 64/42 % کاهش می یابد.

پوسته ها و نماهای ساختمانی نقش موثری در کاهش مصرف انرژی دارند. نمای دوپوسته به عنوان یک سیستم غیرفعال خورشیدی در دوره سرما بار گرمایشی ساختمان را به طور قابل توجهی کاهش می دهد، ولی در دوره گرما با افزایش دمای حفره میانی بار سرمایشی ساختمان و انرژی مصرفی سرمایشی افزایش می یابد. استفاده از سایه اندازها یک راهکار موثر در کاهش بار سرمایشی ساختمان است. سایه اندازهای ثابت عملکرد نماهای دوپوسته را در زمستان به دلیل ممانعت از نفوذ تشعشعات خورشیدی و کاهش جذب مستقیم، به طور زیادی کاهش می دهند. برای رفع آن باید در سایه اندازهای متحرک، زاویه بهینه قرارگیری را در طول سال محاسبه نمود. در این مطالعه، عملکرد سالیانه نماهای دوپوسته برای یک اتاق اداری در تهران با حضور سایه اندازهای کرکره ای افقی و قائم ثابت و متحرک بررسی شدند. فضا در نرم افزار راینو و مدل پارامتریک سایه اندازها در پلاگین گرس هاپر ایجاد شد. در مدل سازی، یک فضای اداری استاندارد با ابعاد ۴ در ۵متر و به ارتفاع ۳متر با پنجره ای رو به جنوب بررسی، سپس نمای دوپوسته با سایه اندازهای بهینه افقی و قائم متحرک در نرم افزار دیزاین بیلدر مدل سازی و میزان بهره وری و ذخیره سالیانه انرژی آن در مقایسه با نمای دوپوسته بدون سایه انداز بررسی شد. طبق نتایج سایه اندازهای متحرک بهینه تر از حالت ثابت خود و سایه انداز کرکره افقی متحرک نیز بهینه ترین گزینه است. مجموع انرژی مصرفی سایه انداز کرکره افقی متحرک، بهینه ترین گزینه پیشنهادی، نسبت به سایه انداز کرکره ای افقی ثابت ۳۴/۲۷%، نسبت به حالت کرکره ای قائم ثابت و متحرک به ترتیب ۱۱/۸۷% و ۱/۳۷% و نسبت به نمای دوپوسته بدون حضور سایه اندازها ۵۰/۶۹% بهینه تر است.

نمای دوپوسته یکی از انواع نماها در ساختمان های اداری است که بین طراحان محبوبیت دارد. پارامتر هایی از جمله عمق حفره میانی، سطح مقطع دریچه های تهویه برای نماهای با تهویه طبیعی، جنس، موقعیت و زاویه سایه بان، جنس شیشه جداره های شفاف نما بر عملکرد حرارتی نمای دو پوسته تاثیر گذار است. نمای دوپوسته تیپ جعبه ای یکی از انواع این نماها است که با توجه به سادگی در عملکرد، نصب و بهره برداری می تواند در ایران بیشتر مورد توجه قرار گیرد. مکانیزم عملکرد نمای دو پوسته با تهویه طبیعی وابسته به رفتار حرارتی و جریان هوا در حفره میانی است. برای آنالیز رفتار حرارتی نمای دوپوسته، دینامیک سیالات محاسباتی می تواند با هدف ارتقا و بهبود عملکرد آن استفاده شود. در این مقاله، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، بهینه سازی عملکرد حرارتی نمای دو پوسته با تغییر سطح مقطع دریچه های تهویه، تغییر عرض حفره میانی و استفاده از شیشه معمولی و کم گسیل برای جداره های شفاف، در فصل تابستان در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفت. راستی آزمایی روش شبیه سازی ، با مقایسه اندازه گیری های آزمایشگاهی یک نمونه نمای دو پوسته تیپ جعبه ای با تهویه طبیعی، ثبت شده در دانشگاه سالفورد منچستر انگلستان با نتایج شبیه سازی همان نمونه در نرم افزار فلوئنت انجام شد. نتایج پژوهش نشان داد، افزایش عرض حفره میانی می تواند منجر به بهبود عملکرد حرارتی نما شود. افزایش سطح مقطع دریچه های تهویه ورودی و خروجی و به تبع آن افزایش نرخ حجمی جریان هوا در حفره میانی لزوما منجر به ارتقا عملکرد حرارتی نما نمی شود و استفاده از شیشه کم گسیل در قیاس با شیشه های معمولی، مخصوصا برای جداره خارجی نمای دو پوسته باعث کاهش شار گرمایی عبوری از سطح شیشه داخلی نمای دو پوسته به داخل فضای ساختمان به مقدار متوسط 23/1% می شود. در نهایت برای طراحی بهینه نمای دو پوسته توجه به تمامی متغیر های اثر گذار در عملکرد نما و انجام آنالیز های اقتصادی برای انتخاب از بین گزینه های با عملکرد حرارتی مناسب، الزامی است.

اهداف: سهم زیادی از مصرف انرژی در جهان، متوجه بخش ساختمان است؛ که در ایران، بیش از 40% مصرف انرژی را به خود اختصاص می دهد. ساختمان های اداری دولتی به سبب مالکیت غیرشخصی و عدم وجود نظارت، الگوی مصرف انرژی به نسبت نامطلوبی دارند . هدف اصلی پژوهش، بهبود عملکرد انرژی این ساختمان ها با بکارگیری نمای دوپوسته متحرک است. روش ها: در این پژوهش، ابتدا به بررسی الگوی غالب ساختمان های اداری شهر مشهد پرداخته شده است. از آنجا که طراحی در شهر مشهد که یکی از قطب های مذهبی کشور است صورت می گیرد و به منظور ایجاد این حس در کاربران، الگوی بکار رفته در پوسته دوم آن از نقوش اسلامی، کاشی کاری ها و تزئینات حرم مطهر امام رضا (ع) الهام گرفته شده است. پس از تحلیل عملکرد انرژی پنج الگوی انتخابی با افزونه های لیدی باگ و هانی بی، الگوی بهینه معرفی شده است. یافته ها: نور روز از تاثیرگذارترین پارامترها در طراحی ساختمان های انرژی-کارآمد است. برای بهره گیری هرچه بیشتر ازین پارامتر، نیاز است که نماهایی با حداکثر شفافیت ایجاد شود. اما این نماها با چالش هایی همچون گرم شدن بیش از حد در فصول گرم مواجه می شوند. بنابراین، نیاز است که میزان ورود نور روز کنترل شود. نتیجه گیری: نتایج این پژوهش در چارچوب نظریه معماری سرآمد، راهکاری بهینه برای بهبود عملکرد انرژی ساختمانی اداری طراحی شده در پنج طبقه در مشهد با بکارگیری نمای دوپوسته متحرک با قابلیت کنترل ورود نور روز ارائه شده؛ که در نهایت این پوسته متحرک حدودا 130 هزار کیلووات ساعت در سال، مصرف انرژی ساختمان را کاهش می دهد.

بیان مسئله : یکی از مهم ترین مسائل مورد توجه د ر طراحی مسکن، ایجاد حریم و محرمیت است. نما د ر معماری به عنوان پوسته بیرونی و مؤلفه اصلی پوشش بنا، نقش مؤثری د ر ایجاد محرمیت، حریم د ید اری و جلوگیری از اشراف و د ید به د اخل خانه د اشته است. مهم ترین مسئله د ر نماهای مجتمع های مسکونی معاصر، طراحی نامناسب جد اره های نورگیری با امکان حفظ حریم د ید اری اهل خانه بود ه است. هد ف پژوهش : این پژوهش با بررسی مشربیه به عنوان یک راهکار بومی د ر حوزه کشورهای خاورمیانه، به معرفی پیشینه تاریخی این عنصر کالبد ی- فضایی و بررسی نقش آن د ر ایجاد حریم د ید اری د ر خانه های این منطقه می پرد ازد و با استخراج شاخصه های طراحی مشربیه به عنوان یک جد اره د وپوسته و راهکارهای آن د ر ایجاد حریم د ید اری، این شاخصه ها را د ر مجتمع های مسکونی معاصر تهران بررسی و نحوه بهره برد اری و معاصرسازی این تکنولوژی بومی د ر نماهای این بناها را مورد تحلیل قرار می د هد . روش پژوهش : این تحقیق از نوع کیفی و روش آن، توصیفی-تحلیلی است. روش گرد آوری اطلاعات این جستار به صورت مید انی و اسناد ی (کتابخانه ای) است. د ر این پژوهش با تمرکز بر مجتمع های مسکونی تهران به عنوان نمونه های مورد مطالعه، 15 نمونه از خانه ها با جد اره های د وپوسته د ر نمای اصلی انتخاب شد ه است. د ر اد امه تلاش شد مؤلفه های تأثیر گذار د ر طراحی جد اره های د وپوسته که نقش مؤثری د ر ایجاد حریم د ید اری د اشته است د ر این مصاد یق مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد . نتیجه گیری : نماهای د وپوسته عموماً با هد ف ایجاد آسایش حرارتی استفاد ه می شود . مجتمع های مسکونی معاصر از این قابلیت نماهای د و پوسته، به علاوه امکان های زیبایی شناسی، کارکرد ی و همچنین محرمیت و ایجاد حریم د ید اری برای ساکنین بهره برد ه اند . شکل و فرم، مکان استقرار، نوع بازشد گی، مصالح و فناوری اجرای نماهای د وپوسته نقش مؤثری د ر عملکرد و رفتار آن ها د اشته است. بررسی ها نشان می د هد استفاد ه از مصالح بومی مانند چوب و آجر با قابلیت انعطاف پذیری و امکان کنترل بازشد گی توسط استفاد ه کنند گان می تواند نقش مؤثری د ر پاسخ های عملکرد ی متفاوت و ارتقاء حریم د ید اری نماهای د وپوسته د ر این خانه ها ایفا کند .                                                                                                                     

نماهای دو پوسته راهکاری مناسب برای به حداقل رساندن دفع گرما در زمستان و جذب گرما در تابستان هستند؛ اما مسئله برافروختگی در حفره بین دو پوسته در ماه های گرم سال، از چالش های استفاده از این سیستم در اقلیم گرم و خشک ایران است. در این پژوهش برای حل مشکل فوق، تأثیر تغییر اندازه دریچه های تهویه و تغییر عمق حفره بین دو پوسته را بر کاهش برافروختگی مدلی واقع در شهر یزد، با استفاده از روش شبیه سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) در نرم افزار فلوئنت، بررسی کرده ایم. در این بررسی مشخص شد استفاده مناسب از راهکارهای ارائه شده، می تواند دمای داخل حفره را در ماه های گرم سال به صورت میانگین تا 18.8 درجه سلسیوس کاهش دهد. به منظور اعتبارسنجی نتایج به دست آمده از نرم افزار فلوئنت، یک اتاقک دارای نمای دوپوسته بهبودیافته (مجهزشده به بهترین نتایج محاسبات قبلی) با اتاقکی دارای نمای دو پوسته عادی و اتاقکی فاقد نمای دوپوسته در نرم افزار Design builder شبیه سازی شدند. نتایج حاکی از آن بود که مقدار کل مصرف انرژی اتاقک دارای پوسته دوجداره بهبودیافته، kwh/m2 14.4 از مدل بدون پوسته دوجداره کمتر است. این موضوع پتانسیل بالای استفاده از این نوع پوسته ها را در کاهش مصرف انرژی ساختمانی واقع در اقلیم گرم و خشک ایران نشان می دهد.

نماهای دوپوسته بایستی براساس شرایط اقلیمی بکارگیری شوند. هدف این مقاله، بررسی امکان سنجی استفاده از نماهای دوپوسته در ساختمان های اداری اقلیم گرم وخشک ایران، جهت دستیابی به مدل بهینه نمای دوپوسته درجهت کاهش دما و شار گرمایی عبوری از شیشه داخلی نما بود. لذا عملکرد حرارتی نماهای دوپوسته در حالات مختلف باتغییر متغیرهای مستقل باعملکرد حرارتی نمای تک پوسته ومیزان مصرف انرژی مقایسه شد. دراین مقاله از روش شبیه سازی و مدل سازی با نرم افزار انسیس فلوئنت ورژن 2019 رویژن 2  جهت بررسی عملکرد حرارتی نمای دوپوسته با بررسی نتایج دما و انرژی گرمایی عبوری از سطوح شفاف و نرم افزار انرژی پلاس ورژن 9.6.0 جهت بررسی انرژی مصرفی در ساختمان در سناریوهای مختلف استفاده شد. برای صحت سنجی روشهای شبیه سازی، از اندازه گیری های آزمایشگاهی معتبر استفاده شد. برای 36 سناریو استفاده از نمای دوپوسته باعث کاهش دما و شار گرمایی عبوری ازسطح شیشه داخلی نما به داخل ساختمان برای گرمترین روز سال به ترتیب به میزان 12.9% تا 15.5% و 69.7% تا 74.1% و کاهش مصرف انرژی در اتاق مشخصه مرتبط به نمای درساختمان در کل فصل تابستان به میزان 6.6% تا 16.3% نسبت به نمای تک پوسته شد.