بار گرمایشی

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.

بررسی گونه شناسی معماری ایران نشان می دهد که شکل گیری بنا، چه به صورت منفرد و چه به صورت مجتمع، هم زمان و هم مکان براساس ترکیب سه الگوی فضایی «باز، بسته و پوشیده» صورت گرفته است. در خانه های تاریخی، حیاط به عنوان اصلی ترین فضای باز، همزیستی با طبیعت را نمایندگی می کند. از لحاظ سازمان فضایی خانه های تاریخی، حیاط در واقع اتاقی است بدون سقف با بدنه های مشخص، و کفی آراسته از درخت و خاک و آب. بهترین نمونه حیاط با رویکرد اقلیمی را می توان در بناهای تاریخی مناطق گرمسیر و کویر ایران مشاهده کرد. در معماری بناهای این اقلیم با ایجاد حیاط مرکزی در وسط، تعبیه حوض آب و احداث باغچه، اقلیمی کوچک و مناسب برای آسایش به وجود آمده است. در اقلیم سرد کشور نیز با توجه به موضوع محرمیت و اشراف و تبعیت از نواحی بیابانی ایران خانه های سنتی با حیاط مرکزی احداث می شدند. اما از آنجا که در مناطق کوهستانی، هوا در اغلب مواقع سال سرد و خارج از محدوده آسایش است، استفاده از حیاط به فصل تابستان محدود بوده است و به همین دلیل ابعاد کوچک تری در قیاس با حیاط های مناطق فلات مرکزی ایران دارد. بنابراین شکل گیری حیاط مرکزی در مناطق کوهستانی با رویکرد اقلیمی همراه نیست. در پژوهش حاضر به معرفی حیاط با کارکرد اقلیمی در مناطق سردسیر تحت عنوان حیاط زمستان نشین با الگوگیری از گلخانه ها پرداخته می شود، کارکرد تابستانی آن تشریح می گردد، و کارکرد زمستانی آن به وسیله نرم افزار محاسبات انرژی به نام انرژی پلاس مدل سازی می شود. خروجی نهایی شبیه سازی کامپیوتری، میانگین دمای هوای حیاط زمستان نشین، طی دوره یک ساله، برای مقایسه شرایط آسایش حرارتی در این فضا با شرایط فضای آزاد است که براساس آن میزان کاهش بار گرمایشی ساختمان بر اثر وجود این عنصر معماری محاسبه می شود.           

در گذشته آسایش حرارتی و روشنایی از طریق طراحی ساختمان و تعداد محدودی از تجهیزات ساختمانی ایجاد می شد. جانمایی فضاها در پلان، انتخاب پوسته متناسب با اقلیم، ابعاد بازشوها و مواردی از این دست در طراحی معماری همواره در کانون توجه بودند. چنین شرایطی در دهه 1960 بسیار دگرگون شد و تأمین گرمایش و سرمایش و روشنایی ساختمان از طریق تجهیزات مکانیکی، جنبه ای محوری و اصلی به خود گرفت. متعاقب بحران انرژی در سال 1973، بهترین حالت تأمینِ گرمایش و سرمایش و روشنایی، توجه به طراحی ساختمان و سپس تأسیسات مکانیکی تعیین شد. در پژوهش حاضر تأثیر طراحی بر اساس چرخه خورشیدی روی بار گرمایشی و سرمایشی مسکنِ اقلیم سرد بررسی می گردد. در این بررسی به دلیل اهمیت ورودی نور در فضاهای بسته، محاسبات برای ابعاد مختلف پنجره جنوبی انجام می شود. این محاسبات از طریق شبیه سازی در نرم افزار Ecotect  که ویژه محاسبات انرژی است، انجام می شوند. خروجی نهایی، بار گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز را برای ابعاد مختلف پنجره های جنوبی در طول یک سال مشخص می سازد. حاصل محاسبات انرژی، می تواند میزان تأثیر جانمایی فضاها را بر اساس چرخه خورشیدی و با توجه به ابعاد مختلف بازشو، بر مصرف انرژی مشخص سازد. بر اساس نتایج به دست آمده، می توان تصمیم های لازم را گرفت و میزان کاهش مصرف انرژی خانگی را تنها از طریق جابه جا کردن فضاها و بدون صرف هزینه مازاد تعیین کرد.