بخشی از مقاله
بادگیر، شاهکار مهندسی ایران
چکیده:
قبل از پیدایش برق و روشهای مدرن تهویه مطبوع و تبرید، برای قرنها از بادگیرها در مناطق کویری ایران برای تامین آسایش حرارتی در تابستان استفاده می شده است.
بادگیرها برجهائی هستند که هوای نسبتاﹰ خنک تر و با گرد و غبار کمتر در ارتفاعات را به طور طبیعی به داخل ساختمان مسکونی یا داخل آب انبارهای عمومی هدایت می کنند. در هدایت هوا به داخل ساختمان سعی می شده که هوا را از روی سطوح نمناک زیرزمینی عبور دهند و آنرا تا اندازهای خنک کنند. سازندگان بادگیرها در طراحی های خود از اصول ترمودینامیک، ارودینامک، انتقال حرارت و آسایش حرارتی انسان استفاده کرده و شاهکار آفریدند. در این مقاله به مروری بر کارکرد بادگیرهای سنتی یا متداول، معایب آنها و ارائه دو طرح جدید بادگیر پرداخته و تصاویری را از چند بادگیر در شهرهای ایران و چند کشور خارجی ارائه نموده است.
کلمات کلیدی:
بادگیر، تهویه طبیعی ساختمان
١‐ مقدمه
بادگیرها سازههایی هستند که از قرنها پیش در مناطق گرم ایران و سایر کشورهای خاورمیانه برای هدایت هوای بیرون به داخل ساختمان، خنک کردن نسبی ساختمان و برقراری جریان طبیعی هوا در محل سکونت از آنها استفاده میشده است. همچنین از بادگیرها برای برقراری جریان هوا در آبانبارهای عمومی و خنک نگهداشتن آب در این آبانبارها نیز استفاده میشده است]۲و۱.[
بادگیرها دارای سطح مقطعهای چهار (شکل۱)، شش (شکل۲) و یا هشت (شکل۳) وجهی بوده و در بعضی از موارد نیز دایرهای (شکل۴)
میباشند.
١
شکل١‐ نمایی از یک بادگیر چهار طرفه با سطح مقطع چهار وجهی در یزد (بادگیر خانهی زرگرباشی).
نوشته مولفان این مقاله که در سال ۷۸۳۱ توسط شرکت انتشاراتی یزدا به چاﭖ
شکل۲‐ نمایی از بادگیرهای شش طرفه با سطح مقطع شش وجهی آبانبار شش بادگیره در یزد.
شکل۳ ‐ نمایی از یک بادگیرهشتطرفه باسطح مقطع هشتوجهی در یزد.
شکل۴‐ نمایی از یک بادگیر استوانهای شکل با سطح مقطع دایرهای در بافق.
یکی از مهمترین آفرینشها و شاهکارهای برجستهی مهندسان و معماران هنرمند ایرانی، طراحی و ساخت بادگیرها بوده است. بادگیرها در عین زیبایی و زینت بخشیدن به ساختمان، نقش بسیار مؤثر و ارزندهای در تهویه فضای درونی ساختمانها، آبانبارها و سردابها به صورت طبیعی و بدون مصرف انرﮊی داشتهاند.
چون مناطق کویری ایران دارای انواع بادهای ثابت فصلی و روزانه هستند، بادگیرها را در جهتی که این بادها مطبوع و دارای بیشترین سرعت وزش باشند،فمیساختند. قسمت سرِ بادگیر را در یک، دو،فچهار،ف شش و یا هشت سمت گشاده و باز میگذاشتند ولی پایین آن به طرف ستون بادگیر تا درون ساختمان و یا آب انبار را باز می گذاشتند. داخل ستون بادگیر را بوسیله تیغه ها و پره های آجری مورب (به جز بادگیرهای یکطرفه) به چهار، شش و یا هشت قسمت تقسیم میکردند بهطوریکه باد از هر سویی بوزد از دهانه و کانال همان سو واردفستون بادگیر شود.
این فرایند باعث برقراری جریان هوا در فضای درونی ساختمان، آبانبار و سردابها میشده است.
شکل ۵ جهت جریان هوا را در شب و روز در یک بادگیر متداول یا سنتی وقتی که بادی نمیوزد، نشان میدهد]۲و۱.[ در غیاب باد و در شب، بادگیر نقش یک هواکش را بازی کرده و باعث میشود که هوای بیرون که خنکتر از هوای درون ساختمان است از طریق در و پنجرهها به داخل ساختمان راه یافته و با دریافت حرارت از دیوارهای ساختمان و بادگیر، گرم شده و از طریق دهانههای بالای بادگیر به بیرون برود. این جریان هوای خنک به داخل ساختمان و بادگیر سبب خنک شدن ساختمان و بادگیر میشود. در روز و در غیاب باد، بادگیر نقشی در جهت خلاف دودکشها بازی میکند، به این ترتیب که هوای گرم بیرون در اثر تماس با دیوارهای بادگیر که در طول شب قبل خنک شده به آنها حرارت منتقل نموده و خود سرد گشته، به داخل ساختمان کشیده میشود و از در و پنجرههای ساختمان خارج میگردد. مقدار انرﮊیای که میتوان در بدنه بادگیر ذخیره کرد، به علت کم بودن جرم و گرمای مخصوص آن، محدود است، لذا برقراری جریان طبیعی هوا (به خاطر اثر دودکش یا نیروی شناوری) از خارج به داخل ساختمان از طریق بادگیر محدود بوده و این عمل ممکن است فقط محدود به چند ساعت اول صبح گردد.
بنابراین در غیاب باد، بادگیر نقش مهمی را ایفا نمینماید.
با وزش باد، اختلاف فشاری بین دهانه های بادگیر و در و پنجرههای ساختمان برقرار میگردد و این اختلاف فشار باعث برقراری جریان هوا به داخل ساختمان میشود. در اکثر بادگیرها این اختلاف فشار طوری است که هوا از دهانههای بالای بادگیر وارد ساختمان شده و از در و پنجرههای
٢
ساختمان و دریچههای پشت به بادِ بادگیر خارج میشود. ولی میتوان بادگیر و ساختمان را نسبت به یکدیگر طوری انتخاب کرد تا اختلاف فشار ناشی از اثر باد باعث شود که هوا از در و پنجرهها وارد ساختمان شده و از طریق بادگیر به بیرون هدایت شود. در این صورت بادگیر نقش یک هواکش را بازی مینماید.
جریان هوا در روز
بام
طبقهی اول
سطح زمین
جریان هوا در شب
شکل۵‐ یک بادگیر سنتی. پیکانها نشان دهندهی مسیر جریان هوا در شب و روز در غیاب باد میباشند]۲و۱.[
در ساختمانهایی که در داخل باغهای بزرگ و پر از درخت و گل و گیاه ساخته شده و هوای باغ به وسیله درختان به طور تبخیری خنک میشود، میتوان بادگیر را نسبت به ساختمان طوری طراحی کرد تا هوای خنک باغ از طریق در و پنجرهها وارد ساختمان شده و از بادگیر خارج گردد. در مقایسه با بادگیرهایی که هوا را از بالا بهداخل ساختمان هدایت میکنند تا از در و پنجره خارج شود، البته این نوع بادگیرها نادر هستند.
در اثر وزش باد، هوا از دهانههای موجود در سرِ بادگیر وارد ستون بادگیر شده و پس از تبادل حرارت با سطوح داخلی بادگیر وارد ساختمان میگردد. نمونههای کامل بادگیرها را میتوان در شهرهای یزد، کاشان، کرمان، ابرکوه، طبس و سایر شهرهای کویری ایران و کشورهای منطقه ی خاورمیانه و مصر دید. با توجه به شرایط مختلف اقلیمی در این شهرها، نوع و شکل ظاهری بادگیرها در این مناطق با هم متفاوت است. در بعضی از مناطق که باد مطلوب فقط از یک جهت میوزد از بادگیرهای یک طرفه و در برخی از مناطق که باد جهت خاصی ندارد، از بادگیرهای ۳ تا ۴ دهانهای استفاده میکنند. مثلاﹰ در اردکان و طبس بیشتر ایوانها و بادگیرها به سمت باد مطلوب آن منطقه ساخته شده است. شکل ۶ مقطع
یک بادگیر را که دهانههای آن رو به باد مطلوب است، نشان میدهد.
ارتفاع این بادگیر کوتاه انتخاب شده است. در دهانه این بادگیر برگهایی از درخت خرما قرار میدادهاند تا با خیس کردن این برگها امکان سرمایشتبخیری هوا را در بادگیر بوجود آورند.
شکل۶‐ مقطع یک بادگیر در بندرعباس که دهانهی آن رو به جهت باد مطلوب بوده و در داخل آن از برگهایدرخت خرما برای استفاده از سرمایش تبخیری استفاده میشده است.
شکل۷ تصویری از یک بادگیر در بم را نشان میدهد که بـادگیر بـا فضای مسکونی از طریق یک کانال زیرزمینی در ارتباط است. ایـن کانـال در زیر حیاط و باغچههایی قرار دارد که با آبیاری گل و گیاه در باغچهها و با نفوذ آب به داخل آن همیشه خیس نگاه داشته میشود. هوای خروجـی از بادگیر (شکل۸) با عبور از این کانال خیس زیرزمینی به طور محـسوس و تبخیری خنک شده و سپس وارد فضای مسکونی میگردد. در بدو ورود به این اتاق، هوا از روی حوض آب کوچـک و فـوارهای نیـز عبـور کـرده و خنکتر میشود.
چنانچه در زیر فضای مسکونی آبهـای زیرزمینـی جریـان داشـته باشد، میتوان بادگیر را طوری طراحی نمود کـه بتوانـد بـا ایـن آب سـرد زیرزمینی ارتباط داشته باشد. شـکل۹ مقطـع چنـین سـاختاری را نـشان میدهد. فضای مسکونی توسط یک چاه با جریـان آب زیرزمینـی ارتبـاط دارد و بادگیر طوری ساخته شده است کـه هـوای خروجـی از آن از روی دهانه این چاه عبور نماید. در اثر جریان هوای خروجی از بادگیر، مقـداری هوا که از روی آب بسیار سرد زیرزمینی عبور کرده و سرد شده از طریـق چاه به بالا کشیده شده و با هوای خروجی از بادگیر مخلوط و سـپس وارد فضای مسکونی میگردد.
٣
شاهکار مهندسی مکانیک است که نیاکان ما توانـستند بـدون اسـتفاده از دستگاههای تبرید و بدون صرف هیچ انرﮊیای فضای این چنین خنکی را در تابستان و در میان کویر خلق کنند و در روزهای داغ تابستان در آن به سر برند و در آن آسایش داشته باشـند. البتـه طـرح نـشان داده شـده در شکل۹ یک طرح استثنایی است و همه جا وجود ندارد. طرح شکل ۸ نیـز مستلزم داشتن یک حیاط نسبتاﹰ بزرگ و قرار دادن بادگیر در گوشهای در انتهای حیاط و مقابل فضای مسکونی میباشد. ولی طـرح شـکل۵ نـسبتاﹰ متداول بوده و در بسیاری از ساختمانهای مجهز به بادگیر میتـوان آن را یافت. لازم به توضیح است که قبل از پیدایش یخچالهای مکـانیکی و یـا جذبی از فضای ۵ نشان داده شده در شـکل۸ و فـضای c و ۷ در شـکل۹ برای خنک نگاهداشتن مواد غذایی استفاده میکردهاند.
شکل۷‐ تصویری از بادگیری در بم که این بادگیر در خارج از ساختمان و در حیاط قرار دارد.
شکل۹‐ مقطع یک بادگیر و جریان آب زیرزمینی. هوای خروجی از بادگیر باعث برقراری جریان هوا در روی آب سرد و بالا آمدن هوای سرد شده از چاه و مخلوط شدن با آن میگردد]۲و۱.[
شکل۸‐ مقطع یک بادگیر در بم. یک تونل با سطوح نمناک بادگیر را به اتاق نشیمن متصل مینماید]۲و۱.[
بنابراین هوایی که از دهانهی شماره ۱ وارد بادگیر میشود (شکل۹)
قسمتی از دهانههای پشت و یا موازی با باد خارج و بقیه مسیر ۳ تا ۴ و یا ۳ تا ۵ را طی میکند. چنانچه در یا دریچـهی ۴ بـسته باشـد، تمـام هـوا مسیر ۳ تا ۵ را طی مینماید. در مسیر ۵ تا ۷ هـوا از روی سـطوحی کـه زیرِ زمین هستند و با آبیاری باغچههای حیاط مجاور خیس شدهاند، عبور نموده و بطور محسوس و تبخیری خنک میشـود و از در یـا دریچـهی ۶ خارج میگردد. در این مقطع، هوا با هوایی که مسیر a-b-c را طی کـرده و بسیار خنک شده مخلوط میگردد و وارد فضای مسکونی میشود. با این جریان هوای خنک به داخل اتاق، یک فضای بسیار خنک به وجود میآید که ممکن است چند درجه از دمای آسایش حرارتی نیز پـایینتـر باشـد و استفاده کنندگان از این فضا در تابستان و در زمانی که دمای هوای بیرون ۰۴ درجهی سانتیگراد یا بیشتر اسـت، احـساس سـرما کننـد. ایـن یـک
حسن بزرگ بادگیرها، تهویه طبیعی و خنک کردن هوا بدون استفاده از انرﮊی الکتریکی است. بخشی از هوا که از طریق بادگیر وارد ساختمان میگردد، توسط ساختمان بادگیر که از شب قبل توسط هوای محیط خنک شده است، خنک می گردد. پایین بودن دمای هوا در شب و تشعشع حرارت از دیواره های خارجی بادگیر به آسمان از عوامل موثر
"ذخیرهسازی سرمایی" در جرم ساختمان بادگیر به حساب میآیند.
بادگیرهای سنتی برای قرنها در مناطق کویری در ایران و کشورهای واقع شده در منطقه ی خاورمیانه به عنوان شاهکارهای مهندسی ایران کار کردهاند و این سازهها در حالی که میتوانستند در روزهای داغ کویر شرایط مناسبی را برای زندگی مردم برقرار کنند، ولی این بادگیرها دارای معایبی نیز بودند]۳.[ این معایب عبارتند از: ١‐ گرد و غبار، حشرات و در بعضی اوقات پرندگان کوچک وارد ساختمان میشوند.
۲‐ قسمتی از هوایی که وارد بادگیر میشود، توسط دهانههای دیگر بادگیر خارج میشود و هرگز وارد ساختمان نمیگردد. البته در
٤
