بخشی از مقاله
بررسی تاثیر طراحی اقلیمی فضاهای آموزشی بر کاهش پدیده ی جزایر حرارتی نمونه موردی: منطقه پنج شهرداری تهران
چکیده:
رشد بی رویه و افزایش ساخت و ساز بهم فشرده، مشکلات فراوانی برای ساکنین شهرها ایجـاد کـرده اسـت،از افـزایش جمعیت و صنعت گرفته تا افزایش آلاینده های زیست محیطی و کاهش فضای سـبز. از جملـه پدیـده هـای حاصـل از افزایش آلودگی و کاهش فضای سبز، پدیده جزیره حرارتی می باشدکه منجر به گرم شدن کره زمین میشود .مطالعـات نشان میدهد که افزایش دما بر اساس گسترش جزایر حرارتی در تهـران بیشـتر از سـایر شـهرهای کشـور اسـت.وجـود سطوح فیزیکی مصنوعی(آسفالت،موزائیک و...) بجای سطوح نفوذپذیر(خاک،پوشش گیاهی) سبب کاهش تبخیر و تعرق و افزایش گرمای محسوس در شهر میشود .راهکارهای ساده طراحـی اقلیمـی،نقش بسـزایی در کـاهش پدیـده جزیـره حرارتی دارد،که ازجمله این راهکارها می توان به تغییر رنگ سطوح از رنگهای تیره به روشن و سفید، استفاده از سـایه بانها ، پنجره های دوجداره و ایجاد فضای سبز اشاره کرد.در این مقاله،تعدادی از مرکـز آموزشـی منطقـه 5 شـهرداری تهران به روش نمونه گیری منظم یا سیستماتیک،انتخاب و راهکارهای ساده کـاهش جزیـره حرارتـی ،در آن ارزیـابی و مورد بررسی قرا گرفته است. میانگین حاصل از نتایج کل نشان میدهد که از بین مراکز آموزشـی منطقـه 5 تهـران، بـا توجه به کهنه ساخت بودن بناها، تنها % 26/35 مراکز دارای تمامی ویژگی های ساده کـاهش پدیـده جزیـره حرارتـی هستند و در برابر آن واکنش مطلوب از خود نشان میدهند این امر نشـاندهنده مشـکلات عدیـده در زمینـه طراحـی وبرنامه ریزی معماری مراکز آموزشی این منطقه می باشد که باید مورد بازبینی و اصلاح معماری و نوع متریال بکارگرفته شده در آن قرارگیرند.
کلمات کلیدی: پدیده جزایر حرارتی،طراحی اقلیمی، فضای آموزشی، منطقه پنج تهران، راهکار کاهش.
.1 مقدمه:
رشد سریع شهرنشینی در قرن 19 بعد از انقلاب صنعتی در کشورهای توسعه یافته صورت گرفت و از ایـن زمـان بـه بعـد بـر وسعت شهرها افزوده شد.شهرها افسار گسیخته به هر جهتی رشد می کردند. مراکز شهری نیز به دلیل تمرکز فعالیتهای تجاری روز به روز متراکمتر می شدند. به علت رشد بی رویه و افزایش ساخت و ساز به هم فشرده به خصوص در مراکز شهری مشکلاتی بـرای ساکنین شهرها ایجاد شد که تا آن زمان بی سابقه بود. از طرفی مسئولان شهری قادر نبودند همگام با رشـد شـهرها برنامـه ریـزی لازم را برای کنترل مشکلات پدید آمده انجام دهند در نتیجه در اکثر موارد مشکلات پدید آمده در شهرها از کنترل خـارج شـده و شرایط نامساعدی برای ساکنان به وجود آمد. این روند در کشورهای در حال توسعه بعد از جنگ جهـانی دوم اتفـاق افتـاد و سـبب بروز مشکلات حادتری نسبت به آنچه که در شهرهای کشورهای توسعه یافته اتفاق افتاده بود، شد. چون دراین کشـورها عـلاوه بـر ضعف مدیریتی برای کنترل مشکلات ناشی از رشد بی رویه شهرها، هجوم هر چه بیشتر مردم از روسـتاها و شـهرهای کوچـک بـه شهرهای بزرگ سبب شد که در اینگونه شهرها مشکلات بسیاری برای ساکنین و شهروندان به وجود آید.
جزیره ی حرارتی عبارت است از گرم شدن کره ی زمین که امروزه به یک مساله ی جهانی تبدیل شده است. مطالعات نشـان مــی دهــد کــه افــزایش دمــا بــر اســاس گســترش جزایــر حرارتــی در تهــران بیشــتر از ســایر شــهرهای کشــور است(ساســان پــور ودیگران،.(256:1392 اشعه های خورشید با طول موج کوتاهتر ازجو به سمت زمین عبور می کنند و سـپس سـقف سـاختمان هـا، خیابانها و سطوح تیره رنگ،گرمای گسیل شده از سوی خورشید را جذب کرده و در خود نگاه میدارندو با طولموج بلنـد بـه هـوا گسیل میکنندکه در تهران ، نزدیک به تمامی سقف ها و خیابانها تیرهرنگ هستندکه می توان گفت حدود نیمی از مساحت تهران را در بر میگیرند.این انرژی جذب شده، تنها به مقدار بسیار کمی می تواند به طرف فضا ازجو خارج گردد در واقع بیشتر این اشـعه ها نمی توانند از بین گازهای گلخانه ای (دی اکسید کربن ، متان ،مونوکسید نیتروژن و ...) موجود در جو فرار کننـد در نتیجـه بـه سمت پایین بر می گردند و موجب گرم شدن جو پایینی می شوند . پس می توان گفت که ضـرورت انجـام ایـن تحقیـق ناشـی از تاثیرات منفی پدیده ی جزایر حرارتی می باشد که شامل به وجود آمدن حوادث غیر مترقبه طبیعی و همچنـین تـاثیرات منفـی و گسترده ای است که بر روی سلامتی انسان دارد. در مقاله سعی بر این است تا با بررسی شرایط مختلـف محیطـی ، مصـالح و نـوع طراحی و عوامل انسانی، اطلاعات دقیق و کاملی از پدیده جزیره حرارتی در سطح مراکز آموزشی ارائه گـردد کـه امیـد اسـت ایـن مقاله بتواند نقش موثری در جهت کاهش مصرف انرژی ، کاهش پدیده ی جزیره ی حرارتـی و افـزایش نقـش مراکـز آموزشـی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ، ایفا نماید.
.2 روش تحقیق و نمونه گیری :
موضوع مورد مطالعه ،مراکز و فضاهای آموزشی منطقه پنج شهرداری تهران می باشد. برای انجام این پـژوهش، نیـاز بـه اطلاعات کاملی از پدیده جزیره حرارتی و همچنین مستندات پژوهشهای قبلی انجام شده در این زمینه ضروری می باشـد. بـا توجه به نوین بودن پژوهش فوق و به تبع آن محدود بودن منابع پژوهشی و همچنین عدم وجود پژوهش معتبر داخلی در این زمینه ، بخشی از اطلاعات از طریق بررسی پژوهشهای خارجی و تطبیق آن با نمونه های داخلی و بخشی دیگـر بـا اسـتفاده از مطالعات میدانی و روشهای آماری از جمله روش سیستماتیک و به کمک اساتید آمار بدست آماده است.
1.2. روش نمونه گیری سیستماتیک: در این روش، به جای انتخاب تصادفی، از یک نظم از قبل تعیین شده استفاده می شود. در روش معمول به فهرستی از تمام واحدهای نمونه گیری نیاز است که لازم نیست حتمـا شـماره گـذاری شـده باشند.هنگامی که واحدهای جامعه ترتیب خاصی در چارچوب نمونه گیری داشته باشند، کارآیی ایـن روش افـزایش مـی یابد. روش نمونه گیری سیستماتیک به خصوص وقتی استخراج نمونه درباره جامعه ها و پدیده های طبیعی است با صرفه جویی اساسی در وقت و هزینه نمونهگیری همراه است. . (Sarndal,C.E,1992) در این مقاله، واحدهای جامعه آمـاری (مراکز آموزشی منطقه 5 شهرداری تهران)را به صورت دایره ای در نظر گرفته و انتخاب نمونه را بهصـورت دایـره ای انجـام شده است. بدین ترتیب که از اعداد صحیح 1 تا N عدد r را به تصادف اختیار می کنیم. عـدد r را شـماره ی اولـین واحـدنمونه قرار میدهیم. برای تعیین شمارهی واحدهای دیگر نمونه کسر را در نظـر مـیگیـریم. k را کـوچکترین عـدد صحیح بزرگتر از کسر اختیار میکنیم. برای تعیین شماره واحد دوم نمونه مقدارk را به r اضافه میکنـیم. لـذا r+kشماره ی دومین واحد نمونه است. به همین ترتیب با افزایش مضارب صحیح k به r تا به دست آوردن شـماره r+(n-1)k که مشخص کننده n امین واحد نمونه است، همه واحدها را مشخص میکنیم.هـر گـاه در اجـرای ایـن فرآینـد، شـماره حاصل ازN تجاوز کند، به اندازه N از آن می کاهیم تا شماره واحد مورد نظر تعیین شود.
.3 تاریخچه و بررسی تاثیرات پدیده جزایر حرارتی:
واژه جزیره حرارتی برای اولین بار در سـال 1833 توسـط هـاوارد مطـرح شد(موسـوی بـایگی و دیگـران،.(1391از آن زمـان تحقیقات زیادی انجام گرفته و مشخص گردیده که با رشد سریع شهرها دمای هوا در مناطق مختلف شهر نیز افـزایش پیـدا کـرده است .البته این افزایش دما در نقاط مختلف شهر متفاوت بوده یعنی هرچه تاسیسات و ساختمانها متراکمتر بوده میزان دما نیـز در این مناطق افزایش بیشتری داشته است. این خصوصیت در مراکز شهری بیشتر قابل لمس است. جزیره ی حرارتی بـر اثـر از بـین رفــتن پوشــش ســطحی طبیعــی (پوشــش گیاهی،خــاک و...) ایجــاد ســطوح فیزیکــی مصــنوعی شــهری (ســاختمانها، ســطح آسفالت و سایر تأسیسات)شکل می گیرد و این سبب می شود که در طول روز انرژی خورشیدی توسط ایـن سـطوح بیشـتر جـذب شده و در طول شب انرژی گرمایی(طول موج بلند) بوسیله این ساخت و سازها به دام بیفتد و روند سرد شدن بـه کنـدی صـورت گیــــرد بنــــابراین دمــــای هــــوای شــــهرها بــــه خصــــوص در مراکــــز آن(بــــه دلیــــل تمرکــــز بیشــــتر ســــطوح فیزیکی)به طورمعمول از دمای هوا در مناطق حومه شهر بالاتر خواهد بود.
این اختلاف دما گاهی به 5 تا6 درجه سلسیوس می رسد و حتی در شب های آرام و صاف در شهرهای بزرگ در حـدود 6 تـا8 به درجه سلسیوس نیز گزارش شده است بنابراین شدت این پدیده در هـوای آرام و بـدون ابـر بیشـتر مـی شود(موسـوی بـایگی و دیگران،.(1391 به عنوان نمونه در شهر مونترال اختلاف دمای هوا با پیرامونش بیش از 5 درجه سـانتی گـراد بـوده اسـت. انـدازه گیری های به دست آمده نشان می دهد که حداکثر گرادیان افقی دما بین بخش مرکزی شهر و حومـه در حـدود 1 الـی 2 درجـه سانتی گراد در یک کیلومتر در شهرهای کوچک و متوسط است.در حالتهای افراطی ، گرادیـان بـه 5 درجـه در یـک کیلـومتر مـی رسد(مجرد،.(63 :1391یکی از مسائل شهری که در نتیجه رشد بدون برنامه در شهرها پدید آمد،تشکیل جزیره حرارتی به خصوص در شهرهای بزرگ است.شهرهای بزرگ با ساخت و سازهای به هم فشرده و وجود انواع فعالیتها به ویژه در بخـش مرکـزی (CBD) کــاملا بــر اقلــیم خــود و پیرامــون اثــر مــی گذارنــد.جزیــره ی حرارتــی از مخــاطراتی اســت کــه ناشــی از رشــد بــی رویــه ی محیطهای شهرنشینی است .حتی اگر اقلیم جهانی در حال گرم شدن نباشد، شهرها در حال حاضر با مشکل افزایش درجه حرارت به دلیل اثر پدیده ی جزیره حرارتی روبه رو هستند(هاورتر،.(2 :2012شهرها با سطوح فیزیکی متفاوت بر میکروکلیمای خود تـاثیر گذار هستند.اختلاف جنس فیزیکی سطوح شهری بسیار زیاد است(بهنیافر و قنبرزاده،.(103 :1387وجود سطوح فیزیکی مصنوعی(آسفالت،موزائیک و...) به جای سطوح نفوذپذیر(خاک) و پوشش گیاهی سبب کاهش تبخیـر و تعرق و افزایش گرمای محسوس در شهرها می شود و این باعـث مـی شـود کـه هـوای شـهرها معمـولا از هـوای پیرامـون گرمتـر باشد .شهرهای بزرگ می توانند اقلیم محلی ویژه ای را نیز به وجود آورند یعنی اقلیم محیطهای پیرامون خود را کنترل می کنند و آب و هوای شهر کاملا با پیرامونش متفاوت است.در طول روز مواد تیره ساختمانی، گرما را جذب می کنند و تـا سـاعت هـا پـس از غروب آفتاب آن را نگاه می دارند. این فرآیند، علاوه بر فرآیند تابش به جسم و گسیل طول موج بلندتر از آن، باعـث تشـدید هـوای گرم در ابرشهرها می شود. بررسی های ماهواره ای ناسا نشان می دهـد کـه تمـامی ابرشـهرهای روی زمـین، بـه دلیـل از بـین بـردن رســتنیهــا و گیاهــان و جــایگزینی آنهــا بــا مصــالح بــه ویــژه تیــره رنــگ ســاختمانی، دچــار چنــین مشــکلی شــدهاند(ســپهری و زارعی،.(1384درجه حرارت در مراکز شهری نسبت به پیرامون خود بالاتر اسـت.در طـول روز گـرم شـدن سـطوح سـاختمانهای شهری سریعتر از روستاهای اطراف شهر است. از سپیده دم، دیوارها ی ساختمانها مانع از تشعشعات ضعیف خورشید می شـوند، در این حالت گرچه تبخیر و تعرق ضعیف است اما اثر حرارتی تشعشعات شدید می باشد(فرید،.(374 :1375این اثر ساختمانها در مراکز شهری به دلیل ارتفاع و فشردگی، بیشتر است و ایـن سـبب افـزایش درجـه ی حـرارت در مراکـز شهری می شود که با ترسیم نقشه ی منحنی های دما در یک شهر، ملاحظه مـی کنـیم کـه خطـوط همـدماهای شـهری هماننـد خطوط همدماهای یک جزیره ی حرارتی می باشد(بهنیافر و قنبرزاده،".(117 :1387شدت و ویژگیهای این تغییرات متفاوتند، چـه شهر را یکجا در نظر بگیریم یا هر یک از اجزای آن را جداگانه بررسی کنیم (مانند خیابان کشـی ، تـراکم و نـوع سـاختمانها و ... ). بنابراین بین لایه مرزی شهر و لایه تاج پوشش شهر باید تمایز قایل شویم.لایه تاج پوشش شهر از سطح زمین تا بـام سـاختمانها را شامل می شود که باد و دما تغییرات مکانی شدیدی را در این قسمت نشان می دهند.همچنین طرح و عرض خیابانها، نوع کـاربری زمین، مصالح مورد استفاده در ساختمانها و جاده ها، اختلاف ارتفاع و مسیر قرارگیریشان الگوهای خود اقلیمی پیچیده ای را پدیـد می آورند. بعدها جزیره گرمایی در یازده شهر اروپایی اندازه گیری شد و معادله مفیدی برای تخمـین حـداکثر اخـتلاف دمـا بـین مناطق شهری و مناطق روستایی و پیرامونی به دست آمد.(موسوی بایگی و دیگران،.(1391
.4 ویژگی های محیطی شهر تهران:
شهر تهران، در شمال کشور ایران و جنوب دامنهٴ رشتهکـوه البـرز واقـع شـدهاسـت.جمعیّت آن 8.224.535 نفـر اسـت و بیسـت و پنجمین شهر پرجمعیّت جهان به شمار می آید. مساحت این شهر 730کیلومتر مربّع است و به 22 منطقه،134 ناحیه و370محلّه تقسیم شدهاست
- اقلیم تهران :آب و هوای تهران متأثر از کوهستان در شمال و دشت در جنوب است. غیـر از شـمال تهـران کـه تحـت تـأثیر کوهستان آب و هوای آن تا حدی معتدل و مرطوب است، آب و هوای بقیه شهر کلا گرم و خشک و در زمستانها اندکی سـرد است .
- صنعت تهران:تهران میزبان نزدیک به نیمی از فعّالیّت های صنعتی ایران است، کارخانجاتی در زمینه تجهیزات خودرو، بـرق و الکترونیک، منسوجات، شکر، سیمان و مواد شیمیایی در این شهر واقع شدهاست . 1
- آلودگی هوای تهران : در تهران روزانه 16میلیون سفر شهری انجام می شود که به ازای هـر کیلـومتر حرکـت وسـایل نقلیـه متحرک ، به طور متوسط 65گرم آلودگی تولید میشود و در کل ، روزانه در تهران 10هزارو88 تن آلودگی توسط وسایل نقلیـه وارد هوای شهر می شود . همچنین هرروز 12 نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می دهنـد و ایـن عـدد در سـال بـه 4500نفر میرسد.2
- منطقه ی 5 شهرتهران : منطقه ی 5 شهر تهران زمانی جزو اراضی پیرامونی شهر محسوب می شده است، اما در طی دوره های مختلف با افزایش جمعیت و مهاجرت به این شهر ، این اراضی به واسطه ی رشد شهری توسط شـهر بلعیـده شـده انـد و مساحت آن 5413.6 هکتار در شمال غربی شهر واقع گردیده است .(واحدیان بیکی و دیگران ،.(38:1390
- تغییر کاربری های منطقه ی 5 تهران :در تمام دوره های زمانی در شهر تهران و منطقه ی 5 آن ، به کاربری های شـهری افزوده شده و کاربری های کشاورزی ، باغی ، فضای سبز و کاربری های بایر دچار کاهش شده اند به طوری که در سال 1388 در منطقه ی 5 تهران ، %77.18 کاربری های شهری و%14/29 کاربری های کشاورزی ، باغی و فضای سبز و % 8/51 کـاربری بایر وجود دارد. (همان،ص(42
جدول : 1 درصد تغییرات کاربری اراضی منطقه بین سال های –1345-1388 منبع:(واحدیان بیکی و دیگران ،(42:1390
- صنعت در منطقه ی 5 تهران : نکته ی قابل توجه این است که اراضی صنعتی در سال 1388 نسـبت بـه سـال 1365 کاهش پیدا کرده است که علت کاهش آن را می توان در سیاست خروج صنایع از داخل شهر به دلیل ایجاد آلودگی ها و ناسازگاری با کاربری های دیگر دانست.(واحدیان بیکی و دیگران ،:. (41:1390
.5 طراحی اقلیمی و کاهش پدیده جزایر حرارتی در شهر ها :
طراحی اقلیمی نقش بسازایی در کاهش پدیده جزایر حرارتی دارد، بکار گیری کلیه ویژگی های اقلیمی از شرایط آب و هـوایی ،نور و دما گرفته تا ویژگی های محیطی اعم از جمعیت شهری ، مراکز صنعتی موثر در شرایط اقلیمی از جملـه نیروگاههـا و مراکـز صنعتی بزرگ و.. می تواند علاوه بر کاهش مصرف انرژی در ساختمانها ، موجب کاهش پدیده جزیره حرارتی شود. طراحی اقلیمـی با این تعریف در هر زمانی در ساختمان قابل اجراست. در واقع راهکارهای نوینی وجود دارد که یک سـاختمان معمـولی را بـه یـک ساختمان اقلیمی محور تبدیل می کند. از جمله این راهکارها که در ساختمانهای مراکز آموزشی قابل اجراست می تـوان بـه مـوارد ذیل اشاره کرد.
· استفاده از سلول های فتوولتائیک برای تولید برق : با استفاده از این روش ، می توان نشان داد که مدارس مـی تواننـد در کاهش انتشار کربن نقش بسیار زیادی را ایفا کنند .
در طراحی کارآمد انرژی ، ساختمان های مدارس می توانند به عنوان ساختمانی جهت تولید برق تجدیدپذیربرای مصرف داخلی و حتی صادرات آن به شبکه نیز استفاده شوند.در واقع در ساختمان هایی که سقف وسیع تری دارند ، این قابلیت وجود دارد که سلول های فتوولتائیک و توربین های بادی روی آن ها نصب شوند و منجر به تولید برق گردد به خصـوص زمانی که اوج مصرف برق و انرژی در ماه های تابستان رخ می دهد ، مدارس کمترین مصرف انرژی رادارند.پس می تـوان با استفاده از تولید برق از طریق مدارس ، آن را به شبکه نیز صادر کرد.
· طراحی سیستم غیر فعال خورشیدی و استفاده از آبگرمکن خورشیدی.
· استفاده از پنجره های دو جداره جهت کاهش اتلاف گرمایی.
· طراحی پنجره هایی نزدیک به کف زمین جهت وارد کردن هوای خنک به فضا های داخلی و خروج هوای گـرم اضـافی از سقف ساختمان به سمت بیرون و استفاده از دیواره هایی با جرم حرارتی بالا(بتن)جهت ذخیره ی گرما در زمستان.
· استفاده از پوشش گیاهی در اطراف ساختمان جهت تعدیل جزایر حرارتی و استفاده از سایه بانها و نورگیرها با توجـه بـه عمق سایه و شدت نور وارده به ساختمان
· استفاده از رنگ های روشن در فضای داخلی باعث بیشتر شدن انعکاس نور در فضا شده است که این خود باعث کـاهش نیاز به نور مصنوعی در فضای داخلی می گردد.(. (Portelli , 2009 : p.p9-13
6. نقش سطوح خارجی و محوطه ساختمان در کاهش مصرف انرژی و پدیده جزیره حرارتی:
1.6. سایه بانها : یکی از اهداف مهم در طراحی اقلیمی فضاهای آموزشی ، کنترل و اسـتفاده ی بهینـه از تابش و انرژی خورشیدی می باشد . از جمله اینکه باید از ورود مسـتقیم اشـعه ی خورشـیدی بـه داخـل اتـاق هـا جلوگیری کرد. به همین دلیل طراحی قسمت های باز جدار خارجی ساختمان از از اهمیت فوق العاده ای برخـوردار است که باید اصول آن را دانست وبه کار بست . برای این منظور یکی از اصول ضـروری طراحـی پنجـره و نـورگیر ،
یعنی مسئله ی طراحی سایه بانها را بیان می داریم . بنابراین هدف اساسی از طراحی سایه بانهـا ، متناسـب نمـودن آنها با مواقع نیاز به سایه و آفتاب خواهد بود . به گونه ای که در مواقع نیاز به سایه ، مانع نفـوذ مسـتقیم اشـعه ی خورشید به داخل اتاق شوند و در مواقع نیاز به آفتاب اجازه ی ورود این اشعه را به داخل اتاق بدهند . به طور کلـی می توان گفت که بیشترین استفاده از سایه بان ها از خرداد ماه تا شهریورماه است و همچنین در یک سـایه انـدازی کامل که از طریق سایه بانها ایجاد می شود ، شاهد حدودا 3 تا 5 درجه کاهش دما در ساختمان ها هستیم.
.6.2 محوطه سازی : علاوه بر زیبایی می تواند نقش موثری در آسـایش حرارتـی سـاختمان هـا داشـته باشد.برای مثال ، کاشت درخت می تواند در تابستان نقش سایه اندازی روی ساختمان هـا را بـازی کنـد ودر نتیجـه بـه تعدیل فضاهای داخلی ساختمان ها بپردازد . هم چنین تحقیقات نشان می دهد که سایه اندازی درختان روی سـاختمان ها می تواند درجه حرارت داخل ساختمان ها را از1 تا 6درجه کاهش دهد.اما باید در انتخاب درختـان و پوشـش گیـاهی دقت لازم را به عمل آوریم تا در زمستان مانع نفوذ گرما به فضاهای داخلی نشویم . .(Portelli , 2009 : p.p13)
