بخشی از مقاله
بررسی و ارزیابی آسایش دمایی و معماري همساز با اقلیم براساس شاخص ماهانی مطالعه موردي: شهر مراغه
چکیده
توجه به اهداف عمدة طراحی اقلیمی در هر منطقه آب و هوایی و پیش بینی مواردي در جهت تحقق بخشیدن به این اهداف موجب سازگاري و هماهنگی ساختمان ها با شرایط اقلیمی و موجب صرفه جویی در مصرف انرژي و هویت یافتن معماري در هر اقلیم خواهد شد. هدف این پژوهش، ارزیابی شرایط دمایی شهر مراغه با استفاده از شاخص آسایش دمایی ماهانی است. در این پژوهش ابتدا ویژگی هاي عناصر اقلیمی مانند دما، باد، رطوبت و ...در دورة آماري 23 ساله (1983 -2005) تعیین شد. سپس براساس مدل هاي منطقه آسایش، شرایط گرمایی (سرد، گرم یا راحت) هر ماه مشخص شد. نتایج حاصل نشان می دهد شهر مراغه به دلیل واقع شدن در یک موقعیت خاص جغرافیایی، شرایط زیست اقلیمی ویژه اي را به خود اختصاص داده است. به طوري که 8 ماه از شب ها و 6 ماه از روزهاي سال در شرایط بیوکلیمایی سردي قرار دارند. بنابراین با توجه به این نکته و غلبه بر سرما، بهتر است ساختمان ها در جهت شمالی- جنوبی احداث شوند (محور طویلتر ساختمان در جهت شرقی - غربی باشد). و مجموعه هاي ساختمانی داراي بافت گسترده و باز باشد به شرط آن که از باد سرد و گرم جلوگیري شود. و همچنین ایجاد جریان دائمی هوا در فضاي داخلی (کوران) ضروري است بنابراین فاصله بین ساختمان ها باید براساس سایه باد تعیین گردد، از لحاظ ابعاد پنجره ها باید مساحتی در حدود 15 الی25درصد مساحت نماي ساختمان را دربرگیرد. و مصالح ساختمانی دیوارهاي داخلی و خارجی و بام ها بایستی سنگین و با زمان تأخیر بیش از 8 ساعت باشد.
واژههاي کلیدي: آسایش دمایی، اقلیم و معماري، شاخص ماهانی، مراغه
-1 مقدمه
آب و هوا، یکی از عوامل مهم و اثر گذار بر زندگی انسان است و عبارت است از هواي غالب یک منطقه در دراز مدت(علیجانی و کاویانی، .(5 :1382 معماري، یکی از بزرگترین دستاوردهاي بشر در میان اقوام مختلف در اقلیم هاي متفاوت و داراي فرم، رنگ و کاربردهاي گوناگون است ( کسمایی، .(12:1384
خلق شرایط محیطی راحت و مطلوب زندگی و تأمین امنیت ساکنان بنا از گزند شرایط نامساعد محیطی و جوي از اصول لاینفک معماري و ساختمان به شماره می رود (مرادي، .(29 :1384 اغلب شکل هایی که امروزه براي ساختمان ها استفاده می شود، از نظر ایجاد شرایط درون ساختمان ها کارایی لازم را ندارند. متخصصان ساختمان سازي روزبه روز بیشتر از این موضوع آگاهی پیدا می کنند و چنانچه در برنامه ریزي زمین دقت لازم اعمال گردد، حتی در اقلیم هاي بسیار نامساعد می توان از طریق سازه و شکل ساختمان و محیط خارجی نزدیک ساختمان مصرف انرژي را پایین نگه داشت. برنامه ریز باید از رابطه بین مصرف انرژي و اقلیم محلی، به خصوص اگر بخواهد هزینه را براي مصرف کننده به حداقل برساند. آگاهی داشته باشد (بحرینی و کریمی، .(89 :1381 بنابراین استفاده از نیروهاي طبیعی در ساختمان، به صرفه جویی در مصرف سوخت و مهمتر از آن افزایش کیفیت آسایش و بهداشت محیط مسکونی و سالم سازي محیط زیست منتهی می شود. طراحی مسکن بر اساس شرایط آب و هوایی یک منطقه اولین خط دفاعی در مقابل عوامل خارجی ساختمان است(قبادیان وفیض مهدوي،.(36 :1372 در واقع بوم شناسی ساختمان بر قابلیت ساختمان براي تلفیق عوامل محیطی و جوي و تبدیل آنها به صورت کیفیتهاي فضایی و آسایش فرم تأکید دارد (جودت، .(5 :1380
در راستاي این نگرش اقلیمی، پژوهش حاضر طی یک دورة آماري 23 ساله به محاسبه عناصر اقلیمی موثر در معماري شهر مراغه، می پردازد. که هدف از این بررسی دستیابی به دستورالعمل هایی جهت آسایش و طراحی محیط مسکونی است. اگر برنامه ریزي بر پایه شاخص هاي آسایش و معماري همساز با اقلیم انجام گیرد، در تمام فصول به طور طبیعی و با کمترین نیاز به سیستم هاي مکانیکی گرمایشی و سرمایشی، شرایط در حد آسایش انسانی باقی می ماند.
-2 اهداف
- شناخت وضعیت اقلیمی شهر مراغه و پتانسیل هاي آن در رابطه با معماري؛
- بررسی شرایط آب و هوایی منطقه از نظر راحتی و آسایش؛
- تأثیر اقلیم بر معماري شهرمراغه در کاهش اثرات منفی اقلیمی؛
- ارایه الگوهاي مناسبی از معماري در شهر مراغه براساس شرایط اقلیمی منطقه؛
-3 پیشینه پژوهش
اهمیت تاثیر اقلیم بر معماري، انجام مطالعات جامعی را ایجاب می کند. در این راستا مطالعات متعددي در خارج و داخل انجام شده است. گیونی نمودار زیست اقلیمی ساختمان را در دهه 60 ارائه کرد و الگی در سال 1953به صورت علمی شرایط رطوبتی و حرارتی را در رابطه با احتیاجات انسان و طراحی اقلیمی مطرح کرد؛ ایشان اقدام به ترسیم جدول بیوکلیماتی نمودند(کسمایی،.(19 :1387 سام و چنگ (1997) در هنگ کنگ بررسی هاي مهمی براي استفاده از عناصر اقلیمی در طراحی معماري و انرژي ساختمان انجام دادند و استفاده از شرایط اقلیم محلی را براي بهبود طراحی هاي اقلیمی و شبیه سازي انرژي ساختمان توصیه کردند( .(Sam, Chung, 1997: 6 کفا (2004) به منظور تهیه اطلاعات کلی و مناسب براي استفاده بهینه از انرژي غیرفعال خورشیدي در برنامه ریزي هاي شهري و طراحی ساختمان، با استفاده از جدول ماهانی، دوره 25 ساله عناصر اقلیمی را براي شهر نیکوزیا در قبرس مورد تحلیل قرار داد و استراتژي هاي پیش طراحی را محاسبه و ارائه کرده است (Kefa, 2004: 17) تیوي و همکاران (2007) به مطالعه و تعیین شرایط آسایش بیوکلیماتی در شهر ارزروم در سه منطقه روستایی، شهري و منطقه شهري جنگلی ترکیه پرداختند و نتیجه گرفتند که مناطق شهري جنگلی سازگاري بیشتري با شاخص آسایش حرارتی مورد استفاده دارد . (Toy, Yilmaz, 2007: 42) جانسون (2006) تاثیر شکل هندسی شهر را بر روي آسایش حرارتی بیرونی در اقلیم گرم و خشک مراکش مورد مطالعه قرار داد و نتیجه گرفت در اقلیم گرم و خشک باید طراحی شهري بصورت فشرده صورت گیرد تا هر چه بیشتر شرایط آسایش حرارتی در شهر فراهم شود .(Johansson, 2006: 41)
در ایران نیز مطالعات متعددي در زمینه نقش اقلیم در معماري و ساختمان سازي و طراحی شهري صورت گرفته است. در اکثر این مطالعات با استفاده از عناصر اقلیمی و نمودارهاي اقلیمی به بررسی معماري همساز با اقلیم در اقلیم هیاي مختلف کشور پرداخته شده است. بطور مثال کسمایی مطالعه جامعی در زمینه شرایط معماري در نقاط مختلف ایران انجام داده است. به طوري که ایشان با استفاده از آمار 33 ایستگاه سینوپتیک کشور و با بهره گیري از جداول زیست اقلیمی ساختمانی، اقلیم هاي مختلف ایران را به منظور استفاده درمسکن و معماري تعیین نموده و علاوه بر این با به کارگیري اطلاعات اقلیمی 950 ایستگاه هواشناسی کشور، اولین پهنه بندي اقلیمی ایران را در رابطه با محیط هاي مسکونی و با استفاده از روش ماهانی ارائه کرده است(کسمایی، .(1368 سلیقه (1383) به مدل سازي مسکن همساز با اقلیم در شهر چابهار پرداخته است. ایشان در این تحقیق عناصر اقلیمی از قبیل دما، بارش، جهت تابش، رطوبت نسبی و غیره را مورد توجه قرار داده و به نقش نیروهاي زوال ناپذیر از قبیل آفتاب و باد دربهبود شرایط حرارتی توجه نموده است(سلیقه، .(147 :1383 فرج زاده و همکاران (1387) به بررسی انطباق معماري ساختمان هاي شهر سنندج با شرایط زیست اقلیمی آن به روش ماهانی پرداخته اند. نتایج کار آنها نشان می دهد که بافت قیدم شهر بیشترین سازگاري را با اقلیم محلی و بافت جدید کمترین سازگاري را دارند (فرج زاده و همکاران، .(161 :1387 حسین آبادي و همکاران((1391 به مطالعه اصول طراحی اقلیمی ساختمان هاي مسکونی شهر سبزوار با تاکید بر جهت گیري ساختمان و عمق سایبان پرداختند. آنها در این تحقیق بهترین جهت قرارگیري ساختمان در فصول سرد و گرم را مشخص نمودند و
همچنین به این نتیجه رسیدند که بهترین عمق سایبان در صورت داشتن پنجره اي به ارتفاع 1 متر براي دیواره جنوبی، 0,26 متر است (حسین آبادي و همکاران، (103 :1391 هدف از این مطالعه بررسی روند عناصر اقلیمی موثر بر معماري شهر مراغه و نقش و تاثیر آنها در معماري پایدار می باشد.
-4 مواد و روش ها
در این پژوهش، که به روش توصیفی- تحلیلی انجام شده است. اطلاعات و داده ها نیز از جداول و سالنامه هاي آماري مربوط به ایستگاه هواشناسی شهر مراغه، جمع آوري شده است. داده هاي به کار رفته در این تحقیق، میانگین حداقل و حداکثر ماهانه دما، رطوبت نسبی حداقل و حداکثر، میانگین مجموع بارش ماهانه و میانگین جهت و سرعت باد غالب است. که بر پایه روش ماهانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و در پایان الگوي معماري متناسب با اقلیم محل مشخص گردید.
شهر مراغه یکی از قدیمی ترین شهرهاي ایران می باشدکه در مختصات جغرافیایی 37 در جه و 23 دقیقه شمالی و 46 درجه و 16 دقیقه طول شرقی واقع شده است. ارتفاع آن از سطح دریا حدود 1390 متر می باشد. این شهر به عنوان دومین شهر استان آذربایجان شرقی از نظر جمعیتی در مسیر راه آهن تهران تبریز واقع شده و گسترش جغرافیایی آن از شمال به جنوب است.
شکل–1 نقشه موقعیت شهر مراغه درکشور و استان
-5 مفاهیم دیدگاه ها و مبانی نظري
-5-1 برنامه ریزي اقلیمی
روشی است که بتواند ضمن هماهنگی با محیط پیرامون خود و بهره گیري هر چه بیشتر از نیروي طبیعی در محل، تا حد امکان محیط مناسبی براي استفاده کنندگان ایجاد کند که هدف آن کاستن هزینه هاي گرمایش و سرمایش، با استفاده از جریان هاي انرژي طبیعی براي ایجاد آسایش در ساختمان هاست. (قبادیان و فیض مهدوي، .(1384
-5-2 منطقه آسایش
بیشتر افراد در دماي 21 تا 26 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 30 تا 60 درصد از نظر فیزیکی راحت هستند. حال اگر شرایط هواي داخل این اتاق را تغییر دهیم؛ یعنی رطوبت آن افزایش و دماي آن کاهش یابد، این افراد به تدریج احساس ناراحتی می کنند. این ارقام، تعیین کنندة شرایط هوایی است که انسان در آن شرایط از نظر فیزیکی راحت است. اگر حدود تغییرات این ارقام را در جدولی که رطوبت نسبی بر محور افقی و درجه حرارت بر محور عمودي آن مشخص شده ، ترسیم کنیم، محدوده اي به دست می آید که به آن منطقه آسایش می گویند (کسمایی، .(1367
-5-3 روش ماهانی
امروزه تلاش هاي بسیاري براي کشف و بررسی نظام احساس گرمایی انسانها از وضعیت محیط انجام می گیرد. در این زمینه چگونگی تاثیر همزمان عوامل اقلیمی محیط و تاثیر حالت هاي فیزیکی بدن انسان در تعیین میزان آسایش بررسی می گردد در این بررسی ها بسیار کوشش شده تا محدوده آسایش حرارتی منطبق بر احساس انسان مشخص شود. در فرایند این مطالعه به منظور دستیابی به روابط همساز میان عوامل آب و هوایی محیط و احساس حرارتی بدن انسان از روش ماهانی استفاده شده است. ین روش بر اساس مطالعه هاي تجربی بدست آمده که داراي محدودیت و خطا می باشد که نمی توان از آن در همه وضعیت هاي محیط فیزیکی و انسانی استفاده شود.
یکی از معیارهاي آسایش که جهت ارزیابی دامنه گرمایی آسایش براي روز و شب هرماه در یک منطقه استفاده می شود ،روش ماهانی می باشد که نخستین بار در سال 1971توسط کارل ماهانی ارائه گردید که در آن به نقش ساختمان توجه شده است(.(Un.Nation, 1970 در این روش با استفاده از میانگین دماي سالانه و میانگین رطوبت نسبی چهار گروه رطوبتی ارائه نمود(جدول شماره .(1
جدول-1 شاخص رطوبتی ماهانی
در روش ماهانی علاوه بر تعیین گروه رطوبتی ماهانه حدود آسایش شب و روز ماههاي سال را نیز مشخص نموده است و آن را در قالب 4 گروه رطوبتی در 3 منطقه دمایی مجزا به صورت روزانه و شبانه تفکیک نموده است (جدول شماره .(2
سپس شاخص هاي ناراحتی اقلیمی را نیز در 6 کروه رطوبتی (H1,H2,H3) و خشکی (A1,A2,A3) ارائه نموده است و راهکارهاي رفع این ناراحتی ها را نیز پیشنهاد نموده است.(جدول شماره (3
6 - تعیین آسایش دمایی شهر مراغه با شاخص ماهانی
در این روش ابتدا با توجه به پارامترهاي میانگین حداکثر و حداقل دماي ماهانه و میانگین حداکثر و حداقل رطوبت،گروه رطوبتی هر یک از ماههاي سال شهر مراغه بر اساس جدول شماره (4) مشخص شد. وضعیت حرارتی هوا در روزهاي2 ماه از سال (می واکتبر) و همچنین شب هاي 4 ماه دیگر (ژوئن، جولاي، آگوست و سپتامبر) از شرایط مطلوبی برخوردار است. و در روزهاي 4 ماه از سال (ژوئن، جولاي، آگوست و سپتامبر) از وضعیت گرم برخوردار است و بقیه ماه هاي سال سرد می باشد.
جدول -4 ارزیابی میانگین دماي شهر مراغه
جدول -6 شرایط آسایش روزانه و شبانه به روش ماهانی در شهر مراغه
بعد از مشخص شدن وضعیت حرارتی ایستگاه و مشخص شدن راحتی یا عدم راحتی ماههاي مختلف از لحاظ آسایش انسان، وضعیت خشک و یا مرطوب بودن هرماه مشخص و نتایج آن در جدول شماره (7) تدوین گردید. برطبق جدول براي ماههاي ژوئن، جولاي، آگوست و سپتامبر شاخص رطوبتی H1 انتخاب گردید. در هواي مرطوب، این شاخص نمایش روز گرم با رطوبت نسبی متوسط (گروه 2 و (3 تا زیاد (گروه (1 همراه با نوسان دماي کمتر از 10 درجه سلسیوس درشبانه روز است. بنابراین جریان محسوس هوا براي این شرایط جهت احساس آسایش ضروري است. و براي ماههاي ژانویه، فوریه، مارس، آوریل، می، اکتبر، نوامبر، دسامبر شاخص خشکی A1 انتخاب شد. این شاخص بیانگر وضعیتی است که در آن به علت نوسان زیاد (بیش از 10 درجه سانتیگراد) گرماي روز و رط.بت نسبی کم، نوسان زیاد موجب ناراحتی می شود. با توجه به این مشکل نیاز است در طراحی ساختمان ها به این نکته توجه کرده و از مصالح با ظرفیت گرمایی متوسط به بالا استفاده شود. براي بقیه ماههاي سال نیز شاخص خشکی A3 انتخاب شد که نشانگر شرایط اقلیمی سرد در محیط می باشد. راه مقابله با این شرایط استفاده از انرژي در جهت گرمایش فضاهاي داخلی ساختمان ها می باشد. شاخص H2 نماینده وضعیتی است که دماي هوا ، مطابق با معیار ماهانی در داخل منطقه راحت قرار دارد. در این مورد رطوبت نسبی زیاد
