بخشی از مقاله
چکیده
میزان فشردگی ساختمان فاکتوری تاثیرگذار در تعیین نیاز آن به گرمایش و سرمایش فعال و در نتیجه مصرف انرژی در طول دوره ی استفاده ی بنا است. درک چگونگی این تاثیر به وسیله ی طراحان می تواند به انتخاب فرم هایی بیانجامد که علاوه بر سایر کارکرد های معمول، شرایط مناسبی را از نقطه نظر کارایی انرژی برای ساختمان به همراه داشته باشند. در این مقاله به تشریح نتایج مطالعات پیشین بر چگونگی تاثیر گذاری فشردگی ساختمان بر نیاز آن به مصرف انرژی پرداخته شده است. همچنین روش های معمول سنجش فشردگی ارایه و موارد استفاده ی آن ها مشخص گشته است که می تواند برای تکرار این تحقیقات در شرایط و اقلیم های مختلف کشور مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
فشردگی از فاکتورهای اساسی خصوصیات پوسته ی حرارتی ساختمان است که تعیین آن تا حد زیادی می تواند در مراحل اولیه ی فرایند طراحی انجام پذیرد. این فاکتور هم نحوه ی تبادل حرارتی ساختمان با محیط و هم میزان دریافت تابش خورشیدی آن را تحت تاثیر قرار می دهد. میزان فشردگی یک ساختمان نشان می دهد که چه میزان از فضا - متر مکعب - در پوسته ی خارجی آن قرار گرفته است. هر چه یک ساختمان فشرده تر باشد میزان این حجم درونی بیشتر خواهد بود. به عبارت دیگر ساختمان های فشرده تر نسبت حجم به سطح بیشتری دارند و به ازای یک سطح خارجی مشخص، فضای داخلی بیشتری را دارا هستند. در ادامه ابتدا به تشریح چگونگی تاثیرگذاری این فاکتور بر میزان مصرف انرژی ساختمان از دو طریق تاثیر بر تبادل حرارتی و تابش دریافتی ساختمان پرداخته می شود و سپس نتایج مطالعات انجام شده به همراه تحلیل نظری آن ها ارایه می گردد.
-2 بررسی تاثیر فشردگی ساختمان بر میزان تبادل حرارتی آن با محیط:
فشردگی ساختمان با مشخص ساختن میزان سطح خارجی آن بر تبادل حرارت ساختمان با محیط تاثیر می گذارد. فرم های فشرده از توانایی بیشتری برای حفظ گرما برخوردار هستند [1]، زیرا هرچه یک ساختمان فشرده تر باشد، از سطح خارجی کمتری برخوردار است که به معنای تبادل حرارتی کمتر آن با محیط خارج است. این مساله در متون علمی معمولا از طریق معرفی "ضریب شکل" - Shape - Coefficient ساختمان بررسی شده است.
ضریب شکل - SC - یک ساختمان از تقسیم مجموع مساحت های سطوح خارجی آن بر حجم داخل دیوارهایش به دست می آید .از میان دو ساختمان با حجم درونی یکسان، ساختمانی که مساحت خارجی کمتری داشته باشد - ضریب شکل - SC - کمتر - فشرده تر است. از میان همه ی ساختمان های با شکل مشابه - مثلا همگی مکعب - و حجم مساوی، ساختمانی که کمترین ضریب شکل یا بیشترین فشردگی را داشته باشد "حالت حد" نامیده می شود. "حالت حد" ساختمان های مکعبی، یک مکعب مربع با همان حجم است . ضریب شکل - SC - ساختمان های با حجم برابر، با هم قابل مقایسه اند و ساختمانی که SC کمتری داشته باشد فشرده تر است. اما درصورتی که حجم ها مساوی نباشند چنین مقایسه ای مطلوب نیست زیرا با افزایش ابعاد، حجم ساختمان سریع تر از مساحت خارجی افزایش می یابد - حجم بر اساس توان سوم و مساحت بر اساس توان دوم ابعاد ساختمان به دست می آید - . از این رو کمیت دیگری با نام فشردگی نسبی مطرح می شود. فشردگی نسبی - Relative Compactness - از تقسیم ضریب شکل "حالت حد"، بر ضریب شکل ساختمان مورد بررسی به دست می آید.
در این رابطه SC ضریب شکل ساختمان مورد بررسی و SCref ضریب شکل ساختمانی با همان حجم و حداکثر فشردگی ممکن یا همان "حالت حد" است. فشردگی نسبی - RC - برای دو ساختمان با حجم های متفاوت قابل مقایسه است. بدین معنا که ساختمان های با فشردگی نسبی بالاتر فارغ از حجمشان فشرد تر هستند. عدد فشردگی نسبی بین صفر و یک متغیر است و حداکثر فشردگی نسبی برابر با یک، و به ساختمان حالت حد متعلق است.
-3 تاثیر فشردگی یا کشیدگی ساختمان بر میزان تابش دریافتی:
به منظور بررسی تاثیر کشیدگی و فشردگی ساختمان بر چگونگی دریافت تابش خورشیدی آن، ابتدا نیاز است میزان تابش در جببه های مختلف ساختمان در طی سال تبیین گردد. در طی ماه های گرم تابستان، پس از بام ساختمان جبهه های شرقی و غربی آن با بیشترین تابش خورشیدی مواجه می شوند و در طی زمستان جبهه ی جنوب بیشترین تابش را مطابق تصویر - 1 - دریافت می کند .[5] بنابراین به منظور گریز از تابش های ناخواسته و دریافت حداکثر تابش های مفید، کشیدگی بیشتر در مقابل جبهه ی جنوبی و حداقل کشیدگی در مقابل جبهه های شرقی و غربی حالت بهینه ای است. از این رو شاخص دیگری به نام "فاکتور شکل" - Shape - Factor در مطالعات این حوزه مورد استفاده قرار میگیرد که میزان کشیدگی و فشردگی ساختمان را مشخص می سازد. بر خلاف "فشردگی نسبی" و "ضریب شکل" که میزان فشردگی ساختمان را در سه بعد نشان می دهد، فاکتور شکل - SF - که در برخی نوشتجات با نام "Aspect Ratio" نیز معرفی شده است [6]، کمیتی است که میزان کشیدگی یا فشردگی ساختمان را در دو بعد - پلان - بررسی می کند و مقدار آن از تقسیم طول بنا به عرض آن به دست می آید.
در صورتی که ساختمان شکل مستطیلی نداشته باشد، معمولا از مستطیل محاط کننده ی آن به مانند تصویر - 2 - ، برای تبیین چگونگی کشیدگی استفاده می شود. در میان مستطیل های مختلف، مربع با SF برابر 1 فشرده ترین شکل را داراست. اگر ساختمان در مقابل چهار جهت اصلی جغرافیایی قرار گرفته باشد، SF کمتر از یک نشان می دهد که اضلاع شرقی و غربی از ضلع جنوب بزرگتر اند، SF های بزرگتر از یک نیز نشان دهنده ی کشیدگی شرقی غربی بنا هستند. عمدتا تحقیقات با محوریت فاکتور شکل - SF - ، ارتفاع و حجم ساختمان را ثابت فرض می کنند و انرژی مصرفی را به ازای SF - نسبت طول به عرض - های مختلف محاسبه می کنند. از مقایسه ی نتایج می توان بهترین SF برای اقلیم تحقیق را نتیجه گیری نمود. اگرچه کشیدگی بیشتر ساختمان می تواند برای دریافت تابش بهینه مفید باشد، چنانکه پیش از این ذکر شد، با کاهش فشردگی میزان سطح خارجی و در نتیجه تبادل حرارتی ساختمان با محیط افزایش می یابد - تصویر . - 3 تعیین تاثیر برآیند حاصل، موضوع تحقیق مطالعات مختلف در این حوزه بوده است. تصویر . - 3 - میزان افزایش سطح خارجی ساختمان با افزایش کشیدگی - فاکتور شکل . - - AR - درصد های سمت چپ میزان افزایش سطح را نسبت به سطح یک مربع با همان مساحت - و حجم - داخلی نشان می دهند. با افزایش کشیدگی سطح خارجی به طور پیوسته افزایش می یابد. - منبع: . - [5]
-4 ارائه ی مطالعات سنجش تاثیر فشردگی بنا بر مصرف انرژی:
بررسی نتایج تحقیقات پیشین نشان می دهد، چگونگی تاثیر فشردگی بر مصرف انرژی ساختمان، تا حد زیادی به اقلیم وابسته است [2, 8, 9 .[ از این رو بررسی و ارایه ی پیشنهادات درباره ی فشردگی عموما برای یک اقلیم خاص انجام شده اند. همچنین تاثیر فشردگی بر بار سرمایش و گرمایش می تواند تا حدی یا به طور کامل متفاوت باشد. جدول - 1 - بر اساس موارد یاد شده نتایج تحقیقات پیشین و پیشنهادات آن ها را دسته بندی کرده است.
