مقاله تحلیل تأثیر سایه اندازی روی بام های سبز بر میزان مصرف انرژی در اقلیم تهران

بخشی از مقاله

چکیده

نوع بام ساختمان و مصالح بهکاررفته در ساخت آن از عوامل مؤثر بر عملکرد حرارتی ساختمان است. در تحقیق حاضر، عملکرد حرارتی بام سبز تحت شرایط حضور سایه و عدم حضور سایه روی ساختمان موردمطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، از شبیهسازی یک ساختمان مسکونی در اقلیم تهران توسط نرمافزار دیزاین بیلدر بهره گرفته شده است.

همچنین برای دستیابی به نتایج دقیق یک ارزیابی سالانه نیز صورت گرفت تا اثر کلی استفاده از بام سبز در حضور سایه و عدم حضور سایه تعیین گردد. نتایج حاکی از آن است که مصرف انرژی ساختمان به میزان چشمگیری به استفاده از بام سبز و سایهاندازی روی بنا وابسته است؛ بهطوریکه در ساختمانی دارای بام سبز که در سایه قرار دارد نسبت به ساختمانی با بام معمولی که در طول روز هیچگاه در سایه قرار نمیگیرد، در مصرف انرژی صرفهجویی می شود. علاوه بر این، نتایج نشان میدهد تأثیر بام سبز و سایهاندازی بر بار سرمایشی در اقلیم تهران بیشتر از تأثیر آن بر بار گرمایشی است.

-1 مقدمه :

مصرف انرژی در ساختمان، بیشترین سهم در بین مصارف مختلف انرژی را داراست. حدود %40 از انرژیهای مصرفی در ساختمانهای مسکونی و تجاری مصرف میشود. یکی از عوامل مؤثر بر عملکرد حرارتی یک ساختمان، نوع بام آن است. با توجه به اینکه بخش قابلتوجهی از تلفات حرارتی به دلیل سطح قابلتوجه بام و قرارگیری آن در معرض تابشهای مستقیم خورشیدی در تابستان و هوای سرد در زمستان از طریق بام صورت میگیرد، میتوان با یافتن راهی جهت کاهش اتلافات از این طریق، اتلافات کلی ساختمان را کاهش داد.

از طرفی امروزه با توجه به افزایش شهرنشینی در سطح جهان و محدودیت سطح زمین و کمبود فضا در شهرهای بزرگ و پرجمعیت، گسترش ساخت وساز موجب تخریب پوشش گیاهی و تبدیل فضاهای سبز به ساختمانهای بلند شده است. لذا بهمنظور تأمین نیازهای روحی و کاهش تنش روانی ساکنان و زیباسازی منظره شهر، موضوع افزایش سرانه فضای سبز در سالهای اخیر بسیار موردتوجه قرار گرفته است و دراینبین، بامهای سبز یکی از راههای مدرن و مقرونبهصرفه ازنظر هزینههای اولیه و اجرایی برای حل مشکلات شهری بهحساب میآید.

بام سبز که بام گیاهی و یا بام زیستی نیز نامیده میشود، یک سیستم مهندسی است که رشد گیاه را در بام ساختمان میسر ساخته و بهواسطه افزودن لایههایی که قابلیت رشد و نمو گیاهان را دارا میباشد، بر فراز پشتبام خانهها ایجاد میشود. بامهای سبز را میتوان باغهایی دانست که بهجای سطح زمین در پشت بام خانهها ساخته میشوند. این بامها پدیده جدیدی محسوب نمیشوند و در برخی مناطق، هزاران سال است که مورد استفاده قرار میگیرند . - Johnston and Newton 2004 - بام سبز دارای لایههای متفاوتی ازجمله پوشش گیاهی، فضای رشد گیاه یا خاک، محلی برای جمعآوری آب، عایق حرارتی، عایق آب و تختههای محافظ است.

بام سبز بهعنوان یک روش کمکی بهمنظور کاهش مصرف انرژی ساختمان نیز به کار گرفته میشود 

در بین روشهای مختلف به حداقل رساندن مصرف انرژی مانند جهتگیری ساختمان، عایقکاری مواد و مصالح، استفاده از سایهاندازی، رنگ ساختمان و ... مزایایی چون ایجاد چشمانداز و منظره، ابزار کمهزینه برای پیادهسازی، اعمال آن بدون ایجاد تغییر اساسی در ساختار و استفاده مفید از فضاهای موجود، بام سبز را محبوبیت بخشیده است. درعینحال این بامها به جهت فواید دیگری نظیر کاهش اثرات جزایر گرمایی شهری - Bass, Kohn and Peck 2005 - ، ایجاد زیستگاه برای نگهداری گونههای مختلف و افزایش تنوع زیستی در منطقه شهری - Santamouris et al. 1994 - ، بهبود کیفیت هوا با کاهش آلودگی هوا - Yang, Yu and Gong 2008 - ، کاهش دیاکسید کربن ناشی از سوختن سوختهای فسیلی - Rowe 2010 - ، مهار سیلابهای آبی - Brendtsson 2010 - ، کاهش ذرات گردوغبار - Ahmadkhani Malehi 2013 - و جذب سروصدا - Ahmadkhani Maleki 2011 - نیز اعمال میشوند.

عامل تأثیرگذار دیگر بر عملکرد حرارتی ساختمان سایهاندازی روی بناست که با توجه به اینکه مؤثرترین روش برای خنکسازی یک ساختمان در فصل تابستان، حفظ ساختمان از حرارت رسیده به آن است، سایه یک سیستم کمکی سرمایشی مهم محسوب میشود . - Ahmadkhani Maleki 2011 - سایه تاریکی ایجادشده توسط یک جسم یا ساختمانی است که مانع عبور مستقیم نور میشود.

سایه تابشهای رسیده به ساختمان را به حداقل میرساند و بدینوسیله عملکرد حرارتی ساختمان را بهطور چشمگیری تحت تأثیر قرار میدهد. باید در نظر داشت که عملکرد سایه بسته به منطقه مورداستفاده، زمان موردنظر در طول روز، زمان موردنظر در طول سال، جهت سایهاندازی و طبیعی یا غیرطبیعی بودن آن میتواند متفاوت باشد.

با توجه به اینکه نگاه این تحقیق به بام سبز نگاه مصرف انرژی است، در این تحقیق اثرات بام سبز و سایهاندازی روی بنا بهطور همزمان بر مصرف انرژی موردبررسی قرار میگیرد.

-2 مطالعات پیطیي

تا به امروز مطالعات زیادی در زمینه بررسی میزان تأثیر بام سبز و سایهاندازی بر عملکرد حرارتی ساختمان و مصرف انرژی صورت گرفته است در سال 2003 گافین و همکارانش - Gaffin et al. 2006 - با مقایسه بام معمولی با بام سبز نشان دادند که در بهترین حالت گیاهان پوشاننده بام میتواند تا 30 درجه سلسیوس دمای بام را در ماههای گرم کاهش دهد.

در سال 2003 سیمپسون و همکاران - Simpson and McPherson 2003 - اثر سایه درختان روی مصرف انرژی ساختمان در کالیفرنیا را مورد بررسی قرار دادند. آنها در این مطالعه تأثیر جهت قرارگیری سایه روی بنایی با بام معمولی را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج تحقیق آنها نشان داد قرارگیری سایه در جهت جنوب غرب در منطقه کالیفرنیا، بیشترین اثر را در کاهش مصرف انرژی داراست.

در سال 2006 سون - Sonne 2006 - دما و شار حرارتی بام سبزی در فلوریدا را در ساعات مختلف روز در ماههای گرم موردبررسی قرار داد و درنتیجه بیان کرد شار عبوری از بام سبز در ساعاتی از روز با بیشینه دما از 9 وات بر مترمربع به 1/5 وات بر مترمربع کاهش یافته و میانگین بیشینه دمای سقف با کاهش 22 درجه سلسیوسی در این ساعات همراه بوده است.

الکساندری و جونز در سال - Alexandri and Jones 2008 - 2008 اثر استفاده از پوشش گیاهی روی هندسههای مختلف بام و دیوارها را بر میزان مصرف انرژی مورد مطالعه قرار دادند. نتایج مطالعه آنها نشان داد که استفاده از پوشش گیاهی با اثر جزایر گرمایی مقابله میکند بیشینه دمای بام را نیز کاهش میدهد. پندیت و لبند در سال 2010 - Pandit and Laband 2010 - اثر سایه بر مصرف انرژی در یک ساختمان معمولی در فصول مختلف را مورد بررسی قرار دادند. نتایج مطالعه آنها نشان داد سایه در فصل تابستان مصرف انرژی را کاهش داده است اما در فصل زمستان باعث افزایش مصرف انرژی میشود.

شایانذکر است که در تمامی مطالعات مذکور، عملکرد حرارتی ساختمان در حضور سایه و یا با استفاده از بام سبز مورد ارزیابی قرار گرفته است. این در حالی است که ممکن است ساختمانی که بهطور همزمان هم دارای بامی با پوشش گیاهی است و هم در ساعاتی از روز در معرض سایه قرار گرفته است، عملکرد حرارتی متفاوتی داشته باشد. بهعبارتدیگر، درصورتیکه بام سبز، در حضور سایه مورد استفاده قرار گیرد، با توجه به اینکه سایه بار سرمایشی را کاهش و بار گرمایش را افزایش میدهد، میتواند میزان بار حرارتی ساختمان تغییر کند. بر این اساس، در تحقیق حاضر به بررسی و مقایسه عملکرد حرارتی یک ساختمان مسکونی در چهار حالت مختلف در اقلیم تهران پرداخته میشود.