بخشی از مقاله
چکیده
طبیعت، سرمایهای ارزشمند است که همواره مورد بیمهری انسان قرار گرفته است. با پیشرفت صنعت و تکنولوژی و در پی دستیابی به آسایش بیشتر، مصرف سوختهای فسیلی افزایش یافت، که این امر، کاهش ذخایر سوخت فسیلی بهدلیل محدود بودن و آلودگی حاصل از مصرف سوختهای فسیلی را بهدنبال داشت. امروزه تلاش میشود، برای کاهش در مصرف سوختهای فسیلی و حفظ محیط زیست، همچون گذشته توجه بیشتری به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و راهکارهای استفاده از آنها صورت گیرد. بدین منظور و جهت ارتقاء راهکارهای گذشته، میتوان آنها را با فناوریهای نوین تلفیق نمود.
یکی از جنبههای مورد توجه در این زمینه، دستیابی به سرمایش ایستا در معماری است. این پژوهش، دستیابی به سامانه تلفیقی سرمایش در راستای افزایش بهرهوری سرمایش ایستا در معماری را هدف قرار داده و محور اصلی آن، بر بررسی توصیفی - تحلیلی استوار است. از اینرو و بر اساس مطالعات انجام شده، عملکرد سامانه بادگیر، بهعنوان عنصر معماری مؤثر در سرمایش با استفاده از انرژی تجدیدپذیر باد، انرژی خورشیدی، بهعنوان منشاء انرژیهای گوناگون و فناوری مواد تغییر فاز دهنده بهعنوان فناوری کارا در زمینه سرمایش، بررسی، راهکارهایی ارائه و براساس راهکارهای ارائه شده، سامانه تلفیقی سرمایش مطرح میگردد.
اساس کار این سامانه، عملکرد بادگیر است و امکان ایجاد جریان مصنوعی باد با استفاده از انرژی خورشیدی برای آن فراهم شدهاست. همچنین این سامانه با مواد تغییر فاز دهنده با دمای پافشاری 24 درجه سانتیگراد تجهیز شدهاست. با فراهم آمدن امکان ایجاد جریان مصنوعی باد، در نبود جریان طبیعی باد و کاهش دما با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده، سامانه تلفیقی سرمایش مطرح شده میتواند نقش مؤثری در افزایش بهرهوری سرمایش ایستا در معماری داشته باشد.
مقدمه
دستیابی به آسایش، که از مهمترین نیازهای انسان است، همواره مورد توجه بودهاست. یکی از وجوه آسایش، آسایش حرارتی است که از راه ایجاد سرمایش و گرمایش جهت رسیدن به شرایط مناسب زندگی انسان به دست میآید. انسانها، در زمان گذشته، با استفاده از منابع طبیعی موجود در محل زندگی و بر اساس تجارب پیشینیان، شرایط مناسب زندگی خود را فراهم و نیاز حرارتی خود را براساس اقلیم و فصول مختلف سال تأمین مینمودند.
با افزایش جمعیت و رشد صنعت و تکنولوژی، در پی آسایش بیشتر، راهکارهای گذشته به مرور کنار گذاشته شد که این امر کاهش منابع طبیعی و سوختهای فسیلی و آلودگی زیست محیطی ناشی از مصرف سوختهای فسیلی را بهدنبال داشت. با بروز این مشکلات، معماران و دانشمندان بر آن شدند، مانند گذشتگان، با استفاده از منابع طبیعی و براساس اصول اقلیمی هر منطقه راهکارهایی متناسب با نیاز هر اقلیم را ارائه دهند. بدین جهت، راهکارهای مناسب گذشته، بار دیگر مورد توجه قرار گرفتند.
سامانههای ایستا، یکی از راهکارهای مناسب گذشته و براساس منابع طبیعی و اقلیمی موجود هستند که استفاده از آنها جهت تأمین آسایش حرارتی ساختمان قدمتی بسیار دارد. سامانههای ایستا با بهرهگیری از منابع طبیعی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشید و انرژی باد و بدون استفاده از انرژی فسیلی، آسایش حرارتی را تأمین مینمایند. بهدلیل قرارگیری قسمت وسیعی از کشور ایران در اقلیم گرم و با توجه به اهمیت ایجاد سرمایش در این اقلیم، استفاده از سامانههای سرمایش ایستا در معماری ایران سابقهای دیرینه دارد و از عناصر مختلف معماری، مانند بادگیر، برای دستیابی به سرمایش ایستا استفاده شدهاست. سیستمهای سرمایش ایستا نقش بسیار مؤثری در تهویه و سرمایش بناها داشته و به خوبی پاسخگوی نیاز سرمایشی بودهاند.
با وجود ظرفیت بالا و نقش مؤثر سیستمهای سرمایش ایستا در تهویه و سرمایش، بهدلایل گوناگون مانند گرم شدن کره زمین، پیشرفتهای تکنولوژی سرمایشی و بالا رفتن سطح توقعات مردم در دستیابی به سرمایش، این سیستمها، مانند گذشته، پاسخگوی تأمین نیاز سرمایشی نیستند؛ اما با توجه به محدود بودن ذخایر سوخت فسیلی و آلودگیهای حاصل از مصرف آنها و همچنین سازگاری سیستمهای سرمایش ایستا با محیط زیست، بار دیگر این سیستم ها مورد توجه قرار گرفتهاند.
امروزه میتوان براساس نیاز روز، راهکارهای گذشته را بهروزرسانی نمود. در راستای بهروزرسانی راهکارهای گذشته، این پژوهش دستیابی به سامانه تلفیقی سرمایش در راستای افزایش بهرهوری سرمایش ایستا در معماری را موردنظر قرار دادهاست. بدینمنظور سامانههای سرمایش ایستا، منابع انرژی تجدیدپذیر و فناوریهای نوین مورد مطالعه و بررسی قرار میگیرد. در صورت بهروزرسانی سامانههای سرمایش ایستا، بهکارگیری آنها در اقلیم گرم، نقش بسزایی در کاهش استفاده از سیستمهای تهویه مطبوع الکتریکی- مکانیکی خواهد داشت.
روش تحقیق
پژوهش پیشرو، با استفاده از روش توصیفی - تحلیلی و بر مبنای منابع کتابخانهای و مقالات علمی انجام گرفتهاست. بهمنظور بهرهگیری از منابع انرژی تجدیدپذیر در تهویه و سرمایش، بادگیر بهعنوان عنصر معماری مطلوب در سرمایش ایستا با استفاده از انرژی تجدیدپذیر باد، مورد مطالعه قرار گرفته و مشکلات بهکارگیری آن در شرایط امروز بررسی شده است. بهمنظور رفع مشکلات با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و فناوریهای نوین، انرژی خورشیدی و فناوری نوین مواد تغییر فاز دهنده، مطالعه و بررسی شدهاند. براساس مطالعات صورت گرفته، راهکارهایی ارائه گردیده و بر مبنای راهکارهای ارائه شده، سامانه تلفیقی سرمایش، مطرح شدهاست.
مروری بر سامانه بادگیر
با توجه به اینکه قسمت وسیعی از کشور ایران در اقلیم گرم واقع شده، در معماری سنتی این سرزمین سرمایش فضا از اهمیت بیشتری برخوردار بوده است..[1] یکی از اجزای بناهای بومی ایران در اقلیم گرم بادگیر است که بهعنوان یک سیستم سرمایشی ایستا، تهویه مطبوع را با استفاده از انرژی تجدیدپذیر باد فراهم میآوردهاست. بادگیر از شاهکارهای معماری ایران محسوب میشود که قدمت و پیشینه استفاده از آن در ایران بهعلت قرارگیری آن در مرتفعترین بخش بنا یا بهعبارتی اولین قسمتی که در معرض تخریب قرار دارد، نامعلوم مانده است..[2] بادگیر از زمانهای گذشته در نقاط مختلف ساخته میشدهاست. ساختار طراحی آن از جایی به جای دیگر فرق داشته و از تنوع بیشماری برخوردار بودهاست. علیرغم ساختارهای متفاوت همگی عملکرد واحدی دارند یعنی همه آنها بادهای غالب و مطلوب را به داخل فضاهای سکونتی انتقال میدهند..[3]
بادگیر به شکل کانالهای عمودی است که دارای دو بخش میباشد؛ یکی بخش درونی کانال که از سقف شروع میشود و تا زیرزمین ادامه مییابد و یکی بخش بیرونی که شامل منافذ ورودی باد به داخل است و بر بالای بام قرار میگیرد..[3] بادگیرها دارای ارتفاع و سطح مقطع متفاوتی هستند. کوتاهترین بادگیر حدود 2 متر از سطح بام یا حدود 5 متر از سطح حیاط مجاور و بلندترین آن که در ایران ساخته شدهاست، حدود 30 متر از سطح حیاط ارتفاع دارد. ارتفاع انواع متداول بادگیر حدود 8 متر است. سطح مقطع بادگیرهاکاملاً متفاوت و دارای ابعاد متغیر است. متداولترین سطح مقطع، مربع مستطیل است. البته از انواع سطح مقطع مربعی و 8 وجهی نیز در ساخت بادگیرها استفاده میشود..[4]
بادگیر به دو روش در ایجاد سرمایش طبیعی تأثیرگذار است: .1جابهجایی هوا .2خنکسازی تبخیری در یک دستهبندی کلی عملکرد بادگیر با ایجاد جابهجایی هوا را میتوان به دو صورت تفکیک کرد: .1 هدایت باد به داخل ساختمان - وقتی که باد میوزد - .2خروج هوای داخل به بیرون - هنگامی که باد نمیوزد - .[5] در راس بادگیر منافذی وجود دارد کهعموماً عمود بر جهت وزش باد غالب ساخته میشوند. وقتی بادگیر در مسیر باد قرار میگیرد، منافذ رو به باد تحت فشار مثبت قرار میگیرند و بالعکس، در منافذ پشت به باد فشار منفی ایجاد میشود.
تهویه هواکشی تنها زمانی مؤثر است که سرعت باد بیش از 2/5 متر بر ثانیه باشد. در شب و در اثر برقراری جریان هوا در داخل بادگیر و تابش حرارتی سطوح خارجی بادگیر به آسمان، دمای جرم بادگیر پایین آمده و به اصطلاح بادگیر خنک میشود. در روز وقتی که هوای بیرون به داخل بادگیر جریان مییابد، با تبادل حرارت با سطوح داخلی بادگیر هوا قدری خنک شده و سپس وارد ساختمان مجاور یا زیر بادگیر میگردد.
در روز چنین بهنظر میرسد که هوای ایجاد شده در یک بادگیراحتمالاً گرمتر از هوای اتاق محل تهویه آن است و این امر با راحتی و آسایش ساکنان جور در نمیآید؛ اما اینطور نیست، وقتی که پوست با هوای محیط و دیوارها و کف و سقف درون خانه هم دما شود، تنها راهی که بدن میتواند گرما را از دست دهد، تبخیر است. در این هنگام که کوران گرمتر از هوای محیط است، اهمیتی ندارد، چرا که کوران گرمتر نیز عرق را تبخیر کرده و به همان نسبت بدن را خنک میکند..[3] تهویه طبیعی بادگیرها هنگامی که سرعت باد چندان قابل توجه نیست، براساس پدیده خاصیت دودکشی صورت میگیرد. در این حالت کل بادگیر به صورت یک دودکش عمل میکند.
