بخشی از مقاله
چکیده
شرایط محیط زیست انسان ها تاثیر زیادی بر تمام شئونات زندگی آنها دارد و با توجه به اینکه بخش عمده زندگی ما در داخل ساختمانها میگذرد، ایجاد شرایط مطلوب زیست محیطی در داخل ساختمانها از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. هدف از این مطالعه همسان سازی در ساختارهای ساخت و ساز متناسب با شرایط اقلیم و جغرافیایی منطقه و کاهش مصرف انرژی و آلاینده های صوتی می باشد. در این مقاله که به روش کتابخانه ای صورت گرفته است، ابتدا پارامترهای هواشناسی نظیر دما، باد و رطوبت، شرایط آب و هوایی شهر اردستان بررسی گردیده، سپس تأثیر هریک از عوامل اقلیمی بر کاهش مصرف انرژی ساختمان های اقلیم گرم و خشک و نحوه ی معماری متناسب با اقلیم بیان شده است. در نهایت نتیجه میگیریم که برای دستیابی به طراحی معماری مبتنی بر کاهش مصرف انرژی، معماری ساختمان بایستی بر اساس شرایط اقلیمی طراحی گردد و پتانسیلها و محدودیتهای اقلیم مورد توجه قرار گیرد.
واژه های کلیدی:اقلیم ، شاخص آسایش، بهینه سازی مصرف انرژی، طراحی اقلیمی، ساختمان اداری، اردستان
مقدمه
یکی ار مهمترین عوامل تأثیرگذار در میزان مصرف انرژی ساختمان شرایط اقلیمی و آب و هوایی منطقه جغرافیایی محل استقرار ساختمان است. عواملی مانند دمای هوا، رطوبت نسبی، تابش خورشید، سرعت باد و میزان ارتفاع از سطح دریا بر مصرف انرژی ساختمان اثرگذار می باشند.با توجه به گستردگی اقلیمی کشور و وجود مناطق با شرایط مختلف آب و هوایی وجود تقسیم بندی اقلیمی برای تعیین می زان مصرف انرژی الزامی است. در حال حاضر کامل ترین تقسیم بند ی اقلیمی، تقسیم بندی 8 گانه رسمی است که با تطبیق تقسیم بندی اقلیمی زمستانی و تابستانی کشور به دست آمده و در آن مناطق مختلف براساس شرایط سالیانه دما و رطوبت طبقه بندی می شوند - جدول[1] . - 1
-1 اقلیم
میزان تفاوت و ترکیب گوناگون عوامل اقلیمی، که خود ناشی از تفاوت موقعیت جغرافیایی مناطق مختلف است، حوضه های اقلیمی متفاوتی را در جهان و ایران پدید آورده است. اساسا اقلیم در بسیاری از مناطق دنیا به وسیله عرض جغرافیایی و ارتفاع از سطح دریا مشخص می شود و ایران با قرار گرفتن بین 25 تا 40 درجه عرض جغرافیایی شمالی در منطقه گرم و خشک قرار دارد و از نظر ارتفاعی فلاتی است مرتفع. بر مبنای تقسیمات اقلیمی کوپن ، ایران به چهار اقلیم معتدل و مرطوب - سواحل جنوبی دریای خزر - ، اقلیم سرد - کوهستان های غرب - ، اقلیم گرم و مرطوب - سواحل جنوبی ایران - و اقلیم گرم و خشک - فلات مرکزی - تقسیم می شود[2] که در این مطالعه ابتدا خصوصیات اقلیم گرم و خشک را مطالعه و سپس به نحوه ی معماری مبتنی بر این اقلیم می پردازیم.
.1-1 اقلیم گرم و خشک در ایران
در اقلیم گرم و خشک بر اثر وزش بادهای مهاجر که از غرب و شمال به طرف استوا در حرکت هستند، هوا بسیار خشک است و علاوه بر آن، فشار زیاد هوا در این مناطق باعث حرکت هوا از قسمت های بالایی اتمسفر به پایین و گرم و خشک شدن هوا می گردد. تابش مستقیم آفتاب در این مناطق شدید بوده، بطوریکه هر متر مربع از سطوح افقی در هر ساعت 700-800 کیلوکالری انرژی تولید می کند. این شدت تولید انرژی گرمایی، با افزوده شدن اشعه منعکس شده از سطوح لم یزرع زمین افزایش می یابد. آسمان این مناطق در بیشتر اوقات سال بدون ابر است، اما مه و طوفان و گرد و خاک معمولا در بعداز ظهرها براثر گرم شدن و حرکت لایه های هوای نزدیک زمین پدید می آید. رطوبت کم و نبودن ابر در آسمان باعث می شود که دامنه تغییرات هوا در این مناطق بسیار شدید شود.
در تابستان تابش آفتاب در روز سطح زمین را تا 70 درجه سانتیگراد گرم می کند، در حالیکه در شب دمای سطح زمین به سرعت کاهش یافته و به 15 درجه سانتیگراد یا پایین تر می رسد. البته نوسان دمای هوا کمتر از این است، اما در هر حال میزان تغییرات آن به 20 درجه سانتیگراد می رسد. دمای هوا در روزهای گرم تابستان به 40 تا 50 درجه سانتیگراد و در شب ها به 15 تا 25 درجه سانتیگراد می رسد. در فلات مرکزی ایران که بزرگترین منطقه ایران است و اطراف آن را ناهمواری های مرتفعی محصور نموده است آب و هوای خشک حکمفرماست و از مشخصات آن زمستان های سرد و سخت و تابستان های گرم و خشک است .[3] فشار بخار آب به نسبت یکنواخت است و نسبت به موقعیت و فصل از حدود 5 تا 15 میلیمتر جیوه تغییر می کند. بنابراین رطوبت نسبی با دمای هوا نوسان می کند و ممکن است از زیر 20 درصد در بعدازظهر تا بالای 40 درصد در شب ها برسد .
وجود رشته کوه های البرز در شمال و کوه های زاگرس در غرب ایران از عبور ابرهای باران زا به داخل فلات مرکزی جلوگیری می کنند. بنابراین میزان بارش در این منطقه بسیار کم و خشکی هوا باعث افزایش شدت تابش خورشید و تبخیر در حدی فوق العاده شده است. این امر شوری خاک را در پی دارد. کمبود آب و شوری خاک به فقر پوشش گیاهی منجر شده است و این مسأله، جریان شن های روان و سرعت زیاد بادهای گرم و خشک غبارآلود را در پی دارد .[ 4] احتمال وقوع طوفان های شدید نیز وجود دارد و به صورت ناگهانی تا چندین ساعت ادامه خواهد داشت. سرعت باد به طور معمول در صبح ها کم است، اما در بعداز ظهرها زیاد می شود و به تدریج به اوج خود می رسد و بیشتر با گرد و غبار و شن همراه است .[5]
در شرایط سخت بیابان های مرکزی ایران، تأمین آسایش انسان بستگی به مهارت هایی داشته که بتواند بناها و فضاهایی منطبق با محیط اکولوژیک و شرایط اقلیمی به وجود آورد. آسایش اقلیمی در این ناحیه از سه طریق فراهم می شده است: استفاده از سایه و باد، استفاده از آب، مدیریت آب و کاهش تأثیر تابش خورشید .[9]قابل ذکر است در اقلیم های گرم و خشک، برای تأمین آسایش فیزیولوژیکی، در طراحی باید وضعیت تابستان ها معیار قرار گیرد، اما در عین حال باید به وضعیت زمستان ها هم توجه شود. در تابستان ها تهویه ی طبیعی از راه پنجره های رو به حیاط خنک در اوایل روز دمای داخلی را به گونه ی چشمگیری کاهش می دهد، اما وقتی دمای هوا به بالای 35 درجه می رسد جریان هوا تأثیر خود را از دست می دهد و بر فشار فیزیولوژیکی می افزاید و تهویه ی طبیعی نیز طی روز برای پدید آوردن سرمایش اصلا تأثیری نخواهد داشت .[5]
.2-1 اردستان
اردستان از شهرهای شمالی استان اصفهان است که در 110 کیلومتری شمال شرقی اصفهان و 340 کیلومتری جنوب شرقی تهران واقع شده است. این شهر مرکز شهرستانی به همین نام است که از شمال محدود است به کویر نمک مرکزی منتهی به شهرستان گرمسار و از جنوب به برخوار و کوهپایه اصفهان، از مغرب به شهرستانهای کاشان و نطنز و از مشرق به نایین و انارک.
اصلی ترین پایههای اقلیم نه تنها عوامل جوی نظیر متوسط دما، بارش، سرعت باد و غیره است بلکه تغییرات این عوامل از روزی به روز دیگر و از فصلی به فصل دیگر و یا از سالی به سال دیگر نیز مدنظر میباشد. علاوه بر این پوشش گیاهی جنگلها و مراتع و گیاهان زراعی، فعالیت های انسانی و نحوه زندگی بشر در وضعیت اقلیم تأثیر دارد. مهمترین عوامل مؤثردر نوع اقلیم یک منطقه عبارتند از ارتفاع از سطح دریا، عرض جغرافیایی، توزیع خشکی ها و دریاها، ناهمواریهای سطح زمین و … میباشد که در زیل به بررسی این عوامل در شهر اردستان میپردازیم.
-1-2-1 جدول محاسبه سایکرومتریک
در جدول زیر نتایج محاسبات سایکرومتریک شهر اردستان بر اساس دمای خشک و رطوبت نسبی ارائه شده است. در این جدول سایر پارامترها، یکی به یک به کمک نرم افزار PcyCalc - - Psychrometric Calculator محاسبه شده و نتایج در جدول جای گرفته است. از آنجا که منظور اصلی از ای ن محاسبات تعیین شرایط طراحی برای معماری و محاسبات تهویه مطبوع بوده است، نتایج محاسباتی منعکس شده در جداول بیشتر مشتمل بر پارامترهایی است که نقش مهمتری را در این زمینه ایفا می کنند و به همین دلیل اطلاعات محاسبه شده به صورت مجزا و تحت دو شرایط تابستانی و زمستانی در جدول درج شده اند.
.3-1 اصول نظری طراحی اقلیمی
-1-3-1 حرارت و انسان
به منظور طراحی ساختمانهایی که از نظر انرژی خورشیدی راندمان خوبی داشته باشند، آگاهی از اصول و مبانی تبادل حرارتی ضروری است. انرژی از راههای مختلف مانند دیوارها، سقفها، پنجرهها، کفها و سایر طرق تبادل حرارت به داخل یا خارج ساختمان انتقال مییابد. اینکه چرا تبادل حرارتی انجام میشود، مطلب پیچیده ای نیست. حرارت از فضاها یا مصالحی که دارای دمای بالاتری هستند به نقاطی که دارای حرارت کمتری هستند منتقل میشود.[8] هدف از این پژوهش این است که بتوانیم با روشهای صحیح، هزینه انرژی برای ایجاد شرایط آسایش در محیط کار و ساختمانهای اداری را به حداقل برسانیم.
-2-3-1 آسایش و هوای داخل ساختمان
هدف از طراحی اقلیمی، ثابت نگاهداشتن یا به حداقل رسانیدن هزینه لازم برای حفظ شرایط مطلوب و آسایش در فضای داخل بنا میباشد. حفظ آسایش حرارتی از تعادل دما میان بدن و محیط اطراف ناشی میگردد .[8] در حالت طبیعی دمای درونی بدن 37 درجه و دمای پوست 32 درجه سانتی گراد است. اگر بدن در محیطی گرم تر از پوست قرار گیرد، شروع به جذب حرارت می کند و برعکس، اگر در محیطی سردتر از بدن باشد، حرارت خود را به تدریج از دست می دهد. بدین طریق در هر محیطی بین بدن و هوای اطراف آن تبادل حرارتی صورت می گیرد.[3]
-3-3-1 شرایط آسایش و استاندارد
احساس انسان نسبت به محیط اطرافش را نمی توان تنها از طریق بررسی یکی از عناصر اقلیمی مانند درجه حرارت ، رطوبت نسبی یا جریان هوا بیان کرد، زیرا ترکیباین عناصر بر انسان اثر می گذارد و با آسایش فیزیکی اوارتباط دارد.[3]در طراحی ساختمان و مسائل تکنیکی آن، آسایش حرارتی انسان به موقعیتی اطلاق میشود که انسان از نظر ذهنی و فکری در شرائط آسایش حرارتی قرار دارد. عقیده ی بسیاری از محققین فن بر آن است که :" خنثی بودن حرارتی" تعبیر دقیق تری از آسایش حرارتی است، چرا که در چنین محیطی بدن انسان نه احساس سرما میکند و نه احساس گرما و نه احساس ناراحتی موضعی ناشی از تابش نامتقارن، کوران هوا، کف سرد اتاق، لباس ناهمگون و غیره.[8]تعریف آسایش حرارتی از نظر انجمن مهندسان تأسیسات حرارتی و برودتی امریکا، وضعیتی از رضایت ذهنی انسانها است که براساس آن ترجیح میدهند محیط نه گرم تر و نه خنک تر از آن بادش.[10] مؤسسه ی رسمی مهندسان تأسیسات ساختمان انگلستان نیز آسایش حرارتی را رضایت مندی ذهنی از محیطی تعریف کرده است که انسانها در آن احساس نارضایتی از وضعیت محیطی ندارند [11]
