مقاله ضرورت و روش های طراحی ساختمان های سبز در شهرها و تاثیر آن در بهره وری انرژی

بخشی از مقاله

ضرورت و روش های طراحی ساختمان های سبز در شهرها و تاثیر آن در بهره وری انرژی

چکیده

افزایش جمعیت، توسعه روز افزون شهرها و در پی آن تخریب فضاهای سبز موجود و در نتیجه افزایش آلودگی هوا و گرم شدن کره ی زمین، ضرورت توجه به راهکارهایی برای همزیستی با شرایط طبیعی، حفظ منابع انرژی، جلوگیری از آلوده شدن زمین، حفظ محیط زیست و کاهش میزان مصرف انرژی را افزایش میدهد. به منظور افزایش فضای سبز در شهرها و بهره وری هرچه بیشتر از انرژی در ساختمان، به ویژه در مرکز شهرها، یکی از راهکارها حرکت به سوی معماری سبز میباشد که از گرایشها و رویکردهای نوین معماری بوده و در سالهای اخیر مورد توجه عده زیادی از طراحان و معماران معاصر جهان قرار گرفته است. این معماری که برخاسته از مفاهیم توسعه پایدار میباشد در پی سازگاری و هماهنگی با محیط زیست بوده تا ضمن پاسخگویی به نیاز افراد، در جهت بقای متقابل انسان و محیط گام بردارد. برای ایجاد ساختمان های سبز، پس از بررسی ضرورت استفاده از آنها، ابتدا باید با اصول معماری سبز آشنا شد و سپس اقدام به طراحی و ساخت نمود. در این مقاله سعی بر این شده تا قسمت های مختلف یک ساختمان )نماهای سبز، دیوارهای زنده داخلی و خارجی، دیوارهای سبز محوطه و بام های سبز(، از جهت امکان کاشت گیاهان و اصول مربوط به ساخت آنها بررسی شود و سپس با بررسی نمونه های امروزی ساختمان های سبز در جهان و بیان ویژگی ها و تاثیرگذاری آنها بر محیط، بتوان در جهت حرکت به سوی ایجاد شهرهای سالم و کاهش میزان مصرف انرژی گام برداشت.

واژه های کلیدی: توسعه پایدار، ساختمان سبز، بهره وری انرژی.

مقدمه

موضوعاتی چون استفاده بی رویه از انرژی های فسیلی و رشد فزاینده ی گازهای گلخانه ای در جو زمین، موجب تشدید فعالیت های جوی علیه تخریب روزافزون محیط زیست و گرمایش کره زمین شده است. ]1[ از طرفی افزایش روزافزون جمعیت کشورهای جهان و به تبع آن وجود ساخت و سازهای بی رویه، شهرها را با معضالت جدی از جمله آلودگی هوا و سیمای نامناسب شهری روبرو کرده است. امروزه مفهوم شهرها بدون فضای سبز موثر، در اشکال گوناگون آن دیگر قابل تصور نیست. توجه به فضای سبز، به عنوان ریه های تنفسی شهرها بسیار حائز اهمیت میباشد، ]2 [ زیرا که توسعه بی رویه شهرها باعث تخریب طبیعت شده است. طبیعت و فضای سبز که سالها به عنوان قلب تپنده ی زیستگاه های بشری ایفای نقش میکرده با بی توجهی ساکنان آن، رو به افول و نابودی است. با توجه به این بحران ها، لزوم توجه به راهکارهای نوین برای مبارزه با مشکالت پیش آمده بارز است. با انتشار گزارش برانتلند در سال 7891 با عنوان "آینده مشترک ما" و "کنفرانس سران زمین" سازمان ملل در سال 7887 و کنفرانس ریو در سال 7881، موضوع توسعه پایدار در سراسر جهان مطرح شد. ]3[ درباره ی موضوع پایداری و برنامه ریزی و طراحی مکانهای پایدار در حیطه نظری، آموزه ها و انگاره های زیادی به وسیله محافل علمی، نهادها و ارگان ها ارائه شده است، از جمله: انگاره شهر فشرده، شهر هوشمند، شهر سبز، شهر نوسنتی، اکو شهر و غیره. ]4[ که در این میان ایده ی شهر سبز با طراحی ساختمان های سبز در شهرها امکان پذیر میباشد و در این مقاله بر روی این موضوع تحقیق به عمل خواهد آمد. امروزه از جمله مسئولیت معماران تاکید بر نقش حساس طراحی در جهت حفظ ارتباط محیط های شهری با فضای سبز و حداکثر استفاده از منابع انرژی پاک میباشد.

روش تحقیق

با وجود این که در چارچوب تئوری و فلسفی به بحث پایداری، بهینه سازی مصرف انرژی و ایجاد ساختمان های پایدار، بسیار پرداخته شده، چگونگی دستیابی به آن و راهکارهای ارتقای پایداری در ساختمان ها کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده پس از ذکر مباحث نظری، روش های مختلف ایجاد ساختمان های سبز در شهرها بیان شود و با بررسی ویژگی های چند نمونه از ساختمان های سبز پایدار، راهبردهای تحقق و ارتقای پایداری در شهرها ارائه گردد. روش انجام این تحقیق به صورت توصیفی-تحلیلی میباشد.

ضرورت ایجاد ساختمان های سبز در شهرها

شهرها و شهر نشینان را میتوان عوامل اصلی گرم شدن کره زمین دانست، چرا که بخش بزرگ و همواره رو به رشدی از جمعیت جهان در شهرها زندگی میکنند که مصرف کنندگان سهم بزرگی از ذخایر طبیعی هستند. ]5[ مطالعات نشان میدهد که بیش از %57 انرژی جهان در شهرها مصرف میشود و حدود %08 از تولید گازهای گلخانه ای جهان در محدوده شهری انتشار می یابد. ]6[ با توجه به نقش کلیدی شهرها در تولید آالینده ها، یکی از راه کارهای مقابله با بحران های زیست محیطی، دست یابی به پایداری در شهرها میباشد . برخی با استنباط کلی از واژه و تعریف پایداری استدالل میکنند که شهرها نمیتوانند پایدار باشند و بعضی می گویند این تنها یک انگاره ی خیالی است، گروهی هم بر این عقیده اند که شهرها خواهند و بایستی پایدار شوند. ]7[ شهر پایدار، شهری است که نه تنها کمترین اثر نامطلوب را بر محیط زیست نداشته باشد، بلکه در احیا و ارتقای کیفیت آن نیز مؤثر واقع شود. ]9[ در کل دو نوع پایداری شهری مطرح میشود: -7پایداری شهری پس از بروز فاجعه های زیست محیطی با هدف توانمند سازی جوامع انسانی در برابر تغییرات آب و هوایی به گونه ای که این شرایط حداقل تاثیر را بر ساکنان زمین داشته باشد. آکروپلیس نمونه ای از این گونه شهرهای پایدار خواهد بود که شهری شناور بر روی آب با امکانات تصفیه آب شور دریا و کاشت محصوالت کشاورزی میباشد و هدف از طراحی آن اسکان شهروندان مناطق ساحلی پس از مدفون شدن این مناطق زیر آب دریا است. -1پایداری شهری در جهت حفظ شرایط موجود و کاستن از روند تخریب کنونی یا کاهش انتشار گازهای گلخانه ای ]5[ و این هدفی است که با ایجاد ساختمان های سبز در شهرها میتوان به آن نزدیک شد. طراحی ساختمان ها در شهرها و نوع ارتباط آنها با طبیعت در هر گوشه از جهان میتواند باعث تخریب یا بهبود شرایط زیست محیطی در زمین گردد. به همین دلیل طراحی ساختمان هایی که ویژگی بهینه سازی در مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست را در خود داشته باشند، در زمره اصلی ترین وظایف معماران قرار میگیرد . ]9[ با توجه به آلودگی های ناشی از گرد و غبارهایی که از کشورهای جنوب غربی وارد ایران میشود و همچنین آلودگی های ناشی از سوخت های فسیلی که سالمت افراد را به خطر می اندازد و با توجه به فواید بیشماری که ساختمان های سبز در بهینه سازی مصرف انرژی دارند، لزوم ایجاد اینگونه ساختمان ها در ایران نیز ضروری به نظر میرسد. ]11[

توسعه پایدار، اصول معماری سبز و تاثیر ساختمان های سبز در بهره وری انرژی
نظریه توسعه پایدار شهری، حاصل بحث های طرفداران مسائل زیست محیطی است. اهداف کلی معماری پایدار بهره برداری مناسب از منابع انرژی و جلوگیری از آلودگی هوا است. ]11[ دیدگاه پایداری به سه موضوع پایهای اقتصاد، اجتماع و محیط زیست مینگرد. برای تحقق توسعه پایدار راهبردهای متعددی ارائه شده است. معماری سبز )Green Architecture( یکی از گرایشها و رویکردهای نوین معماری و توسعه پایدار بوده که در سالهای اخیر مورد توجه عده زیادی از طراحان و معماران معاصر جهان قرار گرفته است . این معماری که برخاسته از مفاهیم توسعه پایدار میباشد، در پی سازگاری و هماهنگی با محیط زیست میباشد. شش اصل کلی، معماری سبز را تشکیل میدهند. اصل اول حفاظت از انرژی است، در واقع هر ساختمان باید به نحوی ساخته شود که مصرف سوخت های فسیلی را به حداقل رسانده و از انرژی های تجدیدپذیر بیشترین بهره را گیرد. اصل دوم کار با اقلیم است، ساختمان ها باید هماهنگ با اقلیم طراحی شوند، شکل و نحوه قرارگیری ساختمان میتواند موجب ارتقاء سطح آسایش گردد. اصل سوم کاهش استفاده از منابع جدید میباشد، هر ساختمان باید به گونه ای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل رسانده و در پایان عمر مفید خود، منبعی برای ایجاد سازه های دیگر باشد. اصل چهارم احترام به کاربران میباشد، هدف برآوردن نیاز کاربران و افزایش رضایت مندی آنهاست. اصل پنجم احترام به سایت است، این اصل به تعامل صحیح بین سایت پروژه و معماری میپردازد و اصل ششم کل نگری میباشد، ساختمان سبز باید بیش از یک ساختمان منفرد بوده و قطعه همسایگی خود را نیز در نظر گیرد و یک شکل پایدار از محیط شهری را به نمایش بگذارد. ]22[ به طور کلی میتوان گفت که ساختمان سبز، ساختمانی است که با محیط زیست و حفظ منابع انرژی، در طول عمر ساختمان سازگار میباشد و دامنه وسیعی از فواید زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی را در برمیگیرد.

ساختمان های سبز علیرغم اینکه در مقیاس شهر کارکردهایی همانند زیباسازی محیط، رفع آلودگی های شهری و کاهش تنش های روانی را دارند، در بهینه سازی مصرف انرژی نیز بسیار موثر خواهند بود. این فناوری با مزایای فراوانی از جمله کاهش آلودگی صوتی، کاهش اثرات جزایر گرمایی، خنک سازی محیط، کاهش آلودگی و تصفیه هوا، کاهش دی اکسید کربن و کاهش بار گرمایی و سرمایی ساختمان ها، تالشی برای پایدار کردن شهرهاست که در ادامه هر یک از موارد ذکر شده بررسی میشود. -1عایق صوتی: ناراحتی های حاصل از سر و صدای موجود در خیابان ها، مشکل مهمی در مناطق شهری محسوب میشود. عایق سازی نما با پوششی از گیاهان در تعدیل بار صوتی آن، یعنی در کاهش سطح فشار صدا از خارج به داخل ساختمان کمک قابل توجهی مینماید. -2کاهش اثرات جزایر گرمایی: شهرهای بزرگ به دلیل داشتن سطوح گسترده سخت و غیرقابل نفوذ و فاقد پوشش گیاهی، حرارت تابشی آفتاب را به سرعت جذب و خود به صورت منابع ساطع کننده انرژی گرمایی عمل میکنند. چنین حالتی را اصطالحا پدیده ی جزیره ی گرمایی )Urban Heat Island( میگویند. در این صورت دستگاه های هواساز و خنک کننده افزایش پیدا میکند که این خود بر میزان مصرف انرژی می افزاید و پدیده انتشار گازهای گلخانه ای که مهمترین عامل تخریب الیه اوزون میباشد تشدید خواهد شد. نتیجه تحقیقات نشان داده است اختالف دمای قابل توجهی بین نواحی فاقد پوشش گیاهی با نواحی دارای پوشش گیاهی وجود دارد. -3خنک سازی محیط: خنک سازی محیط و حفاظت ساختمان ها در برابر گرما از دیگر فواید ایجاد ساختمان های سبز در شهرها میباشد، زیرا که شاخ و برگ گیاهان، ساختمان را در برابر اشعه های خورشید محافظت و درجه حرارت و رطوبت محیط داخل ساختمان را کنترل می نمایند. -4کاهش آلودگی هوا: گیاهان، آالینده های هوا را از طریق روزنه های خود جذب کرده، عالوه بر این آنها به طور غیر مستقیم از طریق تراوشات خنک کننده، آلودگی هوا را کاهش میدهند. -5کاهش دی اکسید کربن: سوزاندن سوخت های فسیلی، دی اکسید کربن را به عنوان یک محصول جانبی احتراق منتشر مینماید. دی اکسید کربن به دلیل اینکه از جمله گازهایی است که مانع انتقال انرژی گرمایی نزدیک سطح زمین به سطوح باالتر میشود، به عنوان یک عامل مداخله گر، اثر گلخانه ای را افزایش داده و دمای محیط را باال میبرد. کربن جزء اصلی ساختار گیاهان بوده و به طور طبیعی در بافت های گیاهی از طریق فتوسنتز و در بستر خاک تجزیه میشود. -6 کاهش انتقال حرارت از طریق ذخیره انرژی ساختمان: ساختمان های سبز از تابش اشعه های نور خورشید محافظت به عمل می آورند. ساختمان های سبز از طریق کاهش نوسانات گرمایی بر روی سطح خارجی بام و از طریق افزایش ظرفیت گرمایی الیه های سقف به خنک سازی فضای زیر بام در طی تابستان و گرم ماندن آن در زمستان کمک می نمایند. مواردی که باعث کاهش انتقال حرارت در ساختمان های سبز میشود عبارت اند از: افزایش ظرفیت گرمایی سقف، حفظ رطوبت، کاهش جذب آفتاب. به این ترتیب در زمستان اتالف انرژی کمتری از داخل به خارج و در تابستان انتقال گرمای کمتری از خارج به داخل وجود خواهد داشت. ]11[

روش های طراحی و ایجاد ساختمان های سبز در شهرها
به طور کلی برای ایجاد ساختمان های سبز در شهرها باید از سطوح سبز استفاده شود که شامل سطوح سبز عمودی و افقی است . سطوح سبز عمودی یا دیوار سبز شامل نماهای سبز، دیوارهای زنده داخلی و خارجی سبز و دیوارهای سبز محوطه میباشد و سطوح سبز افقی شامل بام باغ ها یا بام های سبز میشود.

سطوح سبز عمودی یا دیوار سبز

دیوار سبز فناوری نوینی است که امروزه جایگاه خود را به آرامی در شهرهای معاصر جهان پیدا میکند. دیوار سبز به دیواری گفته میشود که به صورت سازه مستقل و یا بخشی از یک ساختمان، با پوشش گیاهی پوشانده شده باشد. انواع دیوارهای سبز از نظر اجرا شامل نماهای سبز )Green Facades( و دیوارهای زنده ی داخلی و خارجی )Living Walls( و دیوار های سبز محوطه میباشند و انواع دیوارهای سبز از نظر تصفیه هوا به دو نوع فعال و غیرفعال دسته بندی میشوند.

نماهای سبز
نمای سبز، نوعی دیوار سبز است که در آن گیاهان میتوانند در زمین کاشته شوند یا در گلدان هایی در ارتفاع قرار گیرند. در نماهای سبز سنتی یا مستقیم گیاهان باال رونده بی واسطه و بدون حائل به دیوار متصل میگردند و باال میروند. نماهای سبز دو پوسته یا غیرمستقیم با استفاده از یک سازه نگهدارنده به دیوار متصل میشوند. ساختار داربست این نوع نماها میتواند از جنس های مختلفی چون چوب، فلز و یا شبکه توری باشد. ]13[

شکل-1 راست: سیستم مستقیم، گیاهان بی واسطه به دیوار چسبیده اند چپ: سیستم غیرمستقیم،اتصال نمای سبز با سازه نگهدارنده ]46[

نماهای سبز را به سه روش سیستم پرده ای یا پانل های شبکه مدوالر )Modular Trellis Panel system)، سیستم کابلی )Cable System( و سیستم شبکه توری )Wire-Rope Net System( میتوان طراحی و اجرا نمود. سیستم پانل های شبکه مدوالر، سبک و از جنس شبکه استیل گالوانیزه بوده و به گونه ای طراحی میشود که نمای سبز را با فاصله ای از سطح
دیوار نگه میدارد. پانل های مشبک، به صورت مدوالر در کنار هم قرار گرفته و میتوانند سطح بزرگی را پوشش دهند، به این پانل ها همچنین میتوان فرم منحنی داد. ]13 [

شکل-2 سیستم پانل های شبکه مدوالر در نمای سبز ]41[
سیستم کابلی برای نگهداری از گیاهان رونده ی پر شاخ و برگ و با رشد سریع بکار میرود. این سیستم از یک سری توپی، غالبا از جنس فوالد ضد زنگ تشکیل شده است که قابلیت عبور کابل ها و کشش و انقباض آنها از میان یکدیگر جهت شکل گیری شبکه مورد نظر فراهم میباشد . توپی ها به کمک پیچی که از مرکز آن عبور میکند به سطح دیوار نصب میشوند. نحوه قرارگیری و فاصله بین توپی ها بر روی دیوار مطابق با طرح خاص انتخابی خواهد بود. سیستم شبکه توری، اغلب برای نگهداری از گیاهانی است که رشدی آهسته داشته و به پشتیبانی بیشتری نیاز دارند. سیستم شبکه توری انعطاف پذیرتر از سیستم کابلی بوده و قابلیت طراحی متنوع تری را داراست. ]16[

شکل-3 راست: سیستم کابلی چپ: سیستم شبکه توری ]46[

دیوار زنده داخلی و خارجی
دیوارهای زنده، ترکیبی از پانل ها با پوشش گیاهی است که به صورت عمودی و توسط سیستم سازه ای سبکی، با فاصله ای اندک به نمای ساختمان نصب شده و خود ایستا میباشند. از دیوار های زنده میتوان در فضاهای داخلی و خارجی ساختمان استفاده نمود. این دیوارها بسته به جنس صفحات، نوع بیرونی و داخلی آن، جزییات اجرایی متفاوتی دارند. دیوار زنده در مقایسه با نمای سبز، سیستم پر هزینه تری محسوب شده و به نگهداری بیشتری از نظر آبیاری و تامین مواد افزودنی برای گیاهان نیاز دارد. دیوارهای زنده شامل سیستم مدوالر و نمد صنعتی میباشند. سیستم مدوالر یک محفظه پر شده با محیط کشت قابل رویش متصل به دیوار است که انواع آن سیستم جعبه ای و سیستم پاکتی است. در سیستم جعبه ای، مدول ها به عنوان جایگاه رشد گیاه داخل قاب حمایتی فلزی قرار میگیرند و قابلیت جدا شدن از دیوار و یا جایگزین شدن برای تغییر را دارا میباشند. هر مدول شامل یک کیسه خاک است که در آن گیاهان سبک در گلخانه از قبل کاشته شده اند و سیستم آبیاری آن قطره ای میباشد. سیستم پاکتی شامل ظروف باغبانی انعطاف پذیری بوده که دارای مانع رطوبتی هستند.