بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مسائل بسیار مهم در مجامع علمی جهان معاصر، معماری زیست محیطی است. این نوع معماری ملاحظات محیطی و سازگاری با اقلیم را مد نظر دارد فقدان الگوهای همساز با اقلیم به خصوص در زمینه فضاهای خدماتی نظیر فضاهای آموزشی، پزوهش در این زمینه را اجتناب ناپذیر می کند. موضوع دیگری که در بحث ساختمان از ابعاد کمی، کیفی، بهره وری مهندسی و اقتصادی اهمیت بسیاری دارد مدیریت جامع انرژی در ساختمان است.
مدیریت جامع انرژی عبارت است از راهبری الگویی منسجم و سیستماتیک جهت صرفه جویی در مصرف انرژی به منظور ارتقای کارایی یا بهینه سازی مصرف انرژی، انتخاب الگوها و اتخاذ روش ها و سیاست هایی در مصرف انرژی که از نقطه نظر اقتصاد ملی مطلوب باشد. در این مقاله به بررسی مقوله کاهش مصرف انرژی به خصوص انرژی های فسیلی در ساختمان و معرفی معیارهایی پرداخته که جوابگوی نیازهای فضاهای با کاربری های آموزشی باشد و نیز پاسخگوی تمهیدات و ملاحظات مورد نیاز در کاهش مصرف سوخت بدون کاهش کیفیت زندگی، در این گونه ها فضاها باشد.
با توجه به نظری بودن موضوع پژوهش، روش تحقیق به صورت اسنادی و بررسی متون بوده و عمده ترین منابع مورد استفاده کتاب ها و مجلات تخصصی، طرح های پژوهشی مرتبط و استفاده از شبکه جهانی اطلاع رسانی می باشد. در عین حال که درجهت دسته بندی نظریه پردازان مختلف پس از مرحله جمع آوری اطلاعات، با توجه به ماهیت داده های تحقیق، تحلیل تئوری ها و نظریات انجام می شود. داده ها بر اساس استدلال منطقی تحلیل شده، در نهایت نیازها و شرایط لازم برای ایجاد شرائطی که فضاهای مناسب و جوابگوی محیط های آموزشی در اقلیم گرم و خشک به دلیل گستردگی آن در ایران با توانایی بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر و کاهش اتلاف انرژی را داشته باشد، معرفی می شوند.
مقدمه
یکی از ابزارهای بسیار مهم جهت فراهم آوردن شرایط آسایش برای انسان و نیز کمک به حفظ و صرفه جویی در مصرف انرژی، طراحی معماری اصولی و منطبق با شرایط و احکام مرتبط ساختمان ها به عنوان ها مکانی برای حفظ یا اتلاف انرژی می باشد و توجه به نوع کاربری ساختمان و نیز استفاده خصوصی ویا عمومی آن بسیار حائز اهمیت می باشد. مدارس از جمله ساختمان های عمومی پر مصرف می باشند که مطالعه میزان مصرف انرژی آن ها و نیز ارائه راهکارهایی جهت طراحی اصولی آن ها در راستای نیل به اهداف توسعه پایدار می تواند به میزان زیادی از اتلاف انرژی در این مکان جلوگیری و دارای قوه پتانسیل جهت حفظ انرژی نیز باشند و کمک کرده تا این مدارس به مدارس سبز یا پایدار تبدیل شوند
واقعیت این است که ساختمان های ایران به طور متوسط -30 22 مترمکعب گاز مصرف می کنند و این عدد در اروپا 5/5 است. یعنی ایرانیان 4 تا 6 برابر اروپاییان گاز مصرف می کنند و در حوزه برق، سرانه مصرف برق در ایران 3 برابر میانگین جهانی است.متوسط مصرف جهانی برق در دنیا برای مشترکان خانگی، 900 کیلووات ساعت است که این میزان در ایران 2900 کیلووات ساعت برآورد شده است. در ضمن مصرف انرژی هر 10 سال یک بار در ایران حدود دو برابر می شد که اکنون با هدفمند سازی یارانه ها و افزایش قیمت حامل های انرژی، این عدد کاهش یافته است
محدود بودن منابع انرژی طبیعی و هزینه های سرسام آور تولید انرژی های مصنوعی، کارشناسان را بر آن داشته تا در بخش های مختلف صنایع به موضوعی تحت عنوان " مدیریت انرژی" و "مدیریت مصرف" روی آورند. رعایت استانداردهای مصرف انرژی های گوناگون مانند سوخت، برق، گاز و... موجب کنترل مصرف و استفاده صحیح خواهد شد. همان گونه که برای هر فرد در طرح های معماری نیز استانداردها و سرانه هایی در نظر گرفته شده است. مصرف صحیح و کنترل شده، زمان اتمام انرژی های موجود را کاهش می دهد زیرا منابع انرژی محدود بوده و روزی تمام می شود. بررسی های انجام شده نشان می دهد که استفاده از سیستم های کنترل هوشمند در ساختمان های مسکونی تا 15درصد و در ساختمان های عمومی و تجاری تا 40 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی به دنبال خواهد داشت
مطالعات انجام شده در زمینه کاربری های آموزشی به چند دسته کلی تقسیم می شود. بخشی از مطالعات انجام شده در حیطه علوم انسانی و به بعد روان شناختی، تاثیر کیفیت فضاها در سطح یادگیری و افزایش خلاقیت و عواملی که در طراحی فضاها می تواند به ارتباط بیشتر کاربران با محیط و ارتقا اهداف آموزش و پرورش در این گونه کاربری ها می پردازند. بخش دیگری از مطالعات به ویژگی های کالبدی و کیفیت فضاهای آموزشی می پردازند و طیف وسیعی از عوامل مختلف مانند مکان یابی مناسب، استفاده از مصالح و تکنولوژی های روز، تا تاثیر اقلیم و معماری بومی و مباحثی از این دست را در بهبود و ارتقا فضاها را بررسی می کنند.
این گونه مطالعات، فضاهای آموزشی را به عنوان موجودیتی ساختاری – ساختمانی مورد ارزیابی قرار می دهند و نتایج آن ها در افزایش کیقیت کالبدی محیط آموزشی چه در مقوله فضاهای بسته و چه در مقوله فضاهای باز تاثیر قابل توجهی دارند و راهکارهای ارائه شده در این بخش از تحقیقات، کیقیت فضاها در زمان بهره برداری افزایش خواهد داد. بخش سوم مطالعات شامل تعیین و پیشنهاد برخی از قوانین و رهنمودهایی می شود که با استفاده از آن ها یک یا چند مورد از مباحث کارآیی فضایی، تطابق با نظام آموزشی، تطابق با رویکردهایی مانند معماری پایدار را پاسخگو باشد. در نهایت می توان به مقررات و قوانین اجرایی طراحی فضاهای آموزشی نام برد.
اهمیت تاثیر اقلیم بر معماری، انجام مطالعات و پژوهش های جامعی را در این زمینه ایجاب می کند. به ویژه در کشور ما که تنوع شرایط اقلیمی در آن کاملا مشهود است. انجام تحقیقات گسترده در این زمینه امری اجتناب ناپذیر است. به طور کلی این پژوهش ها به دو صورت نظری و عملی انجام می پذیرد. در وجه اول، مباحث نظری مربوط به اقلیم و ساختمان مورد بررسی قرار می گیرد و در درجه دوم، با بهره گیری از آمار آب و هوایی مناطق مختلف و انجام تقسیم بندی های اقلیمی، همچنین با استفاده از نمونه های ساختمانی مناطق مختلف اقلیمی، آزمایش ها و محاسبات دقیق صورت می گیرد
کمتر دیده شده مطالعات بر رویکرد کاهش مصرف انرژی به طور خاص و با توجه به نیازهای فضاهای آموزشی پرداخته شده باشد. مهم ترین دلایل و ضرورت های انجام این پژوهش کم توجهی به صرفه جویی در مصرف انرژی های فسیلی در ساختمان های آموزشی و بی توجهی به استفاده از تکنولوژی های قابل استفاده در بناها در طراحی فضاهای آموزشی به منظور مدیریت انرژی است. که با استفاده از تمهیدات و پیشنهادات ارائه شده در این مقاله، ضمن برآوردن نیازهای کاربری مورد پژوهش، مدیریت انرژی مناسب در این فضاها انجام شود.
نقش اقلیم در معماری
معماری هر منطقه نسبت به آب و هوا متفاوت می باشد از مراکش در افریقای شمالی تا پاکستان در کنار شبه قاره هند پهنه وسیعی از بیابان های گرم خشک و نیمه خشک وجود دارد. در شهرهایی همچون تهران، شیراز، اصفهان، دمشق، اورشلیم، عمان، مدینه، مکه، صنعا و بسیاری دیگر از شهرها و روستاها یاد گرفته اند که چگونه خانه هایی بسازند که در طور روز خنک و در طول شب گرم باشد
به طور مثال، دیوارها و بام ها را ضخیم بسازند که هم گرمای روز و هم سرمای شب را تعدیل بخشد. خیابان ها و کوچه های باریک هم روشنایی تند خورشید و هم بادهای غبار آلود را دفع می کند. مصالح ساختمانی شهرهای قدیمی خاورمیانه - سنگ و خاک - در هر منطقه به طور فراوان وجود دارد و از لحاظ معماری به صورتی زیبا و بادوام استفاده شده است.
ارزش شهرهای بیابانی و نیمه بیابانی دو چندان است زیرا آن ها خواسته های محیطی بیابان و ارزش های فرهنگی و مذهبی انسان مثل: آسایش خانواده را تبدیل به معماری کرده اند که نه تنها احتیاجات مادی - جسمانی - بلکه نیازهای اجتماعی را برآورده می سازد. معماران این شهرها از روشی استفاده کرده اند که به وسیله آب و هوای بیابانی تعیین می گردد.
در این مناطق علی رغم این که درجه حرارت در طی روز خیلی بالاست در شب به طور قابل ملاحظه ای افت می کند و خنک می شود این خنکی به خاطر کمبود رطوبت در هوای بیابان است از آن رو که رطوبت جو گرما را در خود ذخیره می کند. افت دما در شب و افزایش آن در روز ناشی از فرایند فیزیکی تشعشع است. البته گرما در طی روز از فرایند تابش زمین تاب صورت می گیرد. هنگام شب، گرما از زمین گرم شده به داخل جو باز می گردد و به هنگام غروب، هوا کاملا رو به سردی می گراید و ساختمان ها نیز خنک می شود.
برای استفاده از گرمای شب هنگام در بیابان معماران چیزی را به عنوان توده حرارتی به کار می گیرند، مواد سنگین و متراکمی چون سنگ و خاک می تواند مقدار قابل توجهی از گرمای خورشید در روز جذب کند. سنگ و خاک توده حرارتی بسیار بالا دارند و سقف ها و دیوارهای ضخیم ساخته شده با آن ها گرما را در طی روز نگه داشته و آن را تا شب در خود حفظ می کنند در صبح که توده حرارتی ساختمان ها خنک شده است، عامل خنک شدن فضای داخل می شود. این عمل در طی روز که درجه حرارت بیرون بالا می رود مؤثر واقع می شود .
کشور ایران در این زمینه بسیار غنی است؛ به طور مثال برج های بادی خشونت اقلیمی را تعدیل نموده است. اگر بادها دائما از یک جهت بوزند تونل بادی چهره ای یک طرفه خواهد داشت، که در نواحی خلیج فارس به آن ها بادگیر گویند. بادگیر عمل هدایت نسیم ها را به داخل سکونتگاه به عهده دارد. عموما به خاطر وزش باد از جهات مختلف در برخی نواحی، بادگیرهایی چند طرفه می سازند.
بادگیرها اغلب در زمانی که باد نمی وزد جهت تهویه مساکن به کار می روند. توده سخت بادگیر در هنگام شب خنک می شود، در روز بعد هوا به علت سنگینی به سمت پایین نزول می کند. ساکنین خانه اغلب پارچه های مرطوب را به روی میله چوبی های جلوی تونل بادگیر آویزان می کنند که سبب خنکی بیشتر هوای وزیده به داخل سکونتگاه می شود. در زمستان بادگیرها را نسبت به قسمت های دیگر خانه می بندند یا از آن به عنوان دودکش استفاده می کنند، که در نتیجه به هوای گرم داخل خانه اجازه صعود و خروج می دهد. توضیح بیشتر در مورد ساختمان های این نواحی؛هوای بیرون ضمن عبور از داخل تونل بادگیر و عبور از روی فواره حوض آب اثرات تبخیری به جا میگذارد که موجب شود.
استفاده از ساختمان ها گنبدی یا قوسی از لحاظ مهندسی با اهمیت است زیرا در طی گرمای شدید روز هوای بالا گرم رفته از منافذ و روزنه های بالای گنبدها خارج می شود و هوای تازه از بیرون از طریق راهروهای بازار جایگزین هوای گرم می شود. منافذ - روزنه ها - در قسمت های بالای گنبدها ساخته می شوند و عموما در تمام جهات باز بوده، اجازه خروج هوا و ورود مقدار کمی نور را می دهند. در عصر حاضر نور الکتریسیته به گونه ای فراگیر در سطح جهان جایگزین نور طبیعی شده است
اقلیم گرم و خشک
حدود %90 کشور عزیز ما ایران را مناطق خشک تشکیل می دهد و عرصه های وسیعی از آن ها را، نواحی مختلف کویری و بیابانی شامل می شوند
با توجه به تعاریفی که از بیابان و کویر ارائه شده، سختی شرایط و نامساعد بودن برخی مناطق جغرافیایی نیز معلوم می شود. به همین دلیل و از نظر بوم شناسی و جغرافیا، بعضی از مناطق جغرافیایی بویژه در مناطق خشک و بیابانی فلات مرکزی، کیفیتی از شرایط طبیعی برای زندگی و حیات موجودات زنده وجود دارد که غالبا به عنوان »شرایط سخت یا شرایط نامساعد زیستی« از آن یاد شده است. در میان مناطق نامساعد زیستی منطقه خشک و نیمه خشک از همه مهم تر است زیرا اولا وسعت آن خیلی زیاد است و ثانیا جمعیت بالنسبه زیادی در آن زندگی می کنند که به علت نامساعد بودن شرایط اقلیمی همواره با مسائل و مشکلات متعدد مواجه هستند
اقلیم گرم و خشک دومین گروه بزرگ اقلیمی کشور است. محدوده جغرافیایی این پهنه اقلیمی عمدتا در بخشهای مرکزی کشور و به صورت نوار باریکی در جنوب غربی کشور - دامنه های جنوب غربی رشته کوه های زاگرس - گسترش یافته است. تنوع عرض جغرافیایی و ارتفاع نقاط مختلف واقع در این پهنه اقلیمی بسیار زیاد است، شرایط آب و هوایی کلیه زیرگروه های اقلیمی این گروه در زمستان امکان بسیار زیادی را جهت استفاده از انرژی خورشیدی در گرمایش ساختمان به وجود می آورد و به همین دلیل تقریبا در کلیه زیرگروه های واقع در این پهنه اقلیمی درصد امکان بهره گیری از انرژی خورشیدی بالاتر از درصدهای نیازهای دیگر است. درجه حرارت بالا هنگام روز و گاهی هم شب ها، رطوبت نسبی پایین و بادهای پرخاک و خشک از مشکلات عمده اقلیمی این محیط به شمار می روند. پوشش گیاهی به طور پراکنده است
بر اساس گزارشات موجود، از کل مساحت ایران 165 - میلیون هکتار - ، حدود 120 میلیون هکتار در شرایط آب و هوایی خشک کویری و حدود 40 میلیون هکتار معتدل و مناسب و 5 میلیون هکتار هم کوهستانی مرتفع است. برغم چنین ویژگی هایی و شرایط حاکم بر دشت های بیابانی و کویری ایران – در گرداگرد این مناطق زیست بومهای بیابانی و کویری بسیار کهن وجود دارد. به علاوه شریط سخت اقلیمی تأثیر بسیاری بر منظر عمومی و سیمای غالب شهرها و سکونتگاه های بزرگ و کوچک در این مناطق گذاشته و به ساختار آن ها،کلیتی واحد و متراکم - و از نظر بصری نوعی ویژگی خاص اقلیمی- بومی بخشیده است
ارتفاع کم و نزدیکی به کویر، شرایط اقلیمینسبتاً گرمی را در این بخش به وجود می آورد. در این اقلیم رطوبت هوا به طورکلی پایین، و میزان بارندگی محدود است. ایجاد سایه بر روی پنجره ها، بهره گیری از انرژی خورشیدی و جلوگیری از اتلاف حرارت ایجاد شده در ساختمان در مواقع سرد سال از جمله موارد قابل توجه در این بخش می باشد. همچنین درتعیین جهت مناسب، استقرارساختمان ها در این اقلیم لازم می باشد که به جهت وزش بادهای غبارآلود توجه شود و از میان جهت های مناسب، جهتی انتخاب شودکه نمای اصلی ساختمان در حوزه تأثیر این بادها قرار نگیرد .در این اقلیم جهت استقرار ساختمان باید به گونه ای باشد که در مواقع گرم سال حداقل انرژی خورشیدی، و در ماه های سرد، حداکثر این انرژی کسب شود
مناطق مرکزی و شرق ایران و مناطق همجوار با کویر لوت و دشت کویر دارای این اقلیم می باشد که به دو ناحیه آب و هوایی تقسیم می شود:
الف - منطقه بیابانی، شامل گودی های پست منطقه مرکزی، شرقی و جنوب شرق ایران است. مانند شهرهای کرمان، یزد، زاهدان.
ب - منطقه نیمه بیابانی، دامنه ها و کوهپایه های ارتفاعات شمال، غرب و جنوب ایران، که به داخل فلات ختم می شود و کوه های منفرد مرکزی و ارتفاعات نامنظم شرقی را شامل می شود. این منطقه نسبت به منطقه بیابانی دارای رطوبت بیشتری بوده و از این رو آب و هوای نسبتا معتدل تری را دارد. مانند شهرهای مشهد، اصفهان، تهران و شیراز
در این اقلیم، زمستان بسیار سرد و تابستان بسیار گرم است، لذا ساختمان باید جهت مقابله با هر دو معضل طراحی شود. وزش باد نامطلوب و پرگرد و غبار از سمت کویر و یا مناطق خشک، دیگر معضل اقلیمی دراین منطقه است. نوسان درجه حرارت در طی شبانه روز در این منطقه زیاد است، اگر چه میزان آن نسبت به نواحی مرتفع کمتر است
عمده ترین مشکل در این اقلیم دمای زیاد هوا در طول روز، اختلاف دمای زیاد بین شب و روز، عدم وجود رطوبت، تابش زیاد آفتاب و کمبود وجود سایه، وجود فراوان بادهای نامطلوب و... است. که در جهت مقابله با هر یک از این عوامل طرح هایی اندیشیده شده است که به مرور زمان نیز کاملتر شده اند
اقلیم گرم و خشک دومین گروه بزرگ اقلیمی کشور است. محدوده جغرافیایی این پهنه اقلیمیعمدتاً در بخشهای مرکزی کشور و به صورت نوار باریکی در جنوب غربی های دامنه - کشور کوههای زاگرس جنوب غربی رشته گسترش - تنوع عرض یافته است. جغرافیایی و ارتفاع نقاط مختلف واقع در این پهنه اقلیمی بسیار زیاد است
