بخشی از مقاله
خلاصه:
هزینه و مصرف بالای انرژی، همواره یکی از دغدغه های مهم جهانی در دهه های گذشته بوده است .لزوم حفظ انرژی و توسعه ی پایدار در ساختمان، باعث شده است تا دیدگاه های جدیدی نسبت به سیستم های غیر فعال خورشیدی شکل گیرد .از آنجا که پوسته های ساختمانی مرز بین فضای داخل و خارج ساختمان هستند، نقش مؤثری در کاهش مصرف انرژی بر عهده دارند. نماهای دوپوسته یکی از بهینه ترین گزینه ها در مدیریت تعامل بین فضای داخلی و خارجی ساختمانها می باشند.یک نمای دوپوسته ی ایده آل امکان تنظیم گرما، سرما،تهویه، نورو صدا را فراهم می کند.
به طور کلی با استفاده از سیستم نمای دوپوسته بار گرمایشی ساختمان به صورت چشمگیری کاهش مییابد . زیرا هوای موجود در حفره میانی، ساختمان را از سرما محافظت می کند. به علاوه گرمای موجود در حفره میانی می تواند بازیافت شود و در گرمایش مناطق سرد ساختمان به کار برده شود. اما بار سرمایشی یک ساختمان با نمای دو پوسته افزایش می یابد. در واقع انتقال حرارت به واسطه تابش مستقیم خورشید و عبور گرمای موجود فضای میانی به پوسته داخلی موجب افزایش فزاینده دما ،در محیط داخلی می شود.
با توجه به این موضوع برای رسیدن به آسایش حرارتی و کاهش بار سرمایشی در فصول گرم ، همراه با تامین نور طبیعی بهینه در فضاهای داخلی بدون ایجاد حس خیرگی، تعبیه ی سایه بانهایی درداخل حفره میانی یا روی پوستهی خارجی به عنوان ساختار غیرفعال سرمایشی ,میتواند بار سرمایش بنا را در دوره گرما کاهش دهد .در این پژوهش در نظر است بر مبنای معماری بیونیک و با استفاده از مطالعات کتابخانه ای ،تحلیلی و الهام از ساختار و مکانیزم عملکردی گل شبدر ایرلندی سایه اندازی هوشمند طراحی شود که بتواند به کمک نوع خاصی از محرکهای پنوماتیکی ،با تغییر در زاویه ی پنل هایش در مقابل تغییرات حرارتی و شدت نور محیط پاسخگو بوده و تا حد امکان مصرف انرژی را بهینه سازد.
مقدمه:
با پیشرفت معماری درقرن بیستم و شروع جنبش مدرن، ابعاد و تعداد پنجره های بکار رفته درساختمانها، دیگر مثل گذشته تحت تأثیر ملاحظات سازه ای، محدود نمی شوند و حتی این امکان وجود دارد که دیوارهای پیوسته ی شیشه ای ایجاد نمود. [1] با این وجود، شیشه به عنوان پوسته ی خارجی ساختمان از لحاظ اتلاف انرژی حرارتی، ضعیف ترین بخش ساختمان محسوب می شود و مشکلاتی از جمله اتلاف حرارتی، میعان وگرمای فوق العاده زیاد در تابستان و سرد شدن سریع فضاها در زمستان را به همراه دارد، از این رو ضرورت استفاده ازدستگاه های مکانیکی برای تنظیم عملکرد نمای ساختمان بیش از پیش احساس می شود .
علاوه بر مقوله انرژی، عملکرد اکوستیکی این ساختمانها بسیار پایین است، در نتیجه توانایی مقابله شان در برابر تغییرات آب و هوایی پایینتر از حد انتظار است. برای رفع مشکلات فوق، ایجاد یک جداره ی حرارتی کارآمد در ساختمان، با رویکرد طراحی پایدار برای به حداکثر رساندن جذب گرما در زمستان و دفع گرما در تابستان بسیار مؤثر می باشد . در این میان نماهای دو پوسته یکی از بهینه ترین انتخاب ها در مدیریت تعامل انرژی بین فضای داخلی و خارجی ساختمانها هستند. اصطلاح نمای دوپوسته در واقع همان ایده ی نمای انعطاف پذیر متشکل از دو جداره مختلف است که با یک حفره ی هوایی میانی از هم جدا شده اند .
حفره ی میانی وظایف جمع آوری تابش خورشیدی در زمستان - اثر گلخانه ای - و یا تخلیه ی آن در تابستان - تهویه ی طبیعی - را به عهده دارد .لایه ی خارجی معمولا از جنس شیشه بوده در حالیکه لایه ی داخلی از هر جنسی تشکیل خواهد شد اماعمدتاٌ جداره خارجی فضای داخلی دارای جرم حرارتی می باشد .حفره میانی از طریق جریان هوای وارد شده به واسطه خاصیت شناوری تهویه می شود .
گرمایی که به فضای داخلی منتقل می شود، مجموع انرژیهای جذب شده از سطوح شفاف و خروج مجدد انرژی از پوسته داخلی و همچنین انرژی دریافتی از هوای تهویه شده است .در طی تابستان ،در مناطقی با اقلیم گرم ،دما در حفره میانی به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد به همین دلیل منجر به افزایش خیلی زیاد بار سرمایشی مورد نیاز ساختمان می شود[2] به همین دلیل استفاده از راهکار طبیعی سرمایش در نمای دو پوسته بسیار مهم است .یکی از راهکارهای طبیعی سرمایش استفاده از سایه بان ها می باشد.
توسعه ی تکنولوژی نمای دوپوسته در اقلیم های سرد آغاز شد.اولین نمای دوپوسته ی واقعی درسال 1903 درآلمان ساخته شد و به دنبال آن پیشرفت های بعدی نمای دوپوسته دراواخر دهه ی 70 به اوج رسید . درسال 1978 گروه معماری کنون 1 باکمک هوک 2،ساختمان اداری هوکر 3 را درنیویورک طراحی نمود .این اولین طراحی نمای دوپوسته بودکه همزمان طراحی سیستم تهویه را نیز مدنظر قرارداد.[3] - شکل - 1
باپذیرش نماهای دوپوسته در اروپا، آمریکای شمالی و ژاپن بعد ازسال 1980 ، این سیستم گسترش چشمگیری یافته است[1] .دراواخردهه ی 90 ، دلایل زیست محیطی در درجه ی دوم اهمیت قرارگرفتند، وایده های زیبایی شناسانه وهندسی مورد توجه قرارگرفت . با این حال، درسال 1998رنزوپیانو، سازگارترین سیستم نمای دوپوسته راطراحی کرد [4].مقطع قسمتی از برج دبیس 1برلین که توسط رنزو پیانو طراحی شده است در - شکل - 2 نشان داده شده است.
یک پوسته کارآمد میتواند مانع ورود نور ناخواسته به داخل فضا گردد و قابلیت تنظیم نور و جذب مستقیم خورشیدی به داخل ساختمان را داشته باشد. بنابراین می بایست همانند یک ساختار طبیعی و ارگانیسمی زنده نسبت به شرایط متغیر محیط عمل کند. بدین صورت است که انتظار میرود ساختمانهای جدید با محیط اطراف خود تطبیقپذیرتر بوده و پاسخگوی شرایط متغیر اقلیمی سالانه ی آن باشند، از این رو استفاده از این عناصر میتواند موجب بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها شود.
طبیعت منبع الهام بسیار خوبی برای طراحی عناصر تطبیق پذیر است ،ارگانیسم های زنده قدرتی استثنایی برای ادامه ی حیات در شرایط مختلف دارند و نکته ی مهم اینجاست که تطبیق پذیری در طبیعت تنها مسئله زنده ماندن نیست ،بلکه زندگی با کمترین هاست و این یعنی بهره وری . این مقاله با توجه به اطلاعات موجود در رابطه با نماهای دوپوسته ،در ابتدا به معرفی اجزا نماهای دوپوسته و معرفی تجهیزات سایه انداز خورشیدی و انواع آن پرداخته، ،در ادامه ، مراحل الگوبرداری از طبیعت برای دستیابی به نمونه ای از سایه اندازهای متحرک و تطبیق پذیر در معماری معرفی می گردد.
در پژوهش هایی با رویکرد بایونیک که برای یافتن پاسخ سوالات فنی به مثالهای طبیعت رجوع می شود ،یکی از مهم ترین و چالش برانگیزترین قسمت های پژوهش ،به روش انتقال الگوها از طبیعت به حوزه ی مورد نظر ارتباط پیدا می کند که در این مقاله سعی شده یک روش برای انتقال قوانین طبیعت به الگوهای قابل استفاده در معماری توضیح داده شود.
سپس به معرفی نوع خاصی از محرک های پنوماتیک پرداخته شده که از طریق آن قادر خواهیم بود مکانیزم باز و بسته شدن گیاه شبدر ایرلندی را در پنلهای سایه انداز شبیه سازی کنیم.در نهایت عملکرد حرارتی نمای دوپوسته با سایه اندازهای متحرک بررسی می شود تا بتوانیم محل مناسبی برای قرارگیری تجهیزات سایه انداز تعیین نماییم.
