بخشی از مقاله
چکیده
برای رسیدن به معماری پایدار،باید از روشهای واقعی و قابل اجرا استفاده نمود. بهره گیری صحیح از نور و انرژی خورشید در ساختمانها یکی از اساسیترین پایههای استفاده بهینه از انرژی در معماری است. استفاده نکردن از مصالح ساختمانی شفاف بعنوان دستاوردهای مدرن فضاها را از شفافیت محروم میکند وچون نمیتوان از تابش خورشید استفاده مطلوب کرد،در کشور ما سایه بیش از آفتاب است.
نماهای دو پوسته یکی از تدابیری است که میتوان به کمک آن گرما، سرما، نور، باد و صدای بیرون را تنظیم نمود و آسایش ساکنین را بدون اتلاف انرژی فراهم کرد.به دلیل کم بودن تجربه عملکردی در این زمینه کارفرمایان قادر به قبول این ایده نمی باشند.
مهمترین دلیل آن هزینه اضافه جهت چندین لایه شدن نما است. مقایسه میزان سرمایهگذاری و میزان سود، نشان میدهد که ترکیب هم زمان دو لایه از نما همراه با به کارگیری سیستم تهویه کمکی، بهتر و اقتصادیتر از وجود تنها یک لایه نمای شیشهای همراه با سیستم تهویه مطبوع مجهز است.و این در حالی است که نقش آنها در صرفه جویی انرژی در جهت دستیابی به یک معماری پایدار اثبات میگردد. در این مقاله، سعی شده نماهای دو پوسته از جنبههای گوناگونی چون:اصول اولیه و کارکرد آنها،انواع نماهای دو پوسته،کارآیی و مزایای این نماها به لحاظ اقتصادی مورد توجه قرار گرفته شده است.
مقدمه
گرفتن انرژی از تابش خورشید غالباً خواستهای مؤثر و مطلوب است. از یک سو به تابش آفتاب نیاز است،از سوی دیگر باید جلو تابش را گرفت یا آن را به حداقل رساند.روش های کنترل تابش یا با ایجاد سایبانها و تولید سایه،یا از طریق نصب پرده یا کرکره چوبی یا مواد مصنوعی در برابر آفتاب بوده است. این روشها مزایایی چون انعطاف کافی در تغییر جهت در برابر اشعه خورشید و کم و زیاد کردن اثرات تابش دارند. اما معایب این روشها تأثیر مشخص و اجباری بر نما و محدود کردن دید و همچنین آسیب پذیر بودن در برابر باد و باران است. نماهای دو پوسته که به تقلید از سنتهای قدیمی ساخته می شود، محفظههایی با جدارههایی شیشهای هستند که امکان تنظیم گرما، سرما، نور و باد و همچنین سرو صدای بیرون را میدهد. در سوئیس هنوز میتوان خانههای روستایی قدیمیای را که دارای پنجرههای جعبهای هستند،یافت.این پنجرهها به گونهای ساخته شدهاند که در تابستان لنگه داخلی پنجره قابل باز شدن است و لایه بیرونی شیشه آن نیز قابل برداشته شدن است. که با این کار امکان سازگاری کامل با شرایط آب و هوایی منطقه فراهم میشود.
پیدایش نماهای دو پوسته
براساس اصول ساختمانهای اسکلتی امکاناتی برای طراحی پوسته خارجی ساختمان در اوایل قرن 20، برای معماران ایجاد شد. زیرا که دیگر اندازه، شکل و تعداد پنجرهها به واسطه ملاحظات سازهای یک محدودیت نبود.
حضور شیشه تحولی عظیم در معماری به وجود آورد، شیشه به عنوان مادهای که در عین خاصیت جداکنندگیاش میتواند به چشم نیز نیاید، ساختمانها را به سمت سبکی و ماده زدایی هر چه بیشتر پیش برد. اما محدودیتهای فیزیکی ساختمان و فاکتورهای راحتی انسان همچنان به عنوان قیود طراحی وجود داشتند. به کارگیری سیستمهای مکانیکی یعنی اینجا رفاه دائمی برای کاربران بدون در نظر گرفتن هیچ قید و شرطی، ناشی از عدم آگاهی از مباحث مطرح در محیط زیست بوده و باعث اتلاف انرژیهای بسیار گردید.
با ایجاد بحرانهای اخیر، تلاشی مبنی بر شناخت راه حلهای معماریهای بومی که سعی در استفاده بهینه از انرژی و منابع میکردند، صورت گرفت.نتیجه تمام تحقیقات نشان میداد که نماها بایستی با کیفیتی بهتر، و به گونهای طراحی شوند که امکان مقابله و مواجهه با باد و باران و گرما و رطوبت را داشته باشند. تحول در تکنولوژی پنجره، برای مطابقت داشتن با شرایط آب و هوایی ویژه، ریشه در پنجرههای جعبهای مانندی دارند که در این نوع ساخت و سازهها، شیشه به عنوان یک جداره سنتی با یک شیشه خارجی دیگر همراه میشود. این پنجرهها فریمی با دو قاب پنجره به موازات یکدیگر دارند که ضریب انتقال گرمایی را به حداقل میرساند.
اینگونه از پنجرهها هنوز در بسیاری از خانههای مربوط به قرن 19 و 20 یافت میشوند. به خصوص در شهرهای اروپایی مرکزی مثل برلین، وین، پراک و بوداپست. در اواخر دهه 1950 پنجرههایی ساخته شدند که بر مبنای پنجرههای جعبهای دو شیشه داشتند.در این نوع جدید لنگه درونی و بیرونی به طور مکانیکی به هم متصل بودند و همانند یک پنجره تک شیشهای برای تهویه درون باز میشدند.در این پنجرهها یک فریم به جای دو فریم کار میشود. در بعضی موارد پردههایی به عنوان آفتاب شکن در بین دو لایه قرار میگیرد که در اصل برای جلوگیری از خیرگی میباشد. فاصله دو شیشه در میزان عایق بودن پنجره بسیار مؤثر است. اگر فاصله دو شیشه از حدی خاص کمتر - و یا بیشتر - باشد کارآیی چندانی ندارد.
در دهه 70 میلادی به عنوان عکس العملی به بحران نفتی، علاقه ای به صرفهجویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست پدید آمد. در همین راستا، با به وجود آمدن گرایشهایی با عنوان معماری حساس به محیط، تحولی در پوسته خارجی ساختمان به وجود آمد. و همچنین معماران به امکان بهره برداری از توده ساختمان و انعطاف پذیری آن در تهویه و حفاظت در برابر آفتاب آگاه شدند. در اروپا هم استفاده غیر فعال از عایق به جهت صرفه جویی انرژی به طور فزایندهای مورد بحث قرار داشت.
به طور کلی شیشهای ایده آل است که حداکثر نور را از خود عبور داده و لی جابجایی انرژی در آن کم باشد.فقط در سالهای 1990 بود که پیشرفت بزرگی با تولید نوع ویژهای از شیشههای ضد آفتاب با قابلیت عبور نور بالا به دست آمد.
از جمله ساختمانهای سازگار با محیط زیست عبارتند از: ساختمان "کامرس بانک" فرانکفورت اثر نورمن فاستر و شرکا 1991 تا 1997، دفتر مرکزی آر. دبلیو. ای. در اسن، اثر "اووردیک و شرکا" -1997 1991 و دوسلدورف اشتادتور اثر "پتزینکا پینک و شرکا".
نمای دو پوسته:
بنا به تعریف میتوان نماهای دو پوسته را این چنین تعریف کرد: یک جفت پوسته شیشهای که به وسیله دالان هوایی از هم جدا میشوند. لایه اصلی شیشهای را به طور معمول عایق بندی میکنند. این فضای هوای بین لایههای شیشهای به صورت عایق، در مقابل دما، باد و صدا عمل میکند. دستگاههای آفتابگیر غالباً بین دو پوسته قرار میگیرند. تمام عناصر را میتوان به صورت متفاوت با چندین جایگشت و ترکیب از غشاهای توپر و شفاف، مرتب و منظم کرد.
در نماهای دو پوسته، امکان تهویه طبیعی از طریق مکش هوای مابین دو لایه شیشه نیز وجود دارد، که شدت آن هم قابل کنترل میباشد.
امروزه کاربران به طور فزایندهای خواستار تهویه طبیعی هستند، که باعث افزایش تقاضا برای تهویه از طریق پنجرههای باز شونده شده است. شاید این عکس العملی در برابراستفاده بی رویه از سیستمهای تهویه مطبوع بوده که مرتباً به عنوان نشانهای از ساختمانهای بیمار معرفی میشوند. کم کردن مصرف انرژی در بناها، ابتدا با مراقبت و کنترل توسط مصرف کنندهها، سپس به حداکثر رساندن ایزولاسیون حرارتی- برودتی بنا آغاز شد به این طریق مصرف انرژی تا حد زیادی کم شد.
اما مسئله بیماریهای ساختمان یا به عبارتی خفگی و کمبود تهویه در ساختمانها مطرح شد که ناشی از شیوههای تأسیساتی جدید و مسدود کردن فضا برای به حداقل رساندن افت حرارتی از طریق نشت هوا بود. در بین ویژگیهای گوناگون نماهای دو پوسته، مهمترین ویژگی را میتوان قدرت تطابق آن با نیازهای فصل دانست. نمای هوشمند که امروزه بسیار مورد پسند قرار گرفته است،در واقع همان ایده نمای منعطف با کنترل هوشمند است. نخستین نمونهها ساختمانهای هوشمند به دهه هشتاد قرن گذشته میلادی برمیگردد.
پروژه - ساختمان سبز - در لندن - فیوچر سیستم - و - ووه آروپ و شرکا - طراحی کردند. شکل آیرودینامیک و تخم مرغی ساختمان باعث کمک به جریان هوا در ساختمان و در فضای بین دو پوسته نما با شیشههای دوجداره میشوند. در این پروژه، ایده اصلی عبارت از استفاده از جریان هوای طبیعی د رآتریوم مرکزی و فضای بسته بین دو پوست نما. بدین تربیب در تمام طبقات و دفاتر ساختمان هوای تازه جریان پیدا میکند.اگرچه کارشناسان در ارزیابی کارآیی عملکرد و صرفه اقتصادی نماهای دو پوسته اختلاف نظر دارند. بنا به تحقیقات انجام شده،در اکثر نماهای دو پوسته نتیجه خوبی به دست آمده است. البته نوع ساختمان و فرم ساختار آن تا حد امکان بایستی مطابق با شرایط خاص این نماها باشد.
شکل :1 نمای دوپوسته
عناصر تشکیل دهنده نمای دوپوسته
نمای دو پوسته بر اساس اصول چند لایهای ها شکل گرفته است.این نماها شامل یک نمای خارجی، یک فضای میانی و یک نمای داخلی است. لایه خارجی وظیفه حفاظت در برابر هوا را دارد و همچنین عایقی صوتی در برابر سرو صدای خارجی استمعمولاً. نیز دارای بازشوهایی برای تهویه فضای میانی و اتاقهای داخلی میباشد. جریان هوا از طریق فضای میانی دو پوسته و به وسیله جریان هم رفتی و یا مکش فعال میشود.برای دست یابی به تطابق با شرایط محیطی،این امکان نیز وجود دارد که بازشوهای لایه بیرونی کاملاً بسته شود.استفاده توامان از شیشه و فلز در معماری از فاکتورهای مهم در طراحی نماهای دو پوسته هستند.از سیستم های مبتکرانه، مانند شیشههای الکتروکرومیک نیز میتوان در یکی از لایههای نما استفاده کرد.
شیشه
به طور کلی شیشهای ایده آل است که حداکثر نور را از خود عبور داده ولی جابجایی انرژی در آن کم باشد.در سالهای 1990 پیشرفت بزرگی با تولید نوع ویژهای از شیشههای ضد آفتاب با قابلیت عبور نور بالا به دست آمد.این شیشهها راه حل مناسبی برای شرایطی هستند که امکان نصب سیستمهای آفتاب شکن قابل تنظیم بر روی آنها وجود ندارد.پیشرفتهای بعدی در راستای مرغوبیت بخشی در زمینه فیزیک ساختاری بود. امروزه زمینه انتخاب گستردهای برای تهیه سیستمهای افتراق نور و موانع نوری مستقیم وجود دارند.به طور مثال عایقهای خرارتی شفاف،لوورهای شیشهای،شبکههای ریز و منشورها قابل تهیه میباشند.
شیشه بر اساس خواص ظاهری و نحوه ساخت به چند نوع تقسیم میگردد:
شیشههای معمولی :که خود به انواع دیگر قابل تقسیم میباشد: شیشههای رنگی با ترکیب اکسیدهای فلزی با رنگهای سبز، آبی، طوسی و برنز، که بخش قابل توجهی از انرژی تابشی خورشید را جذب مینماید. امروزه انواه شیشههای رنگی مانند ترموکرومیک، فتوکرومیک نیز وجود دارند.
شیشههای فوق رنگی که امکان فیلتر کردن اشعه مادون قرمز را نیز دارا میباشند که در نتیجه گرمای کمتری انتقال پیدا خواهد کرد،در حالیکه نور همچنان عبور میکند.
شیشههای لمینیت شده که در ساخت آن یک لایه پلی وینیل در میان دو شیشه قرار میگیرد که از خواص آن پراکنده شدن تکههای شیشه به هنگام شکستن، عایق صوتی و حرارتی و امکان کنترل اشعههای UV ، کنترل شکست و اعوجاج تصاویر،امکان ضد سرقت کردن شیشه.
شیشههای بازتابدار از انواع دیگرشیشه میباشد که به دو روش ساخته میشوند. در روش اول پوششی فلزی روی شیشه پاشیده میشود که در نتیجه آن شیشههایی با درجههای متنوعی از بازتاب و رنگ تولید میگردد.در روش دیگر شیشه باردار شده در مجاورت فلز قرار گرفته و اتمهای فلز از سطح آن خارج شده به سطح شیشه میچسبد.
شیشههای دولایه که عایق مناسبی هستند و از قرار دادن جداره دو شیشه فاصله دار از یکدیگر تشکیل شدهاند.بین دو شیشه از هوا یا گاز دیگری پر شده است.
فلز
سهولت اجرا، بافت و نمودهای متنوع،مقاومت در برابر باد از مزایای به کارگیری فلزات در نمای ساختمانها میباشد.فلزات در چند حالت کلی در نما به کار گرفته میشوند:
ورقهای فلزیمورد استفاده برای نما، مس، سرب، روی و اخیراً استنلس استیل میباشد که با سه روش استفاده : - 1 رولهای فلزی -2 ورقهای فلزی فرم داده شده -3 اتصالهای فرو رفته در نما،قابل اجرا میباشند.
ورقهای فلزی کامپوزیت که نسبت به ورقهای فلزی نیاز به اتصالات کمتری جهت نصب در نما دارند. پانلها در دو جهت عمودی و یا افقی به سازه نما، به صورت خشک متصل میشوند.
ورقهای مش استنلس استیل،به عنوان پوسته دوم، در روز با ایجاد جلوهای از نمای فلزی و درخشان، حریمی خصوصی در پشت خود ایجاد کرده و در شب، همچون پردهای عمل میکند. که با نورپردازی بر سطح آن، امکان ایجاد جلوههای فلزی و درخشان در شب نیز فراهم میشود.
لوورهای فلزی در حالتهای افقی یا عمودی که اغلب در دو منظور مورد استفاده قرار میگیرند: مقاومت در برابر باد و سایه اندازی.
شکل :2 تصاویر شماتیک ازنمای دوپوسته
فضای هوا
طراحی مناسب فضای هوا برای نماهای دو پوسته بسیار مشکل است. این فضا، تغییرات در کسب انرژی، تهویه بهتر، کنترل صدا و مزایای دیگر را فراهم میکند.و به دو صورت: پیوسته یا تقسیم بندی شده وجود دارد.
شکل :3 نحوه کارکرد نمای دوپوسته
فضای هوای پیوسته: نمای تقسیم بندی نشده از اثر دودکش بهره میبرد.در روزهای گرم،هوای گرم در قسمت بالای فضای میان دو پوسته جمع میشود. دریچهای در بالا هوای گرم را خارج میسازد و هوای سرد از بیرون جایگزین میشود. فضای هوای تقسیم بندی نشده میتواند به آتریوم تغییر کاربری داده شود، این حالت میتواند با اشغال کم مثلاً در رستوران یا فضاهای اجتماعات کوچک به کار برده شود .همچنین گیاهانی در این فضا برای فیلتر کردن و مرطوب کردن هوا استفاده میشود که در ضمن همانند سایه بان نیز عمل میکند.
فضای هوای تقسیم بندی شده: فضای هوای تقسیم بندی شده میتواند گرمای زیادی در طبقات بالا را همانند صدا و دود کاهش دهد. تقسیم بندی طبقه به سادگی ساختمان میافزاید که خود موجب صرفه جویی اقتصادی میشود.نماهای دالانی این فضا،هوای تازه را به هر طبقه وارد میکنند و امکان به حداکثر رسیدن تهویه طبیعی را فراهم میآورد.
