بخشی از مقاله
نمای دو پوسته، گامی به سوی معماری پایدار (بررسی کارکرد نمای دو پوسته در اقلیم معتدل و مرطوب)
چکیده
معماری پایدار یکی از جریان های مهم معماری معاصر است؛ جریانی که عکس العملی منطقی در برابر مسائل و مشکلات به وجود آمده عصر صنعت به شمار می رود. کاهش مصرف منابع غیر قابل بازگشت که موجب آلودگی محیط زیست می گردند، مستلزم اعمال راه حلهای جدیدی با رویکرد معماری پایدار است. استفاده درست از نور و انرژی خورشید در ساختمانها یکی از اساسی ترین پایه های استفاده بهینه از انرژی در معماری است. نماهای دو پوسته یکی از تدابیری است که می توان به کمک آن گرما ، سرما ، نور ، باد و همچنین سر و صدای بیرون را تنظیم نمود و راحتی و رفاه ساکنین را بدون اتلاف انرژی فراهم کرد.تکنولوژی نمای دو پوسته ، اغلب برای ساختمان هایی با هدف استفاده حداکثر از انرژی های تجدید پذیر کاربرد دارد، بنابراین تعداد این گونه ساختمانها رو به افزایش است و موفقیت این نماها به علت عدم استفاده از انرژی های فناپذیر،بهره اقتصادی بلند مدت و نمای یکپارچه و زیبا می باشد. در این مقاله سعی شده تا با هدف دستیابی به نماهای دو پوسته مناسب در اقلیم معتدل و مرطوب،با استفاده از روش تحقیق توصیفی- تحلیلی،نمونه های موردی تحت بررسی قرار گرفته و ضمن بازخوانی پیشینه نماهای دو پوسته، مکانیزم عملکردی آن همراه با جزییات اجرایی، توصیف و ارایه گردد.نتایج حاصله، معرفی گونه مناسب این دسته از نماها با توجه به شرایط اقلیمی مناطق معتدل و مرطوب ایران می باشد که بهره حداکثری را از انرژی های تجدید پذیر داشته و بهره اقتصادی دراز مدتی را در بازه زمانی کارکرد ساختمان ها ارایه نمایند.
واژههای کلیدی: نمای دوپوسته، بهینه سازی مصرف انرژی، اقلیم معتدل و مرطوب، انرژی خورشیدی، تهویه طبیعی
1
-1 مقدمه
رشد بی رویه جمعیت و استفاده نامحدود بشر از انرژی های فسیلی منجر به کاهش ذخایر و آلودگی هوا و نابودی زیست گاههای طبیعی و گرم شدن زمین شده است و کشورها را متحمل هزینه های گزافی در جهت تامین آن کرده است. استفاده درست از نور و انرژی خورشید در ساختمان ها یکی از اساسی ترین پایه های استفاده بهینه از انرژی در معماری است. نماهای دو پوسته یکی از تدابیری است که می توان به کمک آن گرما ، سرما ، نور ، باد و همچنین سر و صدای بیرون را تنظیم نمود و راحتی و رفاه ساکنین را بدون اتلاف انرژی فراهم کرد. تکنولوژی نمای دو پوسته ، اغلب برای ساختمان هایی با اهداف بهینه سازی مصرف انرژی ، پایداری و معماری سبز طراحی می شود، بنابراین تعداد این گونه ساختمانها رو به افزایش است و موفقیت این نماها به علت استفاده بهینه از نور روز و نمای یکپارچه و زیبا می باشد.
-2 پیشینه پیدایش نماهای دو پوسته
بر اساس اصول ساختمان های سبز در قرن 19 و تحول در ساختمان های اسکلتی (که دیگر دیوار خارجی تحمل بار را نداشته و صرفا یک پوسته در برگیرنده است) امکاناتی برای طراحی پوسته خارجی ساختمان در اوایل قرن 20 برای معماران ایجاد شد، زیرا که دیگر اندازه شکل و تعداد پنجره ها به واسطه ملاحظات سازه ای یک محدودیت نبود.حضور شیشه تحولی عظیم در معماری به وجود آورد. شیشه به عنوان ماده ای که در عین خاصیت جداکنندگی اش می تواند بصورتی که به چشم نیز نیاید، ساختمانها را به سمت سبکی و ماده زدایی هر چه بیشتر پیش برد و اما محدودیت های فیزیکی ساختمان و فاکتورهای راحتی انسان همچنان به عنوان قیود طراحی وجود داشتند. به کارگیری سیستم های مکانیکی یعنی ایجاد رفاه دایمی برای کاربران بدون در نظر گرفتن هیچ قید و شرطی ناشی از عدم آگاهی از مباحث مطرح در محیط زیست بوده و باعث اتلاف انرژی های بسیار گردید. با ایجاد بحران های اخیر تلاشی مبنی بر شناخت راه حل های معماری بومی که سعی در استفاده بهینه از انرژی و منابع می کردند ،صورت گرفت نتیجه تمام تحقیقات نشان می داد که نماها بایستی با کیفیتی بهتر و به گونه ای 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 پنجره های جعبه ای مانندی دارند که در این نوع ساخت و سازها شیشه به عنوان یک جداره سنتی با یک شیشه خارجی دیگر همراه می شود . این پنجره های فریمی با دو قاب پنجره به موازات یکدیگر دارند که ضریب انتقال گرمایی را به حداقل می رساند.
این گونه از پنجره ها هنوز در بسیاری از خانه های مربوط به قرن 19 و 20 یافت می شوند. به خصوص در شهرهای اروپای مرکزی مثل برلین وین پراک و بوداپست در اواخر دهه 1950 پنجره هایی ساخته شدند که بر مبنای پنجره های جعبه ای دو شیشه داشتند. در این نوع جدید لنگه درونی و بیرونی به طور مکانیکی به هم متصل بودند و همانند یک پنجره تک شیشه ای برای تهویه درون باز می شدند. در این پنجره ها یک فریم به جای دو فریم کار می شود . در بعضی موارد پرده هایی به عنوان آفتاب شکن در بین دو لایه قرار می گیرد که در اصل برای جلوگیری از خیرگی می باشد. فا صله دو شیشه در میزان عایق بودن پنجره بسیار موثر است. اگر فاصله دو شیشه از حدی خاص کمتر و یا بیشتر باشد کارایی چندانی ندارد.
در دهه 70 میلادی به عنوان عکس العملی به بحران نفتی ، علاقه ای به صرفه جویی در انرژی و حفاظت از محیط زیست پدید آمد. در همین راستا ، با به وجود آمدن گرایش هایی با عنوان معماری حساس به محیط ، تحولی در پوسته خارجی ساختمان به جود آمد. 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 فزاینده ای مورد بحث قرار داشت.
به طور کلی شیشه ای ایده آل است که حداکثر نور را از خود عبور داده ولی جابجایی انرژی در آن کم باشد. فقط در سالهای 1990 بود که پیشرفت بزرگی با تولید نوع ویژه ای از شیشه های ضد آفتاب با قابلیت عبور نور بالا به دست آمد. (قابلیت عبور نور بالا هم زمان با کم بودن فاکتور عبور انرژی ). (لطیفی،(1390
2
-3 طبقه بندی نماهای دو پوسته
1-3 طبقه بندی بر اساس نوع پوسته
تمام عناصر نمای دو پوسته را می توان به صورت متفاوت با چندین جایگشت و ترکیب از غشاهای توپر و شفاف ، مرتب و منظم کرد .بر این اساس چهار گونه اصلی نماهای دو پوسته عبارتند از:
1-1-3 نمای حائل
نمای محافظ یا حائل، از دو لایه شیشه تشکیل می شود و این دو لایه شیشه تقریبا به فاصله 250 تا 750 میلی متر از یکدیگر قرار دارند. بین دو لایه با فضایی از هوا درزگیری شده است. این نما قدیمی ترین گونه است و به مدت تقریبا 100 سال کاربرد داشته است. نمای محافظ قبل از اینکه عایق بندی شیشه انجام گیرد ، ساخته می شود. این عایق بندی به منظور افزایش عایق صوتی و حرارتی بدون کاهش میزان نور ورودی به ساختمان است(شکل.(1 نمونه معاصر این نما ، مرکز شیمی آمریکا در آبشار نیاگارا واقع در نیویورک می باشد(شکل.(2 (رشیدی، (1388
شکل1 نمای محافظ با قشر هوای تقسیم نشده
شکل2 مرکز شیمی آمریکا ، نیویورک
2-1-3 نمای استخراج کننده هوا
نمای استخراج کننده هوا ،از دو پوسته عایق شیشه ای و یک پوسته تک لعابی ثانویه، که در داخل آن قرار دارد، تشکیل شده است. فضای هوای بین دو لایه شیشه بخشی از سیستم HVAC می شود.هوای گرم استفاده شده بین لایه ها از طریق حفره بالایی با استفاده از فن ها خارج می شود، به این طریق لایه درونی شیشه سرد می شود، در صورتی که لایه بیرونی عایق شیشه ای، اتلاف انتقال گرما را به حداقل می رساند(شکل.(3این سیستم در جایی به کار می رود که تهویه طبیعی امکان پذیر نباشد. دستگاه های سایبان در داخل حفره نصب می شوند.نمونه ای از نمای استخراج کننده هوا ، ساختمان هلیکن در لندن است(شکل).(4رشیدی، (1388
3
شکل3 نمای استخراج کننده هوا با قشر هوای تقسیم شده
شکل4 ساختمان هلیکن ، لندن
3-1-3 نمای دوقلو
نمای دو قلو از یک سیستم جداره معمولی یا دیوار محکم با یک پوسته بیرونی تشکیل شده است. از پوسته بیرونی تک لعابی برای محافظت از محتویات حفره هوا ( دستگاه سایبان) در برابر آب و هوا استفاده می کنند.با این سیستم پوسته داخلی ، خواص عایق بندی را برای به حداقل رساندن اتلاف گرما ایجاد می کند(شکل.(5 این گونه با نمای استخراج کننده هوا از نظر وجود منفذهایی در پوسته که تهویه طبیعی را میسر می ساخت متفاوت است.دریچه های نمای داخلی می توانند باز شوند ، در حالیکه منفذهای تویه در پوسته بیرونی حداقل و حداکثر دمای درون نما را تعدیل می کنند. استفاده از پنجره ها می تواند موجب سرد شدن نمای داخلی به هنگام شب گردد و از این طریق ظرفیت سرد کنندگی سیستم HVAC ساحتمان را کاهش می دهد.به منظور کنترل صدا ، منفذهای پوسته بیرونی را می توان یک در میان کرد یا آنها را دور از پنجره های نمای داخلی قرار داد.یک نمونه از نمای دوقلو ، ساختمان تلاس / فارل در بندر ونکوور می باشد(شکل.(6 (رشیدی، (1388
شکل5 نمای دوقلو با قشر هوای تقسیم شده
4
شکل6 ساختمان تلاس / فارل ، ونکوور
4-1-3 نمای هیبریدی ( ترکیبی )
نمای هیبریدی سیستمی است که برای ایجاد یک سیستم جدید پیوندی با یک یا چند کاراکتر از انواع مذکور ترکیب شده است. ساختمان آر دبلیو ای آلمان را می توان به عنوان نمونه نام برد (شکل.(7 (رشیدی، (1388
شکل7 ساختمان آر دبلیو ای ، آلمان
2-3 طبقه بندی بر اساس فرمهای فضای داخلی و چگونگی عملکرد تهویه در آنها
اگر چه اصطلاح نمای دو پوسته هنوز به طور واضحی تعریف وشناسانده نشده است،اما طبقه بندی های ویژه ای بر اساس فرمهای فضای داخلی و چگونگی عملکرد تهویه در آنها انجام شده است ،که عبارتند از :
1-2-3 پنجره های جعبه ای
پنجره های جعبه ای (B.W)، شاید قدیمی ترین نوع نمای دو لایه باشند. این پنجره ها دارای یک فریم بازشو به سمت داخل هستند .پوسته خارجی، بازشوهایی دارد که اجازه دخول هوای تازه و خروج هوای مصرف شده را (که مورد مصرف تهویه فضای میانی است)می دهد. نوع پنجره های جعبه ای بیشتر درمکانهایی که میزان آلودگی صوتی بالا نیست ، مصرف می شود. هر پنجره جعبه ای نیاز به بازشویی برای ورود و خروج هوای خودش دارد که بایستی در هنگام طراحی نمای خارجی، در نظر گرفته شود. از آنجایی که تنها امکانات تهویه کمکی (ثانویه) برای سرمایش ساختمان در نظر گرفته شده است و مطابق آیین نامه ها، هوای فضاها بایستی 3 بار در ساعت عوض شود، نسبت سطح پنجره ها به کل نما 35 تا 45٪ است.(شکل(8
در فضای میانی بین لایه های نما که حدود 22تا 28سانتیمتر عمق دارد،کرکره نصب شده است ،که موقعیت آنها با توجه به شرایط و تهویه فضای پشت خود، تنظیم می شود.برای استفاده ازخاصیت گلخانه ای و کارایی بیشتر پنجره در زمستان لایه خارجی دارای تجهیزاتی است، که می تواند تمامی بازشوهای لایه بیرونی را ببندد. (لطیفی،(1390
