بخشی از مقاله
نمای مضاعف واستفاده بهینه از انرژی
چکیده
استفاده درست از نور و انرژی خورشید در ساختمانها یکی ازاساسی ترین پایه های استفاده بهینه از انرژی در معماری است در این راستا نماهای دو پوسته یکی از تدابیری است که می توان به کمک آن امکان تهویه طبیعی را از طریق مکش هوای ما بین دو لایه ضمن کنترل گرما، سرما، نور، باد و همچنین تنظیم سر و صدای بیرون و راحتی و رفاه ساکنین را بدون اتلاف انرژی فراهم نمود,زیرا ترکیب هم زمان دولایه از نما همراه با به کارگیری سیستم تهویه کمکی، بهتر و اقتصادی تر از وجود تنها یک لایه نمای شیشه ای همراه با سیستم تهویه مطبوع مجهز است. اصطلاح نمای دوپوسته در واقع همان ایده نمای منعطف با کنترل هوشمند است. از مهم ترین ویژگی آنها می توان قدرت تطابق شان با نیازهای فصلی دانست. استفاده توامان از شیشه و فلز در معماری از فاکتورهای مهم در طراحی نماهای دو پوسته هستند. در این مقاله،نماهای دو پوسته از جنبه های گوناگونی مورد توجه قرار گرفته اند و با تکیه بر نتایج بررسی ها، همچنین کارامدی وسودمندی این نماها امکانی را فراهم می سازد تا سیستم های دو پوسته به عنوان راه حل معماری پایدار در کاهش مصرف منابع انرژی تجدید ناپذیرمطرح گردد . همچنین بحثی را درباره مزیت ها، نقاط ضعف آنها به عنوان یک تکنولوژی ساختمانی انعطاف پذیر از نظر محیط زیست ارائه نماید. نتایج بدست آمده نشان دهنده سطح بالایی ازکاهش مصرف منابع انرژی به دلیل کاهش حجم تاسیسات مکانیکی و کاهش وابستگی به نور مصنوعی در راستای معماری پایدار ، کاهش آلودگی صوتی ، جنبه زیبا شناسی ، امکان استفاده از سایبان در نما ، در شرایط نا مساعد جوی (باد ، باران و هوای آلوده ) می باشد..شیوه تحقیق پژوهش حاضر بر اساس روش تحلیلی- توصیفی و روش جمع آوری اطلاعات به صورت کتابخانه ای بوده است.
واژه های کلیدی
نمای دو پوسته - انرژی خورشیدی- کاهش اتلاف انرژی - تهویه طبیعی
-1مقدمه
گرفتن انرژی از تابش خورشید غالبا خواسته ای موثر و مطلوب است. از یک سو تابش آفتاب در تابستان یک واقعیت و نیاز اقلیمی است، از سوی دیگر باید جلو تابش را گرفت یا آن را به حداقل رساند. تا کنون به دو روش این تابش کنترل می شده است: (1 با ایجاد سایبان ها و تولید سایه، (2 نصب پرده یا کرکره چوبی یا مواد مصنوعی در برابر آفتاب. از مهمترین مزایای این دو روش میتوان به داشتن انعطاف کافی در تغییر جهت در برابر اشعه خورشید و کم وزیاد کردن اثرات تابش اشاره نمود . اما این روش ها معایبی نیز دارند از جمله : تا ثیر مشخص و اجباری آنها بر نمای بیرونی ، محدودیت دید ، آسیب پذیری دربرابر باد وباران . قرن ها پیش محدوده های بسته ای که متضمن حفاظت از گرمای داخلی محل سکونت انسان بود به دور محل سکونت بشر قرار می گرفت ، چنین تجربه ای ما را به سمت این بینش رهنمون کرد که با ایجاد محفظه های گرم شده به دور ساختمان ، آسایش حرارتی اتاق را تضمین کنیم ، نمای دو پوسته که امروز شاید به تقلید از سنتهای قدیمی از آنها استفاده می کنیم، محفظه هایی یا جدارهای شیشه ای هستند که در معماری امروز زنده شده اند و نیز دو پوسته شدن نمای ساختمان که به وسیله دالان هایی از هم جدا شده اند ،
دومی ه همایش ملی اقلیم،ساختمان وبهییهسازی مصرف اورژی)بارویکردتیسعهپایدار(
امکان تنظیم گرما ، سرما ، نور ، باد و همچنین کاهش سرو صدا و ایجاد تهویه طبیعی حتی در برج ها را بدون اتلاف انرژی تامین می نماید و همچنین باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.
این مقاله شامل تحقیق در تاریخچه کاربرد این نماها است وبا تعریف سیستم نمای دو پوسته از دیدگاه های مختلف و نحوه کارکرد آنها ، انواع مختلف طبقه بندی آنها و نیز مزایای استفاده از این نما ها ، اهداف طراحی آنها به معرفی این سیستم پرداخته و سپس با معرفی ساختمان اداره مرکزی در برلین به عنوان نمونه موردی خارجی و ساختمان اداری شرکت لوله سازی اهواز در تهران به عنوان نمونه داخلی ، چگونگی به کارگیری نمای دو پوسته را مورد ارزیابی قرار میدهیم. این نوشتار امکانی را فراهم می سازد تا سیستم های دو پوسته بررسی و طبقه بندی شوند تا به عنوان راه حل معماری پایدار در کاهش مصرف منابع انرژی تجدید ناپذیر به دلیل کاهش حجم تاسیسات مکانیکی و کاهش وابستگی به نور مصنوعی مطرح گردد.
-2تاریخچه 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 وصرفاً 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 به چشم نیز نیاید، ساختمانها را به سمت سبکی و ماده زدایی هر چه بیشتر پیش برد. اما محدودیت های فیزیکی ساختمان و فاکتورهای راحتی انسان همچنان به عنوان قیود طراحی وجود داشتند.به کارگیری سیستم های مکانیکی یعنی ایجاد رفاه دائمی برای کاربران بدون در نظرگیری هیچ قید و شرطی، ناشی از عدم آگاهی از مباحث مطرح در محیط زیست بوده وباعث اتلاف انرژی های بسیار گردید. با ایجاد بحران های اخیر، تلاشی مبنی بر شناخت راه حل های معماری های 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 سازهها، شیشه به عنوان یک جداره سنتی با یک شیشه خارجی دیگر همراه می شود.این پنجره ها 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 اروپایی 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. فاصله 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 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 غیرفعال 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. پیشتازان نسل جدید
دومی ه همایش ملی اقلیم،ساختمان وبهییهسازی مصرف اورژی)بارویکردتیسعهپایدار(
آسمان خراش های زیست سازگار مربوط به دهه 90 قرن گذشته اند، از جمله: (ساختمان "کامرس بانک " اثر نورمن فاستر و شرکا ، دفترمرکزی آر.دبلیو.ای. در اسن، اثر "اووردیک و شرکا)
-3 معرفی نمای دو پوسته
اگر نما را معادل و متناسب با پوشش انسان بگیریم، این نماها بیشتر شبیه به لباسی هستند که قادر به تغییر در شفافیت خود و میزان مقاومت حرارتی خود هستند. در نماهای دو پوسته، امکان تهویه طبیعی از طریق مکش هوای مابین دولایه شیشه نیز وجود دارد، که شدت آن هم قابل کنترل می باشد. بنابراین می توان نما های دوپوسته را این چنین تعریف کرد: یک جفت پوسته ی شیشه ای که بوسیله دالان هوایی از هم جدا می شوند. لایه اصلی شیشه ای را بطور معمول عایق بندی می کنند. این فضای هوای بین لایه های شیشه ای به صورت عایق در مقابل حداکثر و حداقل دما، باد و صدا عمل می کند. دستگاه های آفتابگیر غالبا بین دو پوسته قرار می گیرند. تمام عناصر را می توان به صورت متفاوت با چندین جایگشت وترکیب از غشاهای توپر و شفاف، مرتب ومنظم کرد.[1] نمای دوپوسته ای به نامهای دیگری مانند نمای دو ورقه ای، نمای دوپوسته ای، نمای مضاعف، پوشش مضاعف، نمای شیشه ای دو جداره، نمای دیوار تهویه یا نمای تهویه[2,3 ] نیز مشهور هستند.
این سیستم نما با کاهش 30 درصدی مصرف انرژی، ایجاد تهویه طبیعی در ساختمان، کاهش قابل توجه سر و صدا و معماری بسیار شفاف، آسایش و راحتی ساکنان را فراهم کرده و طرفداران بسیاری نیز یافته است. پیش بینی عملکرد نماهای دو پوسته کار ساده ای نیست. درجه حرارت و جریان هوا نتیجه فرآیند تغییرات آنی دما و جریان سیال و روان هوا می باشد، این فرآیندها به هندسه، فیزیک حرارتی، ترکیب گوناگون انواع آیروینامیکی ساختار نماهای دو پوسته و نیز درجه حرارت فضای داخل، دمای محیط، سرعت باد، مسیر باد، جذب و عبور اشعه تابشی خورشید و زاویه آن بستگی دارد.[4]کلیسنس و دی هرد نمای دوجداره این گونه تعریف می کند: نمای ثانویه، یک پوسته اضافی است که روی نمای موجود نصب می گردد وغالباَ شفاف است. فضای خالی بین نمای اولیه و پوسته ثانویه فضای بافری است که ساختمان را ایزوله می نماید. این فضا به تناسب جهت نما می تواند توسط خورشید گرم شود. در سازه های رو به جنوب، این هوای گرم شده توسط خورشید برای اهداف گرمایشی در فصول سرد استفاده می شوند. البته در فصول و زمان های دیگر این هوا مورد تهویه قرار می گیرد.[5] نمای دو پوسته با دارا بودن حداقل دو غشا بین فضای زندگی و محیط بیرون از سایر نماها متمایز می شود . در حد فاصل این دو غشا مسیری برای حرکت هوا تعبیه شده است که حرکت هوا از میان نما تمایز عمده آن از پنجره هایی با شیشه دو جداره است . همچنین در فاصله دو غشا نما غالبا از وسایل سایه انداز استفاده می شود.[6]تغییر فصول در عملکرد این نما موثر است. در طی فصول گرم هوای دمیده شد ه در شکاف نما حرارت ذخیره شده در آن را خارج می سازد و لذا از نظر تئوری، دمای غشای میانی پایین نگه داشته می شود و این امر رسانش، همرفت و تابش گرما را ازسطح شیشه داخلی به فضای زندگی کاهش می دهد و به دلیل آنکه دمای تشعشع فضا کاهش می یابد، ساکنان احساس آسایش بیشتری خواهند داشت . به بیانی دیگر با گرم شدن هوای داخلی شکاف اثر مکش قوی تر شده و هوای خنک با سرعت بیشتری به فضای داخلی نما کشیده می شود و به شیوه ای پارادوکسی گرمای خورشید به خنک کردن نما کمک می کند. در ضمن وسایل سایه انداز غالبا به شکل کرکره های افقی و قابل تنظیم به عنوان وسیله خنک کننده غیر فعال عمل کرده و انرژی خورشید را جذب یا منعکس می کنند . گرمای جذب شده توسط آنها نیز با حرکت هوا عمدتا از طریق همرفت دفع می گردد و بدین ترتیب با کاهش بار وسایل خنک کننده سبب ذخیره انرژی می شود.
در طی فصول سرد نیز می توان دو حالت برای عملکرد این نما در نظر گرفت :در حالت اول نما به شکل سیستم بسته ای است که هوا در آن جریان ندارد . لذا هوای میان شکاف گرم شده و دمای سطح شیشه داخلی را افزایش می دهد و در نتیجه رسانش همرفت و اتلاف تابش کاهش می یابد . در حالت دوم هوای گرم از فضای زندگی داخلی شکاف وارد می شود . سطح شیشه داخلی را گرم کرده و به همان نتایج فوق دست می یابد با توجه به آنکه در طی فصول سرد اغلب تابش مستقیم آفتاب مطلوب است با استفاده از قابلیت تنظیم کرکره ها می توان از پرتوهای خورشید برای گرم کردن ناحیه نزدیک پنجره استفاده کرد.
-4 عناصر تشکیل دهنده نمای دوپوسته
نمای دوپوسته بر اساس اصول چند لایه ای ها شکل گرفته است. این نماها شامل یک نمای خارجی، یک فضای میانی و یک نمای داخلی است. وظیفه لایه خارجی حفاظت در برابر هوا و همچنین عایق صوتی در برابر صداهای خارجی استمعمولاً. دارای بازشوهایی برای تهویه فضای میانی و اتاق های داخلی می باشد. جریان هوا درنمای دوپوسته از طریق فضای میانی و به وسیله جریان هم رفتی و یا مکش فعال می شود. برای تطابق با شرایط محیط، در بازشوهای لایه بیرونی این امکان وجود دارد کهکاملاً بسته شود . استفاده توامان از شیشه و فلز در معماری از فاکتورهای مهم در طراحی نماهای دو پوسته هستند .
1-4شیشه: به طور کلی شیشه ای ایده آل است که حداکثر نور را از خود عبور داده ولی جابجایی انرژی در آن کم باشد.این شیشه ها ی ضدآفتاب (باقابلیت عبور نور بالا هم زمان با کم بودن فاکتور عبور انرژی) راه حل مناسبی برای شرایطی هستند که امکان نصب سیستم های آفتاب شکن قابل تنظیم بر روی آنها وجود ندارد. امروزه زمینه انتخاب گسترده ای برای تهیه سیستم های افتراق نور و موانع نوری مستقیم وجود دارند. به طور مثال عایق های حرارتی شفاف، لوورهای شیشه ای، شبکه های ریز و منشورها قابل تهیه می باشند.
1-1-4 تقسیم بندی شیشه بر اساس خواص ظاهری و نحوه ساخت :
▪ شیشه های معمولی: (Float Glass) که خود به انواع دیگر قابل تقسیم می باشد
▪ شیشه های رنگی با ترکیب اکسید های فلزی با رنگهای سبز،آبی،طوسی و برنز،که بخش قابل توجهی از انرژی تابشی خورشید را جذب می نمایند. امروزه انواع شیشه های رنگی مانند ترموکرومیک، فتوکرومیک نیز وجود دارند.
▪ شیشه های فوق رنگی که امکان فیلتر کردن اشعه هایINFRA-RED و UV را نیز دارا می باشند که در نتیجه گرمای کمتری انتقال پیدا خواهد کرد،در حالیکه نور همچنان عبور می کند.
▪ شیشه های لمینیت شده: ( (Laminated که در ساخت آن یک لایه پلی وینیل در میان دو شیشه قرار می مگیرد که از خواص آن کنترل شکست و اعوجاج تصاویر،پراکنده نشدن تکه های شیشه به هنگام شکستن،عایق صوتی
æ حرارتی و امکان کنترل اشعه هایUV ، امکان ضد سرقت کردن شیشه.
▪ شیشه های بازتابدار: (Reflective & Coated) ازانواع دیگر شیشه می باشد که به دو روش ساخته می شوند .در روش اول پوششی فلزی روی شیشه پاشیده می شود که در نتیجه آن شیشه هایی با درجه های متنوعی از بازتاب و رنگ تولید می گردد.در روش دیگر شیشه باردارشده در مجاورت فلز قرار گرفته و اتم های فلز از سطح آن خارج شده به سطح شیشه می چسبد.
▪ شیشه های دولایه: (Insulated) که عایق مناسبی هستند و از قرار دادن جداره دو شیشه فاصله دار از یکدیگر تشکیل شده اند.بین دو شیشه از هوا یا گاز دیگری پر شده است.
2-4فلز
سهولت اجرا ،بافت و نمودهای متنوع ،مقاومت در برابر باد از مزایای به کار گیری فلزات درنمای ساختمان ها می باشد. فلزات در چند حالت کلی در نما به کار گرفته می شوند:ورق های فلزی مورد استفاده برای نما،مس ،سرب ،روی واخیراً استنلس استیل می باشد که با سه روش استفاده : -1 رول های فلزی-2 ورق های فلزی فرم داده شده -3 اتصال های فرو رفته درنما ،قابل اجرا می باشند.
3-4فضای هوا
طراحی مناسب فضای هوا برای نماهای دوپوسته بسیار مشکل است.این فضا،تغییرات در کسب انرژی،تهویه بهتر،کنترل صدا و مزایای دیگر را فراهم می کند.
جدول شماره-1 تقیسم بندی فضای هوا
فضای هوا
فضای هوای پیوسته فضای هوای تقسیم بندی شده
▪ فضای هوای پیوسته: بهره گیری از اثر دودکش، جمع شدن هوای گرم در قسمت بالای فضای میان دو پوسته در روزهای گرم , دریچه ای در بالا هوای گرم را خارج می سازد و هوای سرد از بیرون جایگزین می شود.توانایی تغییر کاربری به آتریوم ، استفاده از گیاهان در این فضاها برای فیلتر کردن و مرطوب کردن هوا . برای نمونه میتوان به ساختمان تلاس/فارل در بندر ونکوور ویا مرکز اداری ای ان جی درآمستردام اشاره نمود.
شکل -2مرکز اداری ای ان جی درآمستردام شکل -3 ساختمان تلاس/فارل در بندر ونکوور شکل-4 شماتیک فضای هوا
▪ فضای هوای تقسیم بندی شده :کاهش گرمای زیاد در طبقات بالا ,صدا و دود. افزایش سادگی ساختمان که خود موجب صرفه جویی اقتصادی می شود. امکان وارد کردن هوای تازه را به هر طبقه باکمک نماهای دالانی این فضا، فراهم کردن امکان به حداکثر رسیدن تهویه طبیعی .
-5 انواع نماهای دو پوسته
1-5تقسیم بندی انواع نماهای دوپوسته براساس:
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 منظم کرد بر این اساس چهارگونه اصلی نماهای دوپوسته:
▪ نمای استخراج کننده هوا :از دو پوسته ی عایق شیشه ای و یک پوسته تک لعابی ثانویه که در داخل آن قرار دارد تشکیل شده است. 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 ی بیرونی عایق شیشه ای اتلاف انتقال گرما را به حداقل می رساند. این سیستم در جایی به کار می رود که تهویه طبیعی امکان پذیر نباشد. دستگاه های سایبان در داخل حفره نصب می شوند. [7]
شکل-5نمای کامل دو پوسته شکل-6نمای نزدیک دو پوسته شکل-7نمای استخراج کننده هوا
ساختمان هلیکن در لندن
استخراج کننده -ساختمان هلیکن با قشر هوای تقسیم شده
▪ نمای هیبریدی(ترکیبی) : سیستمی است که برای ایجاد یک سیستم جدید پیوندی با یک یا چند کاراکتر از انواع مذکور ترکیب شده است. [7]
▪ نمای دوقلو : از یک سیستم جداره معمولی یا دیوار محکم با یک پوسته بیرونی تشکیل شده است. از پوسته بیرونی تک لعابی در اصل برای محافظت از محتویات حفره ی هوا ( دستگاه های سایبان) در برابر آب و هوا استفاده می کنند. به منظور کنترل صدا، منفذهای پوسته ی بیرونی را می توان یک در میان کرد یا آنها را دور از پنجره های نمای داخلی قرار داد.[7] پوسته داخلی ، خواص عایق بندی را برای به حداقل رساندن اتلاف گرما ایجاد می کند.
