بخشی از مقاله
چکیده
هر یک از کاربری های موجود در شهر ها اعم از صنعتی،مسکونی و تجاری و ... از لحاظ مساحت و نوع مواد تشکیل دهنده متفاوت هستند و در نتیجه با اثری که بر نفوذپذیری زمین ،انتشار و گرما ، تولید و تشدید انتشار آلاینده ها ، ویژگی های تابشی سطح زمین و رطوبت جو می گذارند ، اقلیم شهری و به تبع آن کیفیت زندگی شهری را تحت تاثیر قرار می دهند که آلودگی هوا ، گرمای شدید، کند شدن روند تهویه و ... از جمله شرایط نامساعد به وجود آمده در این بافت های شهری هستند.
در این میان به وجود آمدن جزایر حرارتی - UHI - در شهرها از اهمیت ویژه ای برخوردار است و زمینه ی بحث و بررسی بسیار دارد . در میان سطوح شهر، کفهای بتنی و آسفالت ها و پوشش بامها سطح گسترده ای را می پوشانند و با جذب حرارت خورشید نقش بسزایی در حرارت شهر دارند.گرچه کاربرد کف و سقف خنک موضوع جدیدی نیست ولی آنچه براهمیت پژوهش در این حیطه می افزاید لزوم ارتقاء کیفیت زندگی انسان، حفظ و استفاده بهینه از منابع و انرژی های موجود و ایجاد زیست محیطی پایدار در کنار حفظ ارزش های زیبا شناختی معماری در مقیاس خرد و کلان شهر هاست .
به همین جهت توجه به این موضوع ، یکی از بزرگترین دغدغه های طراحان در عرصه معماری و شهرسازی بشمار می رود. بدین منظور می توان با انتخاب مواد و مصالح ، رنگ ها ، شکل و فرم و استفاده از ایده های ترکیبی و... معماری را در جهت توسعه پایدار به خدمت گرفت. هدف از ارائه این پژوهش ، استفاده از معیارهای توسعه پایدار در جهت توجیه کاربرد کف ها و سقف های خنک و راهکارهای بکارگیری آنهاست.
-1 مقدمه
جزایر حرارتی یا Urban heat island که به اختصار UHI نیز نامیده می شوند به تشریح الگوی مکانی گرمای نواحی شهری که از ساخت و ساز ساختمان ها ناشی شده است می پردازد - stathopoulou, 2005 ,108 - این گرمای مازاد که از وجود ساخت و سازهای شهری ایجاد می شود و در مقایسه با نواحی حومه ای شهر قابل توجه است و از اهمیت قابا توجهی در کیفیت زندگی شهر و نیز مصرف دوره ای انرژی - سرمایش و گرمایش - خانوارهای شهرنشین برخوردار است .
سازمان - Agency s heat island reduction intiniative - HIRI اثر UHI را»افزایش قابل اندازه گیری در دمای هوای محیط که از جایگزینی گیاهان با ساختمان ها ، جاده ها و سایر زیر ساخت های جاذب حرارت نتیجه می شود « تعریف کرده است.
تحقیقی پیرامون کیفیت هوا در لس آنجلس نشان می دهد که هر یک درجه افزایش دما در تابستان ، باعث افزایش 3 درصدی در تشکیل آلاینده ها می شود . - Calkins,2007,54 - هوای گرمتر در شهرها می تواند موجب افزایش شکلگیری اوزون در سطح زمین شود که از عوامل ابتدایی پیدایش آلاینده ها ست . ترکیبات فرار آلی و اکسید نیتروژن در مجاورت نور خورشید و حرارت ترکیب می شوند و آلاینده ها را به وجود می آورند . میزان این واکنش در دماهای بالاتر از 70 درجه افزایش چشمگیری می یابد .
وجود بیش از اندازه ی اوزون و آلاینده ها می تواند موجب تنگی نفس و سایر مشکلات تنفسی شود . به علاوه پدیده ی UHI موجب گسترش و طولانی شدن امواج حرارتی می شود که خطر گرمازدگی و خشکی ناشی از گرما را افزایش می دهد . پدیده ی UHI به طور مستقیم بر روی اقتصاد تاثیر می گذارد و موجب افزایش مصرف انرژی در بخش تهویه و خنک سازی هوای ساختمان ها می شود و اگرچه جزایر حرارتی به طور مستقیم موجب گرمایش جهانی نمی شوند ولی مصرف سوخت های فسیلی برای تهویه و خنک سازی موجب این امر می شوند
توسعه ی جزایر حرارتی و دامنه ی نوسان آنها را می توان به عوامل متعددی منتسب نمود.برای مثال مصالح ساختمانی دارای ظرفیت گرمایی بالا و ضریب انعکاس طیفی پایین مانند آسفالت و بتن از جمله ی این موارد به شمار می رود . نوسانات حرارتی جو شهرها و تشعشع امواجی با طول موج های بلند که از تردد وسایل نقلیه شهری و وضعیت هندسی قرار گرفتن خیابان ها ناشی می شوند نیز این فرآیند را تشدید می نماید .
از سوی دیگر کاهش تاخیری سطح که از تبخیر و تعرق نواحی فضای سبز شهری ناشی می شود نیز در ایجاد طرح و الگوی جزایر حرارتی از نقش موثری برخوردارند . بر اساس تعریف اوکه - - Oke,1987، شدت بزرگی این جزایر حرارتی با محاسبه ی اختلاف درجه ی حرارت بین مناطق شهری و حومه ی آن بدست می آید و به ابعاد ، جمعیت ، توسعه ی صنعتی ، پستی و بلندی ، طراحی فیزیکی ، اقلیم منطقه و وضعیت جوی بستگی دارد .
با در نظر گرفتن مطالب فوق لزوم کاهش درجه حرارت شهرها امری ضروری و پر اهمیت محسوب می شود ، که توجه بسیاری از محققان را در علوم مختلف به خود معطوف ساخته است. در این میان مواد و مصالح بکار رفته در شهر ، خصوصیات و موقعیت قرارگیری آنها می تواند عاملی تاثیر گذار بر کاهش و یا افزایش حرارت محدوده ی شهری باشد.سقف ها و کف ها بخش اعظم پوشش شهر ها را تشکیل می دهند که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرند.
-2 سقف های خنک
محصولات سقف ها ی خنک از مواد با انعکاس و انتشار بالا تشکیل شده اند که می تواند تقریبا 28-33 درجه ی سانتی گراد خنک تر از مصالح سنتی در طول اوج حرارت تابستان باقی بماند . صاحبان ساختمان ها و پیمانکاران سقف ها از این محصولات سقف خنک برای مدت بیش از 20 سال استفاده کرده اند . سقف های سنتی در ایالات متحده در اوج دمای تابستان می تواند به درجه حرارت 66-86 درجه ی سانتی گراد برسد که این امر موجب به وجود آمدن سطوحی داغ و همچنین هوایی گرمتر در پیرامون آنها می شود .
آگاهی از کارکرد سقف های خنک نیازمند دانستن این نکته است که انرژی خورشیدی چطور مصالح سقف ها را گرم می کند و چطور ویژگی های مصالح سقف در ایجاد حرارت نقش دارند. برای این منظور ابتدا به توضیح انرژی خورشیدی و خصوصیات بازتاب خورشیدی و انتشار حرارتی می پردازیم و سپس اثر دمای ترکیبی حاصل از این فاکتورها را بررسی می کنیم.
شکل 2 انرژی خورشیدی معمول را که در یک روز آفتابی تابستان به سطح زمین می رسد ، نشان می دهد .انرژی خورشیدی از اشعه فرابنفش - UV - ، نور مرئی و انرژی مادون قرمز تشکیل شده است که هر کدام با درصد متفاوتی به زمین می رسند : 5 درصد انرژی خورشیدی در طیف فرابنفش- که موجب آفتابسوختگی می شودB قرار دارد . 43 درصد انرژی خورشید نور مرئی است که در رنگ های بین بنفش و قرمز متغیر است و باقی 52 درصد انرژی خورشیدی مادون قرمز است که به صورت گرما احساس می شود . انرژی در تمام این طول موج ها با شکل گیری جزایر حرارتی شهری در ارتباط است
شکل - 1 طیف های نورخورشید و درصد آنها
بازتاب خورشیدی یا ضریب انعکاس میزانی از انرژی خورشیدی است که توسط سطح منعکس می شود . مصالح سنتی ضریب انعکاس کمی - - % 5- %15دارند که به معنی جذب 85 تا 95 درصد انرژی رسیده به آنهاست . خنک ترین مصالح سقفی ضریب انعکاسیس بیش از 65 درصد دارند که باعث جذب بیش از 35 درصد انرژی خورشیدی توسط آنها می شود.این مواد پرتوهای خورشیدی را در هر طیف منعکس می کنند به ویژه در طول موجهای مرئی و مادون قرمز
با وجود اینکه بازتاب خورشیدی مهم ترین عامل در تعین نقش مصالح در جزایر حرارتی به شمار می رود ، انتشار حرارتی نیز یکی از فاکتورهای مهم در این معادله محسوب می شود . انتشار حرارتی مواد مشخص می کند که چه مقدار حرارت در واحد سطح و در حرارت معین از ماده تابش می شود که به طور ساده به معنی میزان حرارتی است که یک سطح از خود ساطع می کند. وقتی که مواد در معرض خورشید قرار می گیرند ، سطحی که میزان انتشار بیشتری دارد نسبت به سطحی با انتشار پایین ، در دمای کمتری به تعادل حرارتی می رسد زیرا سطح با ضریب انشار حرارتی بالا حرارتش را سریع تر خارج می کند .
بازتاب خورشیدی و انتشار حرارتی تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی حرارت سطوح دارند . شکل 3 تفاوت بین آنها را با استفاده از سه گونه ی سقف نشان می دهد . سطح سقف های معمول میزان بازتاب کم و در عوض انتشار حرارتی بالایی دارند ، سقف هایی که با آسفالت سیاه استاندارد پوشیده شده اند ، می توانند در ظهر تابستان به دمای 74- 85 درجه ی سنتی گراد برسند.
سقف های فلزی بازتاب بالا و ضریب انتشار گرنایی پایینی دارند و می توانند 66-67 درجه ی سانتی گراد حرارت پیدا کنند .تحقیقات نشان داده اند که سقف های خنک با بازتاب یا انتشار حرارتی بالا به هنگام اوج تابستان تنها 43-46 درجه سانتی گراد حرارت کسب می کنند با این وجود بر طبق تحقیقات دمای سقف های معمول در هر روز 31 الی 47 درجه از هوای پیرامون بیشتر بوده اند در حالی که ین مقدار برای سقف های خنک در حدود 6 تا 11 درجه است
