برسی اقلیم در ساختمان سازی
انسان
طبیعت
معماری
تقسیمات اقلیمی در ایران
اساساً اقلیم در بسیاری از مناطق دنیا بوسیله عرض جغرافیائی و ارتفاع از سطح دریا مشخص می شود. ایران با قرار گرفتن بین 25 تا 40درجه عرض جغرافیایی شمالی در منطقه گرم قرار گرفته است و از نظر ارتفاع نیز فلاتی است مرتفع که مجموعه سطوحی از آنکه ارتفاعشان از سطح دریا کمتر است 475 متر است درصد بسیار کمی از سطح کل کشور را تشکیل می دهند.
با وجود آنکه ایران دارای دو حوزه بزرگ آبی، دریای خزر و خلیج فاری، می باشد اما به دلیل وجود و نحوه قرار گیری رشته کوههای البرز و زاگرس اثرات این دو حوزه محدود به نواحی بسیار نزدیک به آنها بوده و به ندرت مشاهده گردیده است که این حوزه ها اثری در تعدیل درجه حرارت هوای قسمت های داخلی داشته باشند.
در مورد تقسیمات اقلیمی در ایران، دانشمندان ایرانی مبنای کار خود را براساس روش کوپن قرار داده اند. البته، به دلیل کمبود اطلاعات درباره شرایط آب و هوای ایران و به دلیل موقعیت استثنائی کشور. استخراج این تقسیمات برای ایران در پاره ای از موارد با واقعیت متفاوت است. اما، همان طور که مهندس عدل در بررسی مطالعات کوپن می نویسد: «منظور از تعیین تقسیمات اقلیمی مشخص ساختن نقاطی است که از حیث آب و هوا اگر هم کاملا با هم تطابق ندارند لااقل تا حدی شباهت داشته باشند.»
تردید نیست که در کشوری کوهستانی مانند ایران دو نقطه هیچوقت باد هم شباهت کامل اقلیمی ندارند. معذالک برای اینکه پایه ای برای تعیین مناطق اقلیمی کشور وجود داشته باشد بهترین طریقه همان اصولی است که کوپن معین کرده است و باید به ناچار از آن پیروی نمود، منتها باید تغییراتی در آن داده شود تا منظور حقیقی تامین گردد و مناطقی که دارای آب و هوای مشابهی هستند تحت یک فرمول معین قرار گیرند و معرفی شوند.
بنابراین می توان تقسیمات چهارگانه اقلیم ایران را که توسط دکتر حسن گنجی پیشنهاد شده است مورد استفاده قرار داد. نامبرده تقسیم بندی کوپن را با مختصر تغییراتی و با توجه به عوارض جغرافیایی کشور، به شرح ذیل پذیرفته است.
اقلیم معتدل و مرطوب (سواحل جنوبی دریای خزر)
اقلیم سرد (کوهستانهای غربی)
اقلیم گرم و خشک (فلات مرکزی)
اقلیم گرم و مرطوب (سواحل جنوبی ایران)
اقلیم معتدل و مرطوب (سواحل دریای خزر)
سواحل بحر خزر با اعتدال هوا و بارندگی و فراوان جزو مناطق معتدل محسوب می گردند. منطقه فوق که به صورت نواری بین رشته کوههای البرز و دریای خزر محصور شده از جلگه های پستی تشکیل می شود که هر چه به طرف شرق پیشروی می کند از رطوبت و اعتدال هوای آن کاسته می گردد. در حقیقت رشته کوههای البرز جلگه های پست خزر را از فلات مرکزی جدا ساخته و حد فاصل دو آب و هوای متضاد می باشد. از ویژگیهای این اقلیم رطوبت زیاد هوا و اعتدال درجه حرارت آن است. دمای هوا در روزهای تابستان معمولا بین 25 و 30 درجه سانتی گراد و در شبها بین 20 تا 23 درجه سانتیگراد بوده و در زمستان معمولا بالای صفر است.
بارندگی در این منطقه بسیار زیاد و در تابستان به شکل رگبار است. شهرهای رشت، بندر انزلی، بابلسر وگرگان در این منطقه قرار دارند.
اقلیم سرد (کوهستانهای غربی)
کوهستانهای غربی که دامنه های غربی رشته کوههای مرکزی ایران را شامل می شود، با توجه به اینکه در این منطقه متوسط دمای هوا در گرمترین سال ماه بیش از 10 و متوسط حداقل دمای هوا در سردترین ماه کمتر از 3 درجه سانتی گراد است، جزو مناطق سردسیر محسوب می گردند. سلسله کوههای غربی چون سدی مانع نفوذ هوای مرطوب مدیترانه به داخل فلات ایران شده و رطوبت هوا را در دامنه های خود نگه می دارند. از ویژگیهای این اقلیم گرمای شدید دره ها در تابستان و اعتدال آنها در فصل زمستان است. مقدار و شدت تابش آفتاب در تابستان این منطقه زیاد و در زمستان بسیار کم است. زمستانها طولانی، سرد و سخت بوده و در چندین ماه از سال زمین پوشیده از یخ است. در سراسر این منطقه از آذربایجان تا فارس زمستانها به شدت سرد بوده و سرما از اوائل آذر ماه شروع شده و کم و بیش تا اواخر فروردین ماه ادامه می یابد. مقدار بارندگی در تابستان کم و در زمستان زیاد و اکثرا به صورت برف است. برفهای پیاپی اکثر قلل را پوشانده و در ارتفاعات بیش از 3000 متر همواره برف دائمی وجود دارد. به طور کلی در این منطقه، بهاری کوتاه زمستان و تابستان را از هم جدا می سازد. شهرهای تبریز، ارومیه، سنندج وهمدان در این اقلیم قرار دارند.
اقلیم گرم وخشک (فلات مرکزی)
در این اقلیم که اکثر مناطق نیمه استوایی را شامل می شود در اثر وزش بادهای مهاجر که از جنوب غرب و شمال غرب به طرف استوا در حرکت هستند، هوا بسیار خشک است. این بادها بیشتر رطوبت خود را هنگام عبور از روی قاره های بزرگ از دست می دهند. علاوه بر این در مناطق نیمه استوایی که جزو مناطق با فشار هوای زیاد هستند، هوا به دلیل حرکت از قسمتهای بالایی آتمسفر به پائین گرم و خشک می شود. توجه به خشکی هوا در این مناطق که با ویژگیهای دیگر همراه است از نظر تامین آسایش انسان و در نتیجه طراحی ساختمان اهمیت فراوانی دارد.
تابش مستقیم آفتاب در این مناطق شدید بوده و 700 تا800 کیلو کالری در ساعت در متر مربع
( (K.Cal/ h/ mدر سطوح افقی انرژی تولید می نماید. حتی این شدت با افزوده شدن اشعه منعکس شده از سطوح لم یزرع زمین افزایش می یابد. آسمان این مناطق در بیشتر اوقات سال بدون ابر است اما مه و طوفان گرد و خاک معمولا در بعد از ظهرها در اثر گرم شدن و حرکت لایه های هوای نزدیک به زمین پدید می آید.
رطوبت کم و نبودن ابر درآسمان باعث می شود که دامنه تغییرات دمای هوا در این مناطق بسیار زیاد شود. در تابستان تابش افتاب سطح زمین را در روز تا 70 درجه سانتیگراد گرم می کند، در حالیکه در شب دمای سطح زمین به سرعت کاهش یافته و به 15 درجه سانتیگراد یا پائین تر می رسد. البته نوسان دمای هوا کمتر از این است اما در هر حال میزان تغییرات آن به 20 درجه سانتی گراد می رسد. دمای هوا در روزهای گرم تابستان به 40 تا 50 درجه سانتیگراد و در شبها به 25 تا 15 درجه سانتیگراد می رسد.
در فلات مرکزی که بزرگترین منطقه ایران است و اطراف آن را ناهمواریهای مرتفعی محصور نموده، صرفنظر از حاشیه متصل به ارتفاعات و بعضی حوضه های مستقل داخلی آب و هوای گرم و خشک حکمفرماست که از مشخصات آن زمستانهای سخت و سرد و تابستانهای گرم و خشک است. با توجه به وضع پراکندگی عوارض جغرافیایی در فلات مرکزی می توان دو منطقه متمایز آب و هوایی نیمه بیابانی و بیابانی در آن تشخیص داد.
فرم کالبدی ساختمان
فرم کالبدی یک ساختمان مناسب، باید پاسخگوی نیازها و ضوابط یاد شده باشد. در رابطه با جلوگیری از تاثیر هوای گرم در فضاهای داخلی ساختمان (اولویت اول در ضوابط طراحی)، ساختمانی با پلان مربع و فرمی نزدیک به مکعب مناسبتر است چون نسبت سطح به حجم چنین ساختمانی به حداقل می رسد و در نتیجه سطح کمتری در معرض شرایط خارجی قرار می گیرد. اما در رابطه با اولویت یعنی به حداقل رساندن تاثیر تابش آفتاب بر سطوح خارجی ساختمان، ساختمان هر جه فرمی کشیده تر، یعنی نماهای غربی و شرقی کوچکتری داشته باشد، مناسبتر است.
بام ساختمان، در تابستان بیشترین مقدار انرژی خورشیدی را در این اقلیم کسب می کند، بنابراین کاهش سطح بام (استفاده از ساختمانهای چند طبقه) منجر به کاهش انرژی تابشی تابیده شده به بام در ساختمان خواهد شد. اما ساختمانهای چند طبقه دارای دیوارهای بلندتری هستند و عملا ایجاد سایه بر روی سطح دیوارهای خارجی آنها مشکلتر است. در ساختمانهای یک طبقه یا دو طبقه، جلو آمدگی بام و سقف طبقه اول، امکان ایجاد سایه بر روی دیوارهای خارجی را فراهم می سازد. بنابراین، فرم مناسب باید در مجموع، سطح مشرف به آفتاب کمتری داشته باشد، فرم نهایی در این رابطه را می توان با توجه به امکانات طرح و نحوه پاسخگویی به این نیاز انتخاب نمود.
دراقلیم گرم و مرطوب ، کار آیی مصالح ساختمان سنگین، در تعدیل شرایط حرارتی فضاهای داخلی ساختمان بیش از کار آیی تهویه طبیعی است. بنابراین، ایجاد جریان دائمی هوا در فضاهای داخلی ضرورت ندارد. در نتیجه، فرمهای فشرده و متراکم مناسبتر از فرمهای باز و گسترده هستند. لازم به یاد آوری است که در ظهرها و بعد از ظهرهای پنج ماه از سال (در گرمترین مواقع ماههای مه، ژوئن، ژوئیه، سپتامبر و اوت – اواسط اردبیهشت تا اواسط شهریور) چون هوا بسیار گرم است باید از ورود آن به ساختمان جلوگیری نمود. در ضمن در شبهایی که هوا خوب است می توان از فضاهای خارجی ساختمان (پشت بام یا حیاط) استفاده کرد، بدین ترتیب میزان نیاز به کوران از 17 در صد مواقع سال به 8 در صد کاهش خواهد یافت.
عامل دیگری که در تعیین فرم ساختمان در این اقلیم تاثیر می گذارد، کنترل بادهای غبار آلود است. از این نظر، ساختمانهایی که دارای حیاط هستند، مناسبترین فرم شناخته شده اند.
ساختمانهای فشرده و درون گرای موجود در بافت قدیمی که دارای فضاهایی یکطرفه و مشرف به حیاطهای داخلی واقع در سایه اند، مناسبترین فرم ساختمان در رابطه با شرایط اقلیمی این شهر را دارند.
بافت مجموعه مسکونی
ضرورت ایجاد جریان دایمی هوا در فضاهای داخلی ساختمان مهمترین واقع در یک مجموعه را تحت تاثیر قرار می دهد. هرچه هوا مناسبتر و نیاز به ایجاد کوران در فضاهای داخلی بیشتر باشد، ایجاد بافتی گسترده تر ضرورت بیشتری می یابد. اما در اقلیم گرم و مرطوب هوا در بسیاری از مواقع سال گرم و در بعضی مواقع سال کمی شرجی است، از طرف دیگر، ایجاد جریان دایمی هوا در فضاهای داخلی ساختمان ضرورتی ندارد. بنابراین، بافت مجموعه های مسکونی در این شهر می تواند کاملا فشرده باشد و نیازی به ایجاد فاصله مناسب بین ساختمانها در ارتباط با بادهای محلی نیست.
هر چه تعداد و مساحت دیوارهای مشترک بین ساختمانهای مجاور هم بیشتر باشد، بهتر است. در صورتی که ساختمانها در نماهای شرقی و غربی با هم مشترک باشند، سطح مشرف به شدیدترین تابش آفتاب تابستان در این ساختمانها کمتر خواهد شد. چسبندگی ساختمانها به یکدیگر کل سطح خارجی ساختمانها را کاهش خواهد داد و این فشردگی زمان تاخیر کلی مجموعه را نیز افزایش می دهد. نزدیکی ساختمانها به یکدیگر باعث افزایش میزان سایه متقابلی خواهد شد که این ساختمانها بر
یکدیگر ایجاد می کنند.
الگوی اشغال زمین
منظور از الگوی اشغال زمین، نحوه قرار گرفتن ساختمان در قطعه زمین مربوط به آن است. فرم کالبدی ساختمانها و الگوی اشغال زمین، توام با یکدیگر، بافت مجموعه مسکونی را به وجود می آورند. در این قسمت، الگوهای معمول و مترادف اشغال زمین، صرفا از نظر اقلیمی مورد بررسی قرار می گیرد. هدف از این بررسی، مطالعه معایب و محاسنی است که هر یک از این الگوها در ارتباط با نیازهای حرارتی و ضوابط کلی طراحی دارند.
این نحوه قرار گیری ساختمانها در هشت الگو گنجانده شده که به تفضیل در باره هر کدام در صفحات بعدی توضیح خواهیم داد.
الگوی 1: ساختمان تقریبا در وسط زمین مورد نظر قرار گرفته و از چهار طرف به هوای خارج ارتباط دارد.
در این الگو، مساحت سطوح مشرف به شرایط خارجی به حداکثر می رسد. نماهای شمالی و جنوبی را می توان به راحتی در مقابل تابش آفتاب کنترل نمود. هر چه دیوارهای شرقی و غربی کوچکتر باشند بهتر است. در صورت پیش بینی پنجره هایی تنها در نماهای شمالی و جنوبی، این ساختمان اصطلاحا دو طرفه خواهد بود، یعنی از دو سمت مقابل به هم نورگیری خواهد داشت، در این حالت می توان جهت استقرار ساختمان را در ارتباط با عملکرد این دو نما تعیین نمود. وجود پنجره های مقابل هم، امکان جریان یافتن هوا در فضاهای داخلی را فراهم می سازند. این الگو اصولا در مجموعه ها بافت فشرده و متراکمی را ایجاد نخواهد کرد و طبیعتا درون گرا باشد.
الگوی 2: مانند الگوی 1، با این اختلاف که، ساختمان تمام عرض زمین را اشغال کرده است.
این الگو نیز ساختمانی دو طرفه محسوب می شود. در این حالت، به دلیل مشترک بودن دیوارهای شرقی و غربی ساختمانهای مجاور هم، از تابش شدیدترین آفتاب تابستانی بر سطوح خارجی ساختمان جلوگیری می شود. مساحت سطح خارجی این الگو کمتر از الگوی قبلی است.
این الگو غیر از موارد یاد شده تفاوت دیگری با الگوی 1 ندارد و در مجموعه های ساختمانی، بافت فشرده ای ایجاد نمی کند. به طور کلی ساختمانهای یک یا دو طرفه درون گرا نیستند و تنها می توان آنها را با دیوارهای بلند محصور نمود.
الگوی 3: ساختمان در منتهی الیه قسمت شمالی زمین قرار گرفته و تمام عرض آن را اشغال کرده است.
این الگو در مجموعه های ساختمانی به صورت ساختمانی یک طرفه در می آید که فقط یک نمای اصلی دارد. نسبت سطح به حجم این الگو نیز مانند الگوی قبلی است. به دلیل وجود یک نمای اصلی، کنترل تابش آفتاب به ساختمان به راحتی امکان پذیر نیست و می توان در رابطه با نورگیری و کنترل تابش آفتاب مناسبترین جهت استقرار چنین ساختمانی را به سادگی تعیین کرد. در این الگو، به دلیل وجود یک نمای اصلی، امکان برقراری جریان هوا در فضاهای داخلی امکانپذیر نیست. در صورتی که برای هر یک از فضاها در و پنجره پیش بینی شود، جریان هوای آرامی در آنها ایجاد خواهد شد.
الگوی 4: ساختمان مانند حالت قبل در منتهی الیه شمالی قطعه زمین قرار دارد. با این تفاوت که در این الگو حیاط کوچکی در قسمت شمالی ساختمان پیش بینی شده است.
تنها تفاوتی که در این الگو با الگوی قبلی دارد، این است که در این حالت می توان با پیش بینی بازشوهایی در نماهای معطوف به حیاط کوچک، امکان برقراری جریان هوا در فضاهای داخلی را فراهم ساخت. نسبت سطح به حجم این الگو کمی بیشتر از الگوی قبلی است.
الگوی 5: ساختمان «L» شکل در این نمونه ساختمان دو ضلع عمود بر هم قطعه زمین را اشغال کرده و دارای دو نمای عمود بر هم است.
این نمونه، در مجمعه های ساختمانی می تواند بافت نسبتا متراکمی ایجاد نماید. در صورتی که ساختمانهای واقع در یک مجموعه، در نماهای غیر اصلی به یکدیگر اتصال یابند، مساحت سطوح خارجی آنها تقلیل خواهد یافت. هر یک از بالهای ساختمان، باعث ایجاد سایه متقابل بر یکدیگر می شوند و در مجموع، سطوح واقع در سایه ساختمان افزایش می یابد. شکستگی ایجاد شده در این فرم وجود نماهای عمود بر هم، امکان درون گرا بودن و بسته شدن فرم ساختمانی را فراهم می سازد. مشکل عمده ای که در این الگو وجود دارد این است که، نماهای عمود بر هم، در صورتی که هر دو دارای یک ارزش باشند، امکان تعیین جهتی مناسب برای استقرار ساختمان را فراهم نمی سازد و در صورتی که یکی از نماها در جهت مناسبی قرار داده شود، نمای دیگر جهت مطلوبی نخواهد داشت. علاوه بر این، گرچه ساختمان دارای دو نمای اصلی است، اما از نظر ایجاد کوران در فضاهای داخلی
این دو نما نقش مهمی ایفا نمی کننند.
الگوی 6: ساختمان دو طرفه مجزا، ساختمان به طور مجزا در دو طرف زمین مورد نظر قرار گرفته است.
هر یک از قسمتهای این ساختمان مانند یک ساختمان یکطرفه عمل می کند، بنابراین موارد یاد شده در مورد ساختمان یکطرفه در مورد هر یک از قسمتهای این الگو صادق است. در ارتباط با مساحت سطوح خارجی و نسبت سطح به حجم و همچنین کنترل تابش آفتاب و تعیین جهت استقرار ساختمان، این الگو مشابه الگوی دو طرفه عمل می کند. در مواردی که زیر بنای کافی وجود دارد و می توان فضاهای جداگانه ای برای استفاده در فصول مختلف پیش بینی نمود، این الگو، الگوی بسیار مناسبی است. قسمت شمالی که نمای جنوبی دارد برای زمستانها کاملا مناسب است و قسمت جنوبی که رو به شمال است، برای استفاده در تابستانها مفید خواهد بود. این الگو می تواند فرمی درون گرا و بافتی متراکم
ایجاد کند.
الگوی 7 : ساختمان U شکل
پیشنهاد چنین الگویی تنها در قطعات بزرگ میسر ایت. در این الگو، در صد اشغال زمین بسیار بالاست و می توان با کنار هم چیدن چنین الگویی، مجموعه های ساختمانی بسیار متراکمی احداث کرد.
علی رغم وجود سه نمای مختلف، در این الگو نیز نمی توان جریان هوای مناسبی در فضاهای داخلی ایجاد نمود. در صورتی که در نما یا نماهای مشرف به خارج (کوچه ها) باز شوهایی پیش بینی شود، مشکل ایجاد جریان هوا در فضاهای داخلی بر طرف خواهد شد، اما در این حالت، کل مساحت سطح خارجی ساختمان و در نتیجه نسبت سطح به حجم ساختمان افزایش می یابد. در صورتی که چنین ساختمانهایی در نماهای غیر اصلی به هم اتصال داشته باشند، بافت مجموعه بسیار متراکم و نسبت سطح به حجم هر یک از ساختمانها و کل مجموعه ساختمانی بسیار کم خواهد شد. نماهای مختلف، یا قسمتهای مختلف چنین الگویی باعث ایجاد سایه متقابل بر روی یکدیگر می شوند. به همین دلیل این الگو از نظر کنترل سطوح خارجی در مقابل تابش آفتاب الگوی مناسبی است. کلیه نماهای اصلی این نمونه معطوف به حیاط مرکزی هستند و فرم این ساختمان اصولا درون گرا است.
وجود سه نما اصلی و هم ارزش در این الگو ، تعیین جهت مناسبی برای هر سه نما را ، عملا غیر ممکن می سازد.
الگوی 8 : ساختمان حیاط مرکزی
این الگو در قطعات بزرگ قابل پیشنهاد است. ساختمان دارای چهار نمای اصلی است که در چهار جهت مختلف جغرافیایی قرار دارد. از نظر عملکرد اقلیمی، چنین الگویی تنها در
مواردی قابل پیشنهاد است که نماهای مختلف دارای ارزشهای متفاوتی باشند، یا امکان تغییر فصلی محل زندگی وجود داشته باشد، چون نماهای مختلف در فصول مختلف عملکرد متفاوتی دارند.
این الگو در مجموعه های ساختمانی، بافت بسیار متراکمی را به وجود می آورد. سایه متقابلی که در این الگو ایجاد می شود بسیار زیاد است و همیشه قسمتی از حیاط در سایه قرار می گیرد. این فرم کاملا درون گرا و نسبت به محیط خارج کاملا بسته است.
در صورتی که باز شوهای فضاهای مختلف فقط به حیاط باز شوند، مشکلی از نظر تاثیر گرد و غبار در ساختمان وجود نخواهد داشت اما عملا تمام فضاها یکطرفه و جریان هوا در فضاهای داخلی بسیار کم خواهد بود. به دلیل وجود چهار نمای مختلف که هر یک در جهت متفاوتی قرار دارند، عملا تعیین جهت استقرار برای این الگو در صورت هم ارزش بودن نماها بی معنی است. ساختمان حیاط مرکزی، الگوی کاملا آشنایی در بافت قدیمی است.
جهت استقرار ساختمانها
یکی از مهمترین عواملی که در شکل گیری محیطهای مسکونی تاثیر می گذارد، جهت استقرار ساختمانها و شبکه های دسترسی است. در تعیین جهت استقرار مناسب برای ساختمان همواره باید به عواملی چون دسترسی، شیب و توپوگرافی زمین، ارتباط با ساختمانهای اطراف، اشراف، چشم انداز و بالاخره شرایط اقلیمی محل مورد نظر توجه داشت. امکانات اقتصادی و مسائل فرهنگی، نحوه ساخت و وضعیت اقلیمی هر محل، تعیین کننده نسبت اهمیت هر یک از عوامل یاد شده در تعیین جهت استقرار ساختمان هستند. هر چه امکانات ساخت و کنترل شرایط محیطی ساختمان محدودتر و شرایط اقلیمی وخیم تر باشد، ضرورت هماهنگی ساختمان با طبیعت و شرایط اقلیمی بیشتر خواهد شد. در هر صورت جهت انتخاب شده برای ساختمان باید جوابگوی کلیه نیازهای مطرح شده در جامعه مربوطه باشد. در این قسمت، جهت استقرار ساختمان صرفا در رابطه با شرایط اقلیمی تعیین می شود. به همین دلیل لازم است در انتخاب جهت نهایی، کلیه جهتهایی که از نظر اقلیمی قابل
قبولند در ارتباط با عوامل دیگر مورد بررسی قرار گیرند.
نقش هر یک از عناصر مختلف اقلیمی در تعیین جهت استقرار ساختمان در شرایط اقلیمی گوناگون، متفاوت است.
در مناطق گرم، هدف پرهیز از کسب حرارت ناشی از تابش آفتاب در مواقع گرم است.
در مناطق سرد، هدف پرهیز از کسب سرمای ناشی از دمای پایین در مواقع سرد است.
در مناطق مرطوب کوشش می شود تا از وزش بادهای محلی در خنک کردن فضاهای داخلی ساختمان حداکثر استفاده به عمل آید.
در شرایط اقلیمی مناطق گرم و خشک، با توجه به نیازهای حرارتی ساختمان و امکانات طبیعی موجود، می توان ضوابط تعیین جهت استقرار ساختمان را به ترتیب اولویت بشرح ذیل مشخص نمود:
کسب حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم
جلوگیری از نفوذ مستقیم آفتاب به فضاهای داخلی در مواقع گرم
جلوگیری یا تقلیل تاثیر بادهای گرم و غبار آلود در فضاهای داخلی و خارجی ساختمان
کسب انرژی خورشیدی در مواقع سرد
تامین جریا ن هوا در فضاهای داخلی در مواقع ضروری
توجه به اولویت یا نسبت اهمیت هر یک از موارد یاد شده، در تعیین جهت استقرار، امری ضروری است چون عملا تامین نیازهای ساختمان در رابطه با کلیه عناصر اقلیمی و به طور یکسان، امکانپذیر نیست.
ردیفهای اول، دوم و چهارم ضوابط تعیین جهت استقرار ساختمان به تاثیر تابش آفتاب و ردیفهای سوم و پنجم به تاثیر وزش بادهای محلی در ساختمان مربوط می شوند. در قسمتهای بعد، مناسبترین جهت ساختمان در رابطه با این دو عنصر اقلیمی تعیین می شود.
جهت استقرار ساختمان و تابش آفتاب
همان طور که اشاره شد، اولین الویت در تعیین جهت استقرار ساختمان در کلیه مناطق گرم کسب حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم سال است. با توجه به اینکه اولویت چهارم تعیین جهت استقرار نیز به کسب انرژی خورشیدی در مواقع سرد اختصاص یافته، می توان در رابطه با کسب انرژی خورشیدی در طول سال این دو ضابطه را به صورت یک ضابطه بدین صورت تعریف نمود:«کسب حداقل انرژی خورشید در مواقع گرم و حداکثر آن، در مواقع سرد».
اولین گام در تعیین چنین جهتی، مشخص ساختن مواقع گرم و مواقع سرد سال است. منظور از مواقع گرم، مجموعه زمانهایی است که در آن زمانها به دلیل بالا بودن دمای هوا نیازی به دریافت انرژی خورشیدی در ساختمان نیست، چون در چنین مواقعی ورود، آفتاب به فضاهای داخلی باعث گرم شدن هوای داخل ساختمان می شود. منظور از مواقع سرد نیز مجموعه زمانهایی است که در آن زمانها به دلیل پائین بودن دمای هوا، کسب انرژی خورشیدی در فضاهای داخلی مفید است
بر اساس بررسیها و تحقیقات انجام شده، حد پائین آسایش، یعنی دمای موثر 22 درجه سلسیوس به عنوان مرز نیاز به سایه یا مرز بین مواقع گرم و مواقع سرد در ارتباط با کسب انرژی خورشیدی پیشنهاد شده است.
بالا بودن دمای هوا و شدید نبودن نوسان روزانه دمای هوا در ماههای گرم، نمی توان با استفاده از زمان تاخیر مصالح، شرایط داخلی ساختمان را به طور کلی کنترل نمود. اما در هر صورت، استفاده از چنین مصالحی، باعث بهبود نسبی شرایط هوای داخل ساختمان خواهد شد.
محوطه سازی:
حرارتی که در روز در مصالح جدارهای خارجی ساختمان جذب و ذخیره می شود، پس از غروب آفتاب به صورت اشعه موج بلند به آسمان یا محیطهای خنک تابیده می شود. بنابراین لازم است فاصله مناسبی بین درختهای موجود در محوطه و دیوارهای خارجی پیش بینی شود تا از تابش این اشعه جلوگیری به عمل نیاید.
پنجره ها :
پنجره ها ضعیفترین قسمت جدارهای خارجی ساختمان در رابطه با جلوگیری از انتقال حرارت خارجی به داخل اند. هر چه تعداد پنجره های واقع در سطوح خارجی ساختمان کمتر و اندازه آنها کوچکتر باشد، مقدار حرارت انتقال یافته از آنها به فضاهای داخلی کمتر خواهد بود. در صورتی که در پشت پنجره ها دریچه های چوبی یا شبکه های متحرکی از جنس عایق حرارتی نصب شود، میزان حرارت انتقال یافته از این پنجره ها (به هر صورت، هدایت، نفوذ اشعه مستقیم، پراکنده و منعکس شده ) به حداقل خواهد رسید.
محافظت ساختمان در برابر تابش آفتاب در مواقع گرم
منظور از محافظت ساختمان در برابر تابش آفتاب، جلوگیری از نفوذ مستقیم آفتاب به فضاهای داخلی و همچنین ایجاد سایه بر سطوح خارجی (دیوارها و حتی بام) در تابستان است. در مناطق گرمسیر، تاثیر تابش آفتاب تابستانی، در گرم کردن فضاهای داخلی ساختمان آن قدر زیاد است که باید آن را نه تنها با تعیین جهت استقرار و طراحی مناسب بلکه با پیش بینی سایه بانهای مناسب کنترل نمود.
انتخاب زمین:
زمینهایی که شیبی مشرف به شرق یا غرب دارد، برای ساختمان سازی در این اقلیم مفید نیستند. شیب موجود در این زمینها باعث می شود که سطح آفتاب گیر ساختمان در صبحها یا بعد از ظهرها تابستان، که شدت تابش آفتاب بر سطوح قائم زیاد است افزایش یابد.
محوطه سازی:
با نشاندن درخت در محوطه و در فاصله ای نزدیک به ساختمان، به خصوص در گوشه های جنوب شرقی و جنوب غربی، می توان بر سطوح خارجی ساختمان سایه مناسبی ایجاد نمود. نمای جنوبی ساختمان، آفتاب را، در اواسط روز در یافت می کند. در این زمان، پرتوهای خورشیدی تقریبا به صورت عمودی بر زمین می تابند. به همین دلیل درختها قادر به ایجاد سایه بر روی نماهای جنوبی ساختمان نیستند. درختهای خزان دار، مانع از نفوذ آفتاب زمستانی به فضاهای داخلی
ساختمان نمی شوند.
شکل کالبدی ساختمان:
چون در اقلیم، شدت تابش آفتاب تابستانی بر دیوارهای شرقی و غربی خیلی زیاد است، فرمهایی مناسبترند که مساحت دیوارهای شرقی و غربی آنها کمتر باشد. در این رابطه، استفاده از فرمهایی که قادر به ایجاد سایه متقابل بر روی سطوح خارجی خود هستند، ترجیح دارد.
دیوارهای خارجی:
مقدار حرارتی که در روزهای گرم از طریق تابش آفتاب، در دیوارهای خارجی جذب می شود، خیلی زیاد است. این حرارت می تواند با مدتی تاخیر به فضاهای داخلی راه یافته و موجب گرم شدن این فضاها شود. بنابراین، باید به هر طریق که ممکن است، میزان جذب این حرارت را کاهش داد. استفاده از رنگهای روشن و ایجاد سایه بر روی دیوارهای مشرف به آفتاب تابستان و همچنین پیش بینی یک لایه عایق حرارتی در سطح خارجی دیوارها مفید خواهد بود.
بام:
بام ساختمان در تابستان مقدار انرژی خورشیدی بیشتری را نسبت به بقیه سطوح خارجی دریافت می نماید. حرارتی که در نتیجه این تابش در بام ایجاد می شود، عامل بسیار مهمی در گرم کردن فضاهای داخلی ساختمان در تابستان محسوب می گردد. بنابراین ، باید با استفاده از روشهای مختلف، تاثیر تابش آفتاب بر بام را به حداقل ممکن رساند. پیش بینی پوششهایی از رنگهای روشن و سطوح منعکس کننده برای بام، استفاده از بامهای دو پوش (دو لایه) یا استفاده ازعایق حرارتی در ساختار بام مفید خواهد بود.
پنجره ها:
چون نماهای شرقی و غربی ساختمان، در تابستان آفتاب بسیار شدیدی دریافت می کنند، باید حتی المقدور از پیش بینی پنجره یا سطوح شیشه ای در این نماها خودداری نمود. در صورتی که پیش بینی چنین پنجره هایی اجتناب ناپذیر باشد، باید اندازه آنها کوچک وتعدادشان محدود باشد. این پنجره ها بهتر است افقی باشند (ارتفاع کم و طول زیاد) تا بتوان سایه بیشتری بر روی آنها ایجاد نمود. به طور کلی، پنجره های واقع در نماهای خارجی، باید حتما دارای سایه بان یا عناصر دیگری باشند که بر
روی آنها سایه ایجاد کنند.
سایه بانها:
سایه بانها باید در کلیه مواقع گرم سال، بر روی سطح خارجی پنجره ها سایه ایجاد کنند. دریچه ها یا شبکه های چوبی پشت پنجره، می توانند در ایجاد سایه بر سطوح شیشه ای مفید واقع شوند. به طور کلی سایه بانها (از هر نوع که باشند) باید در سطح خارجی پنجره ها یا نورگیرها نصب شوند و ظرفیت حرارتی اندکی داشته باشند. ظرفیت حرارتی کم، باعث خواهد شد که پس از غروب آفتاب، سایه بانها به سرعت خنک و مانع از گرم شدن هوای مجاور سطح خارجی پنجره شوند. سایه بانهای داخلی (پرده ها، کرکره هاو…..)چون در معرض تابش آفتاب قرار می گیرند، گرم شده و خود به مرور باعث گرم شدن هوای داخلی می شوند. در نمای خارجی ساختمان، در محل اتصال سایه بان به دیوار، لازم است شکافهایی پیش بینی شوند تا امکان بالا رفتن هوای گرم شده را فراهم سازند و از ماندگاری هوای گرم در سطح پنجره جلوگیری کنند. در صورتی که هوای گرم در سطح پنجره باقی بماند، باعث گرم شدن شیشه و انتقال حرارت بیشتری از طریق هدایت و همرفت به داخل می شود.
جلوگیری از افزایش رطوبت هوا
در اقلیم گرم و مرطوب به دلیل رطوبت موجود در هوا و گرمای زیاد تابستان رطوبت موجود در هوای این اقلیم به طور کلی کافی و حتی در بعضی از مواقع تابستان از حد قابل قبول هم تجاوز می کند. بنابراین، هر گونه افزایش در رطوبت هوا و به هر مقدار، باعث وخیم تر شدن شرایط حرارتی هوا خواهد شد. به همین دلیل باید از هر گونه افزایش در رطوبت هوا جلوگیری به عمل آید.
مکانیابی:
استخرها، گیاهان و سطوح آبگیر، باید در محلهایی پیش بینی شوند که وزش باد باعث هدایت بخار آب حاصل از آنها به داخل ساختمان نشود. در داخل ساختمان، باید از تابش مستقیم آفتاب بر سطح گیاهان جلوگیری نمود. فضای آشپزخانه و رختشویخانه باید کاملا تهویه شود.
محوطه سازی:
در کف سازیها، به خصوص کف سازی محوطه اطراف ساختمان، باید از مصالح و تبخیر آن و در نتیجه، از افزایش رطوبت هوا جلوگیری به عمل آید. مخصوصا باید از ماندن آب در محوطه های آفتاب گیر جلوگیری شود. برای آبیاری و هدایت آبهای سطحی، حتی المقدور باید آبروهای سرپوشیده پیش بینی شوند.
جلوگیری از تاثیر بادهای غبار آلود در فضاهای داخلی و خارجی ساختمان
طوفان و گردوغبار علاوه بر ایجاد ناراحتی فیزیکی (خارش چشم، بینی و حلق) تمیزکاری مکرر فضاهای داخلی را الزام آور می سازد. مضافا به اینکه می توانند برای مصالح ساختمانی زیان آور باشند. برخورد مکرر دانه های شن اغلب به چوب، فلزات، رنگها، سطوح گالوانیزه و سایر سطوح خارجی آسیب می رساند. جمع شدن شن بر روی بامها نه تنها باعث افزایش بار وارد بر ساختمان می شود، بلکه دریچه آبروها را نیز مسدود می کند.
ذرات شنی که از روی زمین بلند می شوند حتی به هنگام وزش شدیدترین بادها معمولا از یک متری سطح زمین بالاتر نمی روند. اما ذرات گرد و غبار تا ارتفاع خیلی زیادی بالا می روند و قبل از آنکه به زمین برگردند تا فواصل بسیار دوری در فضا حرکت می کنند.
محوطه سازی:
حرکت ذرات شن را، به دلیل تمایلی که به بالا و پایین و رفتن روی سطح زمین دارند، می توان با استفاده از موانع نسبتا کوچک متوقف کرد. مانعی به ارتفاع 7/1 متر وسیله کاملا موثری است بخصوص حیاطهای داخلی در این موردکاملا مفیدند.
شکل کالبدی:
کنترل نفوذ ذرات گرد و غبار نسبتا مشکل است و موانع مورد استفاده حداقل باید هم ارتفاع خود ساختمان باشد و در فاصله ای کمتر از 6 متر نسبت به ساختمان قرار داده شوند تا محافظت را به نحو موثری انجام دهند. اما چنین دیوارهایی مانع از تاثیر نسیمهای خنک که به هنگام غروب می ورزند خواهند شد. حیاطهای داخلی محافظ مناسبی برای ساختمان در برابر گرد و غبار محسوب می شوند، البته در صورتی که عمق آنها در جهت وزش باد غالب بیش از دو برابر ارتفاع ساختمان نباشد.
دریچه های چوبی با شبکه های چوبی پشت پنجره، که امکان مسدود نمودن آنها در مواقع ضروری وجود دارد، احتمالا ساده ترین راه جلوگیری از نفوذ شن و گرد وغبار در جبهه های رو به باد و فضاهای داخلی هستند. گیاهان موجود در محوطه ساختمان، پنجره های کوچک، ساختمانهای نزدیک به هم و خیابانهای باریک و پیچ در پیچ، همگی به کاهش آسیبهای ناشی از ریگ روان و گرد و غبار کمک میکنند.
هدایت آفتاب به فضاهای داخلی در زمستان
هدف از هدایت به فضاهای داخلی، استفاده از انرژی حرارتی خورشید در گرم کردن فضاهای داخلی و جلوگیری از نمناکی این فضاها درزمستان است. با توجه به کوتاه بودن این دوره و سخت نبودن آن، این ردیف در اولویت پنجم قرار میگیرد. بنابراین، پاسخگویی به این نیاز تنها در صورتی قابل توجیه است که نیازهای حرارتی اشاره شده در اولویتهای قبلی تامین شده باشند.
جهت استقرار ساختمان:
در تعیین جهت استقرار ساختمان باید به امکان بهره گیری از انرژی خورشیدی در زمستان نیز توجه شود. به عبارت دیگر، باید جهتی انتخاب شود که در عین کسب حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم، امکان کسب مقداری انرژی حرارتی در مواقع سرد را نیز داشته باشد.
پلان:
پلان ساختمان بهتر است در جهت محور شرقی غربی گسترش یابد تا در نتیجه نمای رو به آفتاب زمستان یعنی نمای جنوبی، سطح بیشتری داشته باشدونماهای شرقی و غربی که تنها در تابستان تابش آفتاب را دریافت می کنند، کاهش یابند.
سازماندهی پلان:
بهتر است فضاهای زندگی در سمت جنوبی و فضاهای که بندرت مورد استفاده قرار می گیرند، مثل انبارها، در سمت شرقی و غربی ساختمان قرار داده شوند، پلان ساختمان باید به صورتی سازماندهی شود که امکان نفوذ آفتاب به فضاهای داخلی در مواقع سرد فراهم باشد.
سایه بانها:
در محاسبه عمق سایه بانها باید به مسئله هدایت آفتاب زمستانی به فضاهای داخلی نیز توجه شود. عمق سایه بانها باید در حدی باشد که در عین جلوگیری از نفوذ آفتاب تابستانی به فضاهای داخلی، مانع از نفوذ آفتاب زمستانی به این فضاها نشوند.
نمای شمالی از خیابان دست اندازهای بلند و مشبک فضای خارجی و محافظت شده ای را در جهت استفاده در عصرها و شبها فراهم می سازند.
در ادامه به ذکر چند نمونه ساختمان و سایه بان های آنها می پردازیم.
نمونه 1: ساختمان دو طبقه و نسبتا بزرگی است که از سمت شمال به فضای باز محله و از سمت غرب به یک کوچه باریک محدود شده است. ساختمان دارای سه حیاط مرکزی است، یک بیرونی ( حیاط کوچک ) و دو اندرونی ( حیاط بزرگ و یک حیاط کوچک ).
بدون استثناء در هر سه حیاط، ایوانهای مسقفی که دور تا دور حیاط چرخیده اند، دیوارهای خارجی مشرف به حیاط را، در تابستان در سایه نگه می دارند. اتاقها و سایرفضاهای این واحد مسکونی در اطراف حیاطها شکل گرفته اند. ایوانهای مسقف قرار گرفته در سایه، ارتباط بین فضاهای مختلف ساختمان را تامین می کنند. در حیاط بزرگ اندرونی ایوان طبقه اول هم مسقف است امادرحیاطهایکوچک، فقط بام طبقه همکف جلو آمده است و ایوان طبقه اول مسقف نیست.
نورگیری کلیه فضاهای ساختمان از حیاط انجام می شود. البته فضاهایی که در حاشیه کوچه باریکتر قرار گرفته اند دارای پنجره هایی رو به کوچه نیز هستند. شاید دلیل وجود چنین پنجره هایی، باریک بودن کوچه و مرتفع بودن دیوار رو به روی پنجره هاست که باعث ایجاد سایه بر روی پنجره ها می شود. اندازه نور گیرها بسیار کوچک است و در این نمونه نیز مانند نمونه های دیگر، قسمت اعظم مساحت پنجره با تخته پوشیده شده است.
ارتفاع سقف اتاقها خیلی زیاد است، این امر باعث زیاد شدن حجم اتاقها، علی رغم کم بودن مساحت آنها شده است. مصالح دیوارها، عمدتا خشت با نما سازی آجری و مصالح به کار رفته در بام، چوب، پوشال و گل است. ضخامت دیوارها بسیار زیاد و رنگ خارجی آنها روشن است. به دلیل مرطوب بودن زمین، دیوارها تا ارتفاع تقریبا یک متری سیمان کاری شده اند.
نمونه 1 نمای غربی از داخل ایوان رو به شرق
نمونه 1 : نمای خارجی از داخل حیاط ایوانهای عریض نماهای خارجی رادر سایه نگاه می دارند وفضای خارجی مناسبی فراهم می سازند.
1 -هشتی 2- اتاق 3- حمام 4- اتاق 5- آشپزخانه 6- مضیف 7- سرسرا 8- اتاق اندرونی 9- آشپزخانه 0 1- حیاط بیرونی 11- حیاط اندرونی 12- اتاق میهمان 13- توالت 14- دستشویی 15- بالکن
نمونه 1 : پلان طبقه همکف. نور گیری کلیه فضاها از حیاط تامین می شود و جلو آمدگی بام سطوح خارجی را در سایه نگاه می دارد.
1- هشتی 2- اتاق 3- حمام 4- اتاق 5- آشپزخانه 6 – مضیف 7- سرسرا 8- اتاق اندرونی 9- آشپزخانه 10- حیاط بیرونی
11- حیاط اندرونی 12- اتاق میهمان 13- توالت 14- دستشویی 15 – بالکن
نمونه 1 پلان طبقه اول
مناطق گرم و مرطوب
اقلیم گرم و مرطوب (سواحل جنوبی)
سواحل جنوبی ایران که به وسیله رشته کوههای زاگرس از فلات مرکزی جدا شده اند. اقلیم گرم و مرطوب کشور را تشکیل می دهند. (از ویژگیهای این اقلیم تابستانهای بسیار گرم و مرطوب و زمستانهای معتدل است). حداکثر دمای هوا در تابستان این مناطق به 35 تا 40 درجه سانتیگراد و حداکثر رطوبت نسبی آن به 70 درصد می رسد. (رطوبت هوا در این اقلیم در تمام فصول سال زیاد بوده به همین دلیل اختلاف درجه هوا در شب و روز و در فصول مختلف کم است)
تفاوت دمای هوای روی خشکی و روی دریا در این مناطق باعث به وجود آمدن نسیمهای دریایی و خشکی می شوند اما این مناطق داخلی آرام و سرعت باد، در صورتی که وجود داشته باشد، بسیارکم است)
از خصوصیات دیگر این اقلیم شدت زیاد تابش آفتاب است که در هوای مرطوب این ناحیه باعث خیرگی ناراحتی چشم می شود. البته شدت تشعشات خورشیدی مستقیم پراکنده دریافت شده به وضعیت هوا بستگی دارد. وقتی آسمان ابری و شیری رنگ است، شدت تابش اشعه پراکنده شده به حداکثر رسیده و روشنایی بسیار زیاد آن باعث ناراحتی چشم می شود. مقدار اشعه منعکس شده از زمین نیز به وضعیت آسمان از نظر ابری بودن و نوع پوشش زمین بستگی دارد، وقتی آسمان ابری یا سطح پوشیده از گیاه باشد این مقدار به حداقل می رسد. اما در صورتی که هوا صاف یا زمین لم یزرع باشد
مقدار اشعه منعکس شده از سطح زمین به حداکثر خواهد رسید.
شهرهای، بندر عباس، جاسک، آبادان و اهواز از جمله شهرهای این اقلیم بوده که البته به نسبت قرار گرفتن در سواحل مختلف و فاصله ای که از دریا دارند از نظر گرما و رطوبت هوا و همچنین میزان بارندگی با هم متفاوت هستند. به طور کلی میزان بارندگی با هم متفاوت هستند. به طور کلی میزان بارندگی در سواحل خلیج فارس بیشتر و منظم تر است. در حالی که سواحل دریای عمان که تحت تاثیر بادهای اقیانوس هند قرار دارند دارای بارانهای نامنظم و خشک سالیهای فراوان می باشند.
ویژگیهای معماری بومی مناطق معتدل و مرطوب
معماری بومی این گونه مناطق، که بیشتر کرانه های دریای خزر و دامنه های شمالی کوهها ی البرز را شامل می شود. به طور کلی از ویژگیهای ذیل برخوردار می باشد.
در نواحی خیلی مرطوب، کرانه های نزدیک به دریا، برای محافظت ساختمان از رطوبت بیش از حد زمین، خانه ها بر روی پایه های چوبی ساخته شده اند اما در دامنه کوهها که رطوبت کمتر است، معمولا خانه ها بر روی پایه های از سنگ و گل و در پاره ای موارد بر روی گربه روهایی بنا گردیده اند.
به منظور حفاظت اطاقها از باران، بالکنهای عریض و سر پوشیده ای در اطراف اطاقها ایجاد گردیده اند. این فضاها در بسیاری از ماههای سال برای کار و استراحت و در پاره ای موارد برای نگهداری محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرند.
اکثر ساختمانها با مصالحی با حداقل ظرفیت حرارتی بنا گردیده اند. و در صورت استفاده از مصالح ساختمانی سنگین، ضخامت آنها در حداقل ممکن نگهداشته شده (استفاده از مصالح ساختمانی سبک در این مناطق بسیار منطقی است. هنگامی که نوسان دمای روزانه هوا کم است ذخیره حرارت هیچگونه استفاده ای نداشته و علاوه بر این، مصالح ساختمانی سنگین تا حدود زیادی از سودمندی تهویه و کوران که یکی از ضروریات در این منطقه است می کاهند).
4- استفاده از کوران و تهویه طبیعی بدون استثناء در تمام ساختمانهای این گونه مناطق به چشم می خورد. به طور کلی ساختمانها دارای پلانهایی گسترده و باز بوده و بیشتر اشکالی هندسی، طویل و باریک هستند. به منظور حداکثر استفاده از وزش باد در ایجاد تهویه طبیعی در داخل اطاقها،جهت استقرارساختمانهابا توجه و در رابطه با جهت وزش نسیمهای دریا انتخاب گردیده اند. در نقاطی که وزش باد شدید و طولانی است، قسمتهای رو به باد ساختمانها کاملا بسته هستند.
5- از نظر سازمان یابی بناها در مجموعه نیز به منظور استفاده هر چه بیشتر از جریان هوا و همچنین به دلیل فراوانی آب امکان دسترسی به آن نقطه، ساختمانها غیر متمرکز و پراکنده هستند.
6- به دلیل وجود بارندگی زیاد در این مناطق بامها شیب دار بوده و اکثرا شیبشان تند است.
شکل شماره 1 : یک خانه روستایی در دهشال شمال ایران
شکل شماره 2 : شیخاور , از مناطق
شمالی ایران
ویژگیهای معماری بومی مناطق سرد
با آنکه میزان سرما و دوام آن در مناطق سرد متفاوت است اما به طور کلی اصولی که به منظور جلوگیری از اتلاف گرمای ساختمان در این گونه مناطق رعایت گردیده یکسان و عمدتا مشابه اصولی است که درمعماری مناطق گرم و خشک مورد توجه بوده است. با این تفاوت که در مناطق سرد منبع ایجاد حرارت در داخل ساختمان قرار داشته و هم چنین کوشش گردیده است تا آنجا که ممکن است به شکل طبیعی یا با استفاده از بخاری های بزرگ، گرمای ناشی از افراد، گرمای ناشی از پخت و پز یا حتی حیوانات، ساختمان را گرم نمود. اصول عمده ای که در معماری بومی این مناطق رعایت گردیده به شرح ذیل می باشد.
استفاده از پلان های متراکم و فشرده
به حداقل رساندن سطح خارجی در برابر حجم مورد پوشش
استفاده از مصالحی که دارای ظرفیت و عایق حرارتی خوب هستند.
به حداقل رساندن میزان تعویض هوای داخلی و تهویه طبیعی و در نتیجه جلوگیری از ایجاد سوز در داخل و فرار گرمای داخلی به خارج .
انتخاب بامهای مسطح و نگاهداری برف بر روی بامها به عنوان عایق حرارتی.
تنها تفاوتی که ممکن است بین معماری این مناطق و مناطق گرم و خشک وجود داشته باشد ضرورت و تمایل بهره گیری از گرمای ناشی از تابش آفتاب در داخل ساختمان و در زمستان است، که البته این نیاز معمولا به وسیله عامل باد و سرمای ناشی از وزش آن بر ساختمان تحت الشعاع قرار گرفته و در کل سعی گردیده سطح خارجی در حداقل ممکن نگاهداشته شود. اما در هر صورت به منظور استفاده از انرژی حرارتی تابش آفتاب پوشش سطوح خارجی، تیره رنگ انتخاب گردیده و ابعاد پنجره ها نیز در مقایسه با مناطق گرم و خشک افزایش یافته است.
ویژگیهای معماری بومی مناطق گرم و مرطوب
اصولی که در معماری این مناطق رعایت گردیده تا حدودی مشابه اصول مطرح شده در مناطق معتدل و مرطوب بوده و به طور خلاصه عبارتند از:
استفاده از مصالح ساختمانی با ظرفیت حرارتی کم
در سایه کامل قرار دادن ساختمان: در اینجا نیز ایوانهای عریض و سر پوشیده ای که هم از نفوذ باران به داخل جلوگیری نموده و هم سایه ای کامل بر روی دیوار اطاقها ایجاد می نمایند مورد استفاده قرار گرفته اند.
در نقاط نزدیک به دریا، به منظور استفاده از نسیمهای خنک دریا بادگیرهایی بزرگ مورد استفاده قرار گرفته و اکثر ساختمانهای این نقاط دارای بادگیر هستند. اما در مناطق دور از دریا که کمتر تحت تاثیر نسیم دریا قرار دارند، بادگیرها بسیار کوچک و کوتاه بوده و در بسیاری از نقاط نیز از ساختمان حذف گردیده اند.
در این مناطق به دلیل گرمی و رطوبت زیاد هوا، میزان تهویه طبیعی از اهمیت زیادی برخوردار نبوده و به همین دلیل پیش بینهایی لازم در مورد ایجاد کوران در داخل ساختمان به عمل نیامده است.
استفاده از باد گیرهای مشرف به دریا جهت استفاده از نسیم های خنک دریا . بندر لنگه
اصول رعایت شده در معماری بومی مناطق اقلیمی چهارگانه ایران
فرم ساختمان در رابطه با اقلیم
همانگونه که در قسمت های قبل مشخص گردید خصوصیات طرح و ویژگی های مصالح به کار رفته در هر ساختمان در عکس العملهای هر ساختمان در برابر عوامل اقلیمی پیرامونش تاثیر فراوانی دارد. میزان انرژی خورشیدی جذب شده یا نفوذ یافته در ساختمان، دمای هوا و سطوح داخلی و…به این ویژگیها بستگی دارد. در اینجا به منظور یاد آوری به طور خیلی خلاصه به حدود تغییراتی که اجزاء مختلف ساختمان در میزان تاثیر عوامل اقلیمی بر آن می گذارند اشاره می کنیم.
انرژی خورشیدی جذب شده در دیوارها
مقدار انرژی خورشیدی جذب شده در دیوارهای بستگی دارد. سطوح سفید و براق تنها حدود 15% انرژی خورشیدی دریافت شده را جذب می نمایند، رنگهای معمولی روشن مانند کرم یا خاکستری روشن حدود 40% تا 50%، رنگهای تیره مانند خاکستری تیره، سبز و قرمز حدود 60% تا 70% و رنگهای سیاه 80% تا 90% انرژی خورشیدی دریافت شده را جذب می نمایند.
انرژی خورشیدی نفوذ یافته از پنجره ها
مقدار انرژی خورشیدی که از شیشه پنجره ها یا سطوح شیشه خور به داخل ساختمان نفوذ می نمایند به نوع سایه بانها و به میزان کمی به جنس شیشه بستگی دارد. سایه بانهای خارجی تیره رنگ فقط 10% اشعه خورشیدی تابیده شده به پنجره را به داخل راه می دهند. اما سایه بانهای داخلی (پرده های کرکره ای) 40% تا 70% از اشعه خورشید را به داخل هدایت می نمایند. در صورت عدم استفاده از سایه بان حدود 90% اشعه خورشیدی به داخل نفوذ می نماید.
دمای داخلی
رابطه بین دمای هوا و سطوح داخلی یک ساختمان و دمای هوا و سطوح خارجی به رنگ دیوارهای خارجی، نوع مصالح مصرف شده، ابعاد پنجره ها و کیفیت سایه بانها بستگی دارد.
با استفاده از سطوح خارجی سفید رنگ، دیوارهای ضخیم، پنجره های کوچک بسته و مجهز به سایه بانهای موثر می توان دامنه نوسان هوای داخلی را تا 50% دمای هوای خارجی کاهش داد. با چنین شیوه ای می توان حداقل دمای هوای داخلی ساختمان را نیز به میزان 40% افزایش داد. با استفاده از تهویه طبیعی در شب دامنه نوسان دمای هوای داخلی تا حدودی افزایش می یابد چون در چنین حالتی حداقل دمای هوای داخلی بیشتر از حداکثر آن کاهش می یابد، اما در این حالت امکان کاهش حداکثر دمای هوای داخل تا 60% و افزایش حداقل دمای آن تا 20% دمای هوای داخلی وجود دارد. در مناطق خشک ممکن است بتوان بدین طریق حداکثر دمای هوای داخلی را به اندازه 10 درجه سانتی گراد کاهش داد.
از طرف دیگر، در صورت استفاده از دیوارهای تیغه ای با مقاومت و ظرفیت حرارتی کم و رنگ خارجی تیره و با استفاده از پنجره های بزرگ بدون سایه بان دمای هوای داخلی معمولا 10 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای هوای خارج خواهد شد. در صورتی که تهویه طبیعی نیز در ساختمان ایجاد نشده باشد، حداکثر دمای هوای داخلی ممکن است به میزان 20 درجه سانتی گراد نسبت به دمای هوای خارج افزایش یابد. و در این حالت دامنه نوسان دمای داخلی حدود 5/1 تا 3 برابر نوسان دمای سطوح داخلی حتی از دامنه نوسان هوای داخلی بیشتر بوده و ممکن است افزایش حداکثر دمای سطوح داخلی نسبت به هوای خارج به 30 درجه سانتیگراد یا بیشتر برسد (برای بامهای یک لایه). اما حداقل دمای چنین سطوحی ممکن است به میزان 8 درجه سانتیگراد نسبت به حداقل دمای هوای خارج
کاهش یابد (در مناطق خشک که شبها نیز سرد است).
سرعت جریان هوای داخلی
با ایجاد کورانی موثر در داخل اطاق، می توان میانگین سرعت جریان هوای داخلی را تا 60% و حداکثر سرعت آن را به 120% سرعت باد رساند. اما اگر در اطاق کوران ایجاد نشود، حتی وقتی پنجره ها کاملا باز باشند، میانگین سرعت هوا در داخل ممکن است به 15% و حداقل سرعت آن به 10% سرعت باد کاهش یابد.
فشار بخار هوای داخلی
در صورتی که ساختمانی به طور طبیعی تهویه شود، فشار بخار هوای آن برابر فشار بخار هوای خارج خواهد بود. در ساختمانهای پرجمعیت، و در زمستان هنگامی که پنجره های ساختمانی درتمام روز بسته باشند، فشار بخار هوای داخل ممکن است به میزان 7 میلیمتر جیوه یا بیشتر نسبت به فشار بخار هوای خارج افزایش یابد.
میزان تغییرات شرایط داخلی در رابطه با تاثیر شرایط اقلیمی
مناسبترین فرم ساختمان در اقلیمهای مختلف
اقلیم سرد
به دلیل سرمای شدید هوا در زمستان این گونه مناطق، فرمهای باز یا فرمهایی که اضلاع شرقی غربی آنها هستند مناسب نبوده و بهتر است ساختمان فشرده و پلان آن مربع باشد. ساختمانهای دو طبقه که فرمی نزدیک به مکعب دارند، بهترین نوع از نظر کنترل گرمای داخلی ساختمان در زمستان است.
اقلیم معتدل
با وجود اینکه میزان دمای هوای مناطق معتدل در حدی است که انعطاف پلان ساختمان را ممکن سازد، اما در هر حال گسترش پلان در طول محور شرقی غربی ضروری به نظرمی رسد. در رابطه با شدت تابش آفتاب بر دیوارهای جهات مختلف ساختمان، حتی دیوارهای شرقی و غربی، در این مناطق کمتر از مناطق دیگر است. در نتیجه در این مناطق می توان از فرمهای آزاد و حتی طبیعی شکل استفاده نمود، اما باز هم لازم است فرم ساختمان حتما در طول محور شرقی غربی گسترش داشته باشد.
اقلیم گرم و مرطوب
در مناطق گرم و مرطوب، شدت زیاد تابش آفتاب در سمت شرق و غرب، ایجاب می کند ساختمان فرمی کشیده داشته و به شکل مکعب مستطیلی در امتداد محور شرقی غربی قرار گیرد. این فرم از نظر ایجاد کوران در داخل ساختمان و کاهش رطوبت هوای داخلی نیز بسیار مناسب است. در صورتی که در این گونه مناطق ساختمان در سایه کامل قرار گیرد، پلان آن می تواند آزاد و باز باشد.
1- تعیین فرم ساختمانهای بزرگ
در شرایطی که آزادی عمل وجود داشته باشد، می توان مناسبترین فرم یک ساختمان مسکونی یا یک ساختمان کوچک را با در نظر گرفتن تاثیر عوامل اقلیمی بر آن تعیین نمود. اما در مورد ساختمانهای بزرگ این چنین نیست، چون در این گونه ساختمانها عوامل دیگری از قبیل روابط داخلی، فضای کلی مورد نیاز و همچنین مسئله اقتصاد در سازماندهی اهمیت بیشتری دارند. در نتیجه فرم این ساختمانها، چون پوششی بر عملکردهای داخلی، بیشتر تحت تاثیر نیروهای داخلی آن قرار گرفته و عکس العملهای کمتری در برابر شرایط اقلیمی از خود نشان می دهد.
عامل دیگری که در این گونه ساختمانها باعث تاثیر عوامل اقلیمی بر آنها می گردد بزرگی ساختمان است. چنانچه فرمی را چهار برابر بزرگ نمائیم، نسبت حجم آن در برابر سطحش از 6:1 به 5/1:1 کاهش یافته و در نتیجه کاهش خارجی نسبت به حجم مورد پوشش، تاثیر عوامل اقلیمی بر آن کاهش می یابد.
ضمنا محاسباتی که در زمینه تاثیر عوامل اقلیمی در کنترل شرایط گرمایی هوای داخلی ساختمانها انجام شده نشان داده اند که در حالی که می توان در ساختمانهای مسکونی بیش از 90% بار خنک کننده ساختمان را نتیجه عوامل اقلیمی دانست، این رقم برای ساختمان های بزرگ به 60% کاهش می یابد.
از طرف دیگر بررسی تاثیر ازدیاد حجم یک فرم در کاهش تاثیر عوامل اقلیمی بر آن در مناطق چهارگانه اقلیمی نشان داده است که در حالی که این تاثیر در مناطق سرد و مناطق گرم و خشک حائز اهمیت فراوانی است در مناطق گرم و مرطوب اهمیت چندانی ندارد.
بنابر آنچه ذکر گردید، به طور کلی در ساختمانهای بزرگ فرم و جهت قرار گیری در مرحله دوم اهمیت قرار دارند.
اما با این وجود می توان اصولی به شرح ذیل برای این گونه ساختمانها در نظر گرفت:
در مناطق سرد فرمهای بسته و فشرده و ساختمانهای مکعب شکل یا ساختمانهای به هم چسبیده پشت به پشت که در جهت محور شمال جنوب قرار نداشته باشند ترجیح دارند. در این مناطق ساختمانهای مرتفع مناسب تر هستند.
در مناطق معتدل به دلیل اعتدال هوا، آزادی بیشتری در انتخاب فرم وجود دارد، اما در هر صورت فرمهای قرار گرفته در جهت محور شرقی غربی مناسب تر هستند.
در مناطق گرم و خشک شکلهای توپر و فشرده مناسب هستند. فرمهای مکعب شکل یا فرمهایی که اضلاع شمالی جنوبی آنها بزرگتر از اضلاع شرقی غربیشان هستند مفید تر بوده و هم چنین ساختمانهای مرتفع نسبت به ساختمانهای کوتاه ترجیح دارند.
در مناطق گرم و مرطوب ساختمانهای که به طور آزاد در جهت محور شرقی غربی کشیده شده باشند مناسب هستند. اما در ساختمانهای که در جهت محور شمال جنوب قرار گرفته اند، در معرض تابش شدید آفتاب این مناطق قرار داشته و مفید نیستند.
انتخاب جهت استقرار ساختمان
به طور کلی انتخاب جهت استقرار ساختمان به عواملی چون وضع طبیعی زمین، میزان نیاز به فضاهای خصوصی، کنترل و کاهش صدا و نیز دو عامل باد و تابش آفتاب بستگی دارد. قسمت عمده ای از وظیفه یک معمار آن است که ساختمان را به نحوی قرار دهد تا بیشترین استفاده از نور خورشید در رابطه با شرایط گرمایی، بهداشتی و روانی آن حاصل گردد.
درست همانگونه که فصول مختلف سال در نتیجه تغییر محور زمین نسبت به خورشید از یکدیگر متمایز هستند، جهت یک ساختمان نیز تحت تاثیر مقدار انرژی خورشیدی تابیده شده به دیوارهای آن در ساعات مختلف قرار دارد.
در زمستان در عرض جغرافیایی 40 درجه شمالی یک دیوار جنوبی حدود سه برابر دیوارهای شرقی و غربی انرژی خورشید دریافت می نماید. در صورتی که در تابستان مقدار کل انرژی تابیده شده به دیوارهای شرقی و غربی است. در عرض های جغرافیایی کمتر، حتی این اختلاف شدیدتر بوده و به همین دلیل جهت یک ساختمان به خوبی می تواند تعیین کننده شرایط ناراحت کننده یا شرایط آسایش هوای داخلی باشد.
فلیکس ماربوتین با محاسبه شدت تابش آفتاب در فصول و در جهات مختلف به نتایج ذیل دست یافته است:
برای ایجاد بهترین شرایط گرمایی در داخل ساختمان، گرم در زمستان و خنک در تابستان، لازم است نمای اصلی ساختمان به طرف جنوب قرار داده شود.
نماهای جنوب شرقی و جنوب غربی گرچه نظم بهتری از نظر دریافت تابش آفتاب دارند اما در تابستان کرم تر و در زمستان سردتر از نمای جنوبی می شوند.
دیوارهای شرقی و غربی در تابستان گرمتر و در زمستان سردتر از دیوارهای جنوبی، جنوب شرقی و جنوب غربی می شوند.
در کلیه تئوریهای که در مورد ارتباط جهت ساختمان و تابش آفتاب ارائه گردیده، جهت جنوبی برای ساختمان قلم داده شده است البته این جهت بدون شک باعث حصول بیشترین مقدار انرژی خورشیدی در زمستان و کمترین آن در تابستان می گردد، لیکن در این تئوری ها تغییر دمای هوا در ساعات مختلف روز و همچنین نیاز به گرمای آفتاب در صبح و عدم نیاز به آن در بعد از ظهر و عصر مورد توجه نبوده و در انتخاب جهت ساختمان دخالت داده نشده است. در صورتی که، چون دمای هوا و تابش آفتاب تواما در شرایط گرمایی هوای داخل ساختمان تاثیر می گذارند، برای استفاده مطلوب از نور خورشید در ساختمان، می بایست تاثیر گرمایی نور خورشید مورد توجه قرار گرفته و تاثیر کلی از نظر تغییر دمای هوا داخل نسبت به منطقه آسایش در نظر گرفته شود.
از طرف دیگر اهمیت تابش آفتاب به نوع اقلیم منطقه و فصول مختلف سال بستگی دارد. در شرایط سرد حداکثر انرژی خورشیدی مورد نیاز بوده و ساختمان باید در جهتی قرار گیرد که بیشترین تابش آفتاب را دریافت نماید. برعکس وقتی هوا گرم است، جهت ساختمان باید به نحوی باشد که شدت تابش آفتاب بر دیوارهای آن به حداقل رسیده و نیز امکان نفوذ مستقیم اشعه خورشید به فضاهای داخلی وجود نداشته باشد.
به طور کلی در مناطق سرد سیر و در عرضهای جغرافیایی زیاد که هوا اغلب سرد است، ساختمان باید در جهتی قرار گیرد که حداکثر انرژی خورشیدی را در طول سال دریافت نماید. اما در مناطق گرم و در عرض های جغرافیایی کم، جهت ساختمان باید به نحوی باشد که حداقل انرژی خورشیدی سالانه را دریافت نماید.
اما اگر رنگ سطح خارجی دیوارهای ساختمان فوق تیره باشد، دمای این سطوح به میزان تابشی که دریافت می نماید بستگی خواهد داشت. در این حالت جهت قرار گیری ساختمان، که عامل تعیین کننده شدت تابش آفتاب در جهات مختلف می باشد، در تعیین دمای سطوح خارجی دیوارها و در نتیجه مقدار حرارت انتقال یافته از سطوح خارجی به سطوح داخلی تاثیر فراوانی دارد. البته میزان افزایش نوسان دمای سطوح داخلی دیوارهای خارجی به ظرفیت مقاومت حرارتی مصالح آنها بستگی دارد. هر چه ظرفیت مقاومت حرارتی دیوارها کمتر باشد، تغییرات دمای سطح داخلی آنها به تغییرات دمای سطح خارجی نزدیک تر و در نتیجه تاثیر جهت ساختمان در تعیین شرایط گرمایی هوای داخلی بیشتر می شود. اما هنگامی که مقدار کمی این دو عامل به خصوص مقاومت حرارتی، زیاد باشد، تاثیر جهت ساختمان در تعیین دمای سطوح داخلی دیوارهای خارجی کمتر خواهد بود.
شکلها تاثیر جهت و ضخامت دیوارهای خارجی یک ساختمان را در دمای هوای داخلی آن نشان می دهند. نمودارهای این شکلها دمای سطح داخلی دیوارهای که از بتن سبک ساخته شده و در چهار جهت مختلف قرار گرفته اند نشان می دهند. ضخامت این دیوارها 10 و 20 سانتی متر بوده و رنگ خارجی آنها سفید و خاکستری می باشد.
درجه حرارت سطوح داخلی دیوارهائی که دارای جهت ضخامت و رنگ خارجی متفاوت هستند.
پایان