معماری همساز با اقلیم بخش اول: بهینه سازی کارکرد حرارتی ساختمان

براساس مطالعات انجام شده بین 15 تا 20 درصد کل انرژی مصرفی هر کشور به مصرف فضاهای مسکونی میرسد که این مقدار بیانگر هزینه ای بسیار و از بین بردن منابع طبیعی و تخریب محیط زیست در بعد وسیعی است .

بنابر این برداشتن قدمی در جهت کاهش مصرف انرژی در این قسمت که منوط به بهینه سازی راندمان حرارتی ساختمانها است می تواند منجر به صرفه جویی عظیمی در منابع محدود طبیعی باشد . معماری قرن بیستم به واسطه اهمیت بیش از حدی که به تکنولوژی داده است عامل از بین بردن بسیاری باریک بین ها و دقت نظرهایی است که به عامل اقلیم در معماری سنتی شده است .

امروزه به ویژگیهای آب و هوایی و اقلیمی و مصالح بومی هر محل در معماری توجه کمی می شود و به همین دلیل ما شاهد یک سبک بین المللی در سراسر جهان هستیم .

بهینه سازی کارکرد حرارتی ساختمان

اولین گام در طراحی برای گرمایش و سرمایش طبیعی بهینه کردن کارکرد حرارتی ساختمان است . در بسیاری از مناطق دور از انتظار نیست که تنها با یک افزایش هزینه کم انتظار حداقل دوبرابر شدن راندمان حرارتی ساختمان را داشته باشیم .  برای این کار گام های زیر باید در نظر گرفته شود :

جهت گیری
عایق کاری
هوابندی
تأمین سایه
محوطه سازی

جهت گیری :

 جهت گیری مناسب برای یک سازه کار آمد از نظر حرارتی امری بسیار ضروری است . اثرات جهت گیری بد تا حدودی قابل جبران است ولی بسیار گران تمام می شود.

بهترین جهت گیری برای یک ساختمان این است که در جهت شرقی- غربی طویلتر از امتداد در جهت شمالی – جنوبی و دارای یک حیاط اصلی در قسمت جنوب باشد.بیشتر پنجره رو به سمت جنوب و تعداد کمی از آن ها در شمال و شرق و غرب قرار گرفته باشند. این جهت گیری در مناطق نیم کره شمالی مدنظر است و باعث حداکثر شدن گرایش خورشیدی در زمستان و حداقل شدن آن در تابستان می شود . این کار با حداکثر استفاده از تفاوت مسیر فصلی خورشید انجام می شود.


عایق کاری :

دومین گام در ارتقای سطح راندمان حرارتی یک ساختمان کاهش فرار ناخواسته گرمایش به روش انتقالی است . عایق کاری نه تنها برای دیوارهاو سقف باید انجام شود بلکه برای کف ها ، پنجره ها و در ها نیز لازم است . بسیاری از خانه ها از لحاظ عایق کاری بسیار وضعیت نامطلوبی دارند که همین نکته باعث هدر رفتن مقادیر زیادی انرژی می گردد. شیشه های دو جداره حداقلی است که باید در عایق کاری پنجره ها رعایت شود .


هوابندی :

زیان های حرارتی ناشی از ورود وخروج هوا به اندازه زیان های ناشی از انتقال تماسی و هوابندی با دقت بسیار مهم و ضروری می باشد . این بحث هم شامل مسئله درها و پنجره هایی که هوا را به آسانی عبور می دهند می شود و هم مسئله کلی تر اتصالات ، منافذ دسترسی و دیگر مناطقی که باعث می شوند جریان هوای ناخواسته اتفاق بیافتد را دربر می گیرد . جریان ناخواسته هوا می تواند عامل نیمی از اتلاق انرژی در یک ساختمان خوب عایق بندی شده باشد . جریان هوا دریک ساختمان حدود air changes/hour 1.5 است که در زمان های وزش باد این مقدار بیشتر می شود. با توجه دقیق به جزئیات اجرایی می توان این جریان را به 0.2 air changes/hour محدود کرد . هدف داشتن یک تهویه کنترل شده است که هوا زمان و مکانی که ما می خواهیم و لازم است ، وارد شود ، و باعث شادابی و سلامت گردد .در یک ساختمان خوب عایق بندی شده وضعیت به گونه ای است که می توان برخی پنجره ها را تقریباً در تمام زمستان کمی باز گذاشت بدون این که در آسایش گرمایی افراد خللی وارد شود.


ایجاد سایه :

 ایجاد سایه و کنترل آفتاب یک امر مهم برای جلوگیری از فزون گرمایش در فصل تابستان است . اهمیت ایجاد سایه را با یک مثال توضیح می دهیم central valley در کالیفرنیا ، تنها یک شیشه 55 فوت مربعی رو به غرب اندازه 5500 BTU انرژی را به یک ساختمان در یک بعد از ظهر تابستان تزریق می کند . یک وسیله تهویه مطبوع هوا برای خنثی کردن این گرمای جذب شده باید بکار رود . برای کار کردن این دستگاه نیاز به حداقل 2KW انرژی الکتریکی است که با توجه به بیشینه بودن مصرف انرژی الکتریکی در این ساعت از روز بطور متوسط هزینه این مقدار انرژی الکتریکی بالغ بر 2000 دلار خواهد بود که صاحب خانه علاوه بر تأمین انرژی برای دستگاه در طول عمر ساختمان می بایست مبلغی را نیز برای خود دستگاه و هزینه تعمیرات آن نیز پرداخت کند که مجموع این هزینه ها حتی از 3000 دلار نیز بیشتر می شود. ولی این همه خرج و هزینه را می توان با جهت دادن مناسب به ساختمان کاملا حذف کرد ویا با استفاده از یک سایبان خارجی که مبلغ بیش از 1000 دلار ندارد می توان این هزینه را به کمتر از 3/1 کاهش داد.


محوطه سازی :

با محوطه سازی مناسب اطراف ساختمانمی توان صرفه جویی هایی زیادی در انرژی انجام داد . محوطه سازی می تواند باعث تأمین سایه د رتابستان و بعنوان محافظی در برابر باد در زمستان باشد همچنین می تواند نسیم های خنک را در تابستان دریافت و به سمت ساختمان هدایت کند. مناطق مهم ساختمان برای کننترل محوطه سازی دیوارها و پنجره های شرقی و غربی هستند.

پس از بهینه سازی کارکرد حرارتی ساختمان ما می توانیم اصول طراحی خورشیدی را برای آن بکار بریم تا آن را به یک خانه طبیعی گرم و سرد شونده تبدیل کنیم . این سیستم های ساده خورشیدی برای گرمایش محیط بسیار کارآمد هستند که از لحاظ ترکیب ، شکل ، کارکرد و هزینه با یکدیگر تفاوت های زیادی دارند ولی خصوصیات چندی نیز بین آن ها مشترک است . این خصوصیات مشترک عبارتند از :

• پنجره یا بازشوهایی برای دریافت و جذب انرژی آفتاب
• کنترل انتقال حرارت برای کاهش فرار ناخواسته انرژی
• جرم های دریافت کننده انرژی برای دریافت و ذخیره انرژی خورشیدی