بهينه سازی مصرف انرژی در ساختمان با توجه به معماری ساختمان

 

انرژي از مهمترين كار مايه و اصلي‎ترين نيروي اساسي زندگي بشري محسوب گشته و تاريخ و تمدن بشري بر بنياد ابداعات و كشفيات در جهت تبديل انرژيهاي مختلف به يكديگر شكل گرفته است. انرژي از اركان تمدنهاي بشري و در نتيجه اساس توليدات اجتماعي به شمار مي‎رود.

انرژي از مهمترين كار مايه و اصلي‎ترين نيروي اساسي زندگي بشري محسوب گشته و تاريخ و تمدن بشري بر بنياد ابداعات و كشفيات در جهت تبديل انرژيهاي مختلف به يكديگر شكل گرفته است. انرژي از اركان تمدنهاي بشري و در نتيجه اساس توليدات اجتماعي به شمار مي‎رود. انقلاب صنعتي كه بر تمامي عرصه‎ها و فعاليتهاي اقتصادي ـ اجتماعي بشري تأثير به سزايي داشت، در نتيجه بكارگيري و بهره‎برداري از اشكال مختلف انرژي به وقوع پيوست. اينك بشريت با كارگيري انواع انرژيهاي مختلف فسيلي و غيرفسيلي در آستانه هزاره سوم قرار گرفته است وسعي بر محدود كردن انرژيهاي به دست آمده از سوختهاي فسيلي داشته و درصدد به كارگيري نوعي از انرژي به منظور صرفه‎جويي در انرژيهاي ديگر است.

فعاليتهاي مختلف اقتصادي و توليدي در كشور ما يكي از مصاديق اسراف در مصرف انرژي در جهان به شمار مي‎رود. ابتدايي‎ترين تمهيدات در جهت صرفه‎جويي در اين زمينه جهشي عظيم در اقتصاد كشور را مي‎تواند موجب گردد. يكي از بخشهاي مهم در اين زمينه طراحي و ساختمان‎سازي است كه با بكارگيري فنون طراحي و ساخت مي‎توان صرفه‎جويي قابل توجهي در مصرف انرژي داشته و در نتيجه آلودگي ناشي از آن را نيز به ميزان زيادي كاهش داد.

واژه‎هاي كليدي: انرژي فسيلي، انرژي غيرفسيلي، آلودگي، تبادل حرارت، بهينه‎سازي، ساختمان، طراحي، فن‎آوري، اجراء، بهره‏برداري

مقدمه

تاريخ تكاملي بشر در حقيقت تاريخ تبديل انرژي‎ها به صورتهاي مختلف بوده و مملو از ابداعات و اختراعات و كشفيات در اين جهت است. انقلاب صنعتي خود نمونه بارزي از اين تغيير شكل انرژي مي‎باشد. به طور كلي انرژيها به دو دسته تقسيم شده‎اند، انرژي‎هاي تجديدپذير و انرژي‎هاي تجديدناپذير. بخش اعظم انرژي‎هاي مورد استفاده بشر، انرژي‎هاي تجديدناپذير هستند. اين نوع انرژي داراي دو نقطه ضعف اساسي است. يكي آنكه منبع چنين انرژي محدود است و زماني منابع آن به پايان خواهد رسيد و ديگر آنكه اين نوع انرژي از سوخت منابع فسيلي كه بزرگترين آلوده كننده محيط زيست مي‎باشد، توليد مي‎شود. انرژي‎هاي تجديدپذير كه توسط تابش خورشيد، باد، حركت آب و … به دست مي‎آيد، برخلاف انرژي‎هاي تجديدناپذير هم منابع طبيعي پايان‎ناپذيري را دارا هستند و هم داراي آلودگي نيستند.

صرفه‎جويي و بهينه‎سازي مصرف انرژي كه بيشتر به انرژي‎هاي تجديدناپذير مرتبط مي‎گردد، از يك جهت به دليل محدود بودن منابع چنين انرژي حائز اهميت است و از طرف ديگر موجب كاهش آلودگي محيط زيست مي‎گردد. اثر مخرب اين نوع انرژي يعني آلودگي محيط‎زيست انسان را بر آن داشته تا با رويكرد به مصرف انرژي‎هاي تجديدپذير اين اثر را كاهش دهد. استفاده از اين نوع انرژي خود مي‎تواند در كاهش ميزان مصرف انرژي‎هاي تجديدناپذير بسيار مؤثر باشد.

در كشورهاي پيشرفته مانند اروپا، تقريباً هر نفر يكصد ”كيگا جولز”، معادل ۵/۳ تن زغال‎سنگ انرژي در سال مصرف دارد. در آمريكا و كانادا اين رقم براي هر نفر به ده تن در سال مي‎رسد. اين در حالي است كه در كشورهاي توسعه نيافته و غيرصنعتي هر نفر ۱/۰ تن يعني ۰۱/۰ بالاترين مصرف، انرژي صرف مي‎كنند (Behling 1996)، در صورتي كه كشورهاي در حال توسعه به منظور تعميم عدالت اجتماعي و ارتقاء سطح زندگي با توجه به ميزان رشد جمعيتي كه اين نوع كشورها با آن مواجه هستند، برنامه‎هايي را تدوين نمايند، آينده مصرف انرژي در جهان و در نتيجه استفاده از انرژي‎هاي تجديدناپذير كه از سوخت منابع فسيلي به دست مي‎آيد، روند فزاينده‎اي را خواهد داشت.

بحران انرژي در سال ۱۹۷۳ و ۸۱ـ ۱۹۷۹ ميلادي (Behling, 1996) وابستگي زياد به مصرف انرژي كشورهاي صنعتي موجب توجه آنها به اين وابستگي گشت. در نتيجه اين بحران بود كه اين جوامع به منظور رفع بحران و وابستگي به آن مباحثي چون آلودگي هوا، مشكلات لايه ازن و بارانهاي اسيدي (ترش) را مطرح كردند.

عواقب مصرف بالاي انرژي و فهم آن از اين عواقب موجب توجه به اشكال توسعه پايدارتر ـ كه به محدوديتهاي محيطي مربوط مي‎شد، تا فائق آمدن بر آنها ـ گرديد. يكي از مهمترين بازتابهاي اين مقوله توجه خاص به بازنگري مجدد فرم و عملكرد شهري و همچنين روند فعاليتهاي صنعتي معاصر مي‎باشد. در اين رهگذر خواستگاه رو به افزايش شناخت اهميت موضوع مانند تراكم شهري براي تعيين و تخمين انرژي بهينه و اهميت حركت به سوي انرژي‎هاي زيست محيطي و استفاده بهينه از منابع و مواد خام با بازده منفي كمتر و اثرات مخرب زيست محيطي كمتر قابل تعمق مي‎باشد. هرچند پايگاه عمومي توجه به حفظ محيط زيست در حرف باقي مانده است، واقعيت آن است كه تبديل اين باورها به منظور متحول نمودن زندگي كار بس دشواري است. قطعاً اين موضوع درك انگيزه‎هاي قابل حصول و ممكن براي تغييرات اساسي مانند چگونگي ارزش‎گذاري تصميمات فردي را طلب مي‎نمايد. همانطوري كه در اقتصاد متكي به بازار آزاد به تقدير اتكاء مي‎شود. تناقض ديگري كه در اينجا وجود دارد، آن است كه مادامي كه اهميت جهاني فشارهاي زيست محيطي شناخته شده‎تر مي‎گردد، راه‎حلهاي اساسي در عمل در حدود محلي مطرح مي‎گردد و نه در سطح جهاني. بسياري، راه‎حل بحرانهاي اينچنين را در بازنگري در ارزشهاي اجتماعي و اصول حاكم بر بوم مي‎دانند. البته محيط زيست متعلق به عموم است و چنين راه‎حلي را نيز مي‎طلبد.

امكانات مادي با اتلاف انرژي محيط زيست را تخريب مي‎نمايند و به دليل نبودن انرژي فقر افزايش مي‎يابد. برخي تصور مي‎كنند امكانات فراهم شده توسط تكنولوژي موجب چنين نقيصه‎اي گشته است، حال آنكه هدف از تكنولوژي فراهم آوردن آسايش و راحتي بشر است و تلقي غلط از تكنولوژي و ابزاري انگاشتن آن موجب مشكلات ياد شده گشته است، چه تكنولوژي تنها ابزار نيست كه روح شاعرانه آن قادر است تا در صورت درك آن به مشكلات پايان دهد. اين نقيصه برطرف نمي‎گردد مگر از طريق افزايش كارآيي امكانات و تمركز مجدد بر روي انرژي‎هاي تجديدپذير به كمك تكنولوژي. به همين دليل دانشمندان و پژوهشگران در تلاشند تا با كاهش هزينه‎هاي استفاده از انرژي‎هاي تجديدپذير مشكلات استفاده از انرژي‎هاي تجديدپذير را برطرف سازند. اين نكته قابل توجه است كه تكنولوژي، هزينه استفاده از انرژي‎هاي تجديدپذير در سطوح كوچك مانند تأمين آبگرم و گرمايش ساختمان با كمك نيروهاي خورشيدي و بادي را تا حدود زيادي كاهش داده است.

اين ميزان كاهش هزينه اين نكته را گوشزد مي‎كند كه نبايد فراموش كرد كه تكنولوژي استفاده از انرژي‎هاي تجديدپذير به مرابت ساده‎تر و بادوام‎تر از تكنولوژي استفاده از انرژي‎هاي تجديدناپذير و هسته‎اي بوده و تنها به دليل كاهش آلودگي كافي است تا چنين رويكردي در كشور ما نيز به عمل بيانجامد. چه هزينه رفع آلودگي‎هاي زيست محيطي به مراتب بيشتر از هزينه‎هاي ياد شده مي‎باشد.

تكنولوژي يك نياز براي انرژي پاك

بشر با استفاده از انرژي از طريق كشاورزي، توانست محيط طبيعي را مطابق نيازهاي خود به تسخير درآورد. مادامي كه انرژي نه توليد مي‎شود و نه مصرف و تنها انتقال مي‎يابد، كليه انواع انرژي ارائه شده، يا به شكل انرژي خورشيدي، كه به صورت بيولوژيك در گياهان ذخيره مي‎شود و يا به صورت سوخت فسيلي درنفت، گاز و زغال‎سنگ وجود دارد. نوآوريهاي تكنولوژيك قادر است تا هريك از اين منابع كشف شده را در جهت ارتقاء سطح توليد، در هر مورد و زمينه جديدي از استفاده، بكار ببندد.

استفاده‎هاي اوليه انرژي موجب طي مراحلي چون استفاده از انرژي ماهيچه‎اي تا كشف آتش و در نتيجه فرآيند سوخت چوب تا تلخيص انرژي‎هاي تجديدناپذير از سوخت مواد فسيلي و تبديل آنها به انرژي الكتريسته گشته است. انرژي ماهيچه‎اي و سوزاندان چوب حتي در كشورهاي صنعتي هنوز بخش قابل توجهي از انرژي مورد نياز را تأمين مي‎نمايد. قبل از انقلاب صنعتي انرژي مورد استفاده بشر اساساً تجديدپذير بود. فرم و طراحي شهرها براساس اقليم موجود به گونه‎اي طراحي مي‎شد تا حداكثر استفاده از انرژي خورشيد و باد را براي شهروندان فراهم سازد. اين موضوع در شهرهاي ايران و به خصوص شهرهاي كويري به خوبي مشاهده مي‎شود. سازماندهي صنعتي پس از انقلاب صنعتي به طور غالب براساس انرژي بخار با استفاده از سوخت زغال‎سنگ به جاي سوزانيدن چوب صورت گرفت. اين تكنولوژي با افزايش تقاضا براي مصرف انرژي بيشتر مواجه گشت. انقلاب صنعتي در واقع انقلابي در سوخت فسيلي بود و هرچند پيشرفت سريعي را به دنبال داشت، اما عواقب وخيمي مانند آلودگي هواي شهرها، كه در سلامتي ساكنين مؤثر بود، را در برداشت.

با توجه به اينكه انرژي به دست آمده از سوخت‎هاي فسيلي پايان‎پذير است، استفاده بجا و حساب شده و اصلاح راندمان انرژي و بهينه كردن مصرف آن بسيار توسعه يافته است. يكي از جنبه‎هاي مهم در جهت افزايش راندمان انرژي، اطمينان از استفاده بجا از نوع انرژي براي منظور خاص مي‎باشد. براي مثال هزينه توليد برق هدر شده در خطوط انتقال نيرو بسيار بيشتر از ميزان مصارف مربوطه آن مي‎باشد. انرژي هدر رفته در اين فرآيند قادر است تا گرمايش تمامي خانه‎هاي آمريكا را فراهم سازد (Behling, 1996). اين نكته حائز اهميت است كه مي‎بايست توليد انرژي را به طرف انرژي‎هاي تجديدپذير سوق داد و در واقع گذر از تكنولوژي سخت كه بر پايه سوخت‎هاي فسيلي شكل گرفته به طرف تكنولوژي نرم مانند آنهايي كه با طبيعت سازگار و با اكولوژي برخوردار است، را شامل مي‎شود و در آينده جزء لاينفك و اصلي بازگشت تكنولوژي به سوي طبيعت و همسازي و سازگاري با طبيعت خواهدبود.

در دهـــه ۸۶ـ۹۵ ميـــــلادي مصــــرف انـــرژي جهان Q-BTU 361 كه معادل kwh 2 10*8/105 مي‎باشد بوده است. عمده انرژي مصرف شده در جهان از سوخت زغال‎سنگ، فرآورده‎هاي نفتي، انرژي هسته‎اي و منابع انرژي تجديدپذير بوده‎اند. ميزان مصرف منابع انرژي تجديدپذير ۶/۱۲% بوده است كه از اين مقدار ۳/۱۰% متعلق به مصرف انرژي توليد شده از طريق بيوماس سنتي مي‎باشد. انرژي مصرف شده در بخش‎هاي ساختمان، صنعت و حمل و نقل به ترتيب به ميزان ۵۰% و ۲۵% و ۲۵ بوده است. مصرف انرژي در بخش ساختمان به ترتيب زير مي‎باشد. (Modifidi, 1998)

الف ـ روشنايي ۲۵

ب ـ گرمايش و سرمايش ۴۵

ج ـ وسائل و تجهيزات ۱۵

د ـ اتلاف انرژي ۱۵

ميزان قابل توجه ۵۰ مصرف انرژي كل در ساختمان كه ۱۵ درصد آن تلف مي‎شود، از يك طرف و ميزان ۷۰ مصرف در روشنايي و گرمايش و سرمايش از طرف ديگر حائز اهميت است. به هر ميزان صرفه‎جويي در مقادير فوق خود اثر قابل ملاحظه در كلان مصرف انرژي خواهد داشت.

نقش معمار در كاهش مصرف انرژي به مثابه يك استراتژي

همانطوري كه اشاره شد ساختمان يكي از بزرگترين بخشهاي مصرف‎كننده انرژي در اكثر جوامع محسوب مي‎گردد. توجه به فن‎آوريهاي ساختمان به منظور صرفه‎جويي و بهينه‎سازي مصرف انرژي به ميزان بسيار مؤثري مي‎تواند در اين راستا نقش سازنده داشته باشد. اين نكته قابل ذكر است كه مصرف زياد انرژي به هيچ وجه به معني آسايش در ساختمان نيست. نارضايتي‎هاي موجود در ارتباط با عدم وجود آسايش، به تجهيزات مكانيكي سرمايشي و گرمايشي ساختمان باز مي‎گردد. ساختماني كه سيستم هواساز وجود دارد و مصرف انرژي بالاتري را نيز شامل مي‎شود، به مراتب با نارضايتي بيشتري نسبت به ساختمان‎هايي كه هواساز ندارند، روبرو هست. بنابراين ما در بسياري موارد از ساختمانهايي استفاده مي‎كنيم كه علي‎رغم ميزان چند برابر انرژي، آسايش چند برابر را فراهم نمي‎سازند. بنابراين، اين سئوال مطرح مي‎گردد كه عوامل مؤثر در راندمان و بهينه‎سازي مصرف انرژي كدامند؟ عوامل اصلي در اين ارتباط به سه دسته تقسيم مي‎گردند:

الف ـ طراحي معماري ساختمان

ب ـ طراحي تأسيسات برقي و مكانيكي

ج ـ رفتار ساكنين

مطالعات به عمل آمده توسط باكر (Baker, 1996) نشان مي‎دهد كه عوامل ياد شده مصرف معمول انرژي را تا ده برابر افزايش مي‎دهند. سهم طراحي معماري ساختمان در ميزان مصرف تا ۵/۲ برابر مصرف معمول را مي‎تواند افزايش دهد و اگر چنانچه تأسيسات برقي و مكانيكي را نيز به آن اضافه كنيم ميزان مصرف به دو برابر يعني تا ۵ برابر مصرف معمول افزايش پيدا مي‎كند. سهم ساكنين در اين خصوص نيز مابقي ده برابر يعني ۲ مي‎باشد.

در نگاه اول اين موضوع از اين بابت كه نقش معمار با نقش مهندسين تأسيسات و ساكنين گره مي‎خورد، ممكن است موجب نگراني گردد. دو دليل موجه و قابل قبول بر اهميت فوق‎العاده تصميمات استراتژيك يك معمار در پيشبرد طراحي ساختمان وجود دارد. اول اينكه عوامل مرتبط با ساختمان از عواملي هستند كه احتمال تغييرات آنها بسيار نادر است. تنها در بازسازي و يا تعميرات اساسي، هنگامي كه تأسيسات ساختمان به كلي تعويض مي‎گردد، اين اتفاق ممكن است رخ دهد. مديريت بهتر قادر است ساكنين را در جهت مصرف بهينه انرژي تشويق نمايد. دوم اينكه عوامل سه گانه فوق جداي از يكديگر عمل نمي‎نمايند و يقيناً استراتژي مصرف بهينه انرژي در طراحي ساختمان هم به سيستم تأسيسات بكار رفته و همه به رفتار ساكنين ساختمان وابسته است.

جداي از تصميماتي كه در طراحي معماري ساختمان به منظور صرفه‎جويي در مصرف انرژي گرفته مي‎شود، استفاده از انرژيهاي تجديدپذير و در حقيقت صرفه‎جويي بيشتر در انرژي‎هاي تجديدناپذير كه از سوخت‎هاي فسيلي به دست مي‎آيد، استفاده از سيستمهاي غيرفعال (Passive) توسط پيش‎بيني‎هاي معمارانه و انطباق با شرايط محيطي از اهداف بهينه‎سازي مصرف انرژي محسوب مي‎گردد. معماري سنتي ايران نمونه آشكار و بارزي از چنين استفاده بجا و ارزنده از فرهنگ بكارگيري روش غيرفعال را به تجربه و نمايش گذاشته است. احياء و باز زنده‎سازي فرهنگ صرفه‎جويي كه به صورت علمي و عملي از گذشتگان ما در اختيار گذاشته شده است، مي‎تواند به سادگي ما را در اين جهت ياري دهد.

تنها با اشاره به دو مثال مي‎توان به عمق اين مطلب بيشتر پي برد. يكي آنكه ساختمانهايي كه به گونه‎اي طراحي شده‎اند تا ميزان مناسب جذب تابش گرماي خورشيد را داشته و كمتر تبادل حرارتي ازداخل به بيرون دارند، نياز كمتري به كاركرد تأسيسات پيدا مي‎نمايند، و در نتيجه مصرف انرژي در آنها بهينه‎تر مي‎باشد. مثال ديگر آنكه افرادي كه در فاصله نزديكي به پنجره‎هاي بازشونده زندگي مي‎كنند، تحمل بيشتري نسبت به تغيير دما داشته و نياز كمتري به روشنايي مصنوعي پيدا مي‎كنند تا كساني كه درساختمانهايي با سطح زيربناي زياد و عميق زندگي مي‎كنند. اين نكته كه در اغلب پلانهاي خانه‎هاي مسكوني سنتي، استقرار اتاقهاي سه دري و پنج دري به صورت رديفي كه در اطراف حياط مركزي قرار دارند، مي‎تواند به اين دليل باشد.

بنابراين اينگونه به نظر مي‎رسد كه تصميمات استراتژيك براي طراحي ساختمان تأثيرات گسترده‎تري را براي عملكرد واقعي ساختمان در طول حيات خود دارد تا تحليل اوليه پيشنهادي انرژي به صورت جزئيات. از طرفي رشد فزاينده‎اي در مشاهدات رضايت ساكنين در ساختمانهايي كه از انرژي غيرفعال مانند روشنايي روز و تهويه طبيعي هوا، استفاده مي‎كنند وجود دارد. اين مطلب خود گواه بر آن است كه استفاده از تجهيزات و تأسيسات ساده در ساختمان در ابتداي طراحي اهميت بيشتري دارد تا مطالعات فني پس از طراحي ساختمان.

معماري و بهينه‎سازي مصرف انرژي در ساختمان

با توجه به نقش معمار به عنوان طراح ساختمان در مصرف بهينه انرژي و كاهش اتلاف انرژي لازم است تا ميزان تبادل حرارت را در قسمتهاي مختلف ساختمان مورد بررسي قرار دهيم. ميزان اتلاف حرارت از طريق قسمتهاي ساختمان مانند ديواره‎ها، بام، كف و بازشوها به عواملي چون ميزان عايق‎كاري حرارتي، سطح پوشش و اختلاف دماي داخل و خارج ساختمان دارد. مطالعات (نجفي امين، ۱۳۶۶)، نشان مي‎دهد در يك خانه معمولي چهار طرف باز، ميزان اتلاف انرژي در ديوارها ۲۹%، بام ۲۶%، كف مرتبط با هواي آزاد ۲۰%، بازشوها ۱۴% و منافذ ۱۱% مي‎باشد.

صرف‎نظر از قسمتهاي مختلف ساختمان عواملي چون نحوه استقرار ساختمان و فرم ساختمان نيز در ميزان اتلاف انرژي نقش مؤثري را دارد. نحوه استقرار و فرم ساختمان از دو جهت مي‎تواند اتلاف انرژي را كاهش دهد. يكي جهت تابش خورشيد و ديگري جهت وزش باد مي‎باشد. جهت‎يابي ساختمان نسبت به تابش آفتاب و وزش باد بستگي به نوع اقليم محيط داشته و فرم ساختمان نيز مي‎تواند به گونه‎اي طراحي گردد كه هماهنگي لازم را با تابش آفتاب و وزش باد داشته باشد. در اين ارتباط اين دو عامل درحقيقت فضاي باز وبسته را ايجاد مي‎نمايد. وجودفضاي سبز و درخت در فضاي باز هم مي‎تواند نسبت به گرما و نيز سرما به صورت بازدارنده عمل نمايد. درختان از يك طرف دماي بالاي هوا را جذب مي‎كنند، و از طرف ديگر مي‎توانند مانعي براي وزش باد در فصل سرما باشند. در شرايطي كه براي خنك كردن فضا نياز به وزش باد باشد، مي‎بايست درختان را به گونه‎اي در فضاي آزاد پيش‎بيني نمود كه در اين شرايط از حركت هوا و باد ممانعتي به عمل نيايد.

پيش‎آمدگي و عقب رفتگي‎ها در فرم ساختمان موجب اتلاف حرارتي مي‎گردد. پلانهاي فشرده اتلاف كمتري دارند. تقليل ديوار فضاهاي اصلي با فضاي آزاد تا حدود زيادي اتلاف حرارتي ساختمان را كاهش مي‎دهد. الحاق فضايي به عنوان ورودي مانند هشتي مي‎تواند در اين جهت مؤثر باشد.

در ارتبــاط با فرم ساختمان مهمترين عامل، بزرگي ساختمان است، ساختمانهاي متوسط و مجموعه ساختمانهاي اداري يا مسكوني آپارتماني اتلاف حرارتي كمتري دارند. نمودار شماره يك نشان مي‎دهد در يك مجموعه ساختماني اداري به ميزاني كه تعداد دفاتر در ساختمان اضافه مي‎گردد، هزينه‎هاي انرژي مربوطه كاهش مي‎يابد.

طراحي معماري غيرفعال (Passive)

علاوه بر تمهيدات فوق با استفاده از سيستم طراحي معماري غيرفعال (Passive) ساختمان، مي‎توان انرژي خورشيدي و باد را براي گرمايش و سرمايش به گونه‎اي جذب و ذخيره نمود كه نيازي به امكانات برقي و يا مكانيكي نباشد. اصلاح نورپردازي در داخل ساختمان و اجتناب از گرمايش بيش از حد نيز به عنوان طراحي معماري غيرفعال محسوب مي‎گردد. طراحي معماري غيرفعال مي‎بايست به عنوان يكي از عوامل در استراتژي بهينه‎سازي مصرف انرژي در نظر گرفته شود.

طراحي معماري غيرفعال با توجه به ميزان تابش خورشيد وباد مي‎تواند تا حدود قابل توجهي از گرمايش و سرمايش ساختمان را تأمين نمايد، ضمن اينكه هزينه بيشتري را در ساخت ساختمان در بر نخواهد داشت. اغلب مردم ساختمانهايي كه به روش طراحي معماري غير فعال طراحي و ساخته شده‎اند را به دليل آسايش و امنيت، به لحاظ آلودگي، ترجيح مي‎دهند. براي دستيابي به طراحي معماري غيرفعال كافي است به شش اصل آن توجه داشته باشيم.

۱ـ نحوه استقرار ساختمان

با توجه به اين اصل زاويه قرارگيري ساختمان و نحوه چيدمان ساختمانهاي مختلف در سايت به گونه‎اي است كه ساختمانهاي كم ارتفاع‎تر در جنوب و ساختمانهاي مرتفع‎تر در شمال سايت قرار گيرند.

۲ـ استفاده از فضاي سبز و درخت

استفاده از درخت در اطراف ساختمان مي‎بايست به گونه‎اي باشد كه در مناطق گرم ايجاد سايه بر روي ساختمان كرده و در مناطق سرد ضمن عدم جلوگيري از تابش آفتاب بر ساختمان از وزش باد به طرف ساختمان جلوگيري نمايد.

۳ـ موقعيت و اندازه بازشوها

بازشوهاي پنچره در نماي ساختمان مي‎بايست به نحو مناسبي توزيع گردد. ميزان سطح پنجره‎ها در جبهه‎هاي شرق و جنوب و غرب ۱۵% سطح زيربناي اتاق و در صورتي كه از پنجره‎هاي دو جداره استفاده گردد، ميزان سطح پنجره مي‎تواند تا ۳۰% سطح اتاق افزايش يابد. در مناطق سرد ميزان سطح پنجره جبهه شمالي ساختمان به منظور استفاده از نور طبيعي ۵% زيربناي اتاق پيشنهاد و در مناطق گرم اين ميزان مي‎تواند تا ميزان پنجره در جبهه‎هاي ديگر افزايش يابد . (Baker, 1996)

۴ـ نحوه چيدمان داخلي فضايي

قرارگيري نشيمن يا فضاي اصلي در مناطق سرد در جبهه جنوبي و در مناطق گرم در جبهه شمالي مي‎تواند ميزان آسايش را افزايش دهد.

۵ـ طراحي

طراحي معماري ساختمان به گونه‎اي مي‏بايست صورت گيرد كه كمترين تبادل حرارت را داشته و سپس به منظور ايجاد وضعيت بهتر، ملاحظات طراحي غيرفعال مورد توجه قرار گيرد. اين نكته حائز اهميت است، همانطوري كه پلان فشرده بدون پيش‎آمدگي و پس رفتگي ميزان اتلاف حرارت را كاهش مي‎دهد، پلان غير فشرده اين امكان را ايجاد مي‎نمايند كه از جذب تابش خورشيد بيشتر استفاده گردد. در مناطق گرم پلانهاي فشرده ارجح بوده و در مناطق سرد پلانهاي غيرفشرده به شرط استفاده از عايقهاي حرارت براي جلوگيري از اتلاف حرارت به گونه‎اي طراحي گردد كه قابليت جذب گرماي تابش خورشيد را نيز داشته باشد.

۶ـ گرمايش و سرمايش

سيستم گرمايش و سرمايش به گونه‎اي مي‎بايست طراحي و مورد استفاده قرار گيرد كه مكمل طراحي غيرفعال باشد. سيستمهاي تأسيساتي كه قابليت تطبيق فوري با شرايط جذب سرمايش و گرمايش طبيعي را دارند، مانند رادياتورها و فن‎كويل‎هاي مجهز به شيرهاي ترموستات، اين امكان را فراهم مي‎سازند. اما سيستمهاي ذخيره‎اي سرعت عمل لازم را به منظور تغيير وضعيت و تطبيق با شرايط گرمايش و سرمايش طبيعي را ندارند.

يك واحد مسكوني با طراحي غيرفعال مناسب كه قادر است از انرژي‎هاي گرمايش و سرمايش موجود در طبيعت بهره گيرد نه تنها موجب صرفه‎جويي در انرژي مي‎گردد، بلكه با فراهم آوردن امكانات گرمايش يا سرمايش و نور مناسب محيطي دلپذير ودر نتيجه آسايش را موجب مي‎گردد. متأسفانه در بعضي موارد اين امكان به دليل استقرار نامناسب ساختمانها در محوطه و ايجاد سايه و يا با جلوگيري از دالان حركت باد از ساختمان ساقط مي‎گردد. به منظور ايجاد تعادل بين طراحي غيرفعال و ديگر عوامل، مي‎بايست به نكات زير توجه كامل داشت:

الف ـ طراحي و توليد يك محوطه جالب و امن با استقرار مناسب ساختمانها در محوطه.

ب ـ طراحي يك نماي شمالي دلپذير و زيبا.

ج ـ توجه به عدم مشرفيت اتاقهايي كه به منظور دريافت حرارت و يا نور بيشتري نياز به پنجره‎هاي بزرگتري دارند. در غير اينصورت وجود پرده‎ها خود موجب عدم جذب گرما در مواقع ضروري خواهد شد.

د ـ به خاطر داشتن اين امكان كه ممكن است يك پنجره شمالي ديد و منظر مناسبي را داشته باشد.

عايق‎بندي حرارتي در ساخت

در اينجا سعي بر آن است تا نشان داده شود كه چگونه مي‎توان بدون افزايش قابل توجه هزينه ساخت به اهداف بهينه‎سازي مصرف انرژي در ساختمان دست يافت. بدين منظور مي‎بايست كليه قسمتهاي ساختمان را كه با هواي آزاد در ارتباط است، براي بالا بردن راندمان عايق‎بندي گردند. اين عمل ضمن اينكه اتلاف حرارتي را كاهش مي‎دهد به اطمينان در جهت طراحي غيرفعال كمك مي‎كند، ديوارها ـ كف و بام و پنجره‎ها از جمله قسمتهايي هستند كه از اهميت بيشتري نسبت به ديگر اعضاء ساختمان برخوردار هستند. طراحي ساخت اين قسمتها مي‎بايست به گونه‎اي صورت گيرد كه ضمن سادگي در اجرا، افزايش هزينه قابل توجهي را نيز در بر نداشته باشد.

ديوارهاي خارجي

نكته بسيار حائز اهميت در ديوارهاي خارجي اين است كه ديوارهاي پر داراي اتلاف حرارتي بالايي هستند، زيرا سطح اين ديوارها نسبت به سطح پنجره‎ها يا قسمتهاي ديگر ساختمان بسيار بيشتر است (نجفي امين، ۱۳۶۶). به منظور رفع اين مشكل پيشنهادطراحي و اجراي ديوارهاي دوجداره كمك بسيار مؤثري در بهينه‎سازي مصرف انرژي در ساختمان دارد. هواي بين ديوارهاي دو جداره خود عايق حرارتي مناسبي است، ضمن اينكه امكان عايق‎بندي حرارتي را نيز فراهم مي‎سازد.

ديوارهاي دوجداره داراي محاسن زيادي مانند سبك بودن، استحكام بيشتر، امكان اجراي نماي همزمان با سفت كاري و … مي‎باشد. ضمن اينكه اين نوع ديوار در صورتي كه فضاي خالي آن توسط عايقهاي حرارتي پر گردد، مؤثرترين نوع ديوار در بهينه‎سازي مصرف انرژي خواهد بود. ديوارهاي دو جداره نياز به يك فاصله و جداره با ابعاد مناسب هستند. حداقل فاصله دو جداره مي‎بايست ۵۰ ميلي‎متر باشد. نكته قابل توجه در ديوارها، هوابندي اتصالات ديوار با سقف و كف و نيز اطراف پنجره‎ها و درها مي‎باشد كه با اين عمل امكان نفوذ هوا ازداخل يا خارج از بين مي‎رود. امكــان استفــاده از نازك‎كاري خشك كه اخيراً مصالح آن در داخل كشور نيز توليد مي‎شود مي‎تواند ضمن فراهم ساختن مزيت‎هاي فراوان در جلوگيري از اتلاف انرژي نيز مؤثر باشد (Arbabian, 1997)

كف

همانطوري كه قبلاً ذكر شد حدود ۲۰% اتلاف انرژي از كف متصل به هواي آزاد صورت مي‎گيرد. به منظور تقليل اين ميزان اتلاف حرارت نياز به عايق حرارتي به ضخامت ۵۰ ميلي‎متر مي‎باشد. در چنين شرايطي اجراي سقف كاذب به منظور پوشش عايق‎بندي الزامي است.

تبادل حرارت از طريق كف متصل به زمين بستگي به اندازه و شكل كف و نسبت به شرايط زمين زيركف متفاوت خواهد بود. در بعضي شرايط موجود عايق‎كاري حرارتي به ضخامت ۵۰ ميلي‎متر مي‎تواند از جهات مختلف مفيد باشد.

در كف طبقات مي‎بايست ضمن سبك بودن كف كه در مقاوم‎سازي ساختمان در مقابل زلزله نقش عمده‎اي را دارا مي‎باشد (Ababian, 1997)، ضخامت و جزئيات كف را به گونه‎اي در نظر گرفت كه تبادل حرارتي از اين طريق به حداقل برسد.

كاربرد لوله‎هاي مختلف در كف مضرات بسياري را دارا مي‎باشد كه از مهمترين آنها كاهش عمر مفيد ساختمان، سنگين شدن سقف و ضعيف شدن ساختمان در مقابل زلزله وعدم امكان ايجاد شرايط تقليل تبادل حرارت مي‎باشد.

بام

با توجه به اتلاف حدود ۲۶% حرارت از بام، عايق‎بندي انواع بامها مي‎تواند در بهينه‎سازي مصرف انرژي در ساختمان علي‎الخصوص در فصل زمستان بسيار مؤثر باشد. عايق‎بندي سقفهاي شيب‎دار هم مي‎تواند در امتداد سقف شيب‎دار صورت گيرد و هم بر روي سقف كاذب.

بازشوها

در بازشوهاي پنجره استفاده از پنجره‎هاي دو جداره مي‎تواند در جلوگيري از اتلاف حرارتي بسيار مؤثر باشد. پنجره‎هاي دوجداره با ۲۰ ميلي‎متر فاصله جداره‎ها مورد نظر است. نكته قابل توجه در مورد اينگونه پنجره‎ها، فاصله دو جداره، كيفيت پروفيل پنجره و تكنيكهاي مورد استفاده در جداره‎هاي پنجره از اهميت فوق‎العاده‎اي برخوردار مي‎باشد.

استفاده از نور طبيعي و آسايش ديد

استفاده بهينه از نور طبيعي به خصوص در فضاهايي كه در طول روز بيشتر مورد استفاده قرار مي‎گيرند، سهم به سزايي در بهينه كردن مصرف انرژي، آسايش ديد و رفاه ساكنين را دارد. چنين استراتژي شامل امكان استفاده از گرما و يا كوران در حفظ انرژي موجود و صرفه‎جويي در مصرف انرژي كه با جايگزيني نور مصنوعي صورت مي‎گيرد، شده و امكان داشتن ديد و منظر مناسب را نيز فراهم مي‎سازد. آسايش ديد عامل تعيين كننده در نياز به روشنايي مي‎باشد. استفاده از نور طبيعي در كليه انواع ساختمان‎ها ضروري است، ضمن اينكه امكان استفاده از نور مصنوعي نيز مي‎بايست فراهم باشد. نورگيري طبيعي مناسب مقوله‎اي است كه در اولين اقدامهاي طراحي معماري ساختمان مي‎بايست مدنظر طراحي و معمار باشد.

نتيجه‎گيري

اين مقاله سعي بر گشودن باب تأثير طراحي معماري در بهينه‎سازي مصرف انرژي داشته و اهميت آنچه را كه تاكنون ناديده گرفته شده است را تنها با اشاراتي مختصر از يك سو، به طراحان و معماراني كه به تأثير نقش خود در اين راستا واقف نيستند، گوشزد نموده است. از سوي ديگر توجه به عواملي كه مستقيماً به گرمايش،‌ سرمايش و استفاده نورطبيعي در ساختمان بر مي‎گردد، به سادگي مطرح گرديده است. در صورت اعمال نكات مطرح شده توسط طراحان و معماران و ساكنين ساختمانهاي مسكوني و غيرمسكوني، به راحتي مي‎توان از يكسو ضمن كاهش آلودگي ناشي از مصرف انرژيهايي كه از سوختهاي فسيلي تأمين مي‎گردد و خطر جدي براي سلامتي روحي و جسمي جامعه ايجاد كرده است، با مصرف كمتر سوختهاي فسيلي كارآيي بيشتري را به دست آورده و از سوي ديگر از منابع پايان‎ناپذير انرژي‎هاي طبيعي نيز بهره‎مند شد. در اين جهت توجه عملي به نكات زير مي‎تواند در بهينه‎سازي مصرف انرژي كارساز باشد:

۱- استفاده از تجربيات غني و ساده موجود در معماري سنتي و بومي كشور.

۲- توجه به ويژگيهاي مورد نياز در طراحي و ساخت به عنوان يك استراتژي.

۳- هماهنگي سيستمهاي تأسيساتي مورد استفاده با طرح و محيط به طور كلي

۴- آگاهي استفاده‎كنندگان و ساكنين نسبت به مقوله صرفه‎جويي در مصرف انرژي.

نويسنده:
همايون اربابيان – دانشكده معماري، دانشگاه علم و صنعت ايران-سومين همايش ملي انرژي (۱۳۸۰)

محل تبلیغات

درباره یمهیار پیر باوقار 104مقاله
معمار، علاقه مند به مباحث انرژی و معماری پایدار متخصص نرم افزار های شبیه سازی معماری ( تریدی مکس، رویت، ویری و...) مسلط به نرم افزار های شبیه سازی انرژی ( دیزاین بیلدر، اکوتکت و...)

اولین نفری باشید که نظر می دهد.

دیدگاهی بنویسید

آدرس ایمیل شما محفوظ می ماند


*