بررسي راهکارهاي طراحي اقليمي با توجه به عوامل پنجگانه کل به جزء نگر (مقايسه تأثير عامل دما و رطوبت)

ارائه شده به: چهارمين همايش بهينه سازي مصرف سوخت در ساختمان، 1384
چکيده
 

معماري طي هزاران سال وجود داشته و اصالت ارزشهاي کيفي آن در طول قرن‌ها شکل گرفته و رسالت يک معمار موفق در هر عصر و زماني گردن نهادن به تمامي آن‌ها و بکارگيري صحيح و منطقي مجموعه اين قابلیت‌هاست.
به جرأت می‌توان گفت که اقليم و چگونگي تأثير شرايط آب و هوائي بر شکل گيري بنا از جمله ارکان محدود معماري است که از ابتداي ساخت سرپناه توسط بشر مورد توجه قرار داشته و با گذشت زمان و تغيير سبک‌ها و جنبش‌ها و تعاريف زيبائي و هنر، و تحول نيازها و نگرش‌ها و گسترش فضاهاي معماري، اصل اين نياز دستخوش دگرگوني و تغيير نشده است.
از سوي ديگر مبنا و اساس کارهاي اقليمي که تا کنون در زمينه دانش ساختمان صورت گرفته است و در حال حاضر مورد استفاده اکثر ارگان‌ها و سازمان‌های وابسته قرار می‌گیرد، برپايه تقسيم بندي ايران به 4 گروه اقليمي است. در صورتيکه آخرين و کامل‌ترین پهنه بندي اقليمي ايران براي استفاده در امور ساختماني، حاصل مطالعات و تحقيقات وسيعي در اين زمينه است كه به سفارش مرکز تحقيقات ساختمان و مسکن توسط آقاي مهندس کسمائي انجام گرفته، هنوز براي اکثر معماران و دانش پژوهان نا آشناست.
در اين مقاله با نگرش متفاوت، سعي در بيان ابزار و روشهاي دستيابي به اهداف طراحي اقليمي در پهنه بندي جديد ايران به کمک روش متفاوتي است که در آن با شناخت عامل يا عوامل اصلي ايجاد بحرانهاي اقليمي در بنا (سرما، گرما، رطوبت، بارندگي و ...)، با سير جرياني که از کليات به اجزاء منتهي می‌گردد، بهترين شرايط تهيه طرح اقليمي را فراهم می‌سازد.
بر همين مبنا مراحل مختلف طراحي به 5 جزء تقسيم شده‌اند که عبارتند از :
1 اجتماع و پراکنش واحدها
2 تعيين کليات ساختار کالبدي بنا
3 طراحي پلان و نما
4 محوطه سازي
5 طراحي جزئيات اجرائي بنا
با معرفي روشهاي گوناگون جهت مقابله با عوامل بحراني و يا استفاده از شرايط مطلوب آب و هوائي در هر يک از مراحل فوق، امکان بهره برداري بهينه از شرايط طبيعي جهت گرمايش و سرمايش بنا و تأمين شرايط آسايش تا حد قابل توجهي فراهم می‌گردد که اين امر بالطبع کاهش تأسيسات حرارتي و برودتي، کاهش هزينه هاي سوخت و تأسيسات، کاهش آلودگي محيط زيست طبيعي و مواردي از اين دست را به همراه دارد.

مقدمه :
 

معماري طي هزاران سال وجود داشته و اصالت ارزشهاي کيفي آن در طول قرن‌ها شکل گرفته و هم اکنون اين ارزش‌ها قابل مطالعه و بررسي است. اين ارزش‌ها بسيار متنوع و گوناگون هستند و رسالت يک معمار موفق در هر عصر و زماني گردن نهادن به تمامي آن‌ها و به کارگيري صحيح و منطقي مجموعه اين قابلیت‌هاست.
امروزه نياز به اينکه راهي براي تفکر در مورد معماري گذشته پيدا شود بيش از پيش احساس می‌شود؛ راهي که مسيرش با شرايط زمان ميزان شده باشد.
اگر معماري را به عنوان پديده اي نشأت گرفته از بشر و ابزاري جهت پاسخگوئي به نيازهاي او بدانيم، به نظر می‌رسد که يکي از بهترين راه‌ها براي دستيابي به هدف فوق توجه به عاملي است که گذشت زمان تأثير چنداني در تغيير احساس نياز به آن نداشته و تحولات زندگي بشري و روحيات او باعث تغيير و دگرگوني شکل اين نياز نشده باشد.
به جرأت می‌توان گفت که اقليم و چگونگي تأثير شرايط آب و هوايي بر شکل گيري بنا از جمله ارکان محدود معماري است که از ابتداي ساخت سرپناه توسط بشر مورد توجه او قرار داشته و با گذشت زمان و تغيير سبک‌ها و جنبش‌ها و تعاريف زيبايي و هنر، و تحول نيازها و نگرش‌ها و گسترش فضاهاي معماري، اصل اين نياز دستخوش دگرگوني و تغيير نشده است.
در صورتيکه بسياري ديگر از عوامل شکل دهنده و معني بخش معماري در هر عصر و زماني داراي تعاريف مربوط به خود بوده و تغيير شرايط اجتماعي، فرهنگي، تاريخي و ... بر روي آن‌ها تأثير فراواني داشته است.
انسان‌ها فارغ از موقعيت جغرافيائي محل زندگی‌شان، بدليل خصوصيات بدني تقريباً يکساني که دارا هستند، داراي شرايط راحتي برابري بوده و در محدودة مشخصي از رطوبت و دما احساس آسايش می‌کنند.
اين موضوع نيز تأييد می‌کند که اصل طراحي اقليمي در مقايسه با ساير ارکان معماري کمتر تأثير گرفته از محيط و باورها و اعتقادات مکاني است، هر چند که روش‌ها و ابزار دستيابي به آن با توجه به امکانات و شرايط، از محلي به محل ديگر متفاوت است.
بي زماني و بي مکاني اين نياز به همراه اقتداري که در اهداف عمده طراحي اقليمي وجود دارد از جمله خصوصيات شاخص اين رکن معماري است.
اقتداري که در عين فراهم آوردن امکان تنوع و نوآوري که بارزترين خصوصيات معماري است، سلائق و علائق شخصي را در چارچوب معيني محدود می‌کند؛ آنچنانکه تمامي معماران با اعتقادات و نگرشهاي متفاوت از معماري، خود را ملزم به رعايت آن دانسته و در صورت تجاوز از حريم آن اصل معماري آنها به زير سؤال می‌رود. در معماري کشور ما، ايران، نيز از ديرباز توجه به اقليم و شرايط آب و هوائي از ارکان اساسي شکل گيري فضاهاي زيستي بوده است و تجربيات مردان کهن اين وادي هنر به مرور زمان تبديل به اصولي شدند که بهترين پاسخ را براي تأمين شرايط آسايش می‌دادند.
از سوي ديگر مبني و اساس کارهاي اقليمي که تا کنون در زمينه دانش ساختمان صورت گرفته است و در حال حاضر مورد استفاده ارگان‌ها و سازمان‌های وابسته قرار می‌گیرد، برپايه تقسيم بندي ايران به 4 گروه اقليمي استوار است؛ در صورتيکه آخرين و کامل‌ترین پهنه بندي اقليمي ايران که حاصل مطالعات و تحقيقات وسيعي در اين زمينه است و به سفارش مرکز تحقيقات ساختمان و مسکن در سال 1370 به اتمام رسيده است، هنوز براي اکثر معماران، اساتيد و دانشجويان ناشناخته و ناآشناست.
بر مبناي اين تقسيم بندي می‌توان ابزار و روشهاي دستيابي به اهداف طراحي اقليمي را به کمک روش متفاوتي که در آن با شناخت عامل يا عوامل اصلي ايجاد بحرانهاي اقليمي در بنا (سرما، گرما، رطوبت، بارندگي و ... )، با سير جرياني که از کليات به اجزاء منتهي می‌گردد، جستجو کرد.
بر همين مبنا مراحل مختلف طراحي به 5 جزء تقسيم شده که عبارتند از :
1 اجتماع و پراکنش واحدها
2 تعيين كليات ساختار کالبدي بنا
3 طراحي پلان و نما
4 محوطه سازي
5 طراحي جزئيات اجرائي بنا
نکته مثبت و قابل تأملي که در اين روش وجود دارد، پرداختن به ساير زواياي معماري در کنار پاسخگوئي به مسائل اقليمي است، بدين نحو که اگر امکان رعايت کلية مسائل اقليمي در طرح بنا با توجه به اولويت اهميت ساير عوامل مؤثر در شکل گيري بنا در كليات ميسر نبود، در لايه هاي بعدي طراحي به آن‌ها پرداخته می‌شود.
هر کدام از عوامل ياد شده در بندهاي 5 گانه فوق به شکل گيري تدريجي بخشي از بنا می‌پردازند که با عنايت به دامنة وسيع مطالب و عدم امکان پرداختن به همگي آن‌ها در اين مقاله تنها به شرح موارد اول و دوم می‌پردازیم :

الف نحوة استقرار، اجتماع و پراکنش واحدها :
 

در کشور ايران بدليل تنوع پهنه بندي آب و هوائي توجه به چگونگي چيدمان واحدها درکنار يکديگر و در مفهومي وسیع‌تر شکل گيري ساختار مجموعه‌ها و بافتهاي شهري از اهميت بسزائي در کنترل ميزان انرژی‌های حرارتي و شرايط اقليمي برخوردار است. با نگاهي گذرا به ميراث ارزشمند معماري نياکان اين سرزمين و تحليل تأثيرات سوء عوامل بحراني بر بنا، می‌توان نتيجه گرفت که در يک قاعده عمومي هر گاه عامل دما (گرما يا سرما) به تنهائي دليل ايجاد شرايط بحراني است، واحدها و ساختار عمومي بافت بايد تا حد امکان مجتمع بوده و از چيدمان باز و پراکنده پرهيز کرد. اين امر باعث کاهش نفوذ هواي نامناسب محيط بيرون به فضاهاي داخلي و بالطبع کاهش خروج هواي مناسب توليد شده در فضاهاي داخلي به محيط بيرون است. با کاهش سطوح نفوذپذير جداره هاي خارجي بنا از طريق افزايش ديواره هاي مشترک و جلوگيري از تلاطم جريانهاي هواي گرم يا سرد به کمک فشردگي بافت، می‌توان به نتيجه مورد نظر دست يافت. اما هر گاه علاوه بر دما، رطوبت نيز به عنوان عامل بحراني در تعريف شرايط اقليمي منطقه اي مؤثر باشد، اولويت نخست در جانمائي چيدمان بافت مجموعه، حل مشکل رطوبت است. از آنجائيکه راکد ماندن بخار آب داراي تأثيرات سوء فراواني براي ابنيه موجود در اين نوع آب و هواست، لازم است که تا حد امکان با پراکنش چيدمان واحدها و بافت مجموعه به نفوذ جريانات هوا، و انتقال هواي رطوبي راکد به وسيله اين جريانات کمک نمود.
بنابراين عامل مؤثر در شکل دهي بافت، پراکندگي و ايجاد فاصله مناسب بين واحدهاي همسايگي مختلف به منظور سهولت دسترسي جريانهاي هوا به رطوبت راکد باقي مانده در بين آن‌هاست.

ب كليات ساختار کالبدي بنا :
 

کليات ساختار کالبدي بنا به مفهوم سازماندهي فرم عمومي و استخوان بندي يک بناست.
عواملي که در اين بند مورد بررسي قرار می‌گیرند عبارتند از :
ب-1 تعيين جهت استقرار ساختمان
ب-2 فرم بنا (نسبت سطح بيروني به حجم مفيد)
ب-3 موقعيت استقرار ساختمان نسبت به کف زمين ( 00± )
ب-4 فرم و شيب سقف

ب-1 : تعيين جهت استقرار ساختمان :
 

تعيين جهت استقرار بنا به 2 عامل اصلي وابسته است؛ نخست ميزان انرژيهاي حرارتي تابيده شده به ديواره هاي قائم و دوم جهت وزش بادهاي مزاحم.
بايد به اين نکته توجه داشت که در بسياري از موارد هر 2 عامل فوق لزوماً يک جهت را براي ساختمان پيشنهاد نمی‌کنند و گاه ممکن است که نتايج حاصل از بررسي عوامل فوق براي تعيين جهت استقرار ساختمان داراي تفاوت اساسي با يکديگر باشد.
در اين موارد جهتي را براي ساختمان انتخاب می‌کنیم که يا پاسخگوي تعداد بيشتري از نيازهاي اقليمي بنا بوده و يا اينکه بنا به دلايل خاص، از اهميت بيشتري نسبت به ديگري برخوردار باشند.
براي تعيين جهت استقرار ساختمان با استفاده از فاکتور اول، بايد از نمودارهاي انرژي خورشيدي تابيده شده بر سطوح قائم استفاده کرد.
با عنايت به شرايط بحراني هر منطقه، جهت چرخشي براي ساختمان انتخاب می‌گردد که بهترين پاسخ را به وضعيت دماي نامناسب بيرون دارا باشد.
اين موضوع بدين معناست که در مناطقي که اولویت‌های نخست طراحي اقليمي جهت مقابله با سرما در نظر گرفته می‌شود، بايد جهتي را براي چرخش بنا انتخاب کرد که در زمستان بيشترين ميزان انرژيهاي حرارتي تابيده شده به ديواره هاي قائم را در مقايسه با جهتهاي ديگر جذب می‌نماید.
و بالعکس در گروههائي که گرما در آنها به عنوان عامل اصلي بحران مطرح است، جهت چرخشي براي ساختمان انتخاب گردد که نمودار آن حاکي از دريافت کمترين ميزان انرژيهاي حرارتي ديواره هاي قائم در تابستان است.
براي تعيين چرخش ساختمان با استفاده از فاکتورها دوم، نخست بايد فصل بحراني منطقه مورد نظر تعيين و سپس با مراجعه به نمودار جهت وزش بادهاي غالب، نحوة استقرار بناء را به نحوي انتخاب نمود که کمترين ميزان برخورد جريانهاي باد مزاحم با ديواره هاي ساختمان را دارا باشد.
اين بدين معناست که در مناطقي که عامل بحراني سرما، بيشترين مزاحمت را براي ساختمان ايجاد می‌کند، جهت وزش بادهاي غالب در ماههاي سرد سال، و در مناطقي که عامل بحراني گرما است، جهت وزش بادهاي غالب در ماههاي گرمسيري بايد مبناي تصميم گيري چرخش ساختمان به منظور مقابله با جريانهاي باد نامناسب قرار گيرند.
هم چنان که در توضيحات فوق مشخص گرديد، براي تعيين جهت استقرار ساختمان در گروههاي مختلف اقليمي عامل دما از اهميت بسزايي برخوردار بوده و رطوبت هوا نقش چنداني در تعيين جهت چرخش ساختمان دارا نمی‌باشد.

ب-2 فرم بنا :
 

براي تعيين کليات فرم بنا هر دو عامل دما (گرما يا سرما) و رطوبت مؤثرند. هر گاه در يک منطقه علاوه بر دماي هوا رطوبت نيز به عنوان عاملي جهت ايجاد شرايط نامساعد مطرح گردد، فرم عمومي بنا بايد به نحوي تعيين شود که در وهلة نخست پاسخگوي رطوبت بالاي محيطي باشد.
بدين منظور بايد فرمي براي بنا برگزيده شود که در آن نسبت سطح خارجي بنا به حجم مفيد ساختمان به حداکثر ممکن افزايش يابد. بدين صورت ميزان برخورد جريانهاي هوا با سطوح مختلف بنا افزايش می‌یابد که اين امر خود باعث حرکت هواي رطوبي راکد و افزايش تهويه طبيعي فضاهاي داخلي می‌گردد. فرم‌های آزاد با مقاطع کشيده و شکستگی‌های زياد در حجم بهترين پاسخ به نياز شرايط آب و هواي رطوبي هستند.
اما اگر تنها عامل ايجاد بحران، دما (گرما يا سرما) در نظر گرفته شود، نسبت سطح ديواره هاي خارجي بنا به حجم مفيد ساختمان بايد به حداقل ممکن کاهش يابد. اين امر امکان نفوذ هواي گرم يا سرد بيروني به فضاهاي مناسب داخلي از طريق دیواره‌هایی را که در تماس با هواي آزاد هستند، را تقليل می‌بخشد. اشکالي که داراي فرمهاي بسته با مقاطع فشرده و فاقد شکستگي حجمي بوده و كليات ساختار آنها به احجام کروي و منحني نزديک است، بهترين پاسخ جهت مقابله با شرايط نامساعد دماي بيروني بوده و در صورت استفاده از آن‌ها ميزان اتلاف انرژي حرارتي و برودتي توليد شده در فضاهاي داخلي به حداقل ممکن کاهش می‌یابد.

ب-3 موقعيت استقرار ساختمان نسبت به کف زمين :
 

در تعيين موقعيت استقرار ساختمان نسبت به کف زمين نيز هر دو عامل دما (گرما يا سرما) و رطوبت مؤثرند.
بناهاي واقع در گروههاي آب و هوائي که تنها دما عامل ايجاد شرايط نامساعد محيطي در آنها به شمار می‌رود، بدليل برخورداري از شرايط نامطلوب دماي هوا بايد به نحوي باشند که ضايعات ناشي از سرما، تگرگ، برف، بوران، بادهاي شديد سردسيري، طوفانهاي شن و گرد و غبار، دماي بالا و ... به حداقل ممکن کاهش يابد. اکثر اين شرايط سخت آب و هوائي در زيرزمين به طور محسوسي قابل تثبيت يا تخفيف هستند؛ لذا قرارگيري بخشي از ساختمان در عمق زمين يا بالا آوردن سطح خاک نکتة مثبتي است که می‌توان در طراحي ابنيه اين گروههاي اقليمي در نظر گرفت.
در صورتيکه رطوبت هوا به عنوان عامل بحراني در يک منطقه مطرح باشد، به منظور جلوگيري از نفوذ رطوبت خاک به ساختمان و فراهم آوردن امکان عبور جريان هوا از زير بنا جهت انتقال رطوبت راکد و ايجاد تهويه طبيعي بايد کف ساختمان نسبت به کف زمين در موقعيت بالاتري قرار گيرد. اين موضوع گاه با کرسي چين چوبي يا سنگي و گاه با پيلوتي کردن بنا صورت می‌پذیرد.

ب-4 فرم بام :
 

در مورد تعيين فرم بام بايد شرايط بحراني گرما، سرما و رطوبت و بارندگي به صورت مجزا مورد بررسي قرار گيرند.
در مناطقي که سرماي هوا عامل بحراني محسوب می‌گردد و بارندگي به صورت برف زياد است، از آنجائيکه برف خود به عنوان يک عايق حرارتي مناسب عمل کرده و تا اندازة زيادي از اتلاف انرژي حرارتي فضاي داخلي ساختمان جلوگيري می‌کند، لازم است که فرم بام به نحوي در نظر گرفته شود که به هنگام بارش، برف بر روي آن باقي مانده و به پائين نلغزد. اين موضوع لزوم پيش بيني شيب ملايم بام به نحويکه امکان عبور سهل و آسان و لغزش باد سردسير را از روي خود فراهم آورد را مطرح می‌سازد.
در مناطقي که گرماي هوا عامل بحراني محسوب می‌شود استفاده از فرم بام گنبدي يا طاقي شکل به دليل دارا بودن خصوصيات ويژه مناسب است.
نخستين خصلت بام‌های گنبدي اينست که به علت دارا بودن شکل منحني امکان لغزيدن باد بر وري جدارة خود را فراهم آورده و مانعي جدي در مقابل وزش بادهاي نامطلوب گرم و يا طوفانهاي گرد و غبار نمی‌باشند.
دوم اينکه بام‌های گنبدي، به علت برجستگی‌ای که دارند، همواره در معرض وزش جريان هوا قرار داشته و اين امر در کم کردن گرمائي که بام در اثر تابش شديد آفتاب می‌گیرد مؤثر است.
سوم اينکه در بام‌های گنبدي يا استواني چون شدت تابش آفتاب بر تمام رويه بام يکسان نيست، هميشه قسمت (3) گرماي کمتري نسبت به قسمت (1) دريافت می‌کند، و اين در تقليل درجه حرارت گنبد مؤثر است.
چهارم اينکه از نظر هندسي، گسترده يک طاق نيمکره اي شکل تقريباً سه برابر سطح قاعده‌اش است، بنابراين شدت پرتوافکني آفتاب تند بر روي بدنه مدور کم می‌شود و قسمت پائين سقف گنبدي يا مدور درجه حرارت کمتري پيدا می‌کند.
پنجم اينکه شکل مدور براي خارج نمودن تشعشع گرمائي بيرون رونده هنگام شب و آماده نمودن عمل خنک شدن در شب مناسب‌تر از اشکال ديگر است، يعني گرمايي را که بدنه ساختمان پس می‌دهد، بهتر بيرون می‌راند.
و ششم اينکه در گنبدهاي دو پوسته فضاي بين دو لايه گنبد همانند عايق حرارتي عمل کرده و باعث می‌شود که پوسته داخلي نسبت به پوسته خارجي سرد باشد.
و در نهايت در مناطقي که رطوبت بالا همراه با بارندگي فراوان عامل اصلي بحراني محسوب می‌گردند، بايد فرم بنا به صورت شيبدار و به نحوي پيش بيني گردد که علاوه بر هدايت جريان آب باران به سمت پائين امکان عبور سهل و آسان بادهاي توأم با باران از روي خود را فراهم آورد.
با معرفي روشهاي گوناگون ذکر شده جهت مقابله با عوامل بحراني و يا استفاده از شرايط مطلوب آب و هوائي در تصميم گيري جهت نحوة اجتماع و پراکنش واحدها و تعيين کليات ساختار کالبدي بنا، امکان بهره برداري بهينه از شرايط طبيعي جهت گرمايش و سرمايش بنا و تأمين آسايش اقليمي تا حد قابل توجهي فراهم می‌گردد که اين امر بالطبع کاهش تأسيسات حرارتي و برودتي، کاهش هزينه هاي سوخت و تجهيزات، کاهش آلودگي محيط زيست طبيعي و مواردي از اين دست را به همراه دارد که همگي آن‌ها کمک شاياني در توسعة پايدار و حفظ منابع طبيعي زمين خواهند بود.
منابع و مآخذ
1- كوانز برگر، اتو – اينجرسل، تی. جي – ميهو، آلن – سزو كولاي، اس. ري، راهنماي طراحي اقليمي، ترجمه مهندس مرتضي كسمائي، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، نشر داد، چاپ اول، آذر 1368
2- دكتر اسلامي، حسين – دكتر رياضي، جمشيد، عملكرد عايق كاري حرارتي در ساختمان و بهينه سازي آن، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، نشر داد، چاپ اول، بهمن 1369
3- مهندس كسمائي، مرتضي، اقليم و معماري خوزستان – خرمشهر، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، نشر داد، چاپ اول، دي 1369
4- مهندس توسلي، محمود – ساخت شهر و معماري در اقليم گرم و خشك، نشر رشد، چاپ چهارم، 1360
5- مهندس كسمائي، مرتضي – اقليم و معماري، نشر بازتاب، چاپ اول، 1378
6- مهند قباديان، وحيد – بررس اقليم ابنيه سنتي ايران، نشر دانشگاه تهران، 1373
7- مهندس كسمائي، مرتضي – پهنه بندي اقليمي ايران مسكن و محيطهاي مسكوني، نشر مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، چاپ اول، پائيز 1372
8- واتسون، دانلد – لبز، كنت – طراحي اقليمي، ترجمه وحيد قباديان – محمد فيض مهدوي، نشر دانشگاه تهران، چاپ اول، خرداد 1372
9. olgyay, victor,1963.Design With climate.
10. Givoni, B.1969.Man climate and Architecture.
11. givoin,B. 1976. Heating and cooling of Buildings by Natural Energies.
12. Milne,M.1979. Architectural Desing Based on climate, Mcgraw-Hill Book co, New York.

ارسال توسط کاربر محترم سایت :hamed_yurdum