تمام نکات شرایط اقلیمی گرم و خشک برای طراحی معماری
مقدمه
امروزه اهمیت و ضرورت توجه به شرایط اقلیمی و ساخت کلیه ساختمانها ثابت شده است توجه به خصوصیات اقلیمیو تاثیری که این خصوصیت در شکل گیری ساختمان میکذراند از دوجهت حائز اهمیت است . از یکسو ساختمانهای هماهنگ با اقلیم یا ساختمانهای با طراحی اقلیمی از نظر آسایش حرارتی انسان کیفیت بهتری دارند. از سوی دیگر هماهنگی ساختمان با طراحی اقلیمیاز نظر اسایش ، موجب صرفه جویی در مصرف سوخت مورد نیاز جهت کنترل شرایط محیطی این گونه ساختمانها میشود. گرچه در تمام اقلیمها توجه به مسائل اقلیمیاهمیت دارد اما در اقلیمهای معتدل و بسیار سخت توجه به مسائل اقلیمیضرورت ویژه ای مییابد. در اقلیمهای معتدل و بسیار سخت توجه به مسائل اقلیمیضرورت ویژه ای مییابد در اقلیمهای معتدل ق هماهنکی ساختمان با شرایط اقلیمیباعث میشود که در تمام طول سال شرایط طبیعی مناسبی در اختیار ساکنین قرار گیرد . در اقلیمهای حاد ف شرایط آب و هوایی به قدری وخیم و بحرانی است که در صورت عدم توجه به مسائل اقلیمیف استفاده از تاسیسات کنترل کننده فضاهای داخلی ساختمان ، در اکثر مواقع ضرورت مییابد . در شرایط اقلیمیشهر یزد که شرایط اب و هوایی بسیار سخت دارد این موضوع اهمیتی دو چندان دارد و عدم توجه به ان باعث از بین رفتن آسایش حرارتی وبه حدر رفتن منابع انرژی دارد.
عواملی که به بر شرایط اقلیمی یک منطقه تاثیر دارد:
شامل زاویه تابش خورشید ، عرض جغرافیایی یعنی دوری یا نزدیکی از خط استوا ، شدت جریان و جهت بادهای فصلی ، وجود اب ، رطوبت و گیاه در منطقه و بالاخره ارتفاع از سطح دریا و ناهمواریهای سطح زمین است.
تمام نکات در مورد اقلیم گرم و خشک در طراحی معماری
خصوصیات آب وهوایی
- آب وهوای گرم وخشک در تابستان و سرد و خشک در زمستان
- بارندگی بسیارکم
- رطوبت هوا بسیارکم
- پوشش گیاهی بسیار کم
- اختلاف زیاد در جه حرارت بین شب و روز
- در نواحی کویری و حاشیه کویری بادهای توام با گرد و غبار
نور خورشید:
۱- نور جنوب شرق نور مطلوب
۲- نورشرق نور صبحگاهي و مطلوب
۳- نور جنوب تابش مستقيم در زمستان و مطلوب ترين نور
۴- نور غرب تابش مستقيم در بعد ازظهر و نامطلوب
۵- نور شمال تابش مستقيم و روشن
۶- نور شمال غرب تابش غيرمستقيم به جز در بعدازظهر و روشن
۷- نور شمال شرق تابش غيرمستقيم به جز در صبح و روشن
۸- تابش جنوب غرب تابش نسبتاً نامطلوب
شرایط اقلیمی
بر اساس اين دياگرام تنها جبهه اي كه در زمستان بطور مطلوب در معرض تابش خورشيد است جبهه جنوبي مي باشد . در تابستان تابش از سمت شرق و غرب بسيار نامطلوب است .
¢ در فصل زمستان ميزان قابل توجهي از تابش توسط جبهه شرق و غرب جذب نمي شود چون در زمستان خورشيد از جنوب شرق طلوع و در جنوب غرب غروب مي كند .
¢بهترين راه حل براي استفاده از خورشيد در زمستان قراردادن ديوارها و پنجرههاي اصلي ساختمان در جبهه جنوبي است .
باد :
تغييرات سريع و شديد حرارتي موجب وزش بادهاي مختلفي از مناطق معين مي شود . اين بادها كه در جهات مختلف و در فصول متفاوت مي وزند هركدام بنوبه خود تأثير بسيار در وضع آب و هوا و معيشت مردم دارند .
۱- بادي كه از جانب شمال غرب مي وزد و به باد اصفهان معروف است . ۶ ماه از سال از نيمه فروردين تا نيمه شهريور يعني در بهار و تابستان جريان دارد و مطلوب است .
۲- بادي كه از جانب جنوب شرق مي وزد وبه باد كرمان معروف است . ۴ ماه از سال از نيمه مهر تا نيمه بهمن يعني در پاييز و زمستان جريان دارد و باد نامطلوبي است . اين باد اغلب گرم و آلوده و خاك بهمراه دارد و موجب طوفانهاي زيادي مي شود .
۳- بادي كه از جانب غرب مي وزد و به باد شيركوه معروف است . ۲ ماه از سال از نيمه اسفند تا نيمه فروردين و از نيمه مهر تا نيمه آبان و باد نيمه مطلوبي است .
۴- بادي شني كه به باد سياه كوه مشهور بوده و جهت وزش آن از شمال و مدت آن نيز حدوداً ۵۰ روز در سال مي باشد .
بنابراين :
¢ محور اصلي بنا بهتر است عمود بر جهت باد مطلوب باشد .
¢ ۱- مسيرهاي عبوري پياده را در جهت باد مناسب قرار دهيم .
¢ ۲- فضاهاي سبز مي تواند وزش بادهاي نامطلوب را تا حد زيادي كنترل كند و نيز سرعت باد را كاهش دهد .
¢ ۳- در روز كه هوا گرم مي باشد از كوران هوا و ورود هواي خارج به داخل ساختمان جلوگيري شود . ولي در شب و عصر مي توان با ايجاد كوران ، باد مطبوع را به داخل ساختمان كشيد .
نمودار وزش باد
جهتگيري مناسب ساختمان در رابطه با بادهاي محلي
فضاهاي پر وخالي (باز وبسته)
ويژگيهاي فضاي باز در شرایط اقلیمی :
همانگونه كه قبلا اشاره شد ساختمان بايد امكان استفاده از تابش مستقيم افتاب مواقع سرد را داشته باشد لذا فاصله ان از ديوار وساختمانهاي واقع در جلويش نبايد كمتر از دو برابر ارتفاع انها در عرضهاي شمالي وبرابر ان در عرضهاي جنوبي باشد.بنابراين مناسب ترين فرم براي حياط در اين منطقه مستطيلي است كه ضلع بلندش در امتداد شمال –جنوب قرار داشته باشد. افزايش ارتفاع ساير ديوارها به منظور جلوگيري از ورود بادهاي مواقع سرد واشعه خورشيد در مواقع گرم به داخل حياط مناسب است.,
در اين راستا مي توان بخشي از حياط را داخل زمين قرار داد.
ويژگيهاي فضاهاي نيمه باز در شرایط اقلیمی
در اين منطقه به دليل شرايط خاص اقليمي فضاهاي نيمه باز رايج بوده ودر نيمي از ايام سال مي تواند مورد استفاده قرار گيرد.دليل اين امر اين است كه اين فضاها, امكان برقراري جريان هوا را همزمان با محافظت از تابش افتاب فراهم مي نمايند.فضاهاي نيمه باز در اين اقليم به دو صورت مستقل تحت عناويني نظير : تالار,ايوان, غرفه وپيش فضاكه فضاهاي باز را به فضاهاي بسته متصل مي نمايد, ساخته مي شوند.
فضاهاي نيمه باز مستقل معمولا داراي ابعاد وتناسباتي نظير فضاهاي بسته هستند وبراي مقاصد مشابه مورد استفاده قرار مي گيرند, اما پيش فضاهاي نيمه باز علاوه بر نقش واسطه اي خود , نقش سايبان افقي را نيز براي پنجرهها وديوارهاي پشت خود ايفا مي نمايند. بدين لحاظ اين فضاها فرم وابعاد خاص ومشخصي ندارند.
ويژگيهاي فضاهاي بسته
نحوه استقرار فضاهاي بسته در شرایط اقلیمی :
همان طور كه اشاره شد بهترين جبهه براي استقرار فضاهاي اصلي ساختمان , جبهههاي رو به جنوب وجنوب شرقي براي فضاهاي چهار فصل وجبهه شمالي براي فضاهاي تابستاني است.بنابراين ساختمان مي تواند دو يا چند لايه باشد كه لايه رو به جنوب براي استفاده در فصول مختلف , بخصوص مواقع سرد ولايه روبه شمال براي استفاده در مواقع گرم اختصاص يابند.لايههاي مياني به دليل محصور بودن در مواقع سرد ودر غياب افتاب گرمتر ودر مواقع گرم, سردتر از ساير فضاها مي باشند.اولين اصل درمعماري اين منطقه كاهش تبادل حرارتي است.بنابراين ترجيح داده مي شود كه ضلع كوچكتر اتاق رو به فضاي باز قرار گيرد به عبارت ديگر ساخت فضاهاي مختلف در داخل زمين با پنجرههاي كوچك مناسب است
جهت گيري وكشيدگي مناسب ساختمان در شرایط اقلیمی
جهت گيري ساختمان نسب به جنوب در بهره گيري از انرژي خورشيدي بسيار موثر است. مناسب ترين جهت براي استقرار جبهه اصلي ساختمان جهتي است كه كمترين گرما را در مواقع گرم وبيشترين گرما را در مواقع سرد دريافت نمايد. در عين حال از بادهاي نا مناسب فصول سرد در امان بوده وامكان استفاده از بادهاي مناسب فصول گرم را داشته باشد.اما چنانچه جهت بادهاي مطلوب با جهت مناسب از نظر دريافت انرژي خورشيدي همسو نباشد بايد از تمهيدات معماري نظير بادگير و… استفاده نمود.
مطالعات انجام شده نشان مي دهد كه مناسب ترين جهت در اين منطقه در رابطه با تابش براي ساختماني با يك جبهه باز , جنوب شرقي با ۱۵ تا ۶۰ درجه انحراف از جنوب و براي ساختماني با دو جبهه باز روبروي هم, شمالي- جنوبي تا شمال غربي-جنوب شرقي با حداكثر۳۰درجه انحراف از جنوب است.
شرایط اقلیمی
باد در اغلب نقاط ايران از جهات غرب وشرق مي وزد كه گاه مطلوب وگاه نامطلوب است. بدين ترتيب در پهنه وسيع اين اقليم نمي توان جهت واحدي را براي بادهاي غالب , نائب غالب, مطلوب ونامطلوب فصول مختلف مشخص كرد.بنابراين بايد جهت مناسب استقرار ساختمان از نظر دريافت انرژي خورشيدي تعيين شده ,سپس چنانچه اين جهت با جهت بادهاي مطلوب همسو نباشد از تمهيدات مناسب استفاده نمود در مواقعي كه جهت انتخابي با جهت بادهاي نامطلوب همسو است مي توان از باد شكن وتدابير مشابه استفاده نمود.از انچه گذشت نتيجه مي شود كه جبهه رو به جنوب وشرق به لحاظ دريافت انرژي خورشيدي مناسب اند.اما جبهه رو به شمال وجهات نزديك به ان به لحاظ دريافت انرژي , در مواقع گرم بسيار مناسب ودر مواقع سرد نامناسب است.جبهه رو به غرب وجهات نزديك به ان از نظر دريافت انرژي خورشيدي نامناسب مي باشند. بنابراين بهترين جبهه براي استقرار فضاهاي اصلي ساختمان,جبهه رو به جنوب وجنوب شرقي است كه در تمام طول سال وضعيت مناسبي دارد.جبهه رو به شمال وجهات نزديك به ان بهترين جبهه در مواقع گرم مي باشد كه مي توان ان را به فضاهايي كه بيشتر در اين ايام مورد استفاده قرار مي گيرد اختصاص داد.جبهه رو به شرق وبعد از ان جبهههاي رو به غرب وجهات نزديك به ان به دليل نامناسب بودن در بيشتر ايام سال بهتر است فقط براي فضاهاي خدماتي كه محل سكونت نيستند مورد استفاده قرار گيرند.
ویژگیهای جدارهها در شرایط اقلیمی
جدارههای باز
جدارههای باز و شفاف دراین منطقه باید در فصول گرم در سایه و در فصول سرد در معرض تابش آفتاب قرار داشته باشند. بنابراین در این اقلیم باید پنجرههای رو به جنوب و جنوب شرقی دارای سایبان افقی ، پنجرههای جبهههای شمالی دارای سایبان قائم کنار پنجره و پنجرههای رو به شرق ، غرب و جهات نزدیک به آن دارای سایبان افقی و قائم مقابل پنجره باشند.محاسبات انجام شده نشان میدهد که عمق سایبانهای افقی پنجرههای جنوبی در این منطقه حدود یک سوم ارتفاع پنجره در عرضهای بالا تا حدود یک پنجم در عرضهای پایین است. عمق سایبان افقی پنجرههای رو به شرق و غرب حدود ۲/ ۱ برابر ارتفاع و عمق سایبان افقی پنجره رو به جنوب شرقی بین ۶/ ۰ تا ۷/ ۰ برابر ارتفاع آن میباشد.
توصیه میگردد که همه سایبانهای افقی منفذدار باشند تا از یک طرف گرمای انباشته شده در زیر آن از منافذ خارج شده و کمتر به داخل ساختمان نفوذ نماید و از طرف دیگر توزیع هوا در داخل اتاق بهتر صورت گیرد.
سایبانها در شرایط اقلیمی
سایبانها برای کنترل میزان تابش افتاب به سطوح نور گذر ساختمان به کار میروند.لزوما در همه مناطق اقلیمیبه وجود سایبان نیاز نخواهد بود.برای تعیین نیاز به وجود سایبان باید اقلیم منطقه به طور دقیق مطالعه شود تا اوقات گرم سال در منطقه مورد نظر تعیین شود.در صورت وجود اوقات گرم باید در جبهههای مختلف ساختمان با توجه به اوقات گرم سال وزوایای تابش خورشید در اوقات مزبور زاویه سایبان افقی یا عمودی تعیین شود.به این ترتیب در اوقات مزبور تمامیسطح پنجره در سایه قرار گرفته و مانع از ورود تابش خورشید به داخل وافزایش دما وایجاد شرایط نا مطلوب حرارتی در فضای داخل میشود. استفاده از عایق حرارت در پوسته خارجی ساختمان سبب میشود که حرارت حاصل از منابع گرمایشی طبیعی نظیر انرژی تابشی خورشید , گرمای حاصل از ساکنین وگرمای حاصل از وسایل الکتریکی در فضای داخل باقی بماند و به عنوان منبع گرمایش کمکی مورد استفاده قرار گیرد.در نتیجه اگر در مناطق با نیاز سرمایی زیاد بر روی پنجرهها سایبان مناسب پیش بینی نشود , در اوقات گرم سال نه فقط دمای داخل طاقت فرسا شده, بلکه بار برودتی ساختمان نیز به مقدار قابل توجهی افزایش یافته وانرژی زیادی برای تامین سرمایش لازم خواهد بود. برای پیش گیری از این امر باید روی پنجرههای ساختمانهای واقع در این مناطق سایبانی با عمق مناسب تعبیه گردد. منظور از عمق مناسب سایبان , عمقی است که در اوقات گرم سال از تابش خورشید به داخل ممانعت به عمل اید ودر اوقات سرد برای استفاده از گرمای تابشی خورشید امکان ورود تششع خورشید به داخل فراهم شود به همین منظور در جدول زیر برای عرضهای جغرافیایی ۲۵ تا۳۷ درجه شمالی وبرای پنجرههای واقع در جهتهای مختلف جغرافیایی , سایبانهایی پیشنهاد شده است که تا ۱۰۰ درصد در اوقات گرم بر روی پنجره سایه ایجاد میکند. مقادیر داخل جدول به عنوان پیشنهاد اولیه بوده ودر صورت انجام مطالعات اقلیمیمعتبر دقیقتر وارائه جدولها ونمودارهای مربوطه طراحان میتوانند مقادیر بهینه محاسبه شده را انتخاب نمایند.برای تامین سایبان مناسب میتوان با استفاده از زوایای پیشنهادی اشکال متنوعی را برای سایبان ارائه کرد تا ضمن ازادی در طراحی وحفظ زیبایی , سایه مورد نظر نیز بر روی تمام پنجره ایجاد شود.شرایط اقلیمی
نکته قابل توجه در جدول انکه در مواردی فقط سایبان افقی یا فقط سایبان عمودی و یا استفاده همزمان از هر دو انها توصیه شده است.در مواردی نظیر وضعیت عرض جغرافیایی ۳۵ درجه وجهت گیری پنجره به سوی ۶۰درجه شمال شرقی , استفاده از سایبان افقی یا عمودی بستگی به انتخاب طراح دارد.در شکل (۱)زوایای سایبان افقی وعمودی نشان داده شده است با تعیین این زوایا بدیهی است که ابعاد سایبان با توجه به ابعاد بازشو به راحتی به دست میاید.
خصوصیات کلی بافت شهری و روستایی در شرایط اقلیمی
بافت شهری در این اقلیم متراکم و به هم پیوسته است (بافت سنتی ) ، درونگرا ، حیاط ، حیاط مرکزی و استفاده از خشت ، طاق و بادگیر از ویژه گیهای معماری بومیایم اقلیم است .
کلیات بافت شهری و روستایی به قرار زیر است :
- بافت شهری و روستایی بسیار متراکم
- فضاهای شهری کاملا محصور
- فضاهای شهری کاملا محصور (کوچه هی باریک و نامنظم و بعضا پوشیده با طاق ( در مسیرهای مستقیم و عریض بادهای کویری میتوانند به سرعت جریان داشته باشد و باعث اختلال در زندگی روزمره شوند.)
- ساختمانهای متصل به هم
ویژگیهای معماری بومی مناطق گرم و خشک
شرایط اقلیمی
ساکنین مناطق گرم و خشک با اتخاذ تدابیر ذیل مشکلات آب وه وایی این نواحی را فائق گردیده اند.
- به طور کلی ساختمانهای این گونه مناطق با مصالحی از قبیل خشت و گل که ظرفیت حرارتی زیادی دارند بنا شده اند . در مناطقی که شرایط آب وهایی بسیار حاد است ، کوشش گردیده تا با قرار دادن خانهها در دل تپهها یا زیر زمین زمان تاخیر را به بی نهایت رسانده و بدین شکل از شرایط گرمای متعادل عمق زمین بهره گیری نمود.
- پلان ساختمانها تا حد امکان متراکم و فشرده بوده و کوشش گردیده تا انجا که ممکن است سطح خارجی ساختمانها به نسبت حجم ان کم باشد . این تراکم و فشردگی پلان خانهها ، میزان تبادل حرارت از طریق جدارهها خارجی ساختمان را چه در تابستان و چه در زمستان به حداقل رسانده و در نتیجه از نفوذ حرارت به داخل ساختمانها در تابستان و اتلاف ان در زمستان به طور قابل ملاحظه ای جلوگیری مینماید.
- معمولا ساختما نها در بافتهای متراکم و مجموعههای بسیار فشرده بنا گردیده اند و بدین شکل کوشش شده است که در نتیجه این تراکم و فشردگی مجموعه ، توده کل مصالح ساختمانی افزایش یافته و زمان تاخیر به حد مطلئب رسیده است.
- در بیشتر نواحی این گونه مناطق ، به دلیل کمبود بارندگی و در نتیجه کمبود چوب ، سقف ساختمانها به شکل خرپشته ، طاق یا گنبد و بدون هیچ گونه اسکلت و از خشت خام و گل ساخته شده است . البته در مناطق نیمه بیابانی به دلیل اعتدال نسبی هوا و وجود چوب به میزان نسبتا کافی ، اکثر بامها با استفاده از چوب و شکل مسطح ساخته شده اند.
- به منظور تقلیل هرچه بیشتر حرارت ایجاد شده در دیوارها در اثر تابش آفتاب بر آنها ، معمولا سطوح خارجی سفید کاری شده اند.
- تعداد و مساحت پنجره ساختمانها در این گونه مناطق به حداقل ممکن کاهش داده شدخ و به منظور جلوگیری از نفوذ اشعه منعکس شده از سطح زمین اطراف ف پنجرهها در قسمتهای فوقانی دیوارها نصب شده اند.
- در مناطق گرم و خشک ، برعکس مناطق معتدل و مرطوب ، کوشش گردیده به خصوص در اوقاتی که هوا گرم است تا از ایجاد کوران و ورود هوای خارجی به داخل ساختمان از طریق پنجرهها یا قسمتهای بازشو جلوگیری به عمل آید اما در عوض تدابیری دیگری ، از قبیل ایجاد بادگیر ، برای خنک نمودن هوای داخلی به شکل طبیعی اتخاذ گردیده که بسیار موثر میباشد.
- استفاده از حیاطهای داخلی مشجر و معطوف نمودن فضاهای زندگی به این حیاطها یکی از عمده ترین مشخصات معماری در مناطق گرم و خشک است . حیاطهای داخلی که شامل درخت ف حوض و سطوح گیا ه کاری شده هستند ، یکی از موثر ترین عوامل ایجاد رطوبت ، که در مناطق خشک اهمیت فراوانی دارد، میباشند. اتاقها که فقط به این حیاطها باز میشوند در برابر باد و طوفان شن که معمولا در مناطق کویری در جریان است و همچنین در برابر بادهای سرد زمستانی حفاظت میشوند.
- جهت استقرار ساختمانها در این مناطق ، جنوبی یا شرقی است . این جهت از نظر کنترل وبه حداقل رساندن نفوذ گرمای ناشی از تابش افتاب در بعدازظهر به داخل ساختمان مناسب ترین جهت میباشد.
فرم ساختمان در شرایط اقلیمی
در این مناطق فرم ساختمان بهتر است در طول محور شرقی-غربی گسترش یابد. در صورتی که وضع سایت اجازه دهد ، بزرگترین ابعاد ساختمان بهتراست که رو به شمال و جنوب قرار بگیرید. زیرا چنینی نماهایی کمترین بار حرارتی را از تابش افتاب در یافت میکند با توجه به شرایط تابستانی ساختمانها باید فشرده و مکعبی شکل باشند و با بریدن قسمتی از این مکعب و پرکردن حفره ای ایجادشده با سایه (سایه دیوار ، درخت ، پیچک و چفته مو) و هوای خنک شده به وسیله تبخیر آب سطح چمن ، برگ درختان ، حوض و فواره میتوان فضای نسبتا مناسبی در ساختمان ایجاد کرد ، در اطراف این باغچه داخلی پلان ساختمان میتئاند آزادنه باشد.
جهت ساختمان
در این اقلیم ساختمان باید در جهت کسب حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم سال و در یافت حداکثر آن در مواقع سرد سال باشد و همچنین در جهتی که نمای ان در حوزه بی اثر یا نیمه موثر بادهای سرد زمستانی باشد. در این گروه اقلیمیبه طور کلی به دلیل گرم بودن هوا در اکثر ماههای سرد سال و شدید بودن تابش افتاب ، طیف جهتهای قابل قبول بیسار محدود است . جهتهای ۳۰-۱۵ درجه شرقی مناسب ترین جهات استقرار و جهت ۶۰-۳۰ درجه غربی تا بهترین جهات ساختمان است
با توجه به اینکه دمای هوای محیط در ساعات قبل از ظهر پایین تراز ساعات بعدازظهر است و در زمستان در ساعات صبح به گرمای بیشتری نیاز میباشد میتوان با چرخشی به سمت شرق حداکثر ۱۵ درجه از گرمای خورشید استفاده بهتری کرد.
تهویه مورد نیاز اقلیم
در مناطق گرم وخشک باید میزان تهویه طبیعی هنگام روز را به حداقل ممکن رساند زیرا در اثر ورود هوای گرم خارج به داخل ، دمای هوا و سطوح داخلی نبز افزایش مییابد . به ویژه در طول روز که سرعت باد زیاد است ، چون رطوبت هوا در این مناطق کم است حتی با جریان هوایی با سرعت کم نیز امکان سرد شدن بدن از طریق تبخیر عرق بدن وجود دارد این سرعت در اثر اختلاف دمای سطوح داخلی ، تهویه طبیعی امکان سریع شدن هوای داخلی را به وجود میاورد.
بنابراین دو ضابطه برای طراحی بازشوها پیشنهاد میگردد:
- در طول روز بهتر است پنجره ای وجود نداشته باشد ف یا حداقل پنجرهها تا آنجا که ممکن است کوچک باشند و در قسنا فوقانی دیوار نصب شوند.
- در شب بازشوها باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا تهویه مناسب جهت دفع حرارت بازتاب شده از دیوارها و سقف ایجاد نمایند.
بنابراین استفاده از بازشوهای بزرگ همراه با شبکههای سنگین راه حلی است که میتواند جوابگوی هردو ضابطه باشد. اگراین شبکهها (پشت دری) در روز بسته باشد جریان حرارت به داخل به تعویق میافتد و در صورتی که این شبکهها و پنجرهها در شب باز باشند از دفع حرارت جلوگیری به عمل نمیآید.
زمین نیز انباره حرارتی با ارزشی است ، برای حداکثر استفاده از آن لازم است طبقه همکف حداکثر تماس با زمین داشته باشد و معلق نباشد . در این صورت حرارت از ساختمان به زمین هدایت خواهد شد . بنابراین نباید ساختمان را روی پایه قرار داد.
به طور کلی نیازهای حرارتی ساختمانهای این اقلیم ، تعدیل نوسان روزانه دمای هوا ، خنک نگه داشتن هوای هوای داخل ساختمان در تابستان و گرم نگه داشتن هوای داخل ساختمان در زمستان است و روش نهایی کنترل هوای داخل ساختمان در زمستان با گرمایش مکانیکی یا سیستم ای خورشیدی فعال و در تابستان سرمایش مکانیکی و یا ویا تهویه طبیعی به وسیله بادگیر میباشد.
مصالح مورد نیاز اقلیم گرم و خشک در شرایط اقلیمی
در مناطق گرم و خشک ، به دلیل اختلاف زیاد دمای هوای شب وروز ، مصالح ساختمانی باید با دقت بیشتری اتخاب شوند . بهترین نتیجه زمانی حاصل میشود که قسمتهای از ساختمان که هنگام روز مورد استفاده قرار میگیرد ، با مصالح ساختمانی سنگین و قسمتهای مورد استفاده هنگام عصر و شب ، با مصالح سبک و با ظرفیت حرارتی کم ساخته شوند.
مهمترین عوامل تعیین کننده ویژه گی مصالح ساختمانی ، مناسب برای مناطق گرم ، حداکثر دمای روزانه هوا و دامنه نوسان ان است . مهمترین ویژه گی مصالح ساختمانی ، به مقاومت حرارتی (R) و ظرفیت حرارتی ((Q ان بستگی دارد. مقاومت حراتی دیوار، در تعدیل انتقال حرارت از سطح خارجی آن موثر و ظرفیت حرارتی مصالح دیواری ساختمان ، در تعدیل نوسان دمای هوای داخلی آن ، که به افزایش دمای سطوح خارجی در اثر تابش آفتاب مربوط میشود بسیار موثر است .
هرچه دامنه نوسان دمای هوا ی خارج افزایش یابد ف ظرفیت حرارتی مصالح دیوارها تاثیر بیشتری در تعدیل دمای داخلی ساختمان خواهد داشت.
همانطور که ذکر شد مصالح ساختمانی در این اقلیم کاهش انتقال حرارت تولید شده در سطوح خارجی به فضاهای داخلی است . به همین دلیل دیوارهایی با مصالح ساختمانی سنگین از قبیل سنگ ، اجر بتن با ضخامت ۳۵ ساتیمتر و انواع لایهها ی عایق حرارتی مناسب است رنگ سطوح خارجی میبایست روشن باشد ، قرار دادن یک لایه عایق حرارتی سبک در سطح خارجی یک دیوار سنگین یا بام ، زمان تاخیر را تقریبا ۴ برابر زمانی که نصب این لایه در سطح داخلی ایجاد میکند ، افزایش میدهد. علاوه بر این ، قرار گرفتن عایق حرارتی در سطح خارجی ، به طور موثری مانع از انتشار حرارت به فضای خارجی ، به طور موثری مانع از انتشار حرارت به فضای خارج در شب میشود . در چنین حالتی تهویه طبیعی کافی در شب ضروری خواهد بود و گرنه ظزف چند روز ، حرارت موجود در قسمتهای سنگین به حدی افزایش خواهد یافت که شرایط داخلی ساختمان حتی غیر قابل تحمل تر از از شرایط خارج خواهد نمود.
بدون شک بحرانی ترین قسمت ساختمان ، سطح بام است ، سطح بام بیشترین مقدار تابش آفتاب و در نتیجه بالاترین بار حرارتی را دریافت میکند. اما در عوض ، چون سطح بام بیشتر از بقیه سطوح به اسمان شب مشرف است در نتیجه خیلی سریعتر حرارت خود را به فضای خارج جو پراکنده مینماید . بنابراین ، اتخاب مصالح سطح بام ، بیشترین تاثیر را خواهد داشت . تاثیری بسیار بیشتر از تاثیر مصالح سطح دیوارها.
اصول طراحی اقلیمیدر مناطق گرم و خشک
- قرار دادن بازشوها و پنجرههای بزرگ در قسمت جنوبی ساختمان
- حفاظت از این پنجرهها در مقابل آفتاب تابستان به وسیله سایبان
- طول ساختمان باید در جهت شرقی – غربی و عرض بنا در جهت محور شمالی – جنوبی باشد
- جهت ساختمان قدری رو به شرق بچرخد تا افتاب تابستان کمتر به طور مستقیم به سطح غربی ساختمان نتابد.
تعيين محدوده آسايش حرارتي در شرايط آب و هواي خشك
در فرايند توسعه همگام با محيط زيست، ارزيابي آسايش حرارتي به صورت بومي ضروري مي باشد، زيرا با تعيين اين حدود از اتلاف مقدار متنابعي از انرژي جلوگيري مي شود . بيش از ۶۰ درصد وسعت ايران در اقليم خشك و فراخشك واقع شده است، بنابراين شناسائي محدودههاي آسايش در اين اقليم اهميت مضاعفي مي يابد.
به منظور محاسبه محدوده آسايش حرارتي در شرايط خشك، شهر يزد مورد توجه قرار گرفت و با استفاده از مدل اولگي و اصلاح مرزهاي آسايش حرارتي مدل مذكور بر مبناي عرض جغرافيايي، دادههاي اقليمي و مشاهدات ميداني،محدوده آسايش حرارتي براي دورههاي گرم و سرد سال محاسبه گرديد.
مقدمه :
طبق تعريف، شرايط آسايش حرارتي ، محدوده اي است از دما و رطوبت كه در آن ساز و كار تنظيم حرارت بدن در حداقل تعيين محدوده آسايش حرارتي بر محاسبات حرارتي ساختمان، اندازه دستگاههاي حرارتي و برودتي و ضخامت عايق و جنس مصالح و به طور كلي بر ميزان مصرف و اتلاف انرژي تأثير مستقيم دارد . و با توجه به اينكه افرادلازم است كه براي هر در شرايط اقليمي يكسان احساس آسايش دمايي مشابهي دارند، منطقه اقليمي، محدوده آسايش حرارتي به طور دقيق مشخص شود.
پنج عامل اقليمي دما، رطو بت، فشار بخار آب، سرعت جريان هوا (باد) و تابش از جدارههاي داخلي در تعيين محدوده آسايش حرارتي مورد توجه مي باشند و ساير عوامل از جمله نوع فع اليت، پوشش، سن و جنس افراد به دليل اينكه قابل كنترل نيستند، ثابت فرض شده اند .
به منظور محاسبه محدودههاي آسايش حرارتي كوششهاي زيادي صورت گرفته است، يكي از اولين روشهاي مشهور،استفاده از خطوط آسايش معادل است كه نشان دهنده د ماي موثر بود و با علامت (ET2) مشخص ميشد. سپس با انجام اصلاحاتي دماي موثر نوين ( ET*3ٍ ) مطرح شد فانگر محدوده آسايش را بر اساس محاسبه ميزان تبادل حرارت بين بدن انسان و محيط ارائه كرد از آنجائي كه اين روش، بسياري از معيارهاي آسايش را دربر دارد روش كاملي به حساب ميآيد. اين روش تحت عنوان PMV4 عنوان شد. بعدها اين روش توسعه يافت و تحت عنوان PPD5 مطرح شد . اولگي روشي را مطرح كرد كه نه تنها همانند روش فانگر، معيارهاي آسايش متعددي را مد نظر قرار داده بود بلكه پيشنهادي را براي كاربرد اين روش براي عرضهاي جغرافيايي ديگر ( عرضهاي زير ۴۰ درجه) ارائه داد اداره استاندارد ايالات متحده به سال ۱۹۸۵ ، ميزان رطوبت سطح پوست كه به واسطه تعرق به وجود مي آيد را بهترين روش برآورد نارضايتي حرارتي بر شمرد و بر اين اساس دماي سطح پوست (Ts) و ميزان رطوبت آنرا (W) به عنوان دو عامل مهم در محاسبه حدود آسايش حرارتي ارائه كرددر ادامه زوكلاي در سال ۱۹۸۷ محدوده دماي آسايش را بر اساس ميانگين دماي محيط تعريف كرد .
در سالهاي اخير مطالعات گسترده اي در زمينه آسايش حرارتي به انجام رسيده است كه عمدتاً رابطه اين موضوع را با عوامل ديگر از جمله اتلاف انرژي ، شرايط اقليمي ، سابقه دمايي (به عنوان مثال، مدت زمان در معرض حرارت روزانه قرار گرفتن و غيره ) شرايط كاري متفاوت و جنس كارگران ، ميزان رطوبت وغيره، بيان مي كند در اين مطالعات به منظور تعيين وضعيت و محدوده آسايش حرارتي معمولا از مدلهاي اشاره شده استفاده شده است.
با توجه به روشهاي مختلف برآورد حدود آسايش حرارتي محققان در كشورهاي مختلف محدودههاي مختلفي را پيشنهاد كرده اند،كه برخي از آنها در جدول شماره ۱ مشاهده ميشود.
محدودههاي دمائي پيشنهادي ازc +5° تا حد اكثر c +۵۴° و ميزان رطوبت نسبي نيز از صفر تا ۱۰۰ درصد در نوسان بوده است (در شرايط پوششي درون خانه و انجام فعاليت سبك ). غير از محدوده دمائي فانگر ( رديف ۱۴ جدول) در ساير موارد محدودههاي آسايش حرارتي با توجه به شرايط اقليمي هر كشور تعيين شده است، به اين معني كه در كشورهاي با اقليم سرد و مرطوب مثل انگليس مح دودههاي دمائي پايين و رطوبتي بالاو در اقليمهاي گرم مثل فرانسه وآمريكا محدودههاي دمائي بالا و رطوبتي پايين پيشنهاد شده است . علت اين امر تأثير مستقيممحدوده آسايش حرارتي بر ميزان مصرف انرژي در ساختمانها است . در كشورهاي با آب و هواي سرد با كاهش محدوده آسايش تا حد قابل تحمل براي افراد، ميزان مصرف انرژي مورد نياز براي گرمايش كاهش مي يابد و در اقليمهاي گرم با نزديك كردن محدوده آسايش به مرزهاي احساس گرما و احساس سرما، مقدار مصرف انرژي را براي سرمايش و گرمايش در طول سال به حد بهينه مي رسانند در كشور ما نيز تعيين مرزهاي آسايش حرارتي در مديريت بهينه مصرف انرژي خصوصاً مصرف سوختهاي فسيلي تأ ثير به سزائي خواهد داشت.
از آنجا كه ۶۶/۶۴ درصد از وسعت اراضي كشور به مساحت ۱۰۴۶۴۴۶ كيلومتر مربع در اقليمهاي خشك و فرا خشك واقع شده ا ست ( دفتر تثبيت شن و بيابان زدائي، ۱۳۸۴ ، ص ۸ )، تعيين محدوده آسايش حرارتي در اين اقليم در اولويت قرار گرفت. بنابراين شهر يزد با موقعيت جغرافيايي ’۵۴ ،°۳۱ طول شمالی ’۲۴، °۵۴ و ارتفاع ۱۲۳۰ متر از سطح دریا با اقلیم حشک وسرد (شکل ۱) و فقد ماه مرطوب (شکل۲) ، به عنوان یک نمونه بارز از اقلیمهای خشک مد نظر قرار گرفت.
شكل ۱- موقعيت اقليمي شهر يزد بر مبناي اقليم نماي آمبرژه طي سالهاي ۲۰۰۶ – ۱۹۷۷
شكل ۲- كليماگرام ايستگاه يزد طي سالهاي ۲۰۰۶ – ۱۹۷۷
به منظور تهيه نمودار زيست اقليمي شهر يزد، بر طبق مدل اولگي، علاوه بر محدوده آسايش حرارتي ، محدوده رطوبت نسبي بهينه نيز مي بايست ارزيابي شود . در اين راستا با توجه به محدودههاي آسايش حرارتي تعيين شده و ميانگين رطوبت نسبي ماهانه ايستگاه يزد و در نظر گرفتن رطوبت نسبي ماهايي كه در محدوده آسايش حرارتي قرار دارند ( ماههاي فروردين، ارديبهشت و مهر )و با ارزيابي و مقايسه دامنههاي رطوبت نسبي پيشنهادي ارائه شده در مدلهاي مختلف ( جدول ۱)، محدوده رطوبت نسبي بهينه به منظور شكل دهي نمودار زيست اقليمي شهر يزد تعيين شد.
در نهايت با برآورد محدودههاي آسايش حرارتي تابستانه و زمستانه و محدودههاي رطوبتي بهي نه ايستگاه يزد به منظور سهولت كاربرد، اين نتايج در چارچوب جدول بيوكليماتيك ساختماني ارائه شده توسط جيوواني تنظيم و جدول زيست اقليمي شهر يزد تهيه شد (شکل ۴)
نتایج
براي تعيين محدودههاي آسايش حرارتي در يزد، با ديدگاه كاهش مصرف انرژي در ساختمانها، لازم است كه محدوده مزبوررا با توجه به شرايط حرارتي تابستاني و زمستاني اين شهر پيشنهاد كرد . زيرا در اقليم يزد در اوقات گرم نياز به سرمايش و در اوقات سرد نياز به گرمايش است . تعيين محدوده آساي ش حرارتي تابستاني و زمستاني سبب مي شود، مرزهاي آسايش حرارتي به مرزهاي حرارتي قابل تحمل افراد نزديك شده و در مصرف انرژي طي سال صرفه جويي چشمگيري به عمل آيد.
همانطور كه در روش تحقيق بيان شد، با مقايسه نمودارهاي حرارتي كه براي آنها محدوده آسايش مشخص شده است، تنها نمودار اولگي است كه در آن قابليت تطبيق براي عرضهاي جغرافيايي زير ۴۰ درجه پيش بيني شده است . لذا در تعيين محدوده آسايش حرارتي يزد از اين نمودار استفاده شد (شكل ۳)
با محاسبه ميانگين درصد رطوبت نسبي ماهانه و سالانه و ميانگين درجه حرارت خشك ماه انه و سالانه ايستگاه يزد طي دوره آماري ۱۰ ساله (جدول ۲) و تعيين موقعيت ماهانه و سالانه ايستگاه مذكور بر روي نمودار آسايش حرارتي ( نقاط ۱ الي ۱۳ (شكل ۳) طبق نظر اولگي، حد بالا و پايين آسايش حرارتي تابستانه، اصلاح شد به اين منظ ور با توجه به اينكه حد پايين و بالاي آسايش حرارتي شهر يزد طبق نمودار اولگي (شكل ۳) در تابستان c °۲/۲۱ و c °۲۸ میباشد و از آنجا که شهر یزد در ۵۴، ۳۱ عرض شمالی واقع است ودر نتیجه اختلاف عرض جغرافيايي محل از عرض جغرافيايي مبنا (N40 ) ،، ۱/۸ میباشد ، میبایستی طبق مدل الگی c 65/0 به حد پایین و بالای آسایش حرارتی تابستانه اضافه شود ، بنابراین حد پایین آسایش حرارتی در تابستان c 8/21 و حد بالا آن c 65/28 خواهد بود و همچنین حد پایین آسایش حرارتی در زمستان c 4/ 20 و حد پایین آن c 8/ 24 میباشد.
با مشاهده موقعيت ماهانه ايستگاه يزد بر روي نمودار زيست اقليمي اولگي (شكل ۳ ) اين نتايج حاصل مي شود كه تنها سه ماه فروردين، ارديبهشت و مهر ( نقاط ۴، ۵ ، ۱۰ ) در محدوده آسايش حرارتي قرار گرفته و چهار ماه خرداد، تير، مرداد و شهريور (نقاط ۶ ، ۷ ، ۸ ، ۹) در وضعيتي قرار دارند كه بدون جريان هوا و برودت ناشي از تبخير ذرات، احساس آسايش براي افراد ميسر نيست. در نهايت پنج ماه ديگر سال، شامل ماههاي دي، بهمن، اسفند، آبان و آذر (نقاط ۱ ، ۲ ، ۳ ،۱۱و ۱۲ ) در موقعيتي قرار گرفته اند كه احساس آسايش بدون قرار گرفتن در معرض گرماي تابشي (انرژي خورشيد يا منبع ديگر) امكان پذير نيست.
مطابق مدل اولگي، براي تعيين مرزهاي آسايش حرارتي علاوه بر دما بايد مقدار رطوبت نسبي هوا را نيز تعيين نمود . بر اساس پيشنهاد اولگي محدوده رطوبت نسبي مناسب، ۶۵% – ۳۰% است و بر اساس استاندارد ایالات متحده امریکا (ASHRAE) این محدوده ۸۰% – ۲۰% (جدول۱) . با توجه به اینکه میانگین سالانه رطوبت نسبی یزد ، ۹/۲۶% میباشد و بالاترین میانگین رطوبت نسبی ، ۶/۵۰% و ۸/۵۲% به ترتیب در ماهه ای آذر ودی ظهور مییابد و همچنین میانگین حداقل رطوبت نسبی که ایجاد آسایش حرارتی میکند معادل ۹/۱۸% در ماه اردیبهشت بیان میشود . بنابراین حد بالای رطوبت نسبی ۵۳% و حد پایین آن نیز با توجه به مقادیر آسایش دمایی پیشنهادی ۱۸% ارائه میشود ( شکل ۴).
نتیجه گیری
با توجه به ارزيابي انجام شده محدوده آسايش حرارتي شهر يزد براي شرايط تابستاني c 27- c 8/21 و برای شرایط زمستانی c 23- c 4/20 و محدوده رطوبت نسبی بهینه ۵۳% – ۱۸% (شکل۴) براورد شد. رعايت محدوده حرارتي پيشنهادي ضمن تأ مين شرايط مناسب داخلي، از اتلاف انرژي يا بعبارت ديگر از مصرف ناپايدار انرژي جلوگيري ميكند.