بهینه‎سازی مصرف انرژی در ساختمان

 

همایون اربابیان

دانشکده معماری، دانشگاه علم و صنعت ایران

 

خلاصه

     انرژی از مهمترین کار مایه و اصلی‎ترین نیروی اساسی زندگی بشری محسوب گشته و تاریخ و تمدن بشری بر بنیاد ابداعات و کشفیات در جهت تبدیل انرژیهای مختلف به یکدیگر شکل گرفته است. انرژی از ارکان تمدنهای بشری و در نتیجه اساس تولیدات اجتماعی به شمار می‎رود. انقلاب صنعتی که بر تمامی عرصه‎ها و فعالیتهای اقتصادی ـ اجتماعی بشری تأثیر به سزایی داشت، در نتیجه بکارگیری و بهره‎برداری از اشکال مختلف انرژی به وقوع پیوست. اینک بشریت با کارگیری انواع انرژیهای مختلف فسیلی و غیرفسیلی در آستانه هزاره سوم قرار گرفته است وسعی بر محدود کردن انرژیهای به دست آمده از سوختهای فسیلی داشته و درصدد به کارگیری نوعی از انرژی به منظور صرفه‎جویی در انرژیهای دیگر است.

     فعالیتهای مختلف اقتصادی و تولیدی در کشور ما یکی از مصادیق اسراف در مصرف انرژی در جهان به شمار می‎رود. ابتدایی‎ترین تمهیدات در جهت صرفه‎جویی در این زمینه جهشی عظیم در اقتصاد کشور را می‎تواند موجب گردد. یکی از بخشهای مهم در این زمینه طراحی و ساختمان‎سازی است که با بکارگیری فنون طراحی و ساخت می‎توان صرفه‎جویی قابل توجهی در مصرف انرژی داشته و در نتیجه آلودگی ناشی از آن را نیز به میزان زیادی کاهش داد.

 

واژه‎های کلیدی: انرژی فسیلی، انرژی غیرفسیلی، آلودگی، تبادل حرارت، بهینه‎سازی، ساختمان، طراحی، فن‎آوری، اجراء، بهره‏برداری

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه

     تاریخ تکاملی بشر در حقیقت تاریخ تبدیل انرژی‎ها به صورتهای مختلف بوده و مملو از ابداعات و اختراعات و کشفیات در این جهت است. انقلاب صنعتی خود نمونه بارزی از این تغییر شکل انرژی می‎باشد. به طور کلی انرژیها به دو دسته تقسیم شده‎اند، انرژی‎های تجدیدپذیر و انرژی‎های تجدیدناپذیر. بخش اعظم انرژی‎های مورد استفاده بشر، انرژی‎های تجدیدناپذیر هستند. این نوع انرژی دارای دو نقطه ضعف اساسی است. یکی آنکه منبع چنین انرژی محدود است و زمانی منابع آن به پایان خواهد رسید و دیگر آنکه این نوع انرژی از سوخت منابع فسیلی که بزرگترین آلوده کننده محیط زیست می‎باشد، تولید می‎شود. انرژی‎های تجدیدپذیر که توسط تابش خورشید، باد، حرکت آب و ... به دست می‎آید، برخلاف انرژی‎های تجدیدناپذیر هم منابع طبیعی پایان‎ناپذیری را دارا هستند و هم دارای آلودگی نیستند.

     صرفه‎جویی و بهینه‎سازی مصرف انرژی که بیشتر به انرژی‎های تجدیدناپذیر مرتبط می‎گردد، از یک جهت به دلیل محدود بودن منابع چنین انرژی حائز اهمیت است و از طرف دیگر موجب کاهش آلودگی محیط زیست می‎گردد. اثر مخرب این نوع انرژی یعنی آلودگی محیط‎زیست انسان را بر آن داشته تا با رویکرد به مصرف انرژی‎های تجدیدپذیر این اثر را کاهش دهد. استفاده از این نوع انرژی خود می‎تواند در کاهش میزان مصرف انرژی‎های تجدیدناپذیر بسیار مؤثر باشد.

     در کشورهای پیشرفته مانند اروپا، تقریباً هر نفر یکصد ”کیگا جولز“، معادل 5/3 تن زغال‎سنگ انرژی در سال مصرف دارد. در آمریکا و کانادا این رقم برای هر نفر به ده تن در سال می‎رسد. این در حالی است که در کشورهای توسعه نیافته و غیرصنعتی هر نفر 1/0 تن یعنی 01/0 بالاترین مصرف، انرژی صرف می‎کنند (Behling 1996)، در صورتی که کشورهای در حال توسعه به منظور تعمیم عدالت اجتماعی و ارتقاء سطح زندگی با توجه به میزان رشد جمعیتی که این نوع کشورها با آن مواجه هستند، برنامه‎هایی را تدوین نمایند، آینده مصرف انرژی در جهان و در نتیجه استفاده از انرژی‎های تجدیدناپذیر که از سوخت منابع فسیلی به دست می‎آید، روند فزاینده‎ای را خواهد داشت.

     بحران انرژی در سال 1973 و 81ـ 1979 میلادی (Behling| 1996) وابستگی زیاد به مصرف انرژی کشورهای صنعتی موجب توجه آنها به این وابستگی گشت. در نتیجه این بحران بود که این جوامع به منظور رفع بحران و وابستگی به آن مباحثی چون آلودگی هوا، مشکلات لایه ازن و بارانهای اسیدی (ترش) را مطرح کردند.

     عواقب مصرف بالای انرژی و فهم آن از این عواقب موجب توجه به اشکال توسعه پایدارتر ـ که به محدودیتهای محیطی مربوط می‎شد، تا فائق آمدن بر آنها ـ گردید. یکی از مهمترین بازتابهای این مقوله توجه خاص به بازنگری مجدد فرم و عملکرد شهری و همچنین روند فعالیتهای صنعتی معاصر می‎باشد. در این رهگذر خواستگاه رو به افزایش شناخت اهمیت موضوع مانند تراکم شهری برای تعیین و تخمین انرژی بهینه و اهمیت حرکت به سوی انرژی‎های زیست محیطی و استفاده بهینه از منابع و مواد خام با بازده منفی کمتر و اثرات مخرب زیست محیطی کمتر قابل تعمق می‎باشد. هرچند پایگاه عمومی توجه به حفظ محیط زیست در حرف باقی مانده است، واقعیت آن است که تبدیل این باورها به منظور متحول نمودن زندگی کار بس دشواری است. قطعاً این موضوع درک انگیزه‎های قابل حصول و ممکن برای تغییرات اساسی مانند چگونگی ارزش‎گذاری تصمیمات فردی را طلب می‎نماید. همانطوری که در اقتصاد متکی به بازار آزاد به تقدیر اتکاء می‎شود. تناقض دیگری که در اینجا وجود دارد، آن است که مادامی که اهمیت جهانی فشارهای زیست محیطی شناخته شده‎تر می‎گردد، راه‎حلهای اساسی در عمل در حدود محلی مطرح می‎گردد و نه در سطح جهانی. بسیاری، راه‎حل بحرانهای اینچنین را در بازنگری در ارزشهای اجتماعی و اصول حاکم بر بوم می‎دانند. البته محیط زیست متعلق به عموم است و چنین راه‎حلی را نیز می‎طلبد.

     امکانات مادی با اتلاف انرژی محیط زیست را تخریب می‎نمایند و به دلیل نبودن انرژی فقر افزایش می‎یابد. برخی تصور می‎کنند امکانات فراهم شده توسط تکنولوژی موجب چنین نقیصه‎ای گشته است، حال آنکه هدف از تکنولوژی فراهم آوردن آسایش و راحتی بشر است و تلقی غلط از تکنولوژی و ابزاری انگاشتن آن موجب مشکلات یاد شده گشته است، چه تکنولوژی تنها ابزار نیست که روح شاعرانه آن قادر است تا در صورت درک آن به مشکلات پایان دهد. این نقیصه برطرف نمی‎گردد مگر از طریق افزایش کارآیی امکانات و تمرکز مجدد بر روی انرژی‎های تجدیدپذیر به کمک تکنولوژی. به همین دلیل دانشمندان و پژوهشگران در تلاشند تا با کاهش هزینه‎های استفاده از انرژی‎های تجدیدپذیر مشکلات استفاده از انرژی‎های تجدیدپذیر را برطرف سازند. این نکته قابل توجه است که تکنولوژی، هزینه استفاده از انرژی‎های تجدیدپذیر در سطوح کوچک مانند تأمین آبگرم و گرمایش ساختمان با کمک نیروهای خورشیدی و بادی را تا حدود زیادی کاهش داده است.

     این میزان کاهش هزینه این نکته را گوشزد می‎کند که نباید فراموش کرد که تکنولوژی استفاده از انرژی‎های تجدیدپذیر به مرابت ساده‎تر و بادوام‎تر از تکنولوژی استفاده از انرژی‎های تجدیدناپذیر و هسته‎ای بوده و تنها به دلیل کاهش آلودگی کافی است تا چنین رویکردی در کشور ما نیز به عمل بیانجامد. چه هزینه رفع آلودگی‎های زیست محیطی به مراتب بیشتر از هزینه‎های یاد شده می‎باشد.

 

تکنولوژی یک نیاز برای انرژی پاک

     بشر با استفاده از انرژی از طریق کشاورزی، توانست محیط طبیعی را مطابق نیازهای خود به تسخیر درآورد. مادامی که انرژی نه تولید می‎شود و نه مصرف و تنها انتقال می‎یابد، کلیه انواع انرژی ارائه شده، یا به شکل انرژی خورشیدی، که به صورت بیولوژیک در گیاهان ذخیره می‎شود و یا به صورت سوخت فسیلی درنفت، گاز و زغال‎سنگ وجود دارد. نوآوریهای تکنولوژیک قادر است تا هریک از این منابع کشف شده را در جهت ارتقاء سطح تولید، در هر مورد و زمینه جدیدی از استفاده، بکار ببندد.

     استفاده‎های اولیه انرژی موجب طی مراحلی چون استفاده از انرژی ماهیچه‎ای تا کشف آتش و در نتیجه فرآیند سوخت چوب تا تلخیص انرژی‎های تجدیدناپذیر از سوخت مواد فسیلی و تبدیل آنها به انرژی الکتریسته گشته است. انرژی ماهیچه‎ای و سوزاندان چوب حتی در کشورهای صنعتی هنوز بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز را تأمین می‎نماید. قبل از انقلاب صنعتی انرژی مورد استفاده بشر اساساً تجدیدپذیر بود. فرم و طراحی شهرها براساس اقلیم موجود به گونه‎ای طراحی می‎شد تا حداکثر استفاده از انرژی خورشید و باد را برای شهروندان فراهم سازد. این موضوع در شهرهای ایران و به خصوص شهرهای کویری به خوبی مشاهده می‎شود. سازماندهی صنعتی پس از انقلاب صنعتی به طور غالب براساس انرژی بخار با استفاده از سوخت زغال‎سنگ به جای سوزانیدن چوب صورت گرفت. این تکنولوژی با افزایش تقاضا برای مصرف انرژی بیشتر مواجه گشت. انقلاب صنعتی در واقع انقلابی در سوخت فسیلی بود و هرچند پیشرفت سریعی را به دنبال داشت، اما عواقب وخیمی مانند آلودگی هوای شهرها، که در سلامتی ساکنین مؤثر بود، را در برداشت.

     با توجه به اینکه انرژی به دست آمده از سوخت‎های فسیلی پایان‎پذیر است، استفاده بجا و حساب شده و اصلاح راندمان انرژی و بهینه کردن مصرف آن بسیار توسعه یافته است. یکی از جنبه‎های مهم در جهت افزایش راندمان انرژی، اطمینان از استفاده بجا از نوع انرژی برای منظور خاص می‎باشد. برای مثال هزینه تولید برق هدر شده در خطوط انتقال نیرو بسیار بیشتر از میزان مصارف مربوطه آن می‎باشد. انرژی هدر رفته در این فرآیند قادر است تا گرمایش تمامی خانه‎های آمریکا را فراهم سازد (Behling| 1996). این نکته حائز اهمیت است که می‎بایست تولید انرژی را به طرف انرژی‎های تجدیدپذیر سوق داد و در واقع گذر از تکنولوژی سخت که بر پایه سوخت‎های فسیلی شکل گرفته به طرف تکنولوژی نرم مانند آنهایی که با طبیعت سازگار و با اکولوژی برخوردار است، را شامل می‎شود و در آینده جزء لاینفک و اصلی بازگشت تکنولوژی به سوی طبیعت و همسازی و سازگاری با طبیعت خواهدبود.

     در دهـــه 86ـ95 میـــــلادی مصــــرف انـــرژی جهان Q-BTU 361 که معادل kwh ² 10*8/105 می‎باشد بوده است. عمده انرژی مصرف شده در جهان از سوخت زغال‎سنگ، فرآورده‎های نفتی، انرژی هسته‎ای و منابع انرژی تجدیدپذیر بوده‎اند. میزان مصرف منابع انرژی تجدیدپذیر 6/12% بوده است که  از این مقدار 3/10% متعلق به مصرف انرژی تولید شده از طریق بیوماس سنتی می‎باشد. انرژی مصرف شده در بخش‎های ساختمان، صنعت و حمل و نقل به ترتیب به میزان 50% و 25% و 25 بوده است. مصرف انرژی در بخش ساختمان به ترتیب زیر می‎باشد. (Modifidi| 1998)

الف ـ روشنایی 25

ب ـ گرمایش و سرمایش 45

ج ـ وسائل و تجهیزات 15

د ـ اتلاف انرژی 15

     میزان قابل توجه 50 مصرف انرژی کل در ساختمان که 15 درصد آن تلف می‎شود، از یک طرف و میزان 70 مصرف در روشنایی و گرمایش و سرمایش از طرف دیگر حائز اهمیت است. به هر میزان صرفه‎جویی در مقادیر فوق خود اثر قابل ملاحظه در کلان مصرف انرژی خواهد داشت.

 

نقش معمار در کاهش مصرف انرژی به مثابه یک استراتژی

     همانطوری که اشاره شد ساختمان یکی از بزرگترین بخشهای مصرف‎کننده انرژی در اکثر جوامع محسوب می‎گردد. توجه به فن‎آوریهای ساختمان به منظور صرفه‎جویی و بهینه‎سازی مصرف انرژی به میزان بسیار مؤثری می‎تواند در این راستا نقش سازنده داشته باشد. این نکته قابل ذکر است که مصرف زیاد انرژی به هیچ وجه به معنی آسایش در ساختمان نیست. نارضایتی‎های موجود در ارتباط با عدم وجود آسایش، به تجهیزات مکانیکی سرمایشی و گرمایشی ساختمان باز می‎گردد. ساختمانی که سیستم هواساز وجود دارد و مصرف انرژی بالاتری را نیز شامل می‎شود، به مراتب با نارضایتی بیشتری نسبت به ساختمان‎هایی که هواساز ندارند، روبرو هست. بنابراین ما در بسیاری موارد از ساختمانهایی استفاده می‎کنیم که علی‎رغم میزان چند برابر انرژی، آسایش چند برابر را فراهم نمی‎سازند. بنابراین، این سئوال مطرح می‎گردد که عوامل مؤثر در راندمان و بهینه‎سازی مصرف انرژی کدامند؟ عوامل اصلی در این ارتباط به سه دسته تقسیم می‎گردند:

الف ـ طراحی معماری ساختمان

ب ـ طراحی تأسیسات برقی و مکانیکی

ج ـ رفتار ساکنین

     مطالعات به عمل آمده توسط باکر (Baker| 1996) نشان می‎دهد که عوامل یاد شده مصرف معمول انرژی را تا ده برابر افزایش می‎دهند. سهم طراحی معماری ساختمان در میزان مصرف تا 5/2 برابر مصرف معمول را می‎تواند افزایش دهد و اگر چنانچه تأسیسات برقی و مکانیکی را نیز به آن اضافه کنیم میزان مصرف به دو برابر یعنی تا 5 برابر مصرف معمول افزایش پیدا می‎کند. سهم ساکنین در این خصوص نیز مابقی ده برابر یعنی 2 می‎باشد.

     در نگاه اول این موضوع از این بابت که نقش معمار با نقش مهندسین تأسیسات و ساکنین گره می‎خورد، ممکن است موجب نگرانی گردد. دو دلیل موجه و قابل قبول بر اهمیت فوق‎العاده تصمیمات استراتژیک یک معمار در پیشبرد طراحی ساختمان وجود دارد. اول اینکه عوامل مرتبط با ساختمان از عواملی هستند که احتمال تغییرات آنها بسیار نادر است. تنها در بازسازی و یا تعمیرات اساسی، هنگامی که تأسیسات ساختمان به کلی تعویض می‎گردد، این اتفاق ممکن است رخ دهد. مدیریت بهتر قادر است ساکنین را در جهت مصرف بهینه انرژی تشویق نماید. دوم اینکه عوامل سه گانه فوق جدای از یکدیگر عمل نمی‎نمایند و یقیناً استراتژی مصرف بهینه انرژی در طراحی ساختمان هم به سیستم تأسیسات بکار رفته و همه به رفتار ساکنین ساختمان وابسته است.

     جدای از تصمیماتی که در طراحی معماری ساختمان به منظور صرفه‎جویی در مصرف انرژی گرفته می‎شود، استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و در حقیقت صرفه‎جویی بیشتر در انرژی‎های تجدیدناپذیر که از سوخت‎های فسیلی به دست می‎آید، استفاده از سیستمهای غیرفعال (Passive) توسط پیش‎بینی‎های معمارانه و انطباق با شرایط محیطی از اهداف بهینه‎سازی مصرف انرژی محسوب می‎گردد. معماری سنتی ایران نمونه آشکار و بارزی از چنین استفاده بجا و ارزنده از فرهنگ بکارگیری روش غیرفعال را به تجربه و نمایش گذاشته است. احیاء و باز زنده‎سازی فرهنگ صرفه‎جویی که به صورت علمی و عملی از گذشتگان ما در اختیار گذاشته شده است، می‎تواند به سادگی ما را در این جهت یاری دهد.

     تنها با اشاره به دو مثال می‎توان به عمق این مطلب بیشتر پی برد. یکی آنکه ساختمانهایی که به گونه‎ای طراحی شده‎اند تا میزان مناسب جذب تابش گرمای خورشید را داشته و کمتر تبادل حرارتی ازداخل به بیرون دارند، نیاز کمتری به کارکرد تأسیسات پیدا می‎نمایند، و در نتیجه مصرف انرژی در آنها بهینه‎تر می‎باشد. مثال دیگر آنکه افرادی که در فاصله نزدیکی به پنجره‎های بازشونده زندگی می‎کنند، تحمل بیشتری نسبت به تغییر دما داشته و نیاز کمتری به روشنایی مصنوعی پیدا می‎کنند تا کسانی که درساختمانهایی با سطح زیربنای زیاد و عمیق زندگی می‎کنند. این نکته که در اغلب پلانهای خانه‎های مسکونی سنتی، استقرار اتاقهای سه دری و پنج دری به صورت ردیفی که در اطراف حیاط مرکزی قرار دارند، می‎تواند به این دلیل باشد.

     بنابراین اینگونه به نظر می‎رسد که تصمیمات استراتژیک برای طراحی ساختمان تأثیرات گسترده‎تری را برای عملکرد واقعی ساختمان در طول حیات خود دارد تا تحلیل اولیه پیشنهادی انرژی به صورت جزئیات. از طرفی رشد فزاینده‎ای در مشاهدات رضایت ساکنین در ساختمانهایی که از انرژی غیرفعال مانند روشنایی روز و تهویه طبیعی هوا، استفاده می‎کنند وجود دارد. این مطلب خود گواه بر آن است که استفاده از تجهیزات و تأسیسات ساده در ساختمان در ابتدای طراحی اهمیت بیشتری دارد تا مطالعات فنی پس از طراحی ساختمان.

معماری و بهینه‎سازی مصرف انرژی در ساختمان

     با توجه به نقش معمار به عنوان طراح ساختمان در مصرف بهینه انرژی و کاهش اتلاف انرژی لازم است تا میزان تبادل حرارت را در قسمتهای مختلف ساختمان مورد بررسی قرار دهیم. میزان اتلاف حرارت از طریق قسمتهای ساختمان مانند دیواره‎ها، بام، کف و بازشوها به عواملی چون میزان عایق‎کاری حرارتی، سطح پوشش و اختلاف دمای داخل و خارج ساختمان دارد. مطالعات (نجفی امین، 1366)، نشان می‎دهد در یک خانه معمولی چهار طرف باز، میزان اتلاف انرژی در دیوارها 29%، بام 26%، کف مرتبط با هوای آزاد 20%، بازشوها 14% و منافذ 11% می‎باشد.

     صرف‎نظر از قسمتهای مختلف ساختمان عواملی چون نحوه استقرار ساختمان و فرم ساختمان نیز در میزان اتلاف انرژی نقش مؤثری را دارد. نحوه استقرار و فرم ساختمان از دو جهت می‎تواند اتلاف انرژی را کاهش دهد. یکی جهت تابش خورشید و دیگری جهت وزش باد می‎باشد. جهت‎یابی ساختمان نسبت به تابش آفتاب و وزش باد بستگی به نوع اقلیم محیط داشته و فرم ساختمان نیز می‎تواند به گونه‎ای طراحی گردد که هماهنگی لازم را با تابش آفتاب و وزش باد داشته باشد. در این ارتباط این دو عامل درحقیقت فضای باز وبسته را ایجاد می‎نماید. وجودفضای سبز و درخت در فضای باز هم می‎تواند نسبت به گرما و نیز سرما به صورت بازدارنده عمل نماید. درختان از یک طرف دمای بالای هوا را جذب می‎کنند، و از طرف دیگر می‎توانند مانعی برای وزش باد در فصل سرما باشند. در شرایطی که برای خنک کردن فضا نیاز به وزش باد باشد، می‎بایست درختان را به گونه‎ای در فضای آزاد پیش‎بینی نمود که در این شرایط از حرکت هوا و باد ممانعتی به عمل نیاید.

     پیش‎آمدگی و عقب رفتگی‎ها در فرم ساختمان موجب اتلاف حرارتی می‎گردد. پلانهای فشرده اتلاف کمتری دارند. تقلیل دیوار فضاهای اصلی با فضای آزاد تا حدود زیادی اتلاف حرارتی ساختمان را کاهش می‎دهد. الحاق فضایی به عنوان ورودی مانند هشتی می‎تواند در این جهت مؤثر باشد.

     در ارتبــاط با فرم ساختمان مهمترین عامل، بزرگی ساختمان است، همانطوری که نمودار (1) نشان می‎دهد، ساختمانهای متوسط و مجموعه ساختمانهای اداری یا مسکونی آپارتمانی اتلاف حرارتی کمتری دارند. نمودار شماره یک نشان می‎دهد در یک مجموعه ساختمانی اداری به میزانی که تعداد دفاتر در ساختمان اضافه می‎گردد، هزینه‎های انرژی مربوطه کاهش می‎یابد.

شکل 1ـ هزینه انرژی ساختمانهای اداری

 

طراحی معماری غیرفعال (Passive)

            علاوه بر تمهیدات فوق با استفاده از سیستم طراحی معماری غیرفعال (Passive) ساختمان، می‎توان انرژی خورشیدی و باد را برای گرمایش و سرمایش به گونه‎ای جذب و ذخیره نمود که نیازی به امکانات برقی و یا مکانیکی نباشد. اصلاح نورپردازی در داخل ساختمان و اجتناب از گرمایش بیش از حد نیز به عنوان طراحی معماری غیرفعال محسوب می‎گردد. طراحی معماری غیرفعال می‎بایست به عنوان یکی از عوامل در استراتژی بهینه‎سازی مصرف انرژی در نظر گرفته شود.

     طراحی معماری غیرفعال با توجه به میزان تابش خورشید وباد می‎تواند تا حدود قابل توجهی از گرمایش و سرمایش ساختمان را تأمین نماید، ضمن اینکه هزینه بیشتری را در ساخت ساختمان در بر نخواهد داشت. اغلب مردم ساختمانهایی که به روش طراحی معماری غیر فعال طراحی و ساخته شده‎اند را به دلیل آسایش و امنیت، به لحاظ آلودگی، ترجیح می‎دهند. برای دستیابی به طراحی معماری غیرفعال کافی است به شش اصل آن توجه داشته باشیم.

 

1ـ نحوه استقرار ساختمان

     با توجه به این اصل زاویه قرارگیری ساختمان و نحوه چیدمان ساختمانهای مختلف در سایت به گونه‎ای است که ساختمانهای کم ارتفاع‎تر در جنوب و ساختمانهای مرتفع‎تر در شمال سایت قرار گیرند.

 

2ـ استفاده از فضای سبز و درخت

     استفاده از درخت در اطراف ساختمان می‎بایست به گونه‎ای باشد که در مناطق گرم ایجاد سایه بر روی ساختمان کرده و در مناطق سرد ضمن عدم جلوگیری از تابش آفتاب بر ساختمان از وزش باد به طرف ساختمان جلوگیری نماید.

3ـ موقعیت و اندازه بازشوها

     بازشوهای پنچره در نمای ساختمان می‎بایست به نحو مناسبی توزیع گردد. میزان سطح پنجره‎ها در جبهه‎های شرق و جنوب و غرب 15% سطح زیربنای اتاق و در صورتی که از پنجره‎های دو جداره استفاده گردد، میزان سطح پنجره می‎تواند تا 30%  سطح اتاق افزایش یابد. در مناطق سرد میزان سطح پنجره جبهه شمالی ساختمان به منظور استفاده از نور طبیعی 5% زیربنای اتاق پیشنهاد و در مناطق گرم این میزان می‎تواند تا میزان پنجره در جبهه‎های دیگر افزایش یابد . (Baker| 1996)

 

4ـ نحوه چیدمان داخلی فضایی

     قرارگیری نشیمن یا فضای اصلی در مناطق سرد در جبهه جنوبی و در مناطق گرم در جبهه شمالی می‎تواند میزان آسایش را افزایش دهد.

 

5ـ طراحی

     طراحی معماری ساختمان به گونه‎ای می‏بایست صورت گیرد که کمترین تبادل حرارت را داشته و سپس به منظور ایجاد وضعیت بهتر، ملاحظات طراحی غیرفعال مورد توجه قرار گیرد. این نکته حائز اهمیت است،  همانطوری که پلان فشرده بدون پیش‎آمدگی و پس رفتگی میزان اتلاف حرارت را کاهش می‎دهد، پلان غیر فشرده این امکان را ایجاد می‎نمایند که از جذب تابش خورشید بیشتر استفاده گردد. در مناطق گرم پلانهای فشرده ارجح بوده و در مناطق سرد پلانهای غیرفشرده به شرط استفاده از عایقهای حرارت برای جلوگیری از اتلاف حرارت به گونه‎ای طراحی گردد که قابلیت جذب گرمای تابش خورشید را نیز داشته باشد.

 

6ـ گرمایش و سرمایش

     سیستم گرمایش و سرمایش به گونه‎ای می‎بایست طراحی و مورد استفاده قرار گیرد که مکمل طراحی غیرفعال باشد. سیستمهای تأسیساتی که قابلیت تطبیق فوری با شرایط جذب سرمایش و گرمایش طبیعی را دارند، مانند رادیاتورها و فن‎کویل‎های مجهز به شیرهای ترموستات، این امکان را فراهم می‎سازند. اما سیستمهای ذخیره‎ای سرعت عمل لازم را به منظور تغییر وضعیت و تطبیق با شرایط گرمایش و سرمایش طبیعی را ندارند.

     یک واحد مسکونی با طراحی غیرفعال مناسب که قادر است از انرژی‎های گرمایش و سرمایش موجود در طبیعت بهره گیرد نه تنها موجب صرفه‎جویی در انرژی می‎گردد، بلکه با فراهم آوردن امکانات گرمایش یا سرمایش و نور مناسب محیطی دلپذیر ودر نتیجه آسایش را موجب می‎گردد. متأسفانه در بعضی موارد این امکان به دلیل استقرار نامناسب ساختمانها در محوطه و ایجاد سایه و یا با جلوگیری از دالان حرکت باد از ساختمان ساقط می‎گردد. به منظور ایجاد تعادل بین طراحی غیرفعال و دیگر عوامل، می‎بایست به نکات زیر توجه کامل داشت:

الف ـ طراحی و تولید یک محوطه جالب و امن با استقرار مناسب ساختمانها در محوطه.

ب ـ طراحی یک نمای شمالی دلپذیر و زیبا.

ج ـ توجه به عدم مشرفیت اتاقهایی که به منظور دریافت حرارت و یا نور بیشتری نیاز به پنجره‎های بزرگتری دارند. در غیر اینصورت وجود پرده‎ها خود موجب عدم جذب گرما در مواقع ضروری خواهد شد.

د ـ به خاطر داشتن این امکان که ممکن است یک پنجره شمالی دید و منظر مناسبی را داشته باشد.

 

عایق‎بندی حرارتی در ساخت

     در اینجا سعی بر آن است تا نشان داده شود که چگونه می‎توان بدون افزایش قابل توجه هزینه ساخت به اهداف بهینه‎سازی مصرف انرژی در ساختمان دست یافت. بدین منظور می‎بایست کلیه قسمتهای ساختمان را که با هوای آزاد در ارتباط است، برای بالا بردن راندمان عایق‎بندی گردند. این عمل ضمن اینکه اتلاف حرارتی را کاهش می‎دهد به اطمینان در جهت طراحی غیرفعال کمک می‎کند، دیوارها ـ کف و بام و پنجره‎ها از جمله قسمتهایی هستند که از اهمیت بیشتری نسبت به دیگر اعضاء ساختمان برخوردار هستند. طراحی ساخت این قسمتها می‎بایست به گونه‎ای صورت گیرد که ضمن سادگی در اجرا، افزایش هزینه قابل توجهی را نیز در بر نداشته باشد.

 

دیوارهای خارجی

نکته بسیار حائز اهمیت در دیوارهای خارجی این است که دیوارهای پر دارای اتلاف حرارتی بالایی هستند، زیرا سطح این دیوارها نسبت به سطح پنجره‎ها یا قسمتهای دیگر ساختمان بسیار بیشتر است (نجفی امین، 1366). به منظور رفع این مشکل پیشنهادطراحی و اجرای دیوارهای دوجداره کمک بسیار مؤثری در بهینه‎سازی مصرف انرژی در ساختمان دارد. هوای بین دیوارهای دو جداره خود عایق حرارتی مناسبی است، ضمن اینکه امکان عایق‎بندی حرارتی را نیز فراهم می‎سازد.

     دیوارهای دوجداره دارای محاسن زیادی مانند سبک بودن، استحکام بیشتر، امکان اجرای نمای همزمان با سفت کاری و ... می‎باشد. ضمن اینکه این نوع دیوار در صورتی که فضای خالی آن توسط عایقهای حرارتی پر گردد، مؤثرترین نوع دیوار در بهینه‎سازی مصرف انرژی خواهد بود. دیوارهای دو جداره نیاز به یک فاصله و جداره با ابعاد مناسب هستند. حداقل فاصله دو جداره می‎بایست 50 میلی‎متر باشد. نکته قابل توجه در دیوارها، هوابندی اتصالات دیوار با سقف و کف و نیز اطراف پنجره‎ها و درها می‎باشد که با این عمل امکان نفوذ هوا ازداخل یا خارج از بین می‎رود. امکــان استفــاده از نازک‎کاری خشک که اخیراً مصالح آن در داخل کشور نیز تولید می‎شود می‎تواند ضمن فراهم ساختن مزیت‎های فراوان در جلوگیری از اتلاف انرژی نیز  مؤثر باشد (Arbabian| 1997) (شکل شماره 2).

شکل 2ـ جزئیات عایق حرارتی در نور

 

کف

همانطوری که قبلاً ذکر شد حدود 20% اتلاف انرژی از کف متصل به هوای آزاد صورت می‎گیرد. به منظور تقلیل این میزان اتلاف حرارت نیاز به عایق حرارتی به ضخامت 50 میلی‎متر می‎باشد. در چنین شرایطی اجرای سقف کاذب به منظور پوشش عایق‎بندی الزامی است.

تبادل حرارت از طریق کف متصل به زمین بستگی به اندازه و شکل کف و نسبت به شرایط زمین زیرکف متفاوت خواهد بود. در بعضی شرایط موجود عایق‎کاری حرارتی به ضخامت 50 میلی‎متر می‎تواند از جهات مختلف مفید باشد.

در کف طبقات می‎بایست ضمن سبک بودن کف که در مقاوم‎سازی ساختمان در مقابل زلزله نقش عمده‎ای را دارا می‎باشد (Ababian| 1997)، ضخامت و جزئیات کف را به گونه‎ای در نظر گرفت که تبادل حرارتی از این طریق به حداقل برسد.

کاربرد لوله‎های مختلف در کف مضرات بسیاری را دارا می‎باشد که از مهمترین آنها کاهش عمر مفید ساختمان، سنگین شدن سقف و ضعیف شدن ساختمان در مقابل زلزله وعدم امکان ایجاد شرایط تقلیل تبادل حرارت می‎باشد.

 

بام

با توجه به اتلاف حدود 26% حرارت از بام، عایق‎بندی انواع بامها می‎تواند در بهینه‎سازی مصرف انرژی در ساختمان علی‎الخصوص در فصل زمستان بسیار مؤثر باشد. عایق‎بندی سقفهای شیب‎دار هم می‎تواند در امتداد سقف شیب‎دار صورت گیرد و هم بر روی سقف کاذب. (شکل شماره 3)

 

شکل 3ـ جزئیات عایق حرارتی بام

 

بازشوها

در بازشوهای پنجره استفاده از پنجره‎های دو جداره می‎تواند در جلوگیری از اتلاف حرارتی بسیار مؤثر باشد. پنجره‎های دوجداره با 20 میلی‎متر فاصله جداره‎ها مورد نظر است. نکته قابل توجه در مورد اینگونه پنجره‎ها، فاصله دو جداره، کیفیت پروفیل پنجره و تکنیکهای مورد استفاده در جداره‎های پنجره از اهمیت فوق‎العاده‎ای برخوردار می‎باشد.

 

استفاده از نور طبیعی و آسایش دید

     استفاده بهینه از نور طبیعی به خصوص در فضاهایی که در طول روز بیشتر مورد استفاده قرار می‎گیرند، سهم به سزایی در بهینه کردن مصرف انرژی، آسایش دید و رفاه ساکنین را دارد. چنین استراتژی شامل امکان استفاده از گرما و یا کوران در حفظ انرژی موجود و صرفه‎جویی در مصرف انرژی که با جایگزینی نور مصنوعی صورت می‎گیرد، شده و امکان داشتن دید و منظر مناسب را نیز فراهم می‎سازد. آسایش دید عامل تعیین کننده در نیاز به روشنایی می‎باشد. استفاده از نور طبیعی در کلیه انواع ساختمان‎ها ضروری است، ضمن اینکه امکان استفاده از نور مصنوعی نیز می‎بایست فراهم باشد. نورگیری طبیعی مناسب مقوله‎ای است که در اولین اقدامهای طراحی معماری ساختمان می‎بایست مدنظر طراحی و معمار باشد.

 

نتیجه‎گیری

     این مقاله سعی بر گشودن باب تأثیر طراحی معماری در بهینه‎سازی مصرف انرژی داشته و اهمیت آنچه را که تاکنون نادیده گرفته شده است را تنها با اشاراتی مختصر از یک سو، به طراحان و معمارانی که به تأثیر نقش خود در این راستا واقف نیستند، گوشزد نموده است.  از سوی دیگر توجه به عواملی که مستقیماً به گرمایش،‌ سرمایش و استفاده نورطبیعی در ساختمان بر می‎گردد، به سادگی مطرح گردیده است. در صورت اعمال نکات مطرح شده توسط طراحان و معماران و ساکنین ساختمانهای مسکونی و غیرمسکونی، به راحتی می‎توان از یکسو ضمن کاهش آلودگی ناشی از مصرف انرژیهایی که از سوختهای فسیلی تأمین می‎گردد و خطر جدی برای سلامتی روحی و جسمی جامعه ایجاد کرده است، با مصرف کمتر سوختهای فسیلی کارآیی بیشتری را به دست آورده و از سوی دیگر از منابع پایان‎ناپذیر انرژی‎های طبیعی نیز بهره‎مند شد. در این جهت توجه عملی به نکات زیر می‎تواند در بهینه‎سازی مصرف انرژی کارساز باشد:

1-  استفاده از تجربیات غنی و ساده موجود در معماری سنتی و بومی کشور.

2-  توجه به ویژگیهای مورد نیاز در طراحی و ساخت به عنوان یک استراتژی.

3-  هماهنگی سیستمهای تأسیساتی مورد استفاده با طرح و محیط به طور کلی

4-  آگاهی استفاده‎کنندگان و ساکنین نسبت به مقوله صرفه‎جویی در مصرف انرژی.

 

مراجع

1-      Goulding | R. Jetall| “Energy conseious design”| B.T. Bastford Ltd| London| 1992.

2-      Baker| N.V.| “Energy and Environment in Non – Domestic Buildings”| Cambridge Architectural Research Ltd| University of Cambridge| 1996.

3-      McCarthy| B.| “Wind  Towers”| John Wiley & Sons Ltd| New York| 1999.

4-      Baggs| S. and J.| “The Healthy Houses”| Thames and Hudson| London| 1996.

5-      Givoni| B.| “Climate considerations in building and urban Design” Van Nostrand Reinhold| New York| 1998.

6-      Fathy| H.| “Natural Energy and vernecular Architecture”. The university of Chicago press| Chicago and London| 1986.

7-      Morton| R.| “Design and the Economics of Building” E & FN Spon| Londng| 1995.

8-      Hassan| K.| “Thermal Behaviour of Buildings”| National Academic for science Research| Trablos| 1982.

9-      Mofidi| S.M.| “Climatic Urban Design” PhD Thesis| University of Sheffield| 1998.

10-  Behling| S. and S. “Sol Energy”| Prestel| Munich| 1996.

11-  Arababian| H.| “Changes in Building construction”| Ph.D thesis| The Victoria University of Maunchester| Manchester| U.K. 1997.

12-  BRECSU| “Low Energy Design for Housing Associations”| Building Research Establishment| Garston| 1993.

13ـ نجفی امین، هوشنگ ”طرح خانه‎های اقتصادی از نظر مصرف انرژی برای مناطق معتدل“ ترجمه، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، تهران، 1366.