معماری همساز با اقلیم

تاثیر پنجره ها بر تهویه طبیعی در اقلیم معتدل و مرطوب

مهدی آشوری، آزاده محمودی

(نمونه موردی : شهرستان رشت)


چکیده

با توجه به شرایط کنونی در امر اقتصاد و انرژی، استفاده از انرژی باد به عنوان انرژی تجدید پذیر، جهت افزایش میزان آسایش در داخل ساختمان ها، امری ضروری به نظر می رسد. تهویه طبیعی یکی از ارزان ترین روش های تهویه می باشد که با ایجاد جریان هوا در داخل ساختمان صورت می پذیرد. شهرستان رشت در استان گیلان و در اقلیم معتدل و مرطوب قرار دارد. از آن جایی که این شهر در اکثر روزهای سال دارای رطوبت بالایی می باشد، ایجاد کوران هوا در داخل ساختمان بسیار حائز اهمیت است. لذا به علت بی توجهی به این امر، در مقاله حاضر به بررسی اهمیت جریان باد در داخل ساختمان (تهویه طبیعی) و تاثیر پنجره های نما (از نظر موقعیت، ابعاد و شکل بازشوها) بر این جریان می پردازیم. در نهایت یافته هایی بدست می آید که بیانگر نحوه ی تاثیر پنجره های نما بر میزان مطبوع بودن تهویه طبیعی است.

واژه های کلیدی

تهویه طبیعی، اقلیم معتدل و مرطوب، شهرستان رشت، پنجره های نما، جریان باد

روش تحقیق

در مسیر فرآیند مقاله، ابتدائی ترین مرحله، بررسی اهمیت استفاده از انرژی باد و تهویه طبیعی در داخل ساختمان های اقلیم معتدل و مرطوب می باشد. در این مرحله، از مطالعات کتابخانه ای بهره گرفته شده است. در مرحله بعدی به بررسی نحوه ورود باد به داخل و تاثیر آن بر میزان تهویه پرداخته شده که در این مرحله نیز مطالعات کتابخانه ای مورد استفاده قرار گرفته است. در نهایت به تحلیل مطالعات انجام شده و روابط بین آن ها پرداخته می شود.

پیشینه تحقیق

در مباحث تهویه طبیعی مطالعاتی به صورت کلی صورت گرفته است که در حال حاضر با توجه به شرایط، اقلیم منطقه، چگونگی شکل گیری و قرار گیری پنجره های نمای ساختمان، قابل تغییر است. در این زمینه کمتر تحقیقی در ارتباط با نمونه موردی در حد شهر صورت گرفته است. لذا در مقاله حاضر سعی شده است، این مهم توسط بررسی یک نمونه موردی و مقایسه حالات مختلف در آن، با مباحث اساسی و قانونمند استفاده از تهویه طبیعی، هر چه بیش تر قابل درک و شناخت باشد.

________________________________________________________________________________

  1. دانشجو ی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی، واحد چالوس، رشته مهندسی معماری
  2. عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی، واحد چالوس، دکتری معماری

 

مقدمه

آسایش، از نیاز های مورد توجه انسان در همه دوره های زندگی او بوده است. این آسایش از راه های گوناگون برای انسان به وجود آمده و یا صلب می شد. یکی از این موارد، تنظیم دما و تهویه فضای داخل ساختمان است. ایجاد جریان هوا در محل زندگی سهم زیادی در ایجاد آسایش خواهد داشت.

از آن جا که شهر رشت دارای رطوبت نسبتا بالایی است، ایجاد تهویه در داخل ساختمان از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. با توجه به این که این شهر در هاله ای از فضای سبز و درختان قرار گرفته، به طور معمول بادهای مزاحم وجود ندارد و معمولا بادهای وزیده شده، مطلوب هستند که به عنوان بادهای غالب مطرح می شوند.عوامل بیان شده طی ساسله مراتبی مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

انرژی باد یک انرژی تجدید پذیر

انرژی باد، حاصل از هوای متحرک است. هنگامی که تابش خورشید به طور نا مساوی به سطوح نا هموار زمین می تابد، سبب ایجاد تغییرات در دما و فشار می گردد و در اثر این تغییرات، باد به وجود می آید. در نتیجه تا زمانی که خورشید به زمین می تابد، انرژی باد نیز قابل تولید است و به همین دلیل آن را تجدید پذیر می دانند.

با افزایش جمعیت جهان، مصرف انرژی افزایش می یابد. در حالی که هم چنان به طور عمده به تولید انرژی های تجدید ناپذیر (سوخت های فسیلی) می پردازیم، این منابع روز به روز، رو به کاهش هستند و تلاش برای جایگزین کردن انرژی های تجدید پذیر مانند باد، خورشید و ... امری ضروری و حیاتی است. بنا براین، فناوری استفاده از این انرژی باید توسعه یابد و در جهان فراگیر و عملی شود.

امروزه بسیاری از طراحان در صدد استفاده از انرژی های تجدید پذیر در ساختمان های خود هستند، از جمله مهم ترین این انرژی ها، انرژی باد است. با توجه به این که استفاده از انرژی تجدید پذیر در ساختمان ها مورد توجه قرار گرفته است، معمار می تواند هنگام طراحی بنا، با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی منطقه، طوری نیاز ها را برآورده کند که جهت تامین بخشی از آسایش، از انرژی های تجدید پذیر مانند باد استفاده شود. برای مثال با نحوه تعیین موقعیت پنجره ها، نوع وحالت بازشو آن ها می توان به سادگی جهت ورود وزش باد به داخل ساختمان و نحوه چرخش آن را کنترل و طراحی کرد تا بدون استفاده از لوازم مکانیکی، تهویه مطبوعی را داشته باشیم.

تهویه و انواع آن

ورود و خروج هوا از یک فضای بسته را تهویه می گویند. این امر سبب اعتدال در دمای محیط و هم چنین میزان رطوبت آن فضا می شود که در نهایت افزایش دهنده میزان آسایش است. برای ایجاد تهویه داخل ساختمان می توان از تاسیسات مکانیکی مانند کولر های آبی و برقی و ... استفاده کرد، که در این روش، تهویه را به صورت مصنوعی ایجاد می کنیم و یا می توان با تعیین موقعیت، ابعاد و بازشو پنجره ها، باد را درون فضا جریان داده و از تهویه طبیعی بهره ببریم.

منظور از تهویه طبیعی استفاده از فرآیند جابه جایی هوای داخل ساختمان با هوای تازه ی خارج است، بدون بهره گرفتن از ذستگاه های تاسیساتی و مصرف انرژی فسیلی (رازجویان، 1379).

برای بهره بردن از تهویه طبیعی نیاز است تا هوا در محیط جریان پیدا کند، که عامل اصلی این حرکت وجود اختلاف فشار هوا در سطح خارجی است. این اختلاف فشار ممکن است نتیجه دو عامل اختلاف دمای هوای داخل و خارج ساختمان و یا وزش باد باشد. فشاری که در اثر اختلاف دما به وجود می آید، معمولا در تمام حالات بسیار کم است. بنا براین، عامل موثر و تعیین کننده ی حرکت هوا در داخل ساختمان، وزش باد می باشد.

جهت برخورد باد با ساختمان و تاثیر آن بر ایجاد اختلاف فشار

هنگامی باد به صورت عمودی به ساختمان برخورد می کند، دیوار های مقابل باد تحت فشار مثبت و دیوار های پشتی تحت فشار منفی (مکش) قرار می گیرند. در حالتی که باد به صورت مایل به ساختمان می وزد، دو جداره مقابل باد تحت فشار و دو جداره دیگر تحت مکش قرار خواهند گرفت. نحوه تقسیم فشار هوا در یک سطح به صورت یکنواخت نمی باشد، بدین گونه که در مرکز برخورد باد به سطح ساختمان، فشار بیش تر و به سمت اطرف کاهش می یابد. هنگامی که باد به صورت عمودی بوزد، اختلاف فشار هوا کم است. ولی وقتی جهت وزش باد نسبت به سطح برخورد، مایل باشد، فشار هوا در سطوح تحت مکش به شدت کاهش می یابد. در صورتی که باد با زاویه ی 45 درجه با یک سطح برخورد نماید، فشار هوا در گوشه های پایین سطح تقریبا از بین می رود. ولی اگر این زاویه کم تر از 45 درجه باشد، در گوشه های پایین سطح مکش ایجاد خواهد شد. تغییر فشار هوا در قسمت های تحت مکش کم تر از قسمت های تحت فشار می باشد. هنگامی که باد به صورت عمود بوزد، حداکثر مکش در قسمت های فوقانی دیوارهای جانبی ساختمان ایجاد می شود و دیوارهای پشت به باد، میزان مکش از مرکز دیوار به اطراف کاهش می یابد. (شکل1)

از اختلاف فشاری که در سطوح این دیوار ها به وجود می آید می توان برای ایجاد کوران در داخل ساختمان استفاده کرد. بدین شکل که اگر در دیوار های دارای اختلاف فشار پنجره ای باز شود، با توجه به موقعیت، ابعاد و نوع بازشو آن، هوا برای ایجاد تعادل بین این دو اختلاف فشار، از منطقه پر فشار به کم فشار حرکت خواهد کرد که سرعت این حرکت به میزان اختلاف فشار موجود بستگی دارد.

 

شکل 1 : تقسیم فشار هوای اطراف ساختمان در صورت وزش باد

 

موقعیت پنجره ها و تاثیر آن بر تهویه طبیعی

نحوه ی حرکت هوا در داخل ساختمان، به دو عامل چگونگی فشار هوا در اطراف ساختمان و اینرسی هوای در حال حرکت در داخل ساختمان بستگی دارد. وقتی در جداره ی رو به باد پنجره ای طراحی شود، فشار هوای داخل در این قسمت تا حدی افزایش می یابد که به فشار هوای سطح خارجی پنجره برسد. اگر در دیوار پشت به باد نیز پنجره ای تعبیه شده باشد، فشار هوای داخلی در این قسمت نیز تا حدی که برابر فشار هوای سطح خارجی پنجره شود، کاهش می یابد. در هر دو صورت میانگین فشار هوای داخل و خارج متعادل می شود. حال اگر این پنجره ها باز شوند، بنا بر اصلی دینامیکی، هوا از منطقه ی فشار به منطقه ی مکش جریان می یابد. وقتی جهت وزش باد و خطی که مرکز این دو پنجره را به هم وصل می کند بر هم منطبق شود، هوای وارد شده به داخل بدون تغییر جهت، از منطقه ی پشت به باد خارج می شود (شکل 2- الف و ج). ولی هنگامی که جهت وزش باد و خط مزبور بر هم منطبق نباشند، هوا پس از ورود در جهت اصلی خود حرکت می کند تا به دیوار برخورد نماید یا سرعت آن کاسته شود، سپس به سمت پنجره ی پشت به باد حرکت می کند و از داخل ساختمان خارج می شود (شکل 2- ب و د). این امر سبب به جریان افتادن هوا در اکثر فضاهای داخل ساختمان می شود که منجر به تهویه  مطلوب تری نسبت به حالت اول خواهد شد.

 

شکل 2 : نحوه ورود و خروج جریان هوا با توجه به موقعیت پنجره ها

 

موقعیت پنجره ها را می توان در جهت عمودی نیز جهت تاثیر گذاری در وضعیت تهویه داخل ساختمان بررسی کرد. در شکل 3، موقعیت پنجره ی خروج هوا ثابت و پنجره ی ورود هوا از نزدیک سقف تا نزدیک کف تغییر کرده است. بر اساس تصاویر تا زمانی که پنجره ی ورود هوا در مرکز دیوار ( نسبت به سقف و کف) قرار دارد، باد در همان راستای طبیعی خود وارد ساختمان شده و از پنجره ی خروج هوا، خارج می شود. با نزدیک شدن پنجره ی ورود هوا به سقف، جریان باد نیز متمایل به سقف و با نزدیک شدن آن به کف، متمایل به کف وارد اتاق می شود. در حالتی دیگر اگر پنجره ی ورود هوا ثابت و در راستای عمودی پنجره ی خروج هوا را جا به جا کنیم، خواهیم دید که تاثیری بر نحوه ی گردش هوا در داخل ساختمان نخواهد داشت (شکل 4).

شکل 3 : تاثیر موقعیت عمودی پنجره ورود هوا بر جریان هوا                     شکل 4 : عدم تاثیر موقعیت عمودی پنجره خروج هوا بر جریان هوا

 

تاثیر اندازه پنجره بر تهویه طبیعی

 

 

تغییر اندازه پنجره ها هنگامی تاثیری زیاد بر تهویه طبیعی می گذارد که داخل ساختمان کوران اتفاق افتاده باشد. اگر این کوران اتفاق نیفتاده باشد، هنگامی تاثیر به چشم می آید که باد به صورت مایل بر پنجره بوزد. در جدول 1 میانگین سرعت هوای داخلی نمونه هایی را نشان می دهد که هر کدام دارای پنجره ای به عرض 3/1 تا 3/3 عرض دیوار مربوطه هستند. با توجه به این اعداد، تنها هنگامی که باد مایل بوزد، بزرگ تر کردن پنجره بر میزان تهویه تاثیر می گذارد.

جدول 1 : تاثیر اندازه پنجره در میانگین سرعت هوای داخل ساختمان بدون کوران

اما در اتاق هایی که در آن ها کوران ایجاد شده، افزایش اندازه پنجره های پشت به باد و رو به باد بر سرعت جریان هوای داخل تاثیر می گذارد. به این شکل که اگر پنجره رو به باد کوچک تر از پنجره پشت به باد باشد، حداکثر سرعت جریان هوا را خواهیم داشت ( جدول 2).

جدول 2 : تاثیر اندازه پنجره های ورودی و خروجی باد در میانگین و حداکثر سرعت هوا در داخل ساختمان

تاثیر نحوه ی باز شدن پنجره بر تهویه طبیعی

با توجه به توضیحاتی که داده شد، هنگام برخورد باد با سطح ساختمان، فشار مثبت در قسمت رو به باد و در سطوح پشت به باد، فشار منفی (مکش) اتفاق میافتد. در حالتی که باد به صورت عمود بر سطح ساختمان بوزد و بازشو پنجره نسبت به سطح برخورد متقارن باشد، باد با همان جهت برخورد، وارد فضا می شود. اما هنگامی که بازشو نامتقارن است، به علت افزایش فشار در قسمت طولانی تر سطح، باد به سمت طول کوچک تر منحرف و وارد فضا می شود ( شکل 5).

شکل 5 : تاثیر حوزه های فشار اطراف پنجره بر جریان هوای داخل

 

 حال اگر در حالت نا متقارن جهت بازشو پنجره به سمت قسمت پرفشارتر ( طولانی تر) باشد، باد با سرعت بیشتری وارد فضا می شود و همین امر سبب مطلوب تر شدن تهویه طبیعی خواهد شد (شکل 6).

شکل 6 : تاثیر جهت باز شو پنجره بر مسیر جریان هوای داخل

 

جهت وزش باد در شهرستان رشت

بررسی جهت باد ها در یک منطقه، برای بررسی نحوه تهویه طبیعی، امری ضروری است. در هر منطقه بادها را به بخش های مختلف مانند بادهای غالب، باد های فصلی و بادهای محله ای و ... تقسیم بندی می کنند. با در نظر گرفتن شرایط اقلیمی مناطق معتدل و مرطوب (رطوبت بالا و بارش زیاد)، می بایست بنا ها را به نحوی احداث کرد تا با حداکثر بهره گیری از وزش باد جهت تهویه طبیعی، بر میزان آسایش فضای داخل ساختمان، افزود. این امر تنها با آگاهی نسبت به جهت وزش بادهای غالب میسر خواهد بود. با توجه به مطالعات انجام شده، جهت بادهای غالب در شهرستان رشت، اغلب از سمت غرب به شرق می باشد (جدول 3).

جدول 3 : بادهای غالب و حداکثر سرعت وزش باد

 

 این امر نشانگر آن است که برای ایجاد کوران در فضای داخل ساختمان، با در نظر گرفتن مطالب بررسی شده در فوق، جهت استقرار ساختمان ها می بایست غربی- شرقی باشد تا پس از برخورد باد به سطوح ساختمان، بتوان آن را به داخل هدایت کرد. لازم به ذکر است که بنا هایی مانند آپارتمان ها، به دلیل بسته بودن از 2 طرف ( همسایگی) مناسب چنین اقلیم هایی نیستند و بهترین نحوه ی استقرار بنا ها به شکلی است که باد به صورت مایل یا عمود با ساختمان ها برخورد نماید، در فضای ما بین آن ها گردش کند و از انتهای آن ها خارج شود (شکل 9).

شکل 9 : موثر ترین نحوه استقرار بناها در شهرستان رشت جهت تهویه طبیعی

 

نتیجه گیری

با توجه به بررسی های انجام شده، جهت دستیابی به تهویه طبیعی مطلوب، به نتایج ذیل دست یافتیم :

 

1- موقعیت پنجره ها درپلان باید به شکلی باشد که جهت ورود باد و خط متصل کننده ی آکس پنجره ورود هوا و خروج هوا بر یکدیگر منطبق نباشند تا هوا پس از گردش در کل فضا به خارج منتقل شود.

 

2- در شرایطی که باد به طور عمود بر سطح ساختمان بوزد، به علت متقارن بودن میزان فشار در سطح، مکان پنجره ورود و خروج هوا تاثیر زیادی بر سرعت جریان هوا ندارد، اما هنگامی که باد با زاویه 45 در جه و یا کمتر به سطح ساختمان برخورد کند، به علت بالا بودن میزان فشار در قسمت نزدیک تر به محل برخورد، بهتر است پنجره ورود هوا نزدیک به قسمت برخورد (فشار بیشتر) تعبیه شود.  

 

3- با حفظ شرایط فوق، هنگام جا نمایی عمودی پنجره ها، می بایست خط متصل دهنده مرکز پنجره ورود و خروج هوا بر مسیر جریان باد منطبق نباشد تا باد به طور کامل در کل فضای داخل جریان پیدا کند.

 

4- نحوه باز شدن پنجره ها می بایست به سمت پرفشار سطح خارجی باشد تا باد با حداکثر سرعت وارد فضا شود.

 

5- در نهایت با در نظر گرفتن موارد 1 تا 4، جهت گیری ساختمان ها می بایست به صورت شرقی غربی باشد تا بتوان حداکثر استفاده از بادهای غالب غربی شهرستان رشت را انجام داد.

 

منابع

- کسمایی، مرتضی، اقلیم و معماری، نشر خاک، 1382

- رازجویان، محمود رضا، آسایش در پناه باد، دانشگاه شهید بهشتی، 1379

- طاهباز، منصوره، نقش طراحی در استفاده از کوران طبیعی هوا در ساختمان، مجموعه مقالات بین المللی بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان، 1381

- حیدری نژاد، قاسم، آسایش حرارتی، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1388

- www.sid.ir

- www.naghsh-negar.ir

-www.chaharmahalmat.ir

_____________________________________________________________________________

پیوست 1

تعیین نوع اقلیم شهرستان رشت

با توجه به اطلاعات به دست آمده از سایت هواشناسی، شهرستان رشت، جزو اقلیم C fk   می باشد.

 

جدول 4 : اطلاعات هواشناسی شهرستان رشت

متوسط درجه حرارت ماهانه در سردترین ماه سال

کمترین بارش ماهانه در زمستان

کمترین بارش ماهانه در تابستان

بیشترین بارش ماهانه در زمستان

متوسط درجه حرارت سالانه

4/2

8/119

42

8/153

9/15

18 > متوسط درجه حرارت ماهانه در سردترین ماه سال > 3-

کم ترین بارش ماهانه در تابستان × 3 < بیش ترین بارش ماهانه در زمستان

40 میایمتر > کم ترین بارش ماهانه در تابستان

کم ترین بارش ماهانه در تابستان > کمترین بارش ماهانه در زمستان

 

تعیین محدوده آسایش شهرستان رشت بر اساس روش گیونی

با توجه به اطلاعات هواشناسی بدست آمده از سایت هواشناسی شهرستان رشت، منطقه آسایش به شرح ذیل می باشد (متوسط دمای محیط : 8/15 درجه سانتیگراد).

 

tm = 15.8                         tc = 0.31tm + 17.6 = 22.49       U= tc + 2 = 24.49

L = tc - 2 = 20.49            al = 0.025 * (L-14) = 0.16         au = 0.025 * ( U-14) = 0.26

∆Hu = 11.2      ∆Hl = 8.8      tl = L + (al*∆Hl) = 21.90      tu = U + (au * ∆Hu) = 26.77

نمودار 1 : محدوده آسایش شهرستان رشت

Add comment