” تأثیر گرمایش، سرمایش و نور بر فرم ساختمانها در معماری “

ساخت خانه ویلایی

“ تأثیر  گرمایش، سرمای و نور بر فرم ساختمانها در  معماری “

 

زمانی می­توان به دو خصوصیت اساسی معماری (جنس و شادی) که ویترویوس از خود به جای گذاشت به طور کامل دست یافت، که آنها را جدا از هم در نظر نگرفته و به هم پیوسته بررسی کنیم.

اما به طور کلی یک معمار زمانی می تواند این ادغام خلاقانه را پیاده کند که نه مشغله­ی شکل دهی و نه حل مسأله را در ذهن داشته باشد بلکه زمانی بتواند یک ساختمان را به عنوان کلیتی یکپارچه در نظر بگیرد.

جان موریس دیکسون – سردبیر معماری رو به رشد سال ۱۹۹۰

همه­ی پروژه های طراحی می بایست محیط را طوری اشغال کنند که نیاز به سوخت فسیلی را تا حد زیادی کاهش و یا به طور کلی حذف کند.

الزامی ۲۰۱۰،ادوارد مازریا،AIA، بنیان گذار معماری ۲۰۳۰

 مقدمه

برخی معماری را از آنجا که همیشه فرهنگ، شرایط اقلیمی منابع موجود در زمان و مکان خاصی را منعکس کرده، روزنامه نگاری نامیده اند.

سرانجام با ظهور قوای جدید معماری نیز به مرحله­ی جدیدی پا نهاد. به عنوان مثال در دوره­ی رنسانس مهمترین قوای تأثیر گذار بازیابی دوران باستان بود. اما امروزه قوه­ی غالب تأثیر گذار بر معماری چیست؟

حکایتی که هم اکنون آینده­ی معماری را رقم می­زند، پایداری است.امروزه افراد انگشت شماری باقی مانده­اند که خواستار دنیایی پایدار نباشند و یا ادعا کنند که همواره در چنین دنیایی زندگی می­کنند. از آنجا که ساخت و ساز بیش از هر فعالیت انسانی دیگری بر محیط تأثیر می­گذارد معماران نه تنها مسئولیت بلکه فرصت این را دارند که ما را به جهانی پایدار رهنمون سازند.

طراحی پلان ویلا

معماری پایدار را می توان با به کارگیری بهترینهای قدیم و بهترینهای جدید بدست آورد. با به کارگیری دانش پیشرفته، تکنولوژی  و نظریات زیباشناسی در ترکیب با عقاید سنتی پاسخگوی نیازهای انسانی، ناحیه گرایی و شرایط اقلیمی بوده اند معماری جدید بوجود آمده است.

این نوع معماری در مقایسه با معماری معاصر که هیچ راهنمایی مبنی بر مکان ساخت یک ساختمان نمی­دهد،غنی تر است.

معماری معاصر در شهرهایی مانند نیویورک، پاریس، دهلی­نو و یا توکیو نمایی همسان دارند به علاوه این معماری بین­المللی بالفعل در هر جایی که استفاده شود نا مناسب است چرا که پایدار نیست.

پایداری بسیاری موضوعات دیگر را نیز پوشش می­دهد ولی هیچ یک از آنها به اندازه انرژی مهم نیستند. همانطور که می دانیم مصرف انرژی در ساختمانها بیش از هر عامل دیگری در تخریب سیاره­مان نقش دارد. ساختمانها چیزی در حدود ۴۸% انرژی مصرفی را به خود اختصاص می­دهند یعنی ۴۰% برای بهره برداری از ساختمانها و ۸% برای ساخت آنها (نمودار ۱.1a). این انرژی در اکثر موارد از منابع فسیلی حاصل می­شود که دی اکسید کربن تولید می­کنند که عامل اصلی گرم شدن کره زمین است. ما باید منابعی پاکیزه و تجدید شدنی مانند باد، انرژی خورشیدی و پسماند را جایگزین چنین منابع آلاینده­ای کنیم تا انرژی کمتری مصرف شود  و یا هر دو این راه حل ها را به کار ببریم. گرچه می­بایست هر دو راه حل را به کار بست اما  کاهش مصرف انرژی هم سریعتر و هم ارزانتر خواهد بود. به علاوه از طراحی ساختمانهای پاسخگو به انرژی، زیبا شناسی جدیدی به وجود خواهد آمد که جایگزین رنگ و رو رفتگی اکثر ساختمانهای امروزی  که کپی از سبکهای ناخلاقانه­ی قدیمی است خواهد بود.

آیا واقعاً مقابله با گرم شدن کره زمین از طریق معماری امکان پذیر است؟ پاسخ یک آری بی چون و چرا خواهد بود چرا که ساختمانهای کنونی بی­اندازه انرژی را به هدر می­دهند و به علاوه ما چگونگی طراحی ساختمانهایی که حداقل ۸۰% کمتر از ساختمانهای به اصطلاح استاندارد امروزی انرژی مصرف کنند را می­دانیم. در حال حاضر در سراسر دنیا معمارانی هستند که ساختمانهایی با ضریب مصرف انرژی صفر طراحی کرده اند. چنین ساختمانهایی به گونه­ای طراحی شده­اند که کمترین میزان ممکن انرژی را مصرف کنند و اندک انرژی مصرفی نیز از منابع تجدید شونده مانند تولید انرژی از طریق نور باشد( نمودار۱.1b  ). ما فوت و فن کار را میدانیم و آنچه نیاز داریم فقط اراده­ی عمل است.

این کتاب به منظور کمک به معماران نوشته شده تا ساختمانهای پایدار طراحی کنند که انرژی بسیار اندکی مصرف می­کنند. قوانین تجربی، راهبردهای سازنده، ومثالهای سازنده از بهترین نمونه های جدید بر گرفته شده اند. معماری سنتی که اگر حتی انرژی هم مصرف می کرد میزان بسیار کمی بود را به منظور منبعی برای الهام گرفتن و ایده­هایی برای معماران ارائه شده. بناهای بومی و قومی اصولاً بنا بر شرایط اقلیمی، مکان و فرهنگ ساکنان ساخته شده اند.

۱.۲ معماری بومی و منطقه ای

یکی از مهم ترین دلایل تفاوتهای منطقه ای واکنش نسبت به شرایط اقلیمی است. اگر نگاهی به ساختمانهایی که در مناطق گرم و شرجی، مناطق گرم و خشک و مناطق سردسیر واقع شده اند بیندازیم در می یابیم که با هم بسیار  متفاوتند.

در شرایط اقلیمی گرم و خشک به دلیل تأثیرات زمان تأخیر معمولاً دیوارهای فشرده را می بینیم. از آنجا که آفتاب در این مناطق بسیار شدید است، حتی پنجره های کوچک نیز نور کافی را برای خانه به ارمغان می آورند. دلیل دیگر برای کوچک بودن پنجره ها این است که در طول روز هوای گرم بیرون خانه تهویه هوا را به طرز نامطبوعی امکان ناپذیر می سازد. رنگ سطوح خارجی معمولاً از رنگ های روشن انتخاب می شود تا جذب تشعشعات خورشیدی را به حداقل برسانند. سطوح داخلی نیز به رنگ های روشن در آمده تا نور خورشید را که از طریق پنجره های کوچک وارد خانه می شود، را در سطح خانه پراکنده سازد (تصویر ۱.2a).

 

 

از آنجا که این مناطق به ندرت شاهد باران هستند بامها صاف ( ونه شیروانی) و در شب های تابستانی جایی برای خوابیدن هستند. پس از غروب خورشید فضای بیرون از خانه به دلیل تشعشعاتی که به آسمان صاف شب می­فرستد به سرعت  خنک می شود. به این ترتیب بامها برای خواب مطلوب تر از  داخل خانه هستند چرا که فضای داخلی به علت گرمای شدید روز هنوز گرم است و گرما در بطن خانه باقی مانده.

حتی می توان ازطرحهای اشتراکی برای مقابله با گرما استفاده کرد. در شرایط آب وهوایی گرم و خشک به طور معمول خانه ها با فاصله ای بسیار اندک از یکدیگر و به صورت گروهی ساخته می­شوند تا هر یک سایه­ای برای دیگری در مقابل آفتاب شوند و میان آنها نیز فضاهای عمومی به وجود می آید.

در شرایط اقلیمی گرم و مرطوب، انواع متفاوتی از خانه را خواهیم دید. گرچه دمای هوا بسیار پایین تر از اقلیمی گرم و خشک است اما بالا بودن درجه رطوبت هوا شرایط را نامطلوب می کند. بهترین راه حل که افراد را اندکی تسکین می دهد، عبور هوا از روی پوست است تا درجه خنک کنندگی تبخیری بالا رود. گرچه وجود بخار آب در هوا حرارت خورشیدی را تضعیف می کند، اما اشعه مستقیم خورشید همچنان اثر نامطلوب خود را دارد. خانه های قبل از جنگ داخلی آمریکا، معمولاً در اقلیمی شرجی به استفاده از پنجره های زیاد برآمدگی ها، کرکره ها، دیوارهایی با رنگ روشن و سقف های بلند پاسخی رضایت بخش می دهند.

(تصویر۱.2b). پنجره های بزرگ عمل تهویه و هوا رسانی  را دو چندان می کند، برآمدگی ها و کرکره ها نیزمحافظی در برابر اشعه خورشید و باران خواهند بود و باز هم  دیوارهای رنگ روشن هستند که دما را پایین آورده، به حداقل می رسانند. 

به دلیل اینکه در شب چنین اقلیمی (گرم و مرطوب) دمای هوا چندان تغییری با دمای آن در روز نخواهد داشت بنابراین استفاده از مصالح ساختمانی حجیم از معایب خانه های این مناطق است. به این ترتیب خانه ها معمولاً از مصالح ساختمانی کم وزن ساخته می شوند. سقف های بلند، استفاده از پنجره های بزرگ را ممکن کرده و باعث می شوند هوا داشته باشد به این ترتیب مردم در لایه های زیرین و خنک تر هوا ساکن می شوند. تهویه عمودی توسط  نورهای بام و پنجره های بلند، نه تنها تهویه را دو چندان می­کنند، بلکه نخست لایه های گرم هوا را تهویه می کنند. به همین دلیل است که بامهای بلند جناغی بدون سقف در اکثر نواحی دنیا که اقلیمیی گرم و شرجی دارند مورد پسند بسیاری از مردم است.( تصویر ۱.2c).

ساختمانها در فواصل هرچه بیشتر از هم واقع شده اند تا دسترسی کافی به نسیم های خنک را داشته باشند. در برخی مناطق شرجی واقع در خاور میانه از چمچمه های بادی استفاده می شود تا تهویه هوای داخل ساختمان را افزایش دهد( تصویر ۱.2d).

 اما در شرایط  اقلیمی معتدل، هوا عموماً ابری است ومانند شمال غرب اقیانوس آرام ساختمانها آماده دریافت هرچه بیشتر نور خورشید هستند. در این نوع اقلیم، استفاده ازپنجره هایی که در فرورفتگی واقعند مرسوم است(تصویر ۱.2e).

و در نهایت در شرایط اقلیمی عمدتاً سرد شاهد نوع بسیار متفاوتی از معماری هستیم. در چنین نوع آب وهوایی تأکید اصلی بر حفظ و نگهداشت گرماست. ساختمانها، مانند حیوانات بومی، میل دارند تا بسیار متراکم باشند تا نسبت سطح مکانی به ظرفیت را  کاهش داده وبه حداقل برسانند. تعداد پنجره ها بسیار کم است چرا که پنجره از لحاظ  معیارهای گرما از نقاط ضعف به شمار می آید. چون  مقاومت گرمایی دیوارها بسیار مهم است در ساخت دیوارها به جای سنگ از چوب استفاده شده. سقفها  کوتاه  طراحی می شوند. (کمتر از هفت پا) چون هوای گرم بالا می رود(تصویر ۱.2f). از درختان و مزارع به عنوان محافظی در مقابل بادهای سرد زمستان استفاده می شود گرچه بهره مندی ازمنظره و نور خورشید همیشه مطلوب است، اما اینجا پنجره­ها قربانی کاهش احتیاج به گرما ازطریق حفظ گرما هستند.

  ۱.۳ معماری شکل گرا

چه در ساختارهای بومی و چه در ساختمانهایی که توسط معمارین خبره طراحی شده اند به نیازبه تسلط محیطی پاسخ مثبت داده شده به علاوه  رواق یونانی تنها یک ویژگی جهت حفاظت در برابر باران و آفتاب است.( ) محبوبیت جاودانی معماری باستانی ( سنتی و قدیمی) نه تنها بر مبنای زیبایی شناسی بلکه در زمینه­های ­اجرایی نیز بوده است. یافتن راه حلی بهتر برای سایه انداختن روی پنجره ها، دیوارها و ایوانها غیر از استفاده از برامدگی های بزرگ با پشتوانه ستونهای عمودی یا طاق نماها ممکن نیست.( تصویر۱.3b)

کلیساهای مربع شکل رومی که انتهایی دایره وار داشتند (باسیلیکا ) فضاهایی با سقفهای بلند داشتند که در هوای گرم تابستانی بسیار مطبوع و دلپذیر بوده اند .ا

ز پنجره های زیر بام  به منظور آوردن نور خورشید به این فضاهای داخلی استفاده می شد. چه بامهایی که خرپا دارند و چه باسیلیکاهایی که تاق ضربی دارند به نخستین الگوهایی برای کلیساهای مسیحی تبدیل شدند(تصویر ۱.3c).

از مهم ترین اهداف یکی از سازندگان بناهای سبک گوتیک استفاده از پنجره  تا حد اکثر ممکن برای سالنی ضد حریق است. به کمک سامانه ساختمانی که الهام گرفته شده بود نور فوق العاده ای از طریق شیشه هایی که حتی لکه هم داشتند به داخل فرستادند(تصویر ۱.3d).

پاسخ به نیاز گرمایش، سرمایش و نور رسانی کافی حتی کار استادان قرن بیستمی مانند فرانک لوید رایت را نیز تحت تأثیر قرار دادند. خانه مارین (Marin county court house  ) نیز بر اهمیت نور و سایه بان تأکید می کند.

به منظور بهره گیری همه دفاتر (اداره) از نور  روز ساختمان از سازه های طولی تشکیل شده که توسط اتاق اصلی که با شیشه  پوشیده  جدا می شود(تصویر ۱.3e). پنجره های بیرونی را به وسیله برجستگی شبیه به تاقهای پشت سر هم گذرگاه مانند در برابر تابش مستقیم خورشید محافظت کرده ایم. ازآنجا که این تاقها نقش سازه ای ندارند، فرانک لوید رایت آنها را در حالی که از ساختمان بیرون زده اند نشان می دهد(تصویر ۱.3f).

 معماری مدرن و امروزی بر پایه های خود که در منطق ریشه دوانده اند می باشد. اینکه فرم ازعملکرد تبعیت می­کند، بسیار معقولانه تر از فرمی است که از برخی سبک های تاریخی (به گونه ای قراردادی) تبعیت کند است.

با این وجود از عملکرد همیشه به عنوان ترکیب و سازه یا گردش ساختمان استنباط شده. از این کلمه به ندرت به معنای مصرف پایین انرژی استفاده شده که اصولاً موضوع کم اهمیتی و در برخی موارد نیزاصلاً در نظر گرفته نشده.

گرچه چنین باوری هرگز منطقی نبوده ولی امروزه ناگفته روشن است که ناصحیح بوده است، چرا که انرژی نخستین مقوله ای است که پیش روی زمین و زمینیان است.

یکی ازاستثناء ها لوکوربوزیه است که بر باورش که خود ساختمان می بایست  در گرمایش، سرمایش و نور مؤثر باشد مصر بوده است. توسعه طرح “brise soleil” او را بعد تر به تفصیل مورد بحث قرار می­دهیم.

یکی ازخصیصه­هایی که در اکثر ساختمانهای او دیده می شود بام چتری است، سازه ای چتر مانند که کل ساختمان را پوشش می دهد. مثال خوبی از این مفهوم خانه میسون (maison d’Homme) است که لوکوربوزیه آن را شیشه ای طراحی کرد و بعد به رنگ نقره ای رنگ آمیزی کرد (تصویر ۱.3g).

امروزه با توجه به اینکه هیچ سبک غالبی نیست تا راهنمای معماران باشد، گذشته گرایی رایج است. ساختمانهایی که در (تصویر ۱.۳ h) می­بینید ازایوانهای سنتی درنقش سایبان استفاده می­کنند.

چنین سازواری­های تاریخی بیشتر می­تواند پاسخی به شرایط اقلیمی باشند تا آن سبک جهانی که اغلب شرایط اقلیمی بومی را در نظر نمی­گیرد. ساختمانهایی که در اقلیمی سرد بنا شده­اند می­توانند همچنان از تراکم و خانه­های بنا شده در اقلیمی گرم و دیوارهای بزرگ و سطح خارجی روشن بهره ببرند.

اگر به گذشته­ی محلی که فردی به آن تعلق دارد نگاهی بکنیم به ایجاد طرح پایدار و جدیدی از سبک محلی دست می­یابیم.

 ۱.۴ راهکارهای معمارانه

طرحی پایدار برای گرما، سرما و نور ساختمانها را میتوان در سه رده  به اجرا در آورد(نمودار۱.۴). اولین رده طرح معمارانه­ی ساختمان است که به هدر رفتن گرمای ساختمان در زمستان و جذب گرمای بیرون ساختمان درتابستان را به حداقل رسانده و از نور استفاده­ی مفید و مؤثری بکند.

تصمیمات ضعیفی که در این راستا گرفته میشود میتوانند میزان احتیاج ما به تجهیزات ماشینی و در نتیجه انرژی مورد نیاز ما را دو یا سه برابر کند. از طرف  دیگر انتخاب صحیح یک طرح  دررده­ی اول میتواند میزان مصرف انرژی ساختمانها را تا ۶۰% کاهش دهد.

رده­ی دوم به مقوله­ی بهره مندی از انرژیهای طبیعی از طریق روشهایی مانند گرمایش و سرمایش تابع (گرمایش ایستا) و سامانه های بهره مندی از نور خورشید می­پردازد. تصمیمات درستی که در این رده گرفته میشوند میتوانند تا ۲۰% دیگر نیز مصرف انرژی را کاهش دهند.

بنابر این راهکارهایی که در رده­ی اول و دوم به کار بسته می­شوند و هر دو نیز در ارتباط با معماری هستند قادر به کاهش مصرف انرژی یک ساختمان تا۸۰% هستند.

رده­ی سوم به مبحث طراحی تجهیزات ماشینی می­پردازد که می­بایست تا سر حد ممکن کارآمد باشند. چنین تلاشی میتواند مصرف انرژی را ۸% و حتی بیشتر نیز کاهش دهد.

پس فقط به اندازه۱۲% انرژی در یک ساختمان معمولی لازم است. این مقدار انرژی اندک را نیز میتوان با استفاده از منابع تجدید شدنی چه در داخل و چه در خارج  تأمین کرد. جدول ۱.۴ برخی از عنوانهای طراحی را که به طور معمول در هر یک از این سه رده وجود دارند را نشان میدهد.

 طراحی گرمایش، سرمایش و نور ساختمانها همیشه آگاهانه یا غیر آگاهانه هر سه رده را در بر می­گیرد. متأسفانه در گذشته­ی نزدیک تقاضا­های  خرد را از خود ساختمان می­طلبیم تا فضای داخلی را نیز تحت تأثیر قرار دهد.

در ابتدا تصور می­شد که این مهندسین هستند که در رده­ی سوم مسئول محافظتهای محیطی ساختمان بودند. به این ترتیب  معماران که معمولاً به نیاز های گرمایش، سرمایش و نوری ساختمان بی تفاوت بودند، در برخی مواقع ساختمانهایی طراحی می­کردند که با محیط مغایرت داشت مثلاً ساختمانهایی با نماهای سراسر شیشه­ای برای مناطق بسیار گرم یا بسیار سرد طراحی می­شد.

سپس مهندسین وادار به طراحی سامانه­های عظیم انرژی گرمایشی یا سرمایشی می­شدند تا گرمای مطلوب را حفظ نمایند. در عین ناباوری در این ساختمانهای تمام شیشه­ای، لامپهای الکتریکی در طول روز یعنی وقتی نور خورشید در نهایت بود نیز روشن بودند چرا که آنها برای گرد آوری چگونگی نور افشانی  روز طراحی نشده  بودند.

اندازه تجهیزات ماشینی را می توان به عنوان نشانگر میزان موفقیت معمار و یا عدم آن در به کار گیری خود ساختمان برای کنترل محیط داخلی اش دانست. در برخی اقلیم ها می توان استفاده از تجهیزات ماشینی را حتی تا صفر کاهش داد مثلاً آموری لاوینز  خانه / دفترش برای موسسه کوههای راکی را در میان انبوهی از برف ساخت، جایی که در زمستان بسیار سرد و در تابستان بسیار گرم است تا او به هیچ سامانه گرمایشی و سرمایشی احتیاج نداشته باشد.

او از رده های یک و دو برای فراهم کردن قسمت عظیمی از سرمایش و گرمایش استفاده کرد و از قدرت زاهای  نوری ( فتو ولتائیک) و انرژی خورشیدی فعال برای هر گرمایش یا سرمایش مورد نیاز بهره برد.

وقتی به درکی آگاهانه از اینکه هر یک از این رده ها بخشی بنیادین از روند طراحی گرمایش، سرمایش و نور است برسیم، ساختمانها از لحاظ مختلف رو به اصلاح می شوند.

به این ترتیب ساختمانها به طور معمول ارزانتر خواهند بود چرا که مقدار استفاده از تجهیزات ماشینی کاهش یافته. آنها راحت تر نیز خواهند بود چرا که تجهیزات ماشینی دیگر مجبور به مبارزه با فشار غولهای گرمایی نخواهند بود.

به علاوه ساختمانها جذاب تر نیز خواهند بود، زیرا قسمتی از هزینه ای که معمولاً برای تجهیزات ماشینی ساختمان صرف می شده را در عوض می توان برای جنبه­های معمارانه ساختمان صرف نمود. بر خلاف تجهیزات ماشینی پنهان، خصیصه­هایی مانند لوازمی برای سایه افکنی قسمتی آشکارا از مقوله زیبایی شناسی خارجی ساختمان هستند و به همین سبب این فصل را ” معماری و نقش گرمایش، سرمایش و نور در فرم ساختمان” نامیده ایم.

 

۱.۵ ساختمانهای پویا در مقابل ساختمانهای ایستا قرار می گیرند.

ساختمانهای زمان ما (هم عصر ما) الزاماً ساختمانهایی ساکن با اندک قسمت هایی که پویا هستند مانند تجهیزات ماشینی، درها و گاهی هم پنجره های کارا  می باشند.

از سوی دیگر ساختمانهای پایدار زیبا با شرایط محیط متغیرشان سازگار می شوند. این تغییر ممکن است به طور مداوم در طول روز صورت بگیرد مانند وسیله ای که متحرک جهت سایه بانی که در هنگام آفتاب منبسط و گسترده می شود و در روزهای ابری واکنش خاص خود را دارد در مقابل ممکن است

این تغییر سالیانه باشد مانند مواردی که وسیله ای جهت سایه بانی در طی تابستان منبسط و گسترده می شود، حال آنکه در طول زمستان واکنش متفاوتی در برابر سرما بروز می دهد درست مثل درختی که در زمستان برگ می ریزد.

جنبه پویای این قضیه هم می تواند در حد میانه باشد مانند دستگاههای سایه بان متحرک و هم می تواند در حد فوق العاده زیاد مانند ساختمانهایی که در جهت نور خورشید می چرخند باشد.

ساختمانهای پویا نه تنها عملکرد بهتری نسبت به ساختمانهای ایستا و ثابت دارند بلکه زیبا شناسی هیجان انگیزی مانند زیباشناسی تغییر نیز به وجود می آورند. گرچه مثالهای متعددی از ساختمانهای پویا و متحرک در طی فصل های کتاب آورده شده اما اکثر آنها را می توان در فصل مربوط به سایه بان، سرمایش منفعل (غیرفعال) و روشنایی روز یافت. 

۱.۶ ماندگاری ایستا

می بایستی ساختمانها را به گونه ای طراحی کنیم که نه تنها باعث پایداری سیاره مان شود، بلکه ما را نیز در یک امر فوق العاده و غیره منتظره پایدار نگه دارد. به عنوان مثال خانه هایی که به روی کرسی بلند بنا شده بودند شانس بیشتری برای نجات از موج خروشان طوفان کاترینا را داشتند تا خانه های معمولی که خیلی نزدیک به سطح زمین بنا شده بودند.

بر تجهیزات ماشین خانه هایمان و ذخایر انرژی وارد شده تکیه می کنیم که قرار است فضا را در تابستان خنک و در زمستان  گرم کند و در سراسر سال خانه هایمان را روشن کند.

با این وجود در ژانویه ۱۹۹۸ طوفان یخی در شرق کانادا رخ داد که چهار میلیون نفر را برای هفته ها بی هیچ نیرویی ( انرژی ) دراوج  سرمای زمستان رها کرد. امواج گرما در ایالات متحده و اروپا شدید تر و مکررتر می شوند.

آیا تکیه بر تجهیزات ماشینی و ذخایر دست نخورده انرژی صحیح و عاقلانه است؟ آلکس ویلسون از گاهنامه­ی اخبار محیطی ساختمان پیشنهاد می کند که طراحی ساختمانها می باید امتیازی  جدید را در بر بگیرد: ماندگاری ایستا.

خوشبختانه یک ساختمان پایدار از ماندگاری بیشتری نسبت به یک ساختمان سنتی برخوردار است.

راهکارهایی که در این کتاب ذکر شدند مانند سطوح بالاتر عایق بندی، سرمایش و گرمایش منفعل و پرتو افکنی خورشید همگی در افزایش میزان ماندگاری ساختمان مؤثرند.

۱.۷ انرژی و معماری

گرمایش، سرمایش و نور ساختمان همگی با وارد یا خارج کردن مقداری انرژی به ساختمان صورت می گیرند. به همین دلیل این کتاب درباره­ی دست بردن در انرژی و چگونگی استفاده آن است .

در سال ۱۹۶۰ مصرف انرژی موضوعی پیش پا افتاده بود مثلاً  خیلی از ساختمانها کلید برق برای روشن و خاموش کردن چراغ نداشتند چرا که تصور می شد اگر چراغها همیشه روشن باشند مقرون به صرفه تر خواهد بود.

پر طرفدار ترین سامانه تهویه هوا نیز سامانه باز گرمایی ایستگاهی نامیده می شد. در این سامانه که در ساختمانهای بزرگ کاربرد داشت در ابتدا دمای هوا تا کمترین درجه کاهش یافته و هوا خنک میشد تا مکانهایی خاص به درجه­ی  خنکی لازم برسند.

بعد مجدداً   هوا گرم می شد تا سایر نقاط نیز به حد لازم گرما برسند. دو بار استفاده از انرژی اصلاً موضوع مهمی تلقی نمی شد.

هم اکنون ساختمانها چیزی در حدود ۴۰% کل انرژی که در ایالات متحده مصرف می شود را استفاده می کنند ( تصویر۱.10a). برای ساخت این ساختمانها ۸% دیگر از کل انرژی نیز لازم است.

واضح است که صنعت ساخت و ساز  مسئولیتی سنگین در طرح انرژی سیاره مان دارد. معماران هم فرصت و هم مسئو لیت طراحی را به گونه ای که پایای انرژی باشد را دارند.

اما قسمت مهم تر، به دلیل طول عمر مفید یک محصول، مسئولیت بعد مهم تری است. اتومبیل ها تنها ۱۰ سال عمر می کنند بنابراین هر اشتباهی مدت چندان زیادی سربار جامعه نخواهد بود.

در عین حال اکثر ساختمانها عمر مفیدی در حدود ۵۰ سال دارند به این ترتیب پیامدهای تصمیماتی که در زمینه طراحی گرفته می شود تا مدتها با ما خواهد بود.

متأسفانه در پی عبارت حفظ انرژی (پایداری انرژی ) تعابیر منفی قرار دارند.

این عبارت افراد را به یاد کسری و زحمت می­اندازد. و اما علم معماری که به حفظ انرژی می­پردازد می­تواند مایه راحتی، پایداری، انسانی و از لحاظ زیبایی­شناسی  خوشایند باشد.

به علاوه می تواند ارزانتر از معماری سنتی نیز باشد. هزینه های عملیاتی کاهش می­یابند زیرا قبوض انرژی مبالغ کمتری را نشان می دهند و هزینه­های نخستین اغلب به دلیل میزان کمتر استفاده از تجهیزات گرمایشی، سرمایشی که لازم است کمتر خواهند بود.

اما برای پرهیز از تعابیر منفی عبارات مثبت تر و منعطف تر مانند طراحی هوشمندانه  از انرژی. از دست عباراتی هستند که برای توضیح موضوع انرژی­یابی در معماری در نظر گرفته شده­اند.

طراحی­هایی که با آگاهی از سطح انرژی صورت می­گیرند  ساختمانهایی را به ارمغان می آورند که میزان نیاز به انرژی­های گرانبها، آلاینده و غیر تجزیه شونده را به حداقل می­رساند. به دلیل فایده­ای که چنین طراحی برای سیاره مان زمین به همراه دارد آن را طرح پایدار، سبز و یا کمترین می­خوانیم.

به دلیل گرم شدن کره زمین همه می دانند که کاهش میزان کشش ساختمان به انرژی مهم ترین موضوع در طراحی سبز است.

مثلاً ۲۰۰۷ شورای ساختمان سبز ایالات متحده ( usvbc) مقررات لازم جهت دریافت گواهینامه لید در انرژی را افزایش داد ( لید: رهبری در طراحی انرژی و محیط). همانطور که تصویر۱.۷ نشان می دهد موضوعات مرتبط  با انرژی زیر مجموعه ای  بسیار بزرگ از کلیه موضوعات مرتبط با پایداری است.

ضمناً همین تصویر نشان می دهد موضوعات مرتبط با خورشید ( گرمایش) هم در نهایت تعجب زیر مجموعه ای بزرگ از موضوعات مرتبط با انرژی هستند. به عنوان یکی از دلایل می توان گفت که واژه «خورشیدی» به بسیاری  از راهکارها مانند فتوولتاییک (سلول های خورشیدی) ، انرژی خورشیدی فعال ( آب داغ)، انرژی خورشیدی ایستا (گرمایش فضا) نور افکنی و سایه افکنی مرتبط می باشد.

اگرچه عمل سایه بان درست بر عکس عمل جمع آوری انرژی خورشیدی است. اما یکی از مهم ترین راهکارهای  طراحی  خورشیدی است چرا که می تواند مقادیر بسیار زیادی از انرژی تهویه هوا را با قیمتی اندک ذخیره کند. 

در توصیف« انقلاب صنعتی بعدی» ویلیام مک دونان و ومیشل برون گارت  آن را روی سه اصل مهم، پایه گذاری شده می دانند:

پسماند با مواد اولیه مساوی است – همه چیز باید به گونه ای ساخته شود که وقتی عمر مفیدش به پایان رسید به منبعی سالم  از مواد خام جهت  تولید چیزهای جدید تبدیل شود.

احترام به گوناگونی ها طراحی هر چیزی تابع ویژگی های مکانی، فرهنگی و مصالح بوم آورد یک مکان است.

استفاده از انرژی خورشیدی – تمامی منابع انرژی بایست ناآلاینده و قابل تجدید باشند و ساختمانها نیز باید به انرژی خورشیدی واکنش نشان دهند.

به این ترتیب باز هم می بینیم که چطور انرژی خورشیدی و طراحی واکنش دهنده به انرژی خورشیدی نقش اساسی را در برنامه ریزی هایی که در جهت آینده ای پایدار صورت می گیرد، ایفاد می کند.

در کنار سامانه رده بندی پایداری که در بالا ذکر شد (یعنی همانLEED) در ایالات متحده و کانادا، گرین کلوپهایی (Green Clobes) نیز وجود دارند که به سامانه پیشگام خانه­ی سبز (Green Building initiative) (GBI) توسعه یافت.

سامانه های متعدد دیگری نیز در جای جای دنیا مورد استفاده قرار می­گیرند که دو عنصر اصلی همه آنها بازده انرژی و میزان استفاده از انرژی خورشیدی است.

روشی دیگر در جهت تشویق همگانی به استفاده طراحی های پایدار ، اهدا جوایز است. هر ساله مؤسسه کمیته­ی معماری آمریکایی در محیط (AIA/COTE) ده طرح برتر از کلیه­ی طرحهای ارائه شده را اعلام می کند. بازده انرژی یکی از معیارهای مهم این جشنواره است.

از آنجا که گرم شدن کره­ی زمین به میزان قابل ملاحضه­ای مهمترین موضوع مطرح در مبحث پایداری است، سازمان “معماری ۲۰۳۰” پایه­گذاری شد تا انتشار گازهای گلخانه ای از خانه­ها را تا سال ۲۰۳۰ به صفر برساند.

این سازمان از معمارین و گروههای ساختمان­ساز  خواست تا چالش­های موجود در ساختمانهای سال ۲۰۳۰ را تکمیل کنند، چالش­هایی که برای رفع آنها لازم است ساختمانها، گاز گلخانه­ای خود را تا سال ۲۰۱۰ کاهش داده و سپس این مبارزه را تا حد کاهش آن به صفر ادامه دهد.

در میان گروههای متعددی که امضا کرده­اند، می توان از مؤسسه آمریکایی معماران (AIA)، و شورای ساختمان سبز ایالات متحده (USUBC) که نقش رهبری را در مبحث انرژی و طراحی محیطی (LEED)  به عهده دارند، مجمع شهرداران ایالات متحده، دولت ایالات متحده برای ساختمانهای خود و بسیاری گروههای خارجی دیگر یاد کرد.

تاریخ زمانی مشخص شده برای چالش ۲۰۳۰، بر اساس شواهد علمی من باب مدتی تا از دست دادن مهار تغییرات اقلیمی حاصل از انتشار گازهای گلخانه­ای وقت داریم است. برای دستیابی به چنین اهداف حقیقی و حیاتی، طراحی ساختمان تا جایی که می شود با راهکارهایی جهت حفظ انرژی هستند، همخوانی داشته باشد.

بیشتر راهکارهای معمارانه­ی لازمه در این کتاب پوشش داده شده­اند. 

۱.۸ گرمایش، سرمایش ، نور و معماری

ملاحظاتی که درباره­ی طراحی در ادامه بیان شده هم تأثیراتی بر ظاهر ساختمان و هم تأثیراتی بر گرمایش، سرمایش و نور دارند: فرم، جهت گیری، تراکم، اندازه و مکان پنجره­ها و در نهایت ماهیت مصالح ساختمانی.

به این ترتیب هنگامی که معماری تصمیم به طراحی ظاهر ساختمان می­گیرد، توأم با ظاهر به طراحی گرمایش، سرمایش و نور دهی نیز می­پردازد. با وجود چنین روابط جدایی ناپذیری بین جنبه­های معمارانه و گرایش و سرمایش و نوردهی ساختمان، می توان گفت کنترلهای محیطی در معماری فرم دهنده هستند.

فقط رده­های اول و دوم نیستند که تأثیر زیبایی شناسی دارند. تجهیزات ماشینی لازم برای گرمایش و سرمایش اغلب بسیار جاگیر هستند و چون حتماً لازم است که به هوای آزاد دسترسی داشته باشند در اکثر مواقع در خروجی خانه به چشم می خورند.

گرچه نوردهی خانه به اندازه­ی سامانه های گرمایشی و سرمایشی جاگیر نیستند اما بیشتر به چشم می خورند. بنابراین حتی رده سوم نیز با زیبایی شناسی معمارانه رابطه ای دو سویه دارد و به همین دلیل می بایست در مراحل پیش تر، روند طراحی مورد ملاحظه قرار گیرد.

۱.۹ نتیجه گیری

نیاز به گرمایش، سرمایش و نوردهی ساختمان نه فقط توسط تجهیزات ماشینی بلکه بیشتر به وسیله طراحی خود ساختمان برآورده می­شود. تصمیمات گرفته شده برای طرح ساختمان که این تنظیمات محیطی را تحت تأثیر قرار می دهند، تأثیر عمده ای نیز بر فرم و زیبایی شناسی ساختمانها دارند.

به این ترتیب، با استفاده از طرح، معماران فرصت خواهند داشت تا به طور همزمان نیازشان به ظاهری زیبا و همچنین گرمایش، سرمایش و نوردهی پر بازده را پاسخ دهند. یک ساختمان فقط به وسیله طراحی معمارانه است که می تواند گرم یا سرد شده و به طور پایدار نیز روشن شود.

نکات کلیدی

هم معماری بومی و هم معماری شکل گرا در گذشته برای پاسخ به نیازهای گرمایشی، سرمایشی و نوردهی ساختمان طراحی می شدند.

در خلق ساختمانهای پایدار ، استفاده از راه حل های بومی و منطقه­ای یاری کننده است.

در قرن بیستم تنها مهندسین بودند که با تجهیزات برقی و ماشینی­شان به نیازهای محیطی ساختمان پاسخ دادند. در گذشته این معماران بودند که این نیازها را برآورده می­کردند و در آینده نیز آنها هستند که می­توانند این نقش مهم را بر عهده بگیرند.

گرمایش، سرمایش و نیازهای ساختمانها به نوردهی را می توان توسط راهکار”سه رده ای” پاسخگو بود:

رده­ی اول: طراحی اساسی فرم  و بافت ساختمان (که عمدتاً توسط معمار انجام می گیرد).

رده­ی دوم: طراحی سامانه های ایستا (که عمدتاً توسط معمار انجام می گیرد).

رده­ی سوم: طراحی تجهیزات ماشینی و برقی (که توسط مهندس انجام می گیرد).

در ایالات متحده، ۴۰% انرژی مصرفی را ساختمانها مصرف می کنند. ساخت آنها ۸% انرژی دیگر نیز می­طلبد.

در حال حاضر تجهیزات ماشینی پویا به نیازهای متغیر ساختمان به گرمایش، سرمایش و نوردهی پاسخ می­دهند. وقتی خود ساختمان هم بیشتر به نیازهای محیطی پاسخ دهد هم منافع عملی و هم منافع زیبایی و هنری در پی خواهند بود (سایه بانهای متحرک). ساختمانها باید به جای ایستا بودن، پویا ساخته شوند.

در مورد استفاده­های بیش از اندازه از نیرو و یا هزینه های بالای سوخت، ساختمانهای پایدار، می­توانند ماندگاری ایستا را نیز ایجاد کنند.

به دلیل پدیده گرم شدن زمین، ساختمانها می­بایست تا سال ۲۰۳۰ انرژی کمتری مصرف کرده و انتشار گازهای گلخانه­ای را به صفر برسانند.

در ساختمانهایی که هوشمندانه انرژی را مصرف می­کنند پتانسیل بسیار بالای زیبایی و هنری بودن نیز موجود است.

   منبع :  فوت و فن ساختمان