بام بام شیبدار
در گذشته آسایش حرارتی از طریق طراحی ساختمان و تعداد معدودی از تجهیزات ساختمانی ایجاد می شد
و انتخاب فرم پوسته مناسب یکی از شیوه های مورد توجه در معماری بود. چنین شرایطی در دهه 1960 بسیار دگرگون شد و تامین گرمایش و سرمایش و روشنایی ساختمان از طریق بام شیبدار تجهیزات مکانیکی و استفاده از سوخت های فسیلی جنبه ای محوری و اصلی به خود گرفت
. متعاقب بحران انرژی ایجاد شده از این طریق در سال های پیشین و آلودگی های محیط زیستی، مجددا بهترین حالت گرمایش و سرمایش، توجه به طراحی ساختمان و استفاده از انرژی های پاک شد.
در این شرایط، طراحی اجزای معماری به صورت مناسب می تواند،
به تامین آسایش حرارتی درون محیط و در پی آن کاهش انرژی مصرفی ساختمان منجر شود. در میان این اجزا, ساختمانی، بام که نقش اساسی در تبادل حرارتی دارد اغلب نادیده گرفته شده است.
زندگی بشر از ابتدا در تمام ادوار تاریخ رابطه مستقیمی با چگونگی تولید و مصرف انرژی داشته است. گردش چرخ تکنولوژی مرهون انرژی و مصرف آن است.
محدود بودن ذخایر سوخت های فسیلی وهم چنین آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوزاندن ان ها باعث گسترش مباحث مربوط به محیط زیست، بام شیبدار انرژی و از دغدغه های بشر امروزی شده است(1).
در این میان میزان مصرف انرژی در بخش ساختمان به اندازه ای زیاد است که صرفه جویی هر چند ناچیز در این بخش بر میزان شدت انرژی و بهره وری منابع، تاثیر درخور توجهی خواهد داشت. متاسفانه در کشور ایران هنوز تلاش جدی و موثری در این زمینه انجام نشده است.
اظهارنامه سال2002
براساس اظهار نامه اداری سال 2002 ایران ،ساخت و سازها بیش از یک سوم کل مصرف انرژی رابه خود اختصاص می دهند (2). بنابراین نقش اصلی معمار در دست یابی به هدف استفاده بهینه از انرژی غیر قابل انکار است.بام شیبدار جستجو و تحقیق درمورد روش های مختلف برای استفاده از انرژی های تجدید پذیر با استفاده از منابع انرژی پاک مانند انرژی خورشیدی و بهره بردن از روش های دقیق طراحی برای عناصر سازه ای نه تنها معماران ایرانی را ملزم به رعایت آن ها می کند، بلکه تمامی معماران باید بر روی این موضوع تمرکز کنند.
در میان این اجزا، بام یکی از اجزا اصلی ساختمان است که عموماَ مورد بی مهری طراحان معماری است. با بررسی عملکرد حرارتی، بام ساختمان و پیگیری تغییرات آن ها در ساعات و فصول مختلف می توان به راهکار هایی موثر در جهت اصلاح طراحی اجزا دست یافت و متوجه شد که چنین عنصر معماری تا چه اندازه در اتلاف انرژی بنا یا صرفه جویی غیر مستقیم انرژی، به خصوص در محیط های شهری موثر است(3).
مقاله پیش رو مطالعه بر روی رفتار حرارتی فرم سقف بر اساس دمای متوسط تشعشعی درون محیط زندگی که از عوامل آسایش حرارتی است، در سقف های شیب دار منازل مسکونی شهر کرج درنیمه شمالی کشور ایران و در غرب پایتخت ایران (تهران)، می باشد.هم چنین در این مقاله از روش مشابه سازی محاسباتی به عنوان روش تحقیق کار استقاده شده است که در آن متغیرها مدل سازی شده، بر اساس چهار تیپ سقف در زوایای مختلف آنالیز ومحاسبه شده اند.
1- اهداف تحقیق:
با توجه به محدود بودن ذخایر سوخت های فسیلی و پیامدهای محیط زیستی و اقتصادی استفاده بی رویه از آن ها و هم چنین موقعیت جغرافیایی ایران که امکان دریافت قابل توجهی انرژی تابشی را ممکن می سازد، بام شیبدار طراحی معماری مناسب می تواند با استفاده ازراه کارهای سامانه های غیر فعال، به کاهش انرژی مصرفی نهایی در بخش ساختمان منجر شود . یکی از بخش های مورد مطالعه طراحی ساختمان، بخش مربوط به اجزای آن مانند سقف می باشد که نقش مهمی در کاهش میزان استفاده از انرژی را در ساخت و سـاز بـازی می کند(4).
با توجه به منطقه مورد مطالعه(مهرشهر کرج) و استفاده از سقف های شیب دار در این منطقه به صورت غالب ،هدف این مقاله دست یابی به فرم بهینه سقف با توجه به زاویه بهینه سطح سقف جنوبی در دریافت انرژی از طریق محاسبه میزان دمای متوسط تشعشعی است که یکی از عوامل اصلی آسایش حرارتی فرداست.
مقاله پیش رو در پی پاسخ به پرسش های زیر می باشد.
1-ایا ارتباطی بین فرم سقف و تامین آسایش حرارتی با توجه به دمای متوسط تشعشعی وجود دارد؟
2-زاویه بهینه سقف در تامین آسایش حرارتی با توجه به دمای متوسط تشعشعی کدام است؟
2- روش گرد آوری داده ها
روش تحقیق بر اساس مشابه سازی و مدل کامپیوتری بنا شده است.
به این دلیل که تحقیق در مورد سقف های شیب دار و بررسی رفتارهای حرارتی بر حجم آن ها در مقیاس واقعی امکان پذیر نیست، بنابراین با مدل سازی کامپیوتری در مساحت کف ثابت
روش های به کاربرده شده در این پژوهش، روش عددی – مقایسه ای هستند. این مقاله از روش مشابه سازی کامپیوتری برای متغیرهای تحقیق استفاده می کند. مشابه سازی کامپیوتری محیط مجازی مشابهی را بام شیبدار منطقه مورد نظر ایجاد می کند تا رفتار حرارتی اجزا و عناصر ساختمان ها را بتوان در آن ها مطالعه کرد. از مزایای این روش طراحی می توان به قدرت پیش گویی نزدیک به واقعیت این شبیه سازی ها قبل از ساخت هر پروژه اشاره کرد
و این روش به معمار امکان آن را می دهد که در هر مرحله با اطمینان از نرم افزارها یک روش بازخوردی قابل قبول را برای رسیدن به هدف نهایی خود اتخاذ نماید(3). همچنین این نرم افزارها برای هر منطقه و هر ساختمانی قابل استفاده می باشند(5).
نرم افزار انرژی پلاس
این نرم افزار یک موتور مشابه سازی مستفل برای تحلیل رفتار حرارتی است که خروجی های انرژی بسیار زیادی را در مقایسه با سایر نرم افزارهای مشابه شامل می شود.
این مقاله به موضوع تامین آسایش حرارتی محیط ازطریق سقف بر اساس دمای متوسط تشعشعی می پردازد،
در حالی که مقدار آن را بر اساس درجه سانتی گراد محاسبه می شود.
بام و کنترل دمایی فضا
یکی از عواملی که نقش تعیین کننده بر میزان مصرف انرژی سالیانه یک ساختمان دارد،دمای متوسط فضاهای کنترل شده است. بام شیبدار در اوقات سرد سال، فضاهای کنترل شده دمای بین 18-20 درجه سانتی گراد دارند، که متاسفانه به دلیل الگوی مصرفی غلطی که در کشور ما حاکم است و عدم استفاده از راهکارهای موثر در پوسته بنا، در اغلب موارد،
وضعیت مشابهی در اوقات گرم سال نیز وجود دارد.
وضعیت برودتی
در این حالت باید تلاش گردد دما در حدود 28 درجه سانتی گراد باقی بماند. تاثیر این تغییرات قابل ملاحظه است (6). دراین راستا،
علاوه بر اصلاح الگوی مصرف می توان با تعبیه راه کارهای مناسب بام شیبدار در پوسته ساختمان به ویژه بام تا حد زیادی به نتیجه مطلوب دست یابیم.
طراحی مناسب و اجرای پوسته خارجی با رفتار حرارتی مطلوب موجب تاخیر در انتقال و نفوذ گرما از خارج به داخل سقف در تابستان و از داخل به خارج سقف در زمستان خواهد شد
هم چنین طراحی مطلوب در جداره افقی ساختمان باعث می شود که حرارت ناشی از تابش نیـز به داخل ساختمان نفوذ نکند.
بنابراین دریافت انرژی خورشیدی از جـداره ها (در این مقاله سقف و زاویه آن )
و اثر بر دمای هوای محیط، موثر بر میزان دمای متوسط تشعشعی می باشد.
فرم ساختمان و دمای متوسط تشعشعی
ساختمان از چندین منبع انرژی دریافت می کند: ساکنان(وسایل) ساختمان، خورشید
و نورپردازی. وسایل گرمایی و سایر وسایلی که انرژی مصرف می کنند پایان پذیرند.
خورشید به وضوح مهم ترین منبع انرژی های پایان ناپذیر است.
که به سه حالت مختلف تابش، همرفت، هدایت منتقل می شود(4).
مقدار دمای متوسط تشعشعی یکی از عوامل آسایش حرارتی برای فرد است که ارتباط مستقیمی با میزان اشعه دریافتی و فاصله آن دارد.
در واقع دمای متوسط تشعشعی بام شیبدار از متوسط دمای سطوح مختلف بام شیبدار در یک فضا با توجه به ضرایب دید از آن سطوح به دست می اید
که درآن میزان انتقال انرژی بستگی مستقیم به اختلاف دمای دو سطح د ربام شیبدار دارد(7). بنابراین عوامل دمای محیط،
ظرفیت حرارتی
سرعت هوا ،وضعیت اقلیم محلی، موقعیت خورشید، بام شیبدار جهت گیری و زاویه خارجی اجزای ساختمان، اعم از بدنه(نما)، سقف و… همچنین انعکاس سطوح خارجی،
ظرفیت حرارتی و مساحت سطح (حجم) و.. از عواملی هستند که بر دمای متوسط تشعشعی تاثیر می گذارند.
علاوه بر این در راه حل های غیر فعال (پسیو) در ارتباط با بام شیبدار ذخیره انرژی، برخلاف شکل اکتیو آن، طراحی خلاقانه معماری نقش مهمی در ارتبــاط بـا ضـرورت ملاحظات انـرژی بـازی می کند.بام شیبدار در این مورد ،اولین قدم شامل حجم و فرم ساختمان می باشد.
اولین چالش برای روبه رو شدن، در واقع استفاده از امکانات طبیعی برای افزایش دریافت انرژی و نوع ساختمان و پوشش است(5).
نتیجه گیری :
امروزه بحران مصرف انرژی، کاهش سوخت های فسیلی و آلودگی محیط زیستی ناشی از آن،
پژوهش گران تمامی زمینه ها را به ارایه راه کاری برای پاسخ به این چالش ها واداشته است.
موضوع ساخت و بام شیبدار ساز که یکی از پرمصرف ترین حوزه ها در زمینه مصرف انرژی می باشد.
معماران را بر آن داشته تا به فکر راه حل هایی برای کاهش مصرف انرژی در زمینه طراحی ساختمان ها باشند.
عنوان
واقع طراحان بر این باورند که توجه به طراحی مناسب و استفاده
از حداکثر انرژی پاک برای تامین انرژی مصرفی ساختمان بهترین راه حل برای کاهش استفاده از انرژی های تجدیدپذیر می باشد.
در این میان طراحی اجزای ساختمان اهمیت می یابد.
به طور خاص در این پژوهش جز, بام و توجه به فرم بهینه آن از منظر دمای متوسط
تشعشعی و در پی آن تامین اسایش حرارتی محیط درون مورد تحلیل قرار گرفت.
با توجه به انواع فرم های سقف در منطقه مورد طراحی(شهر کرج) که دارای اقلیمی کوهستانی است، نیاز گرمایشی در این منطقه در اولویت است.