تاثیر تابش آفتاب بر دیوارها ، پنجره ها و طراحی سایه بان

شدت تابش آفتاب و حرارت حاصل از آن در یک نقطه به عوامل مختلفی نظیر موارد زیر وابسته است :

• ارتفاع از سطح دریا
• میزان آلودگی هوا
• و ضخامت ابرها

در ارتفاعات بالاتر ، پرتو خورشید فاصله کمتری را طی می کند. در ظهر محلی هر منطقه ، چون پرتو خورشید به صورت عمود می تابد و به کمترین فاصله خود از زمین می رسد ، شدت تابش بیشتر از عصر و صبح است که به صورت مایل می تابد. بنابراین شدت تابش خورشید در هر منطقه به موقعیت خورشید در آن منطقه وابسته است. این موقعیت به دلیل حرکت وضعی به دور خودش و دورانی زمین به دور خورشید در ساعات ، روزها و فصول مختلف متفاوت است .

نقاله تابش خورشید :

برای محاسبه انرژی خورشیدی و یا ابعاد سایه بان از نمودار مسیر حرکت خورشید استفاده می شود  . در این نمودار افق به شکل دایره است که ساختمان در مرکز آن قرار دارد و مسیر حرکت خورشید در آسمان به شکل منحنی هایی ترسیم شده است که از شرق دایره افق به غرب آن کشیده شده است . با استفاده از این نمودارها میتوان موقعیت خورشید را در هر روز و در هر ساعت تعیین کرد.

تابش آفتاب با ساطع نمودن 4 نوع پرتو ، ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد :

• پرتو مستقیم با طول موج کوتاه
• پرتو پراکنده با طول موج کوتاه
• پرتو ساطع شده از زمین و اجسام گرم با طول موج بلند ( بازتاب حرارتی )
• پرتو ساطع شده از ساختمان به آسمان با طول موج بلند ( بازتاب حرارتی )

انتقال حرارت به ۴ روش ممکن است :

• رسانش یا هدایت conduction
• همرفت جابه جایی convection
• تابشradiation
• تبخیرevaporation

تابش بر انواع دیوارها  :

تاثیر تابش آفتاب بر حرارت داخلی ساختمان ، به ویژگی مصالح به کار رفته در دیوارهای آن بستگی دارد. کیفیت مصالح ساختمانی ، تاثیر زیادی در میزان حرارت دفع شده یا جذب شده ساختمان دارد و در آسایش ساکنان و بازدهی اقتصادی وسایل مکانیکی موثر است.

قبل از طلوع آفتاب ، هوای آزاد و سطح خارجی ساختمان ها ، در سردترین موقعیت خود قرار دارند ، ولی پس از طلوع خورشید ، هوا شروع به گرم شدن می کند و در ساعت ۲-۴ به حداکثر خود می رسد. میزان این افزایش دما تا حد زیادی به ارتفاع از سطح دریا وابسته است.

افزایش دمای هوای خارج ، باعث گرم شدن سطح خارجی دیوارهای جانبی می شود . این تاثیر در تمام جوانب ساختمان یکسان است و جهت دیوارها تاثیری در مقدار حرارت دریافت شده در این حالت ندارد. با افزایش دمای دیوار ، آفتاب نیز به صورت مستقیم ، پراکنده و منعکس شده از سطوح اطراف به ساختمان می تابد.

بخشی از پرتو تابیده به دیوار ، در اثر برخورد به سطح باز می تابد و بقیه در دیوار جذب می شود و باعث گرم تر شدن آن می شود. در این حالت جهت دیوارها در مقدار تابش دریافت شده و در نتیجه در مقدار حرارت ایجاد شده در آن کاملا موثر است. برای همین در دیوارها و بام ساختمان ، دمای متفاوتی ایجاد می گردد .

تاثیر ظرفیت و مقاومت حرارتی مصالح دیوار :

با فرض ثابت بودن شرایط هوای خارجی ، حداکثر و حداقل دمای سطوح داخل و نسبت نوسان دمای سطوح داخلی به خارجی به ظرفیت و مقاومت حرارتی مصالح دیوارهای خارجی بستگی دارد.  هر چه ظرفیت و مقاومت حرارتی دیوارها بیشتر باشد ، نوسان دمای سطح داخلی کاهش می یابد و زمان به حداقل و به حداکثر رسیدن دمای سطوح داخلی نسبت به هوای خارجی بیشتر به تاخیر می افتد .

کاهش نوسان درجه حرارت سطوح داخلی نسبت به سطوح خارجی با مقاومت حرارتی مصالح دیوار متناسب است. تاخیر در حداکثر و حداقل رسیدن دمای سطوح داخلی نسبت به سطوح خارجی به ظرفیت حرارتی در مصالح دیوار بستگی دارد.

ظرفیت حرارتی و عوامل موثر بر آن :

ظرفیت حرارتی مصالح به وزن مخصوص ( نسبت وزن به حجم )  و گرمای ویژه (ظرفیت گرمایی ویژه معادل مقدار گرمایی است که لازم است مقدار مشخص از ماده ای دریافت کند تا دمای آن یک واحد افزایش یابد ) آنها وابسته است.

هر چه وزن مخصوص بالاتر ، ظرفیت حرارتی بیشتر است. ظرفیت حرارتی دیوارها ،  به ضخامت و فشردگی مصالح آن نیز بستگی دارد .

هر چه ظرفیت حرارتی دیوار بیشتر باشد ، حرارت با سرعت کمتری از خارج به داخل انتقال می یابد. بنابراین سطوح داخلی ، با تاخیر بیشتری به حداکثر دمای خود نسبت به سطوح خارجی می رسند .   این زمان تاخیر باعث می شود در ساعاتی که هوا در حداکثر درجه حرارت است ، حرارت نفوذ کرده در دیوارهای خارجی در همان جا ذخیره شود و هنگام عصر و شب که هوا نسبتا خنک است از آن خارج شود .

• رابطه ضخامت دیوار ، ظرفیت حرارتی و وضعیت حرارتی هوای داخلی :

ظرفیت حرارتی یک دیوار ، نتیجه وزن مخصوص ، ضخامت و گرمای ویژه مصالح آن است.

نتایجی که در اثر تغییر وزن مخصوص مصالح با تغییر ضخامت یک دیوار در وضعیت حرارتی آن حاصل می شود ، متفاوت است ، حتی اگر این تغییرات از نظر ظرفیت حرارتی نتایج یکسانی داشته باشد. ظرفیت حرارتی بر اساس وزن مخصوص مشخص می شود.

هرگونه افزایش ظرفیت حرارتی از طریق افزایش وزن مخصوص ، یعنی بالا بردن تراکم مصالح ، باعث بالا رفتن ضریب رسانش و کاهش مقاوت حرارتی می گردد.

از سوی دیگر جایگزینی مصالح سبک به جای سنگین ، بدون تغییر ضخامت دیوار ، ظرفیت حرارتی را کاهش می دهد و تا حد کمی در بهبود وضعیت حرارتی دیوار و هوای داخلی در تابستان اثر می گذارد.  وقتی به منظور افزایش ظرفیت حرارتی دیوار ، ضخامت آن نیز افزوده می شود ، مقاومت حرارتی کلی دیوار ، نیز به نسبت افزایش یافته و در نتیجه تاثیر آن در شرایط حرارتی هوای داخلی تا حد زیادی افزوده می شود.

میزان نوسان درجه حرارت هوای داخلی یک ساختمان با تغییر ضخامت دیوارهای آن تغییر می کند و در نتیجه با افزایش ضخامت دیوارهای یک ساختمان ، حداکثر درجه حرارت هوای داخلی کاهش و حداقل آن افزایش می یابد.

تاثیر ضخامت دیوارها در کنترل دمای سطوح و درجه حرارت هوای داخلی ساختمان به شرایط تهویه طبیعی و رنگ سطح خارجی ساختمان وابسته است .

• تاثیر تابش آفتاب بر پنجره :

تابش آفتاب بر پنجره بر تغییر دمای داخلی تاثیر زیادی دارد. در زمان تابش مستقیم آفتاب بر پنجره ، تاثیر آن بیشتر از دیوارها می گردد و فضای داخلی بلافاصله بعد از تابش گرم می شود. چنانچه بنا با مصالح سبک ساخته شده باشد ، این افزایش دما محسوس تر است .

اختلاف بین انواع شیشه ها به واسطه نسبت بین پرتو تابیده به آن و میزان پرتو عبور یافته از آن است .

چنانچه پنجره فاقد سایه بان باشد یا سایه بان آن نامناسب باشد ، پرتو خورشید از شیشه عبور کرده و در داخل فضا محبوس شده و با تابش مداوم آفتاب به داخل ، دمای داخلی تا حد زیادی افزایش می یابد.

• تاثیر سایبان :

ایجاد سایه بان بر سطوح شیشه ای ، مانع نفوذ نور آفتاب به داخل می شود و تاثیر حرارت ناشی از تابش در پشت شیشه ها کاهش می یابد.

با ایجاد سایه در پشت شیشه ها ، مقدار بسیار کمی از انرژی خورشید به داخل منتقل می شود.

سایه بان های خارجی ، می توانند تا ۹۰ درصد و سایه بان های داخلی ( پرده و کرکره ) تنها تا ۲۰ تا ۲۵ درصد ، اثر حرارتی تابش آفتاب را در داخل یک اتاق کاهش می دهند.

هدف از طراحی سایه بان :

• در تابستان نور مستقیم نداشته باشیم و زمستان داشته باشیم (معتدل)
• در تابستان و زمستان نور مستقیم داشته باشیم ( خیلی سرد )
• هم زمستان و هم تابستان نور نداشته باشیم (آموزشی)

سایبان طبیعی :

درختان می توانند عامل موثری در ایجاد فضاهای خصوصی باشند و در عین حال تا حد زیادی از شدت نور آزاردهنده ی آفتاب بکاهند. سطح چسبنده و زیر برگ درختان ، گرد و غبار هوا را جذب می کند و آن را تمیز نگه می دارد ، اگر درختان به طور انبوه و فشرده کاشته شوند ، تاثیر زیادی در کنترل و کاهش صدا نیز خواهند داشت. از اینها گذشته مهمترین و سودمندترین ویژگی درختان در معماری تاثیر آنها در وضعیت حرارتی ساختمان است.

محل دقیق نشاندن درخت باید با توجه به نوع و شکل سایه ای که درخت در تابستان ایجاد می کند تعیین گردد.

به دلیل کم بودن زاویه ی تابش آفتاب هنگام صبح و عصر ، درختان بهترین نوع سایه بان برای پنجره ها و دیوارهای شرقی ، غربی ، جنوب شرقی و جنوب غربی ساختمان های کوتاه هستند. در این ساعت ها پرتوهای افقی نور خورشید ، سایه های کشیده و بلندی از درختان ایجاد می کنند که می توانند به طور موثری این دیوارها را از تابش مستقیم در امان نگه دارند. هنگام نیم روز تابش آفتاب زیاد است و درختان نمی توانند سایه قابل استفاده ای بر روی ساختمان بیندازد .

• منبع تهیه این پاورپوینت : 

فایل های مربوط به جزوه اموزشی درس تنظیم شرایط محیطی یکی از اساتید دانشگاه اصفهان ، که فایل ها با هم ترکیب ، ویرایش و طراحی مجدد شد و بنا به ضرورت تصاویر و متونی  به آن افزوده گردید ، تا در نهایت فایل کاملی با 93 اسلاید و در سه بخش در مورد تاثیر تابش افتاب بر دیوارها ، پنجره ها و طراحی سایه بان تهیه گردید .