کنترل تابش مستقیم خورشید و سایه در معماری

گام اول برای کنترل تابش مستقیم خورشید، کنترل سایه و افتاب متناسب با نیازهای آسایش گرمایی در روزهای سرد و گرم سال است.

در این مرحله هدف آن است که طراحی معماری به گونه ای باشد که :

• در روزهای گرم از تابش مستقیم خورشید به ساختمان و خصوصاً نفوذ آن به فضاهای داخلی جلوگیری شود .
• و در روزهای سرد ساختمان به خوبی در معرض تابش قرار گرفته و به طور طبیعی گرم شود.

این مرحله شامل موارد زیر می باشد :

• انتخاب محل مناسب استقرار ساختمان
• طراحی حجم کلی ساختمان
• فضاهای باز و نیمه باز پیرامون آن
• و در نهایت طراحی بازشوها و سایبان ها

گام دوم ، کنترل شدت تابش خورشید بر ساختمان است. به عبارت دیگر با کنترل زاویه ی تابش اشعه ی خورشید به پوسته ی ساختمان پتانسیل دریافت تابش در روزهای گرم و سرد متناسب با آسایش گرمایی مورد نیاز کنترل می شود.

این مرحله شامل دو مورد زیر می باشد :

• الف - تعیین جهت و نحوه ی استقرار ساختمان در زمین و همسایگی های آن
• ب- انتخاب مصالح ، رنگ و جنس نمای پوسته ی خارجی ساختمان مانند دیوارها و بام

میزان تابشی که به یک سطح می رسد به دو مورد زیر بستگی دارد :

• شدت اشعه ی تابشی خورشید
• زاویه ی تماس اشعه با سطح

هر چه شدت تابش خورشید بیشتر و زاویه تابش نسبت به سطح قائم تر باشد ، میزان دریافت تابش و در نتیجه گرمای تولید شده روی سطح بیشتر خواهد بود .

هر چه زاویه ی تابش اشعه ی خورشید به سطح مایل تر باشد ، میزان گرمای تولید شده در سطح کمتر خواهد بود. زیرا نسبت شدت تابش به سطح توزیع اشعه کاهش می یابد و در نتیجه به هر واحد سطح گرمای کمتری می رسد.

در طراحی دو عامل اصلی میزان تابشی را که به سطح می رسد ،  کنترل می کنند :

• اول - جهت قرارگیری سطح نسبت به خورشید که تعیین کننده ی زاویه ی برخورد اشعه به سطح است.
• دوم - مساحت سطح زیر تابش

به همین دلیل است که باید در اولین مراحل طراحی تصمیم های لازم درباره ی جهت استقرار و کشیدگی افقی یا عمودی ساختمان گرفته شود. مناسب ترین طراحی آن است ، که ساختمان نسبت به خورشید در جهتی قرار داده شود که بیشترین گرما را در روزهای سرد و کمترین گرما را در روزهای گرم از آن دریافت کند. این جهت را میتوان جهت بهینه نامید .

همچنین بهتر است فرم ساختمان طوری باشد که بیشترین سطح نما و بیشترین فضاها در جهت بهینه قرار بگیرند .

محاسبات انجام شده در این زمینه نشان داده است که در ایران سطوح قائم رو به جنوب تا جنوب شرقی معمولاً بهترین جهت گیری را نسبت به دریافت گرمای خورشید دارند. یعنی در روزهای سرد بیشترین تابش و در روزهای گرم کمترین تابش را دریافت می کنند .

جذب انرژی خورشیدی توسط سطوح خارجی ساختمان ، موجب افزایش دمای جداره نسبت به دمای محیط میشود که آن را دمای خورشید و هوا می نامند.

این افزایش بستگی به موارد زیر دارد :

• رنگ و جنس جداره
• شدت تابش خورشید
• اثر خنک کنندگی جریان هوای پیرامون ساختمان
• و کاهش حرارتی ناشی از تابش ساختمان به محیط خنک اطراف

افزایش دمای اجسام کدر در اثر جذب اشعه ی خورشید به چند عامل بستگی دارد که عبارتند از :

• شدت تابش (که بستگی به زاویه ی اشعه ی تاییده شده به جسم دارد )
• ضریب جذب
• مقاومت لایه ی هوای مجاور سطح

با در نظر گرفتن خاصیت جذب ، انعکاس و عبور سطوح می توان در مورد انتخاب مصالح روکار تصمیم گیری کرد.

سطوح جاذب گرما در زمان های سرد و سطوح دور کننده ی گرما در زمان های گرم مناسب هستند.

میتوان از خاصیت جذب ، انعکاس ، تبخیر و عبور سطوح مختلف در انتخاب مصالح نما، مصالح بام، مصالح فضاهای باز یا فضاهای عمومی که برای رفت و آمد عابرین پیاده طراحی می شوند ، استفاده کرد.

سطح آب و سطح فضاهای سبز گرمای خورشید را جذب می کند ، ولی آن را به گرما تبدیل نمی کند . یعنی بر خلاف مصالح  ساختمانی که تابش خورشید را جذب کرده و به صورت گرما به محیط بازتابش می کنند و در نتیجه دمای محیط را بالا می برند.

فضاهای سبز و سطوح پوشیده از آب به شکل کاهنده ی گرما عمل می کنند .

• هدف از کنترل سطوح سایه و آفتاب :

هدف از کنترل سطوح سایه و آفتاب ، استفاده از بیشترین سطوح آفتاب گیر در زمان های سرد سال و بیشترین سطوح سایه دار در زمان های گرم سال است که موجب بهبود شرایط گرمایی و کنترل دمای محیط می شود.

روش های مختلفی برای کنترل سطوح سایه و آفتاب وجود دارد. یکی از این روشها تعیین جهت و ابعاد مناسب برای معابر است. به گونه ای که در روزهای گرم ، سایه دار و در روزهای سرد ، آفتاب گیر باشند.

در معابر میتوان با انتخاب جهت مناسب یا کم و زیاد کردن عرض و ارتفاع دیوارهای معبر ، در تابستان سایه ی مورد نیاز را تامین و در زمستان ، معبر را به شکلی آفتاب گیر طراحی کرد.

در احداث ساختمانهای بلند باید به وضعیت تراکم بافت و نحوه ی قرارگیری ساختمانهایی که تحت تأثیر سایه ی این ساختمانهای بلند قرار خواهند گرفت ، توجه کرد. در بافت های متراکم و کم ارتفاع ، احداث ساختمانهای بلند، موجب سایه اندازی بر ساختمان های کم ارتفاع پشت آنها می شود و به این ترتیب این ساختمان های پست ، از دریافت آفتاب زمستان محروم می شوند.

پیش روی ساختمانهای مجاور نسبت به یکدیگر نیز مشکل آفرین است زیرا موجب میشود ساختمان پیش آمده بر ساختمان عقب نشسته سایه اندازی کند .

• نقش سایه و آفتاب در انتخاب فرم ساختمان :

بحث دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد،  انتخاب فرم مناسب ساختمان است. به طور کلی در اقلیم های دارای زمستان های سرد باید از ایجاد شکستگی های حفره مانند در جبهه های شمالی یا زمین های شیب دار که در مقایسه با سایر جبهه ها کم ترین گرما را در طول سال دریافت می کنند ، پرهیز کرد . وجود شکستگی های نامناسب در جبهه ی شمالی ساختمان موجب ایجاد مناطق همیشه سایه (محروم از آفتاب زمستانی ) در روزهای سرد می شود که در صورت رخ دادن یخبندان و وزش بادهای سرد زمستانی در این قسمت ها تله ی سرما و یخچال طبیعی به وجود می آید .

• نقش بازشو و سایبان های آن در کنترل سایه و آفتاب :

یک ساختمان با توجه به این که در چه جهتی قرار گرفته باشد ،کشیدگی اصلی آن رو به چه جهتی باشد، در جبهه های مختلف خود مقادیر مختلفی گرما از آفتاب دریافت میکند. با توجه به هدف اصلی معماری همساز با اقلیم یعنی دریافت بیشترین گرمای خورشید در روزهای سرد و پرهیز از آن در روزهای گرم ، شرایط مطلوب زمانی برآورده میشود که ساختمان در روزهای گرم در سایه قرار بگیرد و کمترین گرما را دریافت کند و در روزهای سرد به طور کامل آفتاب گیر باشد.

جبهه های مختلف ساختمان شرایط متفاوتی از نظر دریافت گرمای خورشید دارند. جبهه ی رو به جنوب و جهت های نزدیک به آن معمولاً بهترین شرایط استفاده از گرمای خورشید را در روزهای گرم و سرد دارند. با توجه به زوایه های تابش خورشید ، ایجاد سایبان مناسب برای بازشوهای این جبهه ساده تر از سایر جبهه ها است.

یک سایبان افقی با عمق مناسب ، میتواند برای بازشوهای موجود در این جبهه ، سایه ی مناسب روزهای گرم را تامین کند و مانع از آفتاب گیری آن در روزهای سرد نیز نشود. عمق این سایبان بسته به نوع اقلیم متفاوت خواهد بود. عمق سایبان معمولاً نباید در اقلیم های سرد زیاد باشد. به این ترتیب پنجره های مرتفع امکان آفتاب گیری بیشتری را در روزهای سرد فراهم می کنند. هر چه وضعیت اقلیمی از شرایط معتدل به شرایط گرم پیش برود، به تدریج عمق سایبان مناسب نیز افزایش خواهد یافت  .

جبهه های شرقی و غربی ، سخت ترین جبهه ها از نظر کنترل سایه و آفتاب هستند. با توجه به این که آفتاب در هنگام طلوع و غروب با شعاع نسبتاً افقی به این جبهه ها می تابد، در مقابل پنجره به سایبان قائم نیاز است. این سایبان مانع از ورود نور شده و دید و منظر را نیز می بندد  . بهترین راه ، استفاده از سایبان های متحرک است که در ساعات تابش مستقیم آفتاب ، جلوی پنجره را می گیرند و در بقیه ی زمان ها میتوان آنها را کنار زد.

در اقلیم های بسیار گرم لازم است تا جای ممکن نما و بام ساختمان از دریافت گرمای خورشید محافظت شوند. در چنین شرایطی از مصالحی که جذب کننده ی گرما نیستند ، مانند چوب یا پارچه استفاده میشود تا ضمن ایجاد سایه ، سایبان بر اثر تابش آفتاب گرم نشود و دمای محیط را بالا نبرد . از این تجربیات میتوان برای طراحی سایبان پنجره های شرقی و غربی نیز استفاده کرد.

برای دیدن لیست کامل مطالب داخل این پاورپوینت قسمت "اطلاعات بیشتر" را ملاحظه نمائید.

منبع اولیه و اصلی تهیه پاورپوینت :

فایلی با عنوان " نقش طراحی معماری در کاهش مصرف انرژی -نور روز در معماری " تهیه شده توسط گروه بین المللی ره شهر - که فایل پی دی اف منبع ، نیز همراه با پاورپوینت برای دانلود قرار داده شده است .

توجه : این پاورپوینت بخشی از یک پاورپوینت کامل تر با عنوان " استفاده از گرمای خورشید در معماری " می باشد . یعنی اگر آن فایل را تهیه کرده اید ، نیازی به خرید این فایل ندارید .

فایل کمکی :

یک مقاله با عنوان " راهکارهای تامین آفتاب و سایه مطلوب در پلاکهای شرقی- غربی خیابان های شمالی- جنوبی " نوشته شده توسط سرکار خانم مهندس الهه حسینی ارائه شده در کنفرانس پژوهش های نوین در معماری ، عمران و شهرسازی - در 23 صفحه و فرمت پی دی اف