تنظیم شرایط محیطی

• دمای هوا

سطح دریاها بسیار کندتر از سطح زمین در اثر تابش آفتاب گرم می‌شود و به همین دلیل اختلاف زیادی بین درجه حرارت سطح خشکی و سطح دریا وجود دارد. در نتیجه، در یک عرض جغرافیایی ثابت، همیشه سطح زمین در تابستان گرم‌تر و در زمستان سردتر از سطح دریاست و توده‌های هوای در تماس با این دو سطح نیز، به همین نسبت دارای اختلاف دما هستند و بدین ترتیب، میانگین درجه حرارت هوای بالای خشکی، در تابستان بیشتر و در زمستان کمتر از میانگین درجه حرارت هوای بالای دریاست.

 

ارتفاع از سطح دریا نیز، درجه حرارت هوا را تعیین می‌کند و در یک عرض جغرافیایی مشخص، مناطقی که در ارتفاع بیشتری قرار دارند، سردتر از مناطق پایین‌تر هستند.

• رطوبت هوا

هرچه هوا گرم‌تر باشد، بخار آب بیشتری را در خود نگه می‌دارد. به طور مثال، ظرفیت پذیرش بخار آب در هوایی با دمای 18 درجه‌ی سانتی‌گراد، سه برابر آن در هوایی با دمای 2 درجه‌ی سانتی‌گراد است.

بنابراین به دلیل اختلاف دمای هوا در مناطق مختلف، میزان رطوبت هوا نیز در نقاط مختلف سطح زمین به یک اندازه نیست. حداکثر میزان رطوبت هوا در نواحی خط استواست که با حرکت به طرف قطبین کاهش می‌یابد.

مقدار رطوبت موجود در هوا را به روش‌های مختلفی چون رطوبت مطلق، رطوبت مخصوص، فشار بخار و رطوبت نسبی می‌توان اندازه‌گیری و بیان کرد.

شدت تابش آفتاب در هر نقطه از سطح زمین، به موقعیت خورشید نسبت به آن منطقه بستگی دارد.

 

• موقعیت خورشید

موقعیت خورشید را در هر منطقه و در هر زمان می‌توان به وسیله‌ی دو زاویه یکی «زاویه‌ی تابش» و دیگری «جهت تابش» مشخص کرد. «زاویه‌ی تابش» زاویه‌ای است که بین امتداد پرتو خورشید و سطح افق تشکیل می‌شود و «جهت تابش» زاویه‌ای است که بین تصویر امتداد پرتو خورشید بر صفحه‌ی افق و شمال واقعی پدید می‌آید.

اولین عامل مؤثر در محاسبه‌ی زوایای موقعیت خورشید، زاویه‌ی چرخش زمین است.

این زاویه، زاویه‌ای است که بین صفحه‌ای که از خط استوا می‌گذرد و خطی که مرکز زمین و خورشید را به هم متصل می‌کند، ایجاد می‌شود و در طول سال از 5/23 درجه به طرف بالای صفحه‌ی استوا تا 5/23 درجه به طرف پایین صفحه‌ی استوا یعنی 47 درجه تغییر می‌یابد. دیگر عوامل مؤثر در تعیین زاویه‌ی تابش و جهت تابش، عرض جغرافیایی و زمان مورد نظر است.

• عملکرد تهویه‌ و نیاز به آن در ساختمان

وضعیت تهویه‌ی طبیعی با میزان تعویض هوای داخل ساختمان، از جمله عوامل اولیه‌ی تعیین کننده‌ی سلامت و آسایش انسان است. تهویه‌ی طبیعی به دو صورت مستقیم و غیرمستقیم بر انسان تأثیر می‌گذارد. از یک سو، پاکی و سرعت جریان هوا در داخل ساختمان به طور مستقیم بر انسان تأثیر می‌گذارد و از سوی دیگر، وضعیت تهویه از طریق تأثیر بر دما و رطوبت هوا و سطوح داخلی ساختمان به طور غیرمستقیم انسان را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

• نیاز به تهویه در ساختمان با توجه به نوع اقلیم

حداقل و حد مطلوب تهویه‌ی مورد نیاز در ساختمان، به نوع اقلیم بستگی دارد و بر اساس فصل‌های مختلف سال در منطقه‌ی مورد نظر تغییر می‌کند.

در مناطق سردسیر یا در ماه‌هایی که هوا بسیار سرد و رطوبت آن بسیار کم است، ورود هوای خارج به داخل ساختمان را باید به حداقل میزان ممکن رساند.

در مناطق گرم یا در ماه‌هایی که هوا گرم است، وظیفه‌ی اصلی تهویه این است که با به جریان انداختن هوا در اطراف بدن، عرق جمع شده بر روی پوست به سرعت تبخیر می‌شود و بدین طریق بویژه در مناطق گرم و مرطوب از طریق تبخیر عرق باعث کاهش دمای مؤثر شده، شرایط آسایش را فراهم سازد.

• موقعیت پنجره و تأثیر آن در وضعیت تهویه طبیعی

موقعیت پنجره اتاق نسبت به جهت وزش باد، تأثیر زیادی در وضعیت تهویه طبیعی در داخل آن اتاق دارد. مهمترین اصل ایجاد شرایط تهویه مؤثر و قابل استفاده این است که قسمت‌های بازشو در دو سمت رو به باد و پشت به باد قرار داشته باشند.

 

 

در مناطقی که بادهای مطلوب از سمت غرب یا شرق می‌وزند، با 45درجه چرخاندن نمای اصلی ساختمان به طرف جنوب شرقی یا جنوب غربی می‌توان تهویه طبیعی مناسبی در داخل اتاق‌ها ایجاد کرد. در این جهت قرارگیری، با استفاده از سایه‌بان‌های کم عمق می‌توان از تابش مستقیم آفتاب به پنجره‌های جنوب شرقی و جنوب غربی ساختمان جلوگیری کرد. اگر بادهای مطلوب از شمال غربی، جنوب غربی، شمال شرقی یا جنوب شرقی بوزند، با انتخاب جهت شمالی ـ جنوبی برای ساختمان می‌توان تهویه مطلوب را در آن ایجاد کرد. این جهت، از نظر کنترل تابش آفتاب بر پنجره‌های جنوبی بسیار مناسب است.

• ایجاد کوران در اتاق‌هایی با یک پنجره در دیوار خارجی

در شرایط معمولی، اگر پنجره‌های اتاق تنها در یک دیوار خارجی آن تعبیه شود، میزان تهویه‌ی طبیعی در این اتاق بسیار کم است.

آزمایش‌هایی که در این مورد بر روی نمونه‌های گوناگون انجام شده، نشان می‌دهد که اگر یک طرف سطح خارجی هر یک از دو پنجره‌ی فوق یک تیغه‌ی عمودی کشیده شود. به طور مصنوعی می‌توان منطقه‌ی فشار و مکش ایجاد کرد و بدین وسیله، سرعت جریان هوا در داخل اتاق را تا حد مطلوبی افزایش داد.

• تأثیر محوطه‌ی ساختمان در کنترل جهت و سرعت باد

حرکت توده‌های بزرگ هوا را که در اثر اختلاف فشار هوا به وجود می‌آید، نمی‌توان تغییر داد. ولی سرعت و جهت بادهایی که در نزدیکی سطح زمین جریان دارند، تا حدودی قابل کنترل است. در این مورد، اصطکاک، مقاومت و ممانعتی که درختان و دیوارها (که در اینجا بادشکن خوانده می‌شوند) در مقابل وزش باد به وجود می‌آورند، به طور کاملاً مؤثری می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

• بادشکن‌ها

بادشکن، جریان هوا را به طرف بالا منحرف می‌کند و در فاصله‌ای که این جریان هنوز به طرف زمین برنگشته است، محوطه‌ی نسبتاً آرام و حفاظت شده‌ای را به وجود می‌آورد. قسمت اصلی این محوطه‌ی حفاظت شده، در نزدیکی بادشکن و در سمت پشت به باد آن قرار دارد. در این مکان، هرچه از قسمت پشت به بادشکن دورتر شویم، بیشتر در معرض وزش باد قرار می‌گیریم؛ تا آنکه دوباره در یک منطقه، باد سرعت اولیه‌ی خود را به دست می‌آورد. در قسمت رو به بادشکن نیز – بویژه بادشکن‌های کاملاً متراکم – منطقه‌ی کوچک نسبتاً آرامی وجود دارد. ولی اگر بادشکن دارای منافذی باشد (مانند ردیف درختان)، قسمت رو به باد آن تا حد کمی در برابر باد محافظت خواهد شد. در قسمت پشت به باد این بادشکن، منطقه‌ی حفاظت شده در برابر باد، کوچک‌تر و در فاصله‌ای دورتر از بادشکن قرار دارد.

• تقسیمات اقلیمی در جهان

در مورد تقسیم بندی اقلیمی نقاط مختلف جهان، روش‌های گوتناگونی پیشنهاد شده که از میان آنها روش کوپن – دانشمند اتریشی – مورد قبول قرار گرفته است. کوپن براساس رشد و نمو انواع نباتات، پنج نوع اقلیم در مقیاس جهانی معرفی کرده که عبارتند از:

1. اقلیم بارانی استوایی: در این اقلیم، فصل سرد وجود ندارد و معدل دمای هوا در سردترین ماه سال بیش از 18 درجه‌ی سانتی‌گراد است.
2. اقلیم گرم و خشک: در این مناطق، به دلیل آنکه میزان بارندگی سالانه بخار آب مورد نیاز جهت رطوبت هوا را تأمین نمی‌کند، هوا به طور کلی خشک است.
3. اقلیم گرم – معتدل: مهدل دمای هوای سردترین ماه سال در ایم مناطق بین 18 و 3- درجه‌ی سانتی‌گراد و معدل دمای هوا در گرم‌ترین ماه سال بیش از 10 درجه‌ی سانتی‌گراد است. در این مناطق، زمستان کوتاه است. ولی ممکن است حدود یک ماه یا بیشتر، زمین یخ بسته یا پوشیده از برف باشد.
4. اقلیم سرد و برفی: در این اقلیم، معدل دمای هوا در گرم‌ترین ماه سال بیش از 10 درجه و در سردترین ماه سال کمتر از 3- درجه‌ی سانتی‌گراد است. بارندگی در این مناطق معمولاً به صورت برف است و در طول چند ماه از سال، زمین پوشیده از یخ و برف می‌شود.
5. اقلیم قطبی: در این اقلیم، معدل دمای هوا در گرم‌ترین ماه سال کمتر از 10 درجه‌ی سانتی گراد است و در اینجا ـ برخلاف اقلیم بارانی استوایی ـ فصل گرم وجود ندارد.

البته مناطق پنج گانه‌ی فوق به مناطق کوچک‌تری نیز تقسیم شده‌اند. برای مثال، اقلیم گرم و خشک به دو منطقه‌ی خشک بیابانی و خشک صحرایی تقسیم شده است. شکل 1 تقسیمات اقلیمی جهان را که با استفاده از روش کوپن انجام شده نشان می‌دهد. در مورد تأثیر گذاری این اقلیم‌های متفاوت بر ساختمان، اولگی ویژگی‌های معماری را در مناطق اقلیمی یاد شده بررسی کرده است. شکل 2 ویژگی‌های معماری مناطق مختلف جهان را بر اساس پوشش سقف و با توجه به شرایط اقلیمی نشان می‌دهد.

بی‌تردید در کشوری کوهستانی مانند ایران، هیچ‌گاه دو نقطه از نظر اقلیمی کاملاً یکسان نیستند. با این حال، بهترین روش برای دستیابی به پایه‌ای به منظور تعیین مناطق اقلیمی کشور، همان اصول کوپن است که ناگزیر باید از آن پیروی کرد. البته باید تغییراتی در آن صورت گیرد تا نتیجه‌ی مورد نظر حاصل شود و مناطقی با آب و هوای مشابه، تحت فرمول معینی قرار گیرند و معرفی شوند.

بنابراین، تقسیمات چهارگانه‌ی اقلیم ایران را که توسط دکتر حسن گنجی پیشنهاد شده می‌توان مورد استفاده قرار داد. وی تقسیم‌بندی کوپن را با کمی تغییر و با توجه به عوارض جغرافیایی کشور به شرح زیر پذیرفته است.

1. اقلیم معتدل و مرطوب (سواحل جنوبی دریای خزر)
2. اقلیم سرد (کوهستان‌های غربی)
3. اقلیم گرم و خشک (فلات مرکزی)
4. اقلیم گرم و مرطوب (سواحل جنوبی)

• اقلیم معتدل و مرطوب (سواحل دریای خزر)

سواحل دریای خزر با آب و هوای معتدل و بارندگی فراوان، از جمله مناطق معتدل محسوب می‌شود. این منطقه که به صورت نواری بین رشته کوه‌های البرز و دریای خزر محصور شده، از جلگه‌های پستی تشکیل شده است که هرچه به طرف شرق پیشروی می‌کند، رطوبت و اعتدال هوای آن کاهش می‌یابد. در حقیقت، رشته‌کوه‌های البرز که حد فاصل دو آب و هوای متضاد هستند، جلگه‌های پست خزر را از فلات مرکزی جدا می‌کنند. از جمله ویژگی‌های این اقلیم، رطوبت زیاد هوا و اعتدال درجه حرارت آن است. دمای هوا در روزهای تابستان معمولاً بین 25 تا 30 درجه‌ی سانتی‌گراد و شب‌ها بین 20 تا 23 درجه‌ی سانتی‌گراد و در زمستان معمولاً بالای صفر است. در این منطقه، بارندگی بسیار زیاد و در تابستان به صورت رگبار است.

• ویژگی‌های معماری بومی مناطق معتدل و مرطوب

معماری بومی این مناطق که بیشتر کرانه‌های دریای خزر و دامنه‌های شمالی کوه‌های البرز را شامل می‌شود. به طور کلی دارای ویژگی‌های زیر است:

1. در نواحی بسیار مرطوب کرانه‌های نزدیک به دریا برای حفاظت ساختمان از رطوبت بیش از حد زمین، خانه‌ها بر روی پایه‌هایی از سنگ و گل و در پاره‌ای موارد بر روی گربه‌روها بنا شده‌اند.
2. برای حفاظت اتاق‌ها از باران، ایوانک‌های عریض و سرپوشیده‌ای در اطراف اتاق‌ها ساخته‌اند. این فضاها، در بسیاری از ماه‌های سال برای کار و استراحت و در پاره‌ای موارد برای نگهداری محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. بیشتر ساختمان‌ها با مصالحی با حداقل ظرفیت حرارتی بنا شده‌اند و در صورت استفاده از مصالح ساختمانی سنگین، ضخامت آنها در حداقل میزان ممکن حفظ شده است.
4. در تمام ساختمان‌های این مناطق، بدون استثنا از کوران و تهویه‌ی طبیعی استفاده می‌شود. به طور کلی پلان‌ها گسترده و باز و فرم کالبدی آنها بیشتر شکل‌های هندسی، طویل و باریک است. به منظور حداکثر استفاده از وزش باد در ایجاد تهویه‌ی طبیعی در داخل اتاق‌ها، جهت قرارگیری ساختمان‌ها با توجه به جهت وزش نسیم‌های دریا تعیین شده است. در نقاطی که بادهای شدید و طولانی می‌وزد، قسمت‌های رو به باد ساختمان‌ها کاملاً بسته است.
5. به منظور استفاده‌ی هرچه بیشتر از جریان هوا، همچنین به دلیل فراوانی آب و امکان دسترسی به آن در هر نقطه، ساختمان‌ها به صورت غیرمتمرکز و پراکنده در مجموعه سازماندهی شده است.
6. به دلیل بارندگی زیاد در این مناطق، بام‌ها شیب دار است و شیب بیشتر آنها تند است.

• انتخاب جهت قرارگیری ساختمان

به طور کلی، انتخاب جهت استقرار ساختمان به عواملی چون وضع طبیعی زمین، میزان نیاز به فضاهای خصوصی، کنترل و کاهش صدا و دو عامل باد و تابش آفتاب بستگی دارد. مهم‌ترین وظیفه‌ی معمار آن است که با توجه به شرایط حرارتی، بهداشتی و روانی مورد نیاز، ساختمان را در جهتی قرار دهد که بیشترین استفاده از نور خورشید حاصل شود.

همان‌طور که فصل‌های مختلف سال به دلیل تغییر محور زمین نسبت به خورشید از یکدیگر متمایزاند، جهت یک ساختمان نیز تحت تأثیر مقدار انرژی خورشیدی تابیده به دیوارهای آن در ساعت‌های مختلف قرار دارد.

در فصل زمستان در عرض جغرافیایی 40 درجه‌ی شمالی، دیوارهای جنوبی حدود سه برابر دیوارهای شرقی یا غربی انرژی خورشیدیدریافت می‌کند. در حالی که در تابستان، مقدار کل انرژی تابیده به دیوارهای جنوبی و شمالی تقریباً یک – دوم انرژی تابیده به دیوارهای شرقی و غربی است. در عرض‌های جغرافیایی کمتر، این اختلاف بیشتر است و به همین دلیل، جهت ساختمان در تأمین شرایط ناراحت کننده یا شرایط آسایش در فضاهای هوای داخلی، نقش تعیین کننده‌ای دارد.

فلیکس ماربوتین با محاسبه‌ی شدت تابش آفتاب در فصل‌ها و جهت‌های مختلف، نتایج زیر را به دست آورده است:

1. برای ایجاد بهترین شرایط حرارتی در داخل ساختمان (هوای گرم در زمستان و هوای خنک در تابستان) باید نمای اصلی ساختمان رو به جنوب باشد.
2. اگرچه نماهای جنوب شرقی و جنوب غربی آفتاب را به طور یکنواخت‌تر دریافت می‌کنند، ولی در تابستان گرم‌تر و در زمستان سردتر از نمای جنوبی می‌شوند.
3. دیوارهای شرقی و غربی در تابستان گرم‌تر و در زمستان سردتر از دیوارهای جنوبی، جنوب شرقی و جنوب غربی می‌شوند.

اهمیت تابش آفتاب به نوع اقلیم و فصل‌های مختلف سال بستگی دارد، در هوای سرد حداکثر انرژی خورشیدی مورد نیاز است و ساختمان باید در جهتی قرار گیرد که بیشترین تابش آفتاب را دریافت کند. برعکس در هوای گرم، ساختمان باید در جهتی قرار داده شود که شدت تابش آفتاب بر دیوارهای آن به حداقل برسد و امکان نفوذ مستقیم پرتوهای خورشیدی به فضاهای داخلی آن وجود نداشته باشد.

به طور کلی، در مناطق سردسیر و در عرض‌های جغرافیایی زیاد که هوا معمولاً سرد است، ساختمان باید در جهتی قرار گیرد که حداکثر انرژی خورشیدی را در طول سال دریافت کند. ولی در مناطق گرم و در عرض‌های جغرافیایی کم، ساختمان باید در جهتی باشد که حداقل انرژی خورشیدی را در طول سال دریافت نماید.

• اقلیم معتدل و مرطوب

با منطبق کردن شرایط حرارتی مناطق معتدل و مرطوب بر جدول زیست – اقلیمی ساختمانی درمی‌یابیم که مشکل عمده در این مناطق، رطوبت زیاد هوا در تمام فصل‌های سال است. از این رو، مهم‌ترین عامل ایجاد آسایش در ساختمان‌های این مناطق، برقراری و تداوم کوران در فضای داخلی است. بنابراین، در طراحی ساختمان برای این مناطق باید مسأله‌ی ایجاد کوران در داخل ساختمان مورد توجه خاصی قرار گیرد. در این مورد، توجه به نکات زیر اهمیت فراوانی دارد:

1. ارتفاع ساختمان از سطح زمین، یکی از عوامل تعیین کننده‌ی میزان فشار باد بر ساختمان و در نتیجه، میزان استفاده از باد در ایجاد تهویه‌ی طبیعی در آن است. ساختمان‌هایی که بلندتر از درختان و ساختمان‌های اطراف خود هستند، نسبت به سایر ساختمان‌ها شرایط بهتری برای تهویه‌ی طبیعی دارند. برج‌های مرتفع که ارتفاعاتش از ساختمان‌های کوتاه اطراف بیشتر است. نه تنها از شرایط تهویه‌ی مناسبیث برخوردارند. بلکه در بهبود شرایط تهویه‌ی ساختمان‌های اطراف خود نیز نقش عمده‌ای دارند. ولی این ساختمان‌ها، در زمستان در معرض وزش شدید باد و بارندگی قرار دارند و به همین دلیل باید تدابیری اندیشید که از نفوذ آب باران به داخل دیوارها جلوگیری شود.
2. به طور کلی، در مناطق مرطوب به دلیل اهمیت ایجاد کوران، جهت ساختمان باید با توجه به جهت وزش بادهای مطلوب و به گونه‌ای تعیین شود که بیشترین استفاده از جریان باد در ایجاد کوران در فضاهای داخلی به عمل آید. البته اگر رنگ سطوح خارجی تیره یا پنجره‌ها بزرگ و بدون سایه‌بان مؤثر باشد، توجه به تابش آفتاب و انرژی حاصل از آن در جهت‌های مختلف اهمیت فراوانی دارد. هرچه پنجره‌ها بزرگ‌تر باشد، انتخاب جهت ساختمان با توجه به تابش آفتاب اهمیت بیشتری می‌یابد.
3. در مناطق مرطوب، طرح ساختمان باید امکان ایجاد کوران در تمام اتاق‌ها را فراهم سازد. از این رو، ساختمان‌هایی که شامل آپارتمان‌هایی با یک سطح خارجی – آن هم در منطقه‌ی مکش (پشت به باد)- هستند، برای این مناطق مناسب نیست.
4. افزایش اندازه‌ی پنجره‌ها بیش از حداقل اندازه‌ی مشخص، تا حدی که به طور مؤثر در برابر تابش آفتاب محافظت شود، اهمیت چندانی ندارد. حتی با استفاده از پنجره‌های کوچکی که با توجه به وزش باد در محل مناسبی قرار گیرند، می‌توان در داخل ساختمان کوران ایجاد کرد. ولی اگر امکان ایجاد کوران وجود نداشته باشد، پنجره‌های بزرگ در خنک سازی هوای داخلی هنگام عصر تأثیر بسزایی خواهند داشت. البته ایجاد سایه‌بان‌های مؤثر برای این پنجره‌ها اهمیت زیادی دارد. ولی چنانچه اشاره شد، ایجاد سایه‌ بر روی پنجره‌های بزرگ – بویژه در دیوارهای شرقی یا غربی – دشوار است.
5. برای ایجاد تهویه‌ی طبیعی و کوران در داخل اتاق‌ها، جریان اصلی هوا باید به منطقه‌ای هدایت شود که افراد در آن ساکن هستند.