تاثیرگذاری عوامل طبیعی در معماری (نور، باد و بارندگی)

تاثیرگذاری عوامل طبیعی در معماری شامل موارد زیر است:

نور: نورپردازی طبیعی که به آن نور روز نیز گفته می‌شود، روشی است که با استفاده از شیشه‌های بیرونی (پنجره‌ها، نورگیرها و غیره) نور طبیعی را به خانه شما وارد می‌کند، درنتیجه نیازهای نور مصنوعی را کاهش می‌دهد و در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌کنید. ثابت‌شده است که نور طبیعی باعث افزایش سطح سلامتی و راحتی برای ساکنان ساختمان می‌شود. نور روز در داخل خانه می‌تواند از سه منبع حاصل شود: آفتاب مستقیم، انعکاس خارجی، انعکاس داخلی.

باد: وزیدن باد بر سطح خارجی خانه باعث اتلاف گرما می‌شود. به همین علت باید در مناطق سرد و بادخیز ساختمان‌ها از وزش باد در امان بمانند. در شهرهای بادخیز، ترتیب خانه‌ها به‌گونه‌ای است که هر یک در سایه باد دیگری قرار دارد. نحوه‌ی قرارگیری ساختمان نباید به‌گونه‌ای باشد که در جهت باد طراحی شود ک تمام باد و خاک داخل ساختمان راه پیدا می‌کنند باید برعکس جریان وزش طراحی شوند که دو طرف ساختمان بسته باشد و مزاحمتی برای داخل ساختمان ایجاد نکند.

باران: بارش باران می‌تواند ساختار ساختمان شمارا تحت تأثیر قرار دهد، ورود آب از طریق تراوش یا نشت به ساختار داخلی در اثر خوردگی آسیب می‌رساند. میله فولادی خورده به‌کاررفته در داخل سازه، مقاومت سازه ساختمان را ضعیف می‌کند.

موقعیت پنجره و تاثیر آن در وضعیت تهویه ی طبیعی

مهم‌ترین اصل ایجاد شرایط تهویه‌ی مؤثر و قابل‌استفاده این است که قسمت‌های بازشو در دو سمت رو به باد و پشت به آن قرار داشته باشند. در مواردی که ایجاد جریان هوا در تمام نقاط یک اتاق ضرورت دارد، مناسب‌ترین تهویه زمانی انجام می‌شود که جهت ورزش باد نسبت به سطح پنجره مایل باشد. بر اساس آزمایش‌های به‌عمل‌آمده اگر اتاقی دارای پنجره‌هایی در قسمت‌های رو به باد و پشت به آن باشد هنگامی‌که باد به‌طور عمودی به پنجره رو به باد بوزد هوا از پنجره رو به باد وارد اتاق می‌شود و به‌طور مستقیم و بدون تغییر جهت از پنجره‌ی پشت به باد خارج می‌گردد.

درنتیجه در این حالت نقاطی از اتاق که در مسیر جریان هوا قرار ندارند به‌طور مؤثر تحت تأثیر جریان هوا قرار نمی‌گیرند ولی هنگامی‌که جهت وزش باد نسبت به پنجره رو به باد مایل باشد تقریباً تمام نقاط اتاق تحت تأثیر باد قرار می‌گیرد و هوا با یک حرکت دایره‌ای شکل، در طول دیوارها و گوشه‌های اتاق به جریان می‌افتد، سپس تهویه طبیعی مطلوب زمانی صورت می‌گیرد که جهت جریان هوا در داخل اتاق تغییر یابد، نه اینکه به‌طور مستقیم پس از ورود از پنجره‌ی پشت به باد خارج شود پس قرارگیری جهت ساختمان در تهویه هوا خیلی مؤثر است.

اندازه‌ی پنجره در تهویه ساختمان

تأثیر اندازه‌ی پنجره‌های اتاق در شرایط تهویه‌ی داخل آن تا حد زیادی به وجود یا عدم وجود کوران در اتاق بستگی دارد (کوران به‌وسیله‌ی باد، زمانی در یک اتاق ایجاد می‌شود که هر یک از دیواره‌های رو به باد و پشت به باد دارای یک قسمت بازشو باشد) در اتاق‌هایی که پنجره‌های آن فقط در یک‌طرف دیوار قرار دارند، اندازه‌ی بازشوها تا حد بسیار کمی در سرعت جریان هوا در آن اتاق تأثیر دارد، در اتاق‌هایی که در آن‌ها کوران ایجادشده، افزایش اندازه‌ی پنجره‌های رو به باد و پشت به باد باعث افزایش سرعت هوای داخل اتاق می‌شود. باید توجه داشت که ترکیب یک پنجره‌ای رو به باد کوچک و یک پنجره‌ی پشت به باد بزرگ باعث می‌شود حداکثر سرعت هوا در منطقه‌ی کوچکی از اتاق متمرکز شود و در بقیه نقاط اتاق، سرعت جریان هوا کاهش یابد.

نکته: سرعت جریان هوای داخلی یک اتاق در ارتفاع مختلف بسته به محل قرارگیری پنجره ثبات بیشتری دارد. تا توزيع افقی آن.

نکته: نوع، نحوه‌ی باز شدن و ارتفاع محل نصب، همچنین نوع و محل سایه‌بان پنجره‌ها تأثیر فراوانی در شکل و سرعت هوا رد داخل اتاق دارد.

نکته: درختان و دیوارها نوعی بادشکن محسوب می‌شوند.

بررسی عملکرد بادشکن‌ در اقلیم

بادشکن، جریان هوا را به‌طرف بالا منحرف می‌کند و در فاصله‌ای که این جریان هنوز به‌طرف زمین برنگشته است، محوطه‌ی نسبتاً آرام و حفاظت‌شده‌ای را به وجود می‌آورد، قسمت اصلی این محوطه‌ی حفاظت‌شده، در نزدیکی بادشکن و در سمت پشت به باد آن قرار دارد، در این مکان هر چه از قسمت پشت به بادشکن دورتر شویم، بیشتر در معرض وزش باد قرار می‌گیریم انواع بادشکن، در جهت و شکل جریان هوا و مساحت منطقه‌ی حفاظت‌شده تأثیر دارد، چرخش و پیچیدگی جریان هوا در قسمت فوقانی بادشکن‌های جامد و یکپارچه یا دیوارها، کارایی این بادشکن‌ها را کاهش می‌دهد و به‌طورکلی کمربند ضخیم و متراکمی از درختان، تأثیر بیشتری ازنظر حفاظت در برابر باد دارد.

نکته: درختان و صفحات عمودی، بهترین نوع بادشکن محسوب می‌شوند.

دو اهمیت مهم (کاربرد) بادشکن‌ در اقلیم چیست؟

در ایجاد شرایط آسایش در فضای آزاد اهمیت دارند.
دربارهای حرارتی ساختمان تأثیر دارند.

نکته: اگر سرعت باد ۲۰ مایل (۳۲ کیلومتر) در ساعت باشد، بار حرارتی خانه مسکونی و بدون حفاظ، تقریباً ۲/۴ برابر زمانی است که سرعت باد ۵ مایل (۸ کیلومتر) در ساعت است.

نکته: اگر ساختمان عمود برجهت باد قرار گیرد، باد با حداکثر سرعت خود به دیوارهای آن می‌وزد، ولی اگر باد با زاویه‌ی ۴۵ درجه به ساختمان بوزد، سرعت آن در محل برخورد تا حدود ۵۰ تا ۶۶ درصد سرعت باد اصلی کاهش می‌یابد.

نکته: عناصر محوطه‌ی ساختمان شامل؛ گیاهان، درختان، بوته‌ها، دیوارها و نرده‌ها می‌توانند مناطق کم‌فشار یا پرفشار در اطراف ساختمان به وجود آورند.

انواع مختلف سقف ساختمان

سقف صاف
سقف یک‌طرف شیب
سقف دو طرف شیب
سقف چهار طرف شیب
سقف منحنی (گنبدی)
سقف پله‌ای

چگونگی عملکرد سقف ساختمان

سقف تخت بیشترین آفتاب خود را دارد به‌ویژه در تابستان. و در سقف‌های یک‌طرف شیب اگر شیب به‌طرف آفتاب باشد آفتاب خوری بسیار بیشتری دارد، اگر شیب را بیشتر کنیم آفتاب خوری بیشتری خواهیم داشت، اگر بالعكس عمل کنیم دقیقاً عملکرد عکس خواهد بود، در سقف‌های دوطرفه شیب یکی به‌طرف شمال و یکی به‌طرف جنوب، همیشه فقط به یک‌طرف خوب و به یک‌طرف بد خواهد بود، برای به جریان انداختن هوا می‌توان همیشه از سقف‌های دو طرف شیب یا چهار طرف شیب استفاده کرد که کامل‌ترین آن همان سقف‌های گنبدی است.

تبادل هوا در سقف چگونه صورت می گیرد؟

هوای خانه‌های شیروانی خیلی گرم‌تر از هوای خانه‌های با سقف تخت است و در سقف‌های شیروانی برف خیلی دیرتر آب می‌شود، خود برف به‌عنوان یک عایق عمل می‌کند لذا اگر دریچه‌هایی در زیر سقف ایجاد شود تبادل هوا در زیرشیروانی خود باعث می‌شود برف آب نشده و عایق خوبی برای جلوگیری از اتلاف گرما به وجود آورد.

تاثیر جنس سقف در برابر انرژی خورشید

هر چه ضریب انتقال حرارتی کمتر باشد سقف حالت بهتری دارد ولی بایستی جنس آن به‌گونه‌ای طراحی شود که انتقال حرارت بسیار کم باشد، یک کیوسک تمام شیشه‌ای یا تمام فلزی زود گرم شده و زود هم گرما را از دست می‌دهد.

نکته: در سقف‌های صاف، سرما و گرما به سرعت منتقل می‌شود و در سقف‌های شیروانی چون بین سقف زیرین و شیروانی هوا وجود دارد انتقال حرارت کمتر صورت می‌گیرد بنابراین هوای اتاق گرم‌تر می‌ماند.

نکته: به سقف صاف که گرما و سرما را انتقال می‌دهد سقف سرد و به سقف شیروانی سقف گرم گویند.

نکته: سقف صاف عایق‌بندی شده که از ساده‌ترین نوع این‌ها سقف کاذبی است که ایجاد می‌کند و جنس آن‌ها پشم‌شیشه و یونولیت است.

روش‌های دستیابی به اهداف عمده طراحی اقلیمی

۱. بهره‌گیری از انرژی خورشیدی در گرمایش ساختمان

انتخاب شیب‌های رو به جنوب برای احداث ساختمان
در دامنه‌های رو به جنوب، در صورت امکان ساختمان در قسمت فوقانی محدوده مه ساخته شود.
استقرار ساختمان در جهت تابش حداکثر انرژی خورشیدی در مواقع سرد
باز گذاشتن جبهه جنوبی ساختمان حداقل تا زاویه ۳۰ از هر طرف (در عرض‌های جغرافیایی ۳۰ درجه و پایین‌ترین زاویه به ۴ درجه افزایش می‌یابد.).
گسترش و کشیدگی پلان در جهت محور شرقی غربی
اختصاص فضاهای مشرف‌به جنوب به منطقه زندگی و استقرار فضاهای کم‌اهمیت در قسمت‌های شرقی و غربی
سازمان‌دهی فضاهای پلان به صورتی که امکان نفوذ آفتاب به فضاهای داخلی فراهم آید.
عمق بنا و محل پنجره‌های درون به نحوی باشد که در زمستان آفتاب مناسبی به فضاهای داخلی نفوذ کند.
استفاده از پنجره‌های عمودی در نماهای جنوبی یا پنجره‌ها و نورگیرهای سقفی رو به آفتاب زمستانی
پیش‌بینی سایه‌بان‌های مناسب برای پنجره‌ها که در عین هدایت تابش آفتاب زمستانی به فضاهای داخلی، از تابش آفتاب تابستانی به اینفضاها جلوگیری می‌کند.
پیش‌بینی سطوح منعکس‌کننده در کفهای مشرف‌به پنجره‌های آفتاب‌گیر
استفاده از گلخانه‌های متصل به فضاهای داخلی در قسمت جنوبی ساختمان، برای جلوگیری از گرم شدن چنین فضاهایی در فصل تابستان باید پیش‌بینی‌های لازم به عمل آید.
پیش‌بینی مصالح ساختمانی با ظرفیت حرارتی زیاد و سطوح تیره‌رنگ در بخش‌های آفتاب‌گیر فضاهای داخلی
استفاده از دیوارهایی با مصالح ساختمانی سنگین در نمای جنوبی ساختمان
پیش‌بینی رنگ تیره و بافت خشن برای سطوح خارجی
پیش‌بینی ایوان یا فضاهای خارجی آفتاب‌گیر و محافظت‌شده در برابر باد، برای استفاده در مواقعی که هوای خارج مناسب است.

۲. محافظت ساختمان در برابر تابش آفتاب

اجتناب از انتخاب شیب‌های رو به شرق یا به غرب برای احداث ساختمان
استقرار ساختمان در جهت تابش حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم
انتخاب مصالح مناسب برای محوطه اطراف ساختمان به‌منظور به حداقل رساندن کسب حرارت
استفاده از درختان خزان‌دار به‌منظور ایجاد سایه بر روی ساختمان و خنک‌سازی در مواقع گرم
استفاده از شکل‌های کالبدی مناسب برای کاهش سطوح خارجی مشرف‌به شرق و غرب (گسترش پلان در جهت محور شرقی و غربی)
استفاده هر چه بیشتر از دیوارهای مشترک در مجموعه‌های ساختمانی و ایجاد بافتی فشرده
پیش‌بینی پارکینگ سرپوشیده به‌جای گاراژ و قرار دادن آن در قسمت غربی ساختمان
گشودن فضاهای اصلی به حیاط‌های داخلی یا فضاهای باز واقع در سایه
پیش‌بینی فضای قابل تهویه در زیر بام، سقف‌های دوبله با استفاده از عایق حرارتی
استفاده از رنگ‌های روشن و سطوح نه‌چندان خشن در سطح بام و دیواره‌های خارجی مشرف‌به آفتاب تابستان
اجتناب از ایجاد پنجره‌ها در بام مگر آنکه تابستان کاملاً در سایه قرار گیرد
اجتناب از ایجاد پنجره در نماهای شرقی و بخصوص غربی، در غیر این صورت محدود نبودن تعداد و مساحت چنین پنجره هائی و پیش
بینی سایه‌بان عمودی بر روی آن‌ها

۳. محافظت ساختمان در برابر هوای گرم خارج

احداث ساختمان در داخل زمین یا پوشاندن دیواره‌های خارجی با خاک
محصور نمودن فضاهای مورداستفاده در مواقع گرم با مصالح سنگین و عایق شده و فضاهای مورداستفاده در مواقع مناسب با مصالح سبک
پیش‌بینی ساختمان‌های فشرده و متراکم
جدا کردن فضاهای حرارت زا مانند آشپزخانه از دیگر فضاها
استفاده از عایق حرارتی با هر نوع مصالح
پیش‌بینی پنجره‌های کوچک و به حداقل رساندن آن‌ها
استفاده از شیشه‌های دوجداره
پیش‌بینی دریچه‌های چوبی یا شبکه‌های متحرک عایق حرارتی در پشت پنجره‌ها

۴. کاهش اتلاف حرارت ساختمان

اجتناب از احداث ساختمان درشیب‌های منفی و فرورفتگی
استقرار ساختمان‌های به‌هم‌پیوسته در بخش‌های میانی شیب‌های رو به جنوب
پوشاندن حاشیه‌های خارجی ساختمان با بوته‌ها و گیاهان همیشه‌سبز
احداث ساختمان در داخل زمین یا پوشاندن دیواره‌های خارجی با خاک
پیش‌بینی ساختمان‌های فشرده و متراکم
پیش‌بینی ساختمان‌های دوطبقه
در مجموعه‌های ساختمانی، استفاده هر چه بیشتر از دیواره‌های مشترک و ایجاد بافتی به‌هم‌پیوسته و متراکم
پیش‌بینی فضاهای گرمازای آشپزخانه در مراکز پلان ساختمان
پیش‌بینی فضاهای کم‌اهمیت مثل انبار به‌عنوان عایق حرارتی در جدارها یا قسمت‌های سرد ساختمان
استفاده از عایق‌های حرارتی مناسب در دیوارهای خارجی و به‌خصوص در بام یا استفاده از فضای زیرشیروانی به‌عنوان عایق حرارتی
اجتناب از پیش‌بینی پنجره‌های بزرگ به‌خصوص در نماهای شمالی
استفاده از شیشه‌های دوجداره یا بعضی مواقع سه جداره
استفاده از شبکه‌های متحرک در پشت پنجره‌ها به‌عنوان عایق حرارتی
پیش‌بینی ورقه‌های عایق حرارتی در داخل بازشو
استفاده از انواع مختلف پرده، شبکه عایق متحرک و دریچه پشت پنجره به‌منظور جلوگیری از اتلاف حرارت ساختمان از بازشوها

۵. کاهش تأثیر باد در اتلاف حرارت ساختمان

اجتناب از انتخاب قسمت فوقانی تپه‌ها برای ساختمان‌سازی
احداث ساختمان در داخل زمین در دامنه‌های پشت به باد
پوشاندن نماهای رو به باد با خاک و نورگیری از حیاط‌های داخلی
یش بینی پلان‌های فشرده و ایجاد مجموعه‌های با بافت متراکم
پیش‌بینی فرم‌های کالبدی مناسب ازنظر کاهش تأثیر باد
پیش‌بینی بام‌های شیب‌دار و استقرار شیب تندتر در جهت باد
در جبهه‌های مشرف‌به بادهای شدید زمستان، استفاده از ساختن نماهای یک طبقه و کم ارتفاع
استفاده از بادشکن‌های مختلف مثل درختان، دیوار، حصار
پیش‌بینی نرده‌های مشبک در مقابل نمادها رو به باد به‌منظور جلوگیری از نفوذ برف به پنجره‌ها و ورودی‌ها
به حداقل رساندن تعداد درهای ورودی در ساختمان و قرار دادن ورودی اصلی در قسمت پشت به باد
استفاده از فضاهایی مانند انبار یا گاراژ به‌عنوان بادشکن
محافظت کامل ورودی‌های اصلی با استفاده از درخت، حصار و محوطه‌سازی
پیش‌بینی ورودی‌های دوبله یا حیاط‌های ورودی
بالا بردن سطح ورودی اصلی نسبت به کف تمام‌شده خارجی. ۵- ۱۵ استفاده از درهای یکپارچه و عایق شده در نماهای رو به باد، درهای شیشه‌ای فقط در نماهایی پیش‌بینی شوند که در مقابل باد محافظت‌شده‌اند
درزبندی کلیه پنجره‌ها و بازشوها
نصب دریچه یا شبکه متحرک عایق حرارتی در پشت پنجره‌ها با استفاده از پرده‌های داخلی
توجه به جهت ورزش بادهای غالب در زمستان در تعیین جهت استقرار ساختمان

۶. بهره‌گیری از نوسان روزانه هوا

استفاده از ساختمان‌های زیرزمینی
احداث قسمتی از ساختمان در داخل زمین
پوشاندن دیوارهای خارجی با خاک
استفاده از مصالح و عایق‌های حرارتی یکپارچه، در سطوح خارجی
استفاده از مصالح سنگین و متراکم (با ظرفیت حرارتی زیاد)
پیش‌بینی بعضی از فضاهای زندگی در پناه دیوارهای سنگین به‌منظور استفاده از زمان تأخیر مصالح و بعضی دیگر از فضاهای زندگی در پشت دیوارهای سبک و عایق به‌منظور بهره‌گیری از عکس‌العمل سریع این‌گونه مصالح در برابر شرایط هوای خارج
پیش‌بینی فاصله مناسب بین دیوارهای خارجی و بوته‌ها و شاخ و برگ درختان مجاور به‌منظور فراهم ساختن امکان بازتاب حرارت از این جدارها

۷. بهره‌گیری از شرایط مناسب هوای خارج

اجتناب از انتخاب زمین‌هایی که به دلیل وجود ساختمان‌های مجاور، اقليم محلی نامناسب در آن‌ها ایجادشده است.
ساختن بنا در زمین‌های بزرگ به‌منظور حداکثر اشراف به هوای مناسب
استفاده از پلان‌های گسترده و کشیده در جهت محور شرقی غربی به‌منظور به حداقل رساندن کسب حرارت و به حداکثر رساندن اشراف به شرایط مناسب خارجی
استفاده از پلان‌های باز با دیوارهای متحرک به‌منظور هدایت شرایط خارجی به فضای داخل
جدا کردن فضاهای حرارت زا از بقیه فضاها
پیش‌بینی فضاهای خارجی قابل‌استفاده برای فعالیت‌های مختلف

۸. ایجاد کوران در فضاهای داخلی

به حداکثر رساندن جریان هوا در اطراف ساختمان‌ها با ایجاد فاصله مناسب بین آن‌ها
استقرار ساختمان در جهت وزش بادهای مطلوب
پیش‌بینی فضاهای خارجی با توجه به جهت نسیم‌های مطلوب
پیش‌بینی حداقل دو پنجره یکی رو به باد و دیگری پشت به باد برای هر یک از اتاق‌ها
به‌کارگیری پنجره‌های فوقانی و پائینی به‌منظور بهبود بخشیدن به شرایط تهویه در شب
طراحی عناصر محوطه به‌نحوی‌که گیاهان و بناهای مجاور باعث هدایت بادهای مطلوب به ساختمان شود
طرح و سازمان‌دهی پلان به نحوی باشد که امکان گردش هوا در اطراف ساختمان ایجاد شود
طرح‌ریزی ساختمان به صورتی که حداکثر تهویه در بالا، پائین و داخل ساختمان ایجاد شود
ایجاد گربه‌روها در زیر فضاهای زندگی یا بالا بردن سطح این فضاها نسبت به کف تمام‌شده خارج
تعبیر درهای ارتباطی در بین اتاق‌ها یا استفاده از دیوارهای قابل‌کنترل به‌منظور هدایت جریان هوا به همه ارتفاع
استفاده از پلان‌های کشیده با مقاطع باریک
استفاده از درها و پنجره‌های کاملاً بازشو و بزرگ
پیش‌بینی فضاهای داخلی باز و یکپارچه
استفاده از تأثیر دودکش‌ها (افزایش ارتفاع بخشی از فضاهای مرکزی)
استفاده از سقف‌های بلند

۹. راه‌های مختلف افزایش رطوبت

استفاده از عناصر محوطه و آب‌نماهای واقع در سایه
استفاده از فواره آب فشان و باغچه
پیش‌بینی ساختمان‌هایی که دارای حیاط و حوض‌های داخلی هستند
بهره‌گیری از رطوبت زایی گیاهان چه در خارج و چه در داخل ساختمان
استفاده از کولرآبی به‌جای سیستم تهویه مطبوع
پیش‌بینی محلی واقع در سایه برای کولرآبی
استفاده از پرده‌های مرطوب برای خنک کردن ساختمان
پیش‌بینی آب‌نما در داخل یا خارج ساختمان در مسیر حرکت هوا به فضا

۱۰. جلوگیری از افزایش رطوبت

اجتناب از پیش‌بینی آب‌نما یا پوشش گیاهی در قسمت‌های از محوطه که وزش باد وجود دارد
استفاده از مصالح نفوذپذیر در کف محوطه ساختمان
کنترل رطوبت حاصل از گیاهان یا آب‌نماها با ایجاد جریان هوا در فواصل بین محدوده‌های متراکم گیاهی
جلوگیری از باقی ماندن آب در محوطه‌های مشرف‌به آفتاب
استفاده از آبروهای سرپوشیده جهت آبیاری محوطه
ایجاد تهویه کامل در آشپزخانه، حمام و اتاق رخت‌شویی
جلوگیری از تابش مستقیم آفتاب بر گیاهان واقع در داخل ساختمان