این مقاله بر آن است به برخی از بومهای ایران مانند گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد و راه حلهای معماری اندیشیده شده در آنها را از لحاظ تطابق آب و هوایی و حل مسئله انرژی تشریح کند.
توجه و بازگشت به زمانهایی که هنوز استفاده از انرژیهای فسیلی و تجدیدناپذیر متداول نشده بود، میتواند راهگشای دستیابی به راه حلهای بسیار ارزشمندی برای استفاده مؤثر از انرژیهای پاک در اختیارمان قرار دهد.
دقت در این امر که اولاً در آن زمان کلیه مراحل طراحی بنا همزمان بوده است، یکی از ظرایف و رمزهای موفقیت در یکپارچگی بناست، ثانیاً پروسه آموزش سازندگان و مهندسان متفاوت از امروز بوده است. ضمن اینکه زمان یادگیری بسیار طولانیتر بوده و شیوه یادگیری نیز به صورت عملی و تجربی در کارگاهها انجام میپذیرفت. آموزش مستمر و مداوم بود و این استمرار و تداوم، باعث یکپارچگی در روند تجربیات معماری هر منطقه و بوم میشد. بدین لحاظ با مرور راهکارهای اندیشیده شده توسط پیشینیان می توان شیوههای استفاده بهینه و مؤثر از انرژیهای پاک را آموخت که تنها راه حل حفظ محیط زیست در عصر حاضر است.
این مقاله بر آن است به برخی از بومهای ایران مانند گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد و راه حلهای معماری اندیشیده شده در آنها را از لحاظ تطابق آب و هوایی و حل مسئله انرژی تشریح کند.
۱) مقدمه
از متأخرترین مباحث مطرح در معماری، پایداری و طراحی مطابق با محیط است. پایداری محیطی حاصل نمیآید، مگر با هدایت فعالیتهای بشری به گونهای که منابع طبیعی برای آیندگان حفظ شود. پایداری محیطی بیشتر بر کاهش اتلاف انرژی در محیط، کاهش تولید عوامل مضر برای سلامت انسان و استفاده از منابع تجدیدپذیر تأکید دارد. در عین حال پایداری در زمینه معماری باید به سمت تدوین ضوابطی پیش رود که بر مصرف حداقل انرژی، استفاده از مصالح تجدیدپذیر، حفظ و تجدید انرژی بدون تولید آلودگی تأکید کند.
به رغم مطرح شدن مباحث پایداری در دنیای متأخر، عملاً تمامی این اصول توسط پیشینیان ما به کار گرفته میشد. معماران پیشین ناگریز از تکیه بر منابع طبیعی و انرژیهای پاک بودهاند که پایانناپذیرند. این بهرهگیری از طبیعت در سطوح مختلف ارتفاعی و از منابع گوناگون بوده است. در سطوح بالایی بنا، بادگیر را به کار میگرفتند تا از جریان هوا و باد و مکش ناشی از قوانین طبیعت بهره جویند. در طراحی سطوح همکف ابنیه، حیاطهای مرکزی تبلور حداکثر بهرهگیری از آب و خاک و گیاه همراه با سایهاندازی جدارههاست. در سطوح زیر همکف نیز به کارگیری فضاهایی همچون سردابها و شودانها با بهره بردن از ظرفیت بالای حرارتی خاک و گاهاً حضور آب در آنها، فضایی مطبوع و دلنشین را در اقلیمهایی با گرمای طاقتفرسا موجب میشدند. ولی مرور زمان و استفاده نامناسب از پیشرفتهای تکنولوژیک، منجر به فراموشی آن تکنیکها و کاربرد نامحدود از انرژیهای فسیلی تجدیدناپذیر شد.
یکی از سمبلهای معماری پایدار، معماری سنتی ایرانی است که به موضوعهای اکولوژیکی و کارایی انرژی، هم به لحاظ پایین بودن قیمت اولیه و هم به لحاظ پایین بودن قیمت جاری و کارکردی بنا، پاسخگو بوده است. این مقاله بر آن است تا چگونگی تطابق آب و هوایی و پاسخگویی محیطی ابنیه سنتی ایرانی را تشریح کند.
مسئله اصلی در معماری معاصر جهان امروز، قطع ارتباط میان معماری بومی و نیازهای مدرن است. ضروری است تا متدهای استفاده شده در دنیای قدیم را به منزله سمبلی از راهحلهای سبز یادآوری کرد و سپس، آنها را توسط پیشرفتهای تکنولوژیک عصر حاضر با دنیای جدید تطبیق داد. دلیل لزوم مرور راه حلهای گذشته برای تطبیق با شرایط سخت آب و هوایی، این است که معماری آن روزها حاصل پروسه متداوم معماری محلی بوده است که از نسلی به نسل دیگر در طی زمانی طولانی منتقل شده است و جایگاه و پیوستگی آنها توسط خطا و آزمایش طی صدها سال آزمایش میشد. سپس قطع ناگهانی این پروسه در نتیجه راه حلهای سریعتر و آسانتر فراهم شده توسط معماری مدرن، ما را وادار ساخت تا تمامی آن متدهای زیست محیطی را فراموش کنیم. زندگی در مناطق معتدل مشکل نیست، مشکل اصلی تطابقیابی با شرایط سخت آب و هوایی است. بدین منظور، این مقاله بر آن است تا به بررسی این راه حلها در سه منطقه با شرایط سخت آب و هوایی گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد.
۲) راه حلهای آب و هوایی منطقهای در نواحی گرم و خشک و گرم و مرطوب ایران بدون کاربرد انرژیهای فسیلی
مطالعه نواحی گرم و خشک ایران نمایانگر مطابقتهای متعددی است که دامنهای وسیع از طراحی شهری، طراحی مساکن و انتخاب مصالح تا اجزای اضافه شده به ابنیه، بسته به شرایط گوناگون را شامل میشود. آنچه درپی میآید، اشارهای به برخی از این متدهای اتخاذی برای دستیابی به گرمایش و سرمایش بهینه و آسایش حرارتی انسان توسط طراحی خلاقانه شهری و معماری برای استفاده از انرژی طبیعی محیطی در دسترس است.
۲-۱) در طراحی شهری، پیوستگی و یکپارچگی ساختمانهای سنتی، بافت به هم فشرده شهر همراه با کوچههای باریک و نامنظم با دیوارهای بلند طرفین آنها منجر به ایجاد حداکثر سایه و حداقل تابش اشعه آفتاب شده است. این فضاها و عناصر، خنکی و تهویه را در فضاهای شهری برای تأمین آسایش فراهم میکند.
۲-۲) مسقف کردن پیادهراهها، ماکزیمم سایه را در سطح زمین ایجاد میکند که میتوان آن را در جایجای بافت شهری این مناطق ملاحظه نمود. راههای پوشیده شهری در آب و هوای گرم و خشک ایران "ساباط " نامیده میشود که به منظور خنک کردن عابران و سایهاندازی بر دیوارهای خانههای اطراف آن استفاده میشود. ساباطها یا صرفاً به صورت قوسی هستند که دیوارهای مجاور راهها را به هم متصل میکنند یا اینکه به دلیل واقع شده فضایی متعلق به یکی از خانههای مجاور در بالای کوچه شکل گرفتهاند.
۲-۳) در طراحای خانههای مناطق گرم و خشک، فضاهای محصور خانههای حیاط مرکزی، دارای حداکثر سایه هستند. در این خانهها تمامی اضلاع اطراف حیاط ساخته میشود تا محیطهای داخلی متنوعی برای دریافت نور و گرمای خورشید ایجاد شود. بسته به میزان در معرض نور آفتاب بودن، جوانب گوناگون حیاط میتواند در فصول گوناگون استفاده شوند. معمولاً بخشهای جنوبی به دلیل پشت به آفتاب بودن و داشتن حداکثر سایه، در تابستان استفاده میشوند. بخشهای شمالی نیز زمستان نشین نامیده میشوند، چرا که ساکنان در زمستانها به بخشهای شمالی نقل مکان میکنند. به عبارت دیگر، ساکنان این خانهها، فضای زندگی خود را در هماهنگی با تغییرات منطقهای و در مطابقت با فصول سال تغییر میدهند. علاوه بر اینکه راه حلهای دیگری نیز میتواند آسایش حاصل و سایه درون این حیاطهای مرکزی را افزایش دهند، مانند تجهیز تابستاننشین با بادگیر یا ساخت حیاطهای مرکزی درون زمین در بعضی مناطق کشور که "گودال باغچه " نامیده میشوند یا ساختن این حیاطها با فرمهای طویل و باریک، همراه با کاشت درختان و گلها دور حوضی کمعمق درون آنها.
۲-۴) درختان سبز در حیاطهای مرکزی سایه را افزایش میدهند و در نتیجه، موجب کاهش حرارت میشوند و علاوه بر آن، با تبخیر آب به وسیه درختان، رطوبت نسبی محیط نیز افزایش مییابد. این امر به خنکسازی فضاهای داخلی اطراف حیاط مرکزی کمک میکند، کما اینکه واتسون نیز اظهار داشته است، تبخیر توسط یک درخت به میزان یک میلیون BTU در خنکسازی هوا تأثیر میگذارد که معادل کارکردن یک وسیله تهویه مطبوع به مدت بیست ساعت در روز برای ۱۰ اتاق معمولی است[۲].
همچنین، انبوه گیاهان و درختان درون حیاطهای مرکزی به واسطه پایین بودن ظرفیت گرمایی ویژه هوا به عنوان سیستم خنککننده طبیعی عمل میکنند و برعکس، دیوارهای ضخیم محوطه حیاط مرکزی ظرفیت گرمایی ویژه بالایی دارد و به عنوان ذخیره کننده حرارتی عمل میکنند که سرما را در طی شب، ذخیره میکند و آن را به تدریج و در نیمههای روز که هوا گرم است آزاد میکند. بدین طریق ضخامت دیوارهای خشتی باعث میشود تغییرات کوچک در درجه حرارت نتواند تأثیرگذار باشد.
۲-۵) ضلع جنوبی خانهها که به طرف شمال قرار دارد و نور خورشید را دریافت نمیکند، در فصل تابستان استفاده میشود و "تابستان نشین " نامیده میشود. معمولاً این ضلع خانهها دارای ایوانهایی نیمه باز هستند که در معرض نور خورشید نیست و در سایه کامل قرار میگیرد و در عین حال، از هوای خنک حیاط مرکزی نیز استفاده میکند. اگرچه اغلب خانههای حیاط مرکزی در هر چهار طرف دارای ایوان هستند که بزرگترین آنها به طرف جنوب، "تالار " نامیده میشود و معمولاً حدود یک متر بالاتر از سطح حیاط است و بر روی زیرزمینی به نام "سرداب " قرار گرفتهاند[۳].
۲-۶) سرداب در خانههای ایرانی نواحی گرمسیری، زیرزمینی است که سقف آن ۷۰ سانتیمتر تا یک متر بالاتر از سطح حیاط مرکزی است و معمولاً در بخش تابستان نشین خانهها قرار گرفته است. پنجرهها مابین سطح حیاط و سقف سرداب هوای حیاط مرکزی را به سمت داخل سرداب هدایت میکنند و همچنین جویبار زیرزمینی یا قنات نیز که از این فضا عبور میکند، موجب خنک و مرطوب شدن آن میشود.
۲-۷) همچنین، معماران سنتی جزئیاتی را نیز در طراحایهایشان مانند فرورفتگیها و برآمدگیها در نماها لحاظ کردهاند که حداکثر سایه ممکن توسط آنها فراهم شود. از جزئیات دیگر لحاظ شده در طراحی این خانهها، "جانپناه " سقفها را میتوان نام برد. از آنجا که سقف ابنیه بیشترین مقدار انژری نور خورشید را در مقایسه با دیگر جوانب آن دریافت میکنند. گاهی اوقات در نواحی گرم ایران، "جانپناه " بامها به ۲ متر در ارتفاع میرسد که با ایجاد ماکزیمم سایه برای سقف، تابش حرارتی را به حداقل کاهش میدهد. اگر چه این جانپناههای بلند، مزایای دیگری نیز دارند، مانند ایجاد فضای خصوصی در بامها و محافظت پشتبامها از بادهای بیابانی که گرد و غبار زیادی همراه خود دارند.
۲-۸) "شوادان " نوع دیگری از زیرزمینهایی است که معمولاً ۹ تا ۱۱ متر عمق دارند و نور آن از طریق سوراخهای کوچکی به سمت حیاط تأمین میشود. در عمق بیشتر از ۶ متری، دمای زمین ثابت و مساوی با دمای متوسط سالانه منطقه است. بنابراین شوادانها از حرارت بالای بیرونی تبعیت نمیکنند و بیشتر اوقات در مناطق گرم و مرطوب استفاده میشوند.
۲-۹) ضخامت دیوارها در خانههای نواحی گرم ایران حدود یک متر است. ظرفیت ویژه گرمایی بالای خشت موجب میشود تا حرارت درون دیوار باقی بماند و این، بدان معناست که تغییرات اندک حرارتی، تأثیرگذار نیست. در طی شب، دیوارها گرمای خود را از طریق انتقال و تابش از دست میدهند و درجه حرارت آنها در طی روز پایین نگه داشته میشود و آسایش کافی را برای ساکنان فراهم میکند. بدین طریق خاک به عنوان عایق حرارتی عمل میکند و به واسطه ظرفیت بالای حرارتی، موجب استقلال درون و بیرون میشوند.
۲-۱۰) راه حل دیگری برای کاهش جذب حرارت توسط ساختمانها، به ویژه در مناطق گرم و خشک ایران، استفاده از طاقها و گنبدها بود. این فرم، نه تنها با مصالح در دسترس و دلایل سازهای منطبق است، بلکه علاوه بر دارا بودن دلایل ترموفیزیکی، برای کاهش حرارت انتقالی نیز مناسب است، زیرا اولاً شکل محدب و کروی آنها برای ساطع کردن تابش حرارتی کاملاً مناسب است و خنک شدن آن را در طزل شب آسانتر میکند. ثانیاً در طی روز و به هنگام صبح و عصر نیمی از گنبد در سایه نیمی دیگر است و این امر در کاهش درجه حرارت سقف نقش مهمی ایفا میکند. همچنین، سقف گنبدی به دلیل برآمده بودنش در معرض وزش باد قرار میگیرد و بنابراین، تابش حرارت تأثیر کمتری بر آن میگذارد.
۲-۱۱) راه حلی دیگر برای خنکسازی فضاهای داخلی، ساختن سقفهای بالاتر از حد معمول بوده است. هوای گرمتر به سمت بالا حرکت میکند و هوای تازه از بازشوها از ترازی پایینتر به سمت داخل وارد میشود و این موضوع، باعث حرکت هوا میشود.
۲-۱۲) سقفهای دوپوسته، روش دیگری از انطباق با آب و هوای گرم است. ظرفیت حرارتی هوا بسیار کم و برابر ۰.۰۱۸ BTU/F است و هوای بین دو پوسته به مانند عایق حرارتی عمل میکند و بنابراین، گرما کمتر به داخل انتقال مییابد و در تابستان، پوسته درونی خنکتر از لایه خارجی خواهد بود[۴].
۲-۱۳) انتخاب مصالح مناسب و همچنین ضخامت دیوارها در دستیابی به حداکثر عایق برای جو داخلی، همگی راه حلهای خاص مناطق آب و هوایی گرم و خشک است. مصالح اصلی خانههای سنتی، خصوصاً بادگیر آنها، از خشت با مدت ۷ تا ۹ ساعت زمان عکسالعمل است. نوسانات شدید حرارتی در این مناطق، مناسب بودن این مصالح را در خصوص آب و هوا ثابت میکند. همچنین، سازههای تاریخی و خصوصاً بادگیر، از قرارگیری خشت با ظرفیت حرارتی بالا در مجاورت هوا با ظرفیت ویژه حرارتی پایین برای دستیابی به شرایط آب و هوایی بهینه بهرهمندند[۵].
۲-۱۴) اما جالبترین المانها، از جمله بادگیرها، آنهایی هستند که صرفاً برای آسایش حرارتی محیطهای داخلی اضافه شدهاند. بادگیرها، تهویه کنندگان شگفتآوری بوده و هستند و نمونه بارزی از تطابق معماری سنتی ایرانی با شرایط سخت آب و هوایی توسط خنکسازی طبیعی به شمار میروند. ارتفاع بادگیرها در مناطق گرم و خشک، بلندتر از ارتفاع آنها در مناطق گرم و مرطوب است. زیرا در مناطق گرم و خشک بادهای خنکتر و با سرعت بالا، از ارتفاع بالاتر میوزند و برعکس، در مناطق گرم و مرطوب، باد مطلوب از پایینتر میوزد و نسیم ساحل را به درون هدایت میکند.
۳) ضوابط طراحی پایدار طبیعی در بناهای سنتی مناطق سرد با توجه به کاهش اتلاف حرارت در ساختمان
عناصر مهم شکل گرفته در ابنیه در برخورد با شرایط طبیعی بسیار شبیه به عوامل ذکر شده قبلی هستند، از جمله حیاط مرکزی، حوض و باغچه، زیرزمین، زمستان نشین، تابستان نشین و ایوان. اما اصولی که برای تطبیق با شرایط آب و هوایی این مناطق اندیشیده شدهاند، بسیار مهم است که به قرار زیر هستند:
۱) استفاده هر چه بیشتر از دیوارهای با مصالح سنگین در ضلع جنوبی؛
۲) استفاده از فرم خطی برای بناها؛
۳) استقرار ساختمانهای به هم پیوسته در بخشهای میانی شیبهای رو به جنوب؛
۴) احداث ساختمان در داخل زمین یا پوشاندن دیوارهای خارجی با خاک؛
۵) پوشاندن حاشیههای خارجی ساختمان با بوتهها و گیاهان همیشه سبز؛
۶) استفاده هر چه بیشتر از دیوارهای مشترک و ایجاد بافتی به هم پیوسته و متراکم در مجتمعها؛
۷) پیشبینی پلانهای فشرده و متراکم؛
۸) شکلگیری فرم ساختمان برای ایجاد سایه در تابستان و دریافت گرمای مناسب در زمستان؛
۹) گستردگی ساختمانها با ارتفاع کم در سطح (حداکثر دو طبقه)؛
۱۰) پیشبینی فضاهای گرمازا مثل آشپزخانه در مرکز پلان ساختنان؛
۱۱) پیشبینی فضاهای کم اهمیت مثل انبار به عنوان عایق حرارتی در جدارها یا قسمتهای سرد بنا؛
۱۲) استفاده از پاسیو به عنوان حیاط مرکزی با توجه به مسیر خورشید برای حفظ گرمای داخل بنا؛
۱۳) استفاده از عایقهای حرارتی مناسب در دیوارهای خارجی و به خصوص در بام؛
۱۴) استفاده از فضاهای زیر شیروانی به عنوان عایق حرارتی؛
۱۵) استفاده از گرمایش کفی با عبور لولههای آب گرم از کف بنا؛
۱۶) استفاده از بستر سنگی در زیر اتاقها برای ذخیره گرمای اضافی در کف و پس دادن این گرمای ذخیره شده در مواقع سرد و در شب هنگام؛
۱۷) اجتناب از پیشبینی پنجرههای بزرگ، به خصوص در نماهای شمالی؛
۱۸) استفاده از شیشههای دوجداره یا سهجداره و تزریق گاز آرگن بین جدارهها؛
۱۹) استفاده از بام سبز در بناها برای خنک کردن ساختمان در تابستان و گرم کردن در زمستان؛
۲۰) استفاده از دیوارها و کفهایی سنگین با زمان تأخیر بیش از ۸ ساعت؛
۲۱) در نظر گرفتن بام سنگین با زمان تأخیر بیش از ۸ ساعت.
۴) نتیجهگیری
با بررسی راهکارهای اندیشیده شده در معماری سنتی و بومی با هدف انطباق با محیط زیست، خصوصاً در روزگارانی که بشر ناگریز بود صرفاً از انرژیهای پاک و طبیعی استفاده کند، میتوان برای معماری امروز درس آموخت. خصوصاً که امروزه با پیشرفت تکنولوژی میتوان متدهای اتخاذ شده در قدیم را با نیازها و شرایط روز تطبیق داد و با استفاده بهینه و مؤثر از انرژیهای پاک برای حفظ محیط زیست همت گماشت.
رئوس اصول اندیشیده شده در معماریهای پایدار بومی مناطق سردسیر، نشانگر آن است که باید به کاهش اتلاف حرارت در ساختمان و کاهش تأثیر باد در اتلاف حرارت، بهرهگیری از انرژی خورشید در گرمایش ساختمان و توجه به عوامل طبیعی آب و خاک اهمیت داد.
در مناطق گرمسیر نیز میتوان با دقت در انتخاب مصالح، ضخامت دیوارها، طراحی نماها، طراحی جایگیری فضاهای گوناگون مسکن نسبت به جهت تابش آفتاب، توجه به بادهای مطلوب در منطقه و طراحی المانهایی که هدایتگر این انرژیها به فضاهای داخلی باشند، طراحی معماری اقلیمی و حتی توجه به طراحیهای مناسب شهری در برنامهریزیهای کلان و توجه کافی به پیادگان، میتوان عملاً به اهداف پایداری زیست محیطی دست یافت.
بدین طریق با حداقل استفاده از انرژیهای فناپذیر فسیلی میتوان قدمی در جهت حفظ محیط زیست برای آیندگان برداشت.