چالش معماران آینده؛ چگونگی استفاده از سیستم های خنک کننده غیرفعال!
اختصاصی کانون معماران و شهرسازان: زمین همواره در حال گرم شدن است؛ یکی از دلایل افزایش دما به دلیل ساخت‌و‌سازهای ساکنین آن است. با افزایش دما، تقاضا برای سیستم های خنک کننده مصنوعی بیشتر خواهدشد. برای پاسخ به این تقاضا مجبور به استفاده بیشتر ازسوخت‌های فسیلی و تولید بیشتر گرما خواهیم بود. سهم معماران و صنعت ساختمان‌سازی در این مشکل چقدر است؟ آیا می‌توان در صنعت ساختمان‌سازی به کنترل افزایش دما کمک کرد؟ در طول این مقاله به بررسی این پرسش‌ها پرداخته و در صدد معرفی بهترین راهکارها هستیم.
طبق اعلام سازمان ملل، از سال ۲۰۰۰ میلادی بیش از ۷۰۰۰ رخداد آب و هوایی شدید ثبت شده است. در سال ۲۰۲۰ میلادی، آتش سوزی در سراسر استرالیا و سواحل غربی ایالات متحده آغاز شد. همچنین درجه حرارت ثبت شده در سیبری نشان می‌داد که قبل از موعد معمول به ۱۰۰ درجه فارنهایت رسید. در سطح جهانی، سپتامبر ۲۰۲۰ گرم‌ترین ماه سپتامبر ثبت شد. با بررسی شواهد، تأثیرات بحران آب و هوایی به طرز فجیعی آشکار خواهدشد.
سهم معماران و صنعت ساختمان‌سازی در افزایش دمای زمین چقد است؟
در حال حاضر صنعت ساختمان‌سازی مسئول ۳۹٪ از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهان است. این صنعت باید وظیفه خود را با اعمال تغییرات اساسی و گسترده در زمینه رویکرد پایدار انجام دهد. یکی از جنبه‌های چالش برانگیز این تغییرات، برآورده کردن نیازهای شدید به سرمایش با استفاده از یک روش پایدار خواهدبود. خنک سازی به طور ذاتی دشوارتر از گرمایش است.
هر نوع انرژی می‌تواند به گرما تبدیل شود؛ مثلا بدن ما و ماشین‌‌آلات به طور طبیعی گرما تولید می‌کنند. اما سیستم های سرمایش از تولید خود به خودی بهره نمی‌برند. همین مورد باعث می‌شود تا این سیستم‌ها اغلب دشوارتر، پرهزینه‌تر و با کارایی کمتری برای اجرا در اختیار باشد. گرم شدن کره زمین و اثرات گرمایش بسیار ملموس آن تقاضا برای سیستم های خنک کننده مصنوعی را می افزاید.
بسیاری از این سیستم‌ها مقادیر زیادی نیروی برق مصرف می کنند و برای بازدهی بالا به سوخت‌های فسیلی متکی هستند. صنعت ساختمان‌سازی باید راه‌هایی برای تأمین تقاضای فزاینده سیستم‌های خنک کننده بیابد، تا همزمان موجب کاهش این اثرات ناپایدار شود.خوشبختانه راه‌حل‌هاای از قبل وجود دارند. معماران می‌توانند با استفاده از این راه‌حل‌ها و سازگار کردن آن‌ها با بنا در این کار سهیم باشند. در ادامه، چندین مورد از این استراتژی‌ها بررسی می‌شود. همچنین محصولاتی که به خنک کردن فضای داخلی کمک می‌کنند و نیز سازگار با محیط‌زیست هستند را خواهیم شناخت.
استراتژی های خنک کننده فضا در معماری
تقریبا استراتژی‌های خنک‌کننده به دو دسته تقسیم می‌شوند: فعال و غیرفعال.
سرمایش غیرفعال به استراتژی‌هایی اشاره دارد که کاهش دما را با مصرف انرژی کم و یا بدون آن تنظیم می‌کنند. این استراتژی‌ها می‌توانند از طریق اثرات محیطی-طبیعی و طراحی‌های معماری غیرفعال به جای سیستم‌های مکانیکی فعال استفاده شوند. در خنک‌سازی فضا، معماران می‌توانند از تکنیک‌های پیشگیرانه یا تکنیک‌های اتلاف حرارت استفاده کنند.
برای طراحی موثر یک خانه غیرفعال، طراحان باید یک ماتریس پیچیده از شرایط مرتبط را در نظر بگیرند. در این روش به جهت‌گیری و قرارگیری پنجره تا سایه خارجی توجه می‌شود. خانه غیرفعالِ Darmstadt Kranichstein یک مطالعه موردی مفید برای سیستم‌های خنک کننده غیرفعال در حال بهره‌برداری است.
در این باره یک تجزیه و تحلیل توسط Passipedia، انجام گرفته‌است. در آن، همه استراتژی‌های خنک‌کننده غیرفعال و تأثیرات آن‌ها بر روی دمای متوسط اتاق با جزئیات دقیق بررسی شده‌است. به سادگی با تغییر زاویه پنجره‌ها و تسهیل جریان هوا می‌توان موجب شکل‌گیری دمای مطلوب در فضای داخلی شد. این روش حتی ممکن است در تنظیم دما موفق‌تر از سیستم‌های تهویه مکانیکی فعال باشد.
به همین ترتیب، بالکن‌ها یا سقف‌ها می‌توانند به میزان قابل توجهی از شدت گرمای شدید محیط بکاهند. همان‌طور که Passipedia اعلام می‌کند، همه ارزیابی‌ها به آب‌وهوا، فصول و جزئیات هر سیستم یا عنصر معماری بستگی دارد. مثلا جهت گیری یک پروژه در سایتی را تصور کنید. در نیمکره شمالی و در فصل تابستان، قرارگیری در جبهه شمال می‌تواند فرکانس‌های گرم شدن را کاهش دهد و در سایر مواقع سال، تقاضای گرمایش را افزایش دهد. همچنین عکس این قضیه تقریباً در نیمکره جنوبی صادق است.
در شمال خط استوا، جهت‌گیری جنوبی به طور کلی ایده‌آل تلقی می‌شود. اما شرایط خاص آب و هوایی ممکن است به شدت بر این اصل تأثیر بگذارد. مطالعه موردی می‌تواند برخی از محدودیت‌های ممکن را آشکار سازد. همچنین می‌تواند یک کتابچه راهنمای مفید برای استراتژی‌های خنک کننده غیرفعال در مناطق شمالی باشد.
۵ اصل راهنما برای طراحی در اقلیم گرم
Isover Multi-Comfort Housedeline مجموعه‌ای راهنما از اصول مفید طراحی را ایجاد کرده‌است.
به طور خاص برای خنک کردن، ۵ استراتژی اصلی غیرفعال در مورد آب و هوای گرم را ذکر کرده است:
۱) طراحی ساختمان فشرده و جهت گیری مطلوب.
۲) عایق حرارتی و یک پوشش غیر قابل نفوذ هوا.
۳) پنجره‌های کارآمد با ترکیبی از شیشه کنترل‌خورشیدی و یا سایه‌بان بیرونی.
۴) سیستم‌های تهویه با بازیابی گرما.
۵) تهویه طبیعی در شب.
همچنین ذکر شده‌است که گرمای تولید شده در فضاهای داخلی اعم از وسایل خانگی، سیستم‌های گرمایشی، سیستم‌های آب خانگی، واحدهای تهویه هوا و… برای خنک شدن به عایق حرارتی مناسب نیاز دارند. این مجموعه راهنما رهنمودهای خاصی را برای پرداختن به این الزامات ارائه می‌دهد که ابزار دقیق اندازه‌گیری را فراهم می‌کند:
عایق‌بندی بیرونی باید به طور متوسط U-value از ۰.۱۵-۰.۴۵ (W/m^2K) را به دست آورد. پنجره‌ها باید ضریب افزایش حرارت خورشیدی زیر ۴۰٪ را داشته باشند. باقی استراتژی‌ها نیز خاص هستند، از جمله توضیح دقیق نحوه جلوگیری از پل‌های حرارتی از طریق نقشه‌ها و مداخلات ساختاری. برای دسترسی به دستورالعمل‌ها و خواندن جزئیات آن‌ها، طراحان باید از خود مجموعه راهنما استفاده کنند.
محصولات پیشنهادی
چندین محصول در بازار این معیارها را دارند. یک نمونه از این موارد Saint-Gobain’s COOL-LITE SKN است. نوعی شیشه کنترل‌خورشیدی که به‌طور همزمان انتقال نور روز و عملکرد خوب انرژی را با حفظ زیبایی فراهم می‌کند. به‌ویژه COOL-LITE SKN 183 II)) با ۷۵٪ انتقال نور، عایق حرارت بوده و شفافیت بالا و بازتاب کمی دارد. همچنین بیشترین دریافت نور روز را بدون به خطر انداختن عملکرد انرژی فراهم می‌کند.
لازم به‌ذکر است که معماران می‌توانند استراتژی‌های خنک کننده غیرفعال را با سیستم‌های مکانیکی فعال ترکیب کنند. یعنی از سیستم‌های مکانیکی فعال به عنوان مکمل برای استراتژی‌های خنک کننده غیرفعال استفاده کنند. در نتیجه موجب کاهش اتلاف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای خواهند‌شد. هنگامی که سیستم‌های مکانیکی را از نظر محیطی هوشمند سازیم مفیدتر واقع خواهند شد.
اخیرا در آوریل سال گذشته، شرکت thermoelectric Phononic پلتفرم خنک‌کننده جدید خود را منتشر کرد. این پلتفرم یک تکنولوژی نیمه رسانا بوده و می‌تواند انرژی حرارتی را بدون استفاده از refrigerantsمنتقل کند. باید بدانیم refrigerants یک ماده سرد کننده مضر برای محیط زیست است. این محصول پتانسیل آن را دارد که خنک کننده فعال را تغییر داده و معضل تهویه مطبوع ناپایدار را حل‌کند.
یکی دیگر از محصولات قابل توجه Climaver است. یک لوله تهویه مطبوع عایق‌بندی شده‌است که هوای تازه را بدون از بین بردن عایق حرارتی و صوتی فراهم می‌کند. در طول لوله از پشم شیشه برای کاهش اتلاف حرارت و نشت هوا استفاده شده‌است. از این محصول در راهنمای Isover Multi-Comfort House به عنوان بهینه‌ساز تهویه و تهویه مطبوع نام برده شده‌است.
دمای کره‌زمین در حال افزایش است و رخدادهای شدید آب‌وهوایی مشکلات گرم شدن بیش از حد زمین را نشان می‌دهند. در این شرایط سیستم خنک کننده غیرفعال این پتانسیل را دارد که با مشکلات زیست محیطی سازگار باشد. این ضرورت دوگانه، اصلاح استانداردهای سیستم خنک کننده را به یکی از دلهره‌آورترین چالش‌های معماران امروزی تبدیل کرده است. با این استراتژی‌ها، راه‌حل‌ها و محصولات، ممکن است طراحان شروع به مقابله با این موضوعات کنند. تا راه را برای اصلاحات گسترده صنعت هموار کنند.
سیما حسن‌زاده
در اینستاگرام با همراه باشید
مجموعه اصول ارتباطی معمار و کافرما از تفاهم تا قرارداد
جستار هایی در حوزه معماری و کارآفرینی
کتاب کافرما ها پرواز نمی‌کنند!
