تعادل حرارتی بین انسان و محیط پیرامون

• آسایش حرارتی

یکی از نیازهای اساسی برای تامین سلامت و آسایش ، برقراری تعادل حرارتی بین بدن انسان و محیط اطرافش است.عوامل متعددی در برقراری تعادل حرارتی بین بدن انسان و محیط پیرامونش تاثیر می گذارد.عواملی چون ویژگی های متابولیکی بدن ، فعالیت های فیزیکی ، نوع لباس و عادت دمایی بدن به هوای محیط ، از جمله این عوامل اند.همچنین عوامل اقلیمی از قبیل : تابش خورشید ، دمای هوا ، جریان هوا و رطوبت از دیگر عوامل موثر در تامین تعادل حرارتی بدن انسان و محیط اطرافش هستند. جهت برقراری تعادل حرارتی لازم است ، دمای بدن علی رغم تغییرات زیاد درجه حرارت هوای پیرامون بدن ثابت باقی بماند و مجموع گرمایی که بدن انسان در هر زمان جذب یا دفع می کند ، باید برابر با صفر باشد تا بتواند درجه حرارت ثابت بدن (۳۷ درجه سانتی گراد ) را حفظ نماید. اگر مقدار گرمای دفع شده کمتر از مقدار گرمای جذب شده باشد ، احساس ناراحت کننده ای در انسان به وجود می آید که سب عرق کردن می شود و برعکس اگر گرمای دفع شده بیشتر از گرمای جذب شده باشد ، دمای بدن پایین آمده و باعث ایجاد لرزش در بدن می شود.بدن انسان دارای سیستم های کنترل کننده بی شماری است که دمای بدن را همیشه و در همه حالت ثابت نگه می دارند.به عنوان مثال جریان خون در رگ ها و فعالیت غدد عروقی بدن انسان افزایش یا کاهش می یابد و یا لرزش سبب سبب افزایش دما در بدن می شود.همچنین وقتی انسان ، مدتی در یک محیط یا شرایط اقلیمی خاص قرار گیرد ، روند طبیعی متابولیسم بدن تغییر می یابد که باعث تشدید تعرق و تغییر شدت جریان خون در بدن می شود. همان طور که اسکیموها هوای سرد را به هوای مناطق استوایی ترجیح می دهند. نکته : تحت شرایط گوناگون جوی ، فیزیولوژی و روانی ، درجه حرارت داخلی بدن انسان سالم همیشه در ۳۷ درجه سانتی گراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت ) ثابت است.

• تولید گرما در بدن انسان

بدن انسان به طور مداوم گرما تولید می کند.فعالیت روزانه انسان از قبیل راه رفتن ، کارکردن و خوابیدن همه با تولید گرما در بدن توام است. نیاز کامل گرمای بدن انسان سالم به وسیله خوردن و هضم غذا دربدن تامین می شود.مراحلی که از موقع خوردن غذا تا تولید گرما قابل استفاده در بدن طی می شود ، متابولیسم می نامند.از کل انرژی که از طریق متابولیسم در بدن تولید می شود ، فقط بیست درصد آن را انسان استفاده می کند و هشتاد درصد بقیه باید به محیط اطراف انتقال یابد.

• دفع حرارت از بدن

دمای متوسط بدن انسان سالم بر خلاف دمای سطح پوست بدن ، همیشه باید در ۳۷ درجه سانتی گراد ( یا ۹۸.۶ درجه فارنهایت ) ثابت باشد.برای اینکه انسان قادر به فعالتی های روزانه باشد و همچنین دمای بدن خود را ثابت نگه دارد ، باید گرمای اضافی را به محیط اطراف دفع نماید و همچنین گرمای جذب شده مانند (تشعشع خورشید ) را نیز به محیط اطراف خود انتشار دهد. بدن انسان تقریبا چهل درصد از گرمای اضافی را به صورت جا به جایی و چهل درصد به صورت تشعشع به محیط اطراف انتقال می دهد و بیست درصد را به صورت تبخیر و مقدار کمی را به صورت هدایت از دست می دهد.

• آسایش حرارتی

انسان برای کار و فعالیت و همچنین برای رفع خستگی حاصل از کار و تجدید قوا و استراحت و خواب به شرایط مطلوب نیاز دارد . در شرایط نامساعد حرارتی مراحل کار و استراحت و تفریح و تجدید قوا به نحو مطلوبی تامین نمی شود و این منجر به ایجاد استرس و رفتار های جسمی و روحی و در نهایت فقدان کارآیی می گردد. تامین آسایش حرارتی ساکنین و استفاده کنندگان از فضا یکی از اهداف اصلی در طراحی معماری محسوب می شود.زمانی افراد ساکن در فضا می تواند با حداکثر کارآیی و توان فکری و جسمی فعالیت نمایند ، که آسایش حرارتی آن فضا تامین شود.تامین راحتی انسان از نظر گرمایی در مناطق مختلف جغرافیایی به چهار عامل بستگی دارد : دمای هوا ، رطوبت ، جریان هوا و متوسط دمای تشعشعی سطوح. تبادل گرما بین بدن انسان و محیط اطرافش به وسیله این عوامل افزایش یا کاهش می یابد. نکته : دفع گرما به طریق جا به جایی با افزایش دمای محیط اطراف به شدت کاهش می یابد. نکته : با افزایش رطوبت محیط اطراف بدن ، دفع گرمتا توسط تبخیر محدود می شود. در مناطق مختلف جغرافیایی ، بعضی از عوامل جوی بیشتر از عوامل دیگر بر تامین راحتی انسان به راحتی اثر می گذارند.به طور مثال در مناطق گرم و مرطوب برای مقابله با رطوبت زیاد ، تنظیم محیط آسایش بستگی به دما و جریان هوا در فضای اطراف بنا دارد.به منظور طراحی محیط داخلی راحت ، تنظیم تعادل بین شرایط جوی محیط اطراف و رفتار حرارتی فضای داخل بنا ضروری است. البته رفتار حرارتی فضای داخل بنا بر نوع فعالیت هایی که در آن فضا صورت می گیرد نیز ، بستگی دارد. علاوه بر عوامل جوی مذکور ، که مهم ترین عوامل در تنظیم شرایط داخلی راحت می باشد ، عوامل دیگر چون (لباس ، سن ، جنسیت ،میزان چاقی ، درجه سلامتی ، رنگ پوست و شرایط روانی و اجتماعی )در تامین راحتی محیط داخلی نقش دارند ، که تاثیر این عوامل چندان قابل توجه نیست.

• واحد راحتی از نظر گرما

تاثیر گرمای محیط اطراف در روند دفع گرمای بدن به منظور تامین راحتی در محیط داخلی بنا حایز اهمیت است . بنابراین برای تنظیم محیط داخلی راحت ، هر چهار عامل دما ، جریان باد ، رطوبت و تابش را باید تواما در نظر گرفت.ولی از آنجا که این امر به سادگی امکان پذیر نیست ؛ از این رو در طراحی معماری از مقیاس حرارتی (Thermal Scale) استفاده می شود . مقیاس حرارتی ترکیبی از مجموع تاثیرات عوامل فوق که به وسیله مشاهدات و اندازه گیری هایی که در آزمایشگاه انجام گرفته به دست می آید.با در نظر گرفتن شرایط راحتی انسان از نظر تبادل گرما ، منطقه آسایش (محدوده راحتی ) (Comfort Zone) مشخص می شود که در شرایط مختلف اقلیمی تا حدی می توان از آن استفاده نمود و با در نظر گرفتن منطقه آسایش ، عوامل کنترل کننده حرارتی موثر محیط د راقلیم های مختلف ، مشخص خواهد شد.

• تابش خورشید

از میان عوامل مختلف اقلیمی شامل : تابش آفتاب ، رطوبت ، جریان هوا (باد) ، تابش آفتاب به عنوان به وجود آورنده نور و حرارت طبیعی ، مهم ترین عامل اقلیمی محسوب می شود. تمام انرژی حرارتی کره زمین را خورشید به صورت تابش تامین می کند.تابش خورشید حاصل تشعشع الکترومگنتیک است که به صورت موج انتقال می یابد .این تشعشعات به نسبت یک نواخت و واحد به شکل اشعه های واگرا با سرعت نور (۳۰۰۰۰۰) کیلومتر در ثانیه (۱۸۶۲۸۰) مایل در ثانیه در فضا حرکت می کند.کره زمین که در مقایسه با خورشید حجم کوچکی دارد ، سهم بسیار کمی از تشعشعات خورشیدی را ( که به صورت اشعه های موازی فرض می شود ) ، دریافت می کند. طول موج تشعشات خورشیدی از ۰.۲۸ میکرون تا ۳ میکرون است.امواج رادیویی نمونه هایی آشنایی از طول موج های بلند یا مادون قرمز است و اشعه ایکس و اشعه گاما که از اجسام رادیواکتیو منتشر می شود و تشعشات کیهانی ، نمونه هایی ازطول موج های کوتاه یا ماورابنفش هستند. چشم انسان قادر به دیدن قسمت هایی از تابش خورشید است که طول موج آن ها بین قسمت ماورا بنفش و مادون قرمر می باشد.به طور مشخص موج هایی به طول ۰.۳۶ میکرون تا ۰.۷۶ میکرون نور مریی (نور سفید) می باشد. درواقع ، نور مریی فقط قسمتی از تابش خورشید است. نکته : اشعه آفتاب دارای طول موج های مختلفی بین ۳ تا ۰.۲۸ میکرون است. نکته : حداکثر شدت تابش آفتاب ، در اشعه قابل رویت یا نور مریی است ؛ اما بیش از نیمی از انرژی حرارتی خورشید مربوط به اشعه مادون قرمز است. – اشعه ماورا بنفش دارای اثر بیولوژیکی است و باعث آفتاب سوختگی پوست سفید می شود. – شیشه و برخی نایلون ها ، اشعه ماورا بنفش را جدب نموده و مانع نفوذ این قسمت از طیف نور به آن سوی خود می گردند. – اشعه مادون قرمز و اشعه مریی دارای اثر حرارتی هستند. نکته : در طیف تابش خورشید ، بیش ترین انرژی با طول موج ۰.۴۸ میکرون است که در قسمت نور سبز و آبی قرار دارد و چشم انسان بیش تر از طول موج های دیگر به آن حساس است. شرایط لحظه ای و بلند مدت جوی در یک منطقه ، اثر قابل ملاحضه ای در نوع و مقدار تابش حقیقی خورشید در آن منطقه دارد.هوای ابری باعث می شود مقدار قابل ملاحضه ای از تابش حقیقی خورشید به خارج از جو منعکس گردد. ذرات آب ، غبار و دود همچنین ذرات معلق دیگر در هوا ، باعث جذب یا پراکنده شدن تابش خورشید می گردد.بنابراین برخی از این تشعشعات ، به صورت پراکنده شده ، از سراسر آسمان به زمین می رسد.حتی در روزهای کاملا آفتابی و بدون ابر تا ۱۰ درصد تابش حقیقی خورشید به صورت پراکنده یا انعکاسی است.در روزهای کاملا ابری از مقدار تابش حقیقی خورشید به حد قابل ملاحضه ای کاسته می شود.در واقع فقط تابش پراکنده است که به سطح زمین می رسد. نکته : ابرها مقدار زیادی از اشعه خورشید را به فضای خارج منعکس می کنند ؛ اما باقی مانده اشعه به طرف زمین پخش می شود.تابش این مقدار اشعه ، عامل ایجاد گرمای طبیعی در روی زمین است.

• انواع اشعه های حاصل از تابش خورشید

اشعه مستقیم

• مستقیما از خورشید تابیده ، ازجو عبور کرده و به سطح زمین می رسد.اشعه مستقیم دارای طول موج کوتاه است که به راحتی از لایه های جو عبور می کند.

اشعه افشان

• به دلیل برخورد با ذرات معلق د رهوا مثل ذرات بخار آب و گرد و غبار پراکنده می شود.دارای طول موج های کوتاه است و به راحتی از لایه های جو عبور می کند.

اشعه انعکاسی

• در اثر برخورد با بناها و سطوح ساختمانی منعکس شده و به سطح زمین می رسد و دارای طول موج های کوتاه است.

جذب و انعکاس

تقریبا نصف تابش خورشید که وارد جو زمین می شود به واسطه جذب توسط مواد موجود در جو زمین و انعکاس توسط ابرها به سطح زمین می رسد.

• طول مسیر شعاع تابش خورشید در جو زمین

وقتی خورشید با زاویه کمتری نسبت به سطح افق بتابد ، انرژی کمتری از تابش جذب جو زمین می گردد ؛ چون طول عبور شعاع تابش در جو با کاهش زاویه تابش ، افزایش می یابد و به همین دلیل است که با چشم غیر مسلح می توان مستقیما خورشید را درحال غروب تماشا کرد.

• تابش پراکنده

ابرها و ذرات موجود در جو زمین نه تنها تابش خورشید را منعکس و جذب می کند ؛ بلکه نور خورشید را به جهات مختلف نیز پراکنده می کند ؛ به همین جهت انرژی خورشید از تمام جهات آسمان دریافت می شود و برخلاف تابش مستقیم ، فاقد جهت مشخص است.

• تابش ثابت خورشیدی

تابش ثابت خورشیدی ، تعیین کننده مقدار تشعشعات یا انرژی حرارتی رسیده در بیرون از اتمسفر زمین می باشد که بر روی یک صفحه عمود بر شعاع خورشید در نظر گرفته می شود. تابش ثابت خورشید به مقدار ۲ درصد به علت تغییراتی که در سطح خورشید صورت می گیرد کاسته یا افزوده می شود .همچنین به علت تغییر فاصله زمین و خورشید درطول سال به مقدار درصد تغییر می کند.

• رقم ثابت خورشیدی

مقدار حرارتی که خورشید در فاصله ۱۴۸ میلیون کیلومتری در سطح عمود بر اشعه آن تولید می کند برابر ۱.۹۴ کالری بر سانتی متر مربع در دقیقه است که به این عدد رقم ثابت خورشیدی می گویند. نکته : حرارت حاصل از تابش آفتاب به ارتفاع یک محل از سطح دریا بستگی دارد . در نقاط مرتفع چون اشعه خورشید فاصله کمتری را دراتمسفر طی می کند ، حرارت بیش تری را تولید می کند . نکته : تابش خورشیدی که بر سطوح یک بنا می تابد ، نه تنها شامل تابش مستقیم و پراکنده می باشد ، بلکه شامل سه قسمت : تابش مستقیم ، تابش پراکنده و تابش انعکاسی است که می توان برای تنظیم و تعادل محیط داخلی راحت در طراحی معماری از آن ها استفاده نمود. نکته : در روزهای آفتابی ۱۵ درصد اشعه آفتاب به صورت پراکنده به زمین می رسد ؛ اما در روزهای ابری ممکن است ۱۰۰ درصد اشعه آفتاب به صورت پراکنده به زمین برسد. نکته : برای محاسبه انرژی تابیده شده آفتاب ، مقدار انرژی تابیده شده که در روزهای کاملا آفتابی به زمین می رسد ، مد نظر می باشد. نکته : در ظهر خورشیدی ، به دلیل نزدیک شدن زاویه تابش به زاویه قایم ، بیش ترین تابش وجود دارد.  

تابش حقیقی

مقدار تابش خورشید که در نهایت به سطح کره زمین می رسد را تابش حقیقی خورشید (Insolation) می نامند.

• مقدار تابش حقیقی خورشید درهر نقطه از کره زمین بستگی به عوامل زیر دارد :

زاویه تابش :

زاویه ای که شعاع تابش خورشید با سطح کره زمین در هر نقطه می سازد . مقدار این زاویه بستگی به عرض جغرافیایی آن نقظه و همچنین زاویه انحراف محور کره زمین دارد.در نتیجه ، مقدار تابش خورشید بر سطح عمود بر شعاع تابش قرار گرفته بیش تر از مقدار تابش بر سطحی است که به طور افقی قرار گرفته باشد.

شرایط جوی هوا :

مقدار بخار آب موجود در هوا ، میزان گرد و خاک و دود در هوا از شدت تابش خورشید بر سطح زمین می کاهد ؛ ذرات غبار و بخار آب موجود در هوا تشعشع خورشیدی را جذب و یا باعث پراکندگی آن می شوند.هرچه زاویه تابش کمتر باشد ، شعاع خورشیدی مسیر بیش تری را در اتمسفر زمین طی کرده و این امر باعث کاهش تابش خورشید در سطح زمین می شود. طول روز : که در طول سال متغیر می باشد.

• در اثر تابش آفتاب ۵ نوع اشعه ، یک ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد :

۱.اشعه مستقیم با طول موج کوتاه ۲.اشعه پراکنده شده ا زآسمان با طول موج کوتاه ۳.اشعه منعکس شده از سطوح اطراف با طول موج کوتاه ۴.اشعه منعکس شده از سطوح اطراف با طول موج بلند (بازتاب حرارتی ) ۵.اشعه منعکس شده از ساختمان به آسمان با طول موج بلند ( بازتاب حرارتی )

• پنجره در ساختمان

هدف اصلی از تعبیه پنجره در ساختمان ، بهره گیری از نور طبیعی و روشنایی روز و جذب انرژی گرمایی خورشید است. در عین حال ، پنجره امکان تهویه طبیعی و ارتباط بصری را با محیط خارج از بنا فراهم می کند.برای استفاده حداکثر از تابش گرمایشی خورشید ، تعیین اندازه و مکان قرار گیری پنجره در جهات مختلف بنا ، از اهمیت بسیاری برخوردار است. نفوذ تابش خورشید به فضاهای داخلی از پنجره های بزرگ نمای جنوبی ساختمان در فصل زمستان ، بخش اصلی استفاده مستقیم از تابش خورشید برای گرم کردن فضاهای داخلی ساختمان است.از طرفی نفوذ گرمای خارج در تابستان به داخل بنا ، باعث گرم شدن فضاهای داخلی می شود که نیازی به آن نیست . این امر باعث بالا رفتن دمای فضاهای داخلی خواهد شد.از این رو لازم است ، به بررسی روش هایی پرداخت که امکان جذب حداکثر تابش گرمازای خورشید را در فصل زمستان فراهم ساخته و در فصل تابستان از تابش آزار دهنده خورشید به فضاهای داخلی ممانعت نماید. نکته : هر نوع پنجره بدون در نظر گرفتن جهت آن ، انرژی گرمایی را به صورت جا به جایی ، تشعشع و هدایت منتقل می کند. نکته : در روزهای آفتابی ، تابش خورشید به یک پنجره می تابد ، مقدار انرژی حرارتی تابش خورشید که از شیشه به داخل بنا وارد می شود ، خیلی بیش تر از مقداری است که به وسیله هدایت از داخل به خارج منتقل می شود. نکته : پنجره های یک ساختمان ، در تغییر دمای داخل آن تاثیر فراوانی دارند.مخصوصا وقتی آفتاب به طور مستقیم از طریق پنجره به داخل بتابد ، اثر حرارتی پنجره خیلی بیش تر از دیوارها بوده و فضای داخلی بلافاصله پس از دریافت تابش مستقیم آفتاب گرم می شود. تاثیر جهت پنجره در دمای هوای داخلی یک اتاق وقتی قابل توجه است که ، پنجره های ساختمان فاقد سایه بان باشند و یا ساختمان دارای تهویه طبیعی نباشد.تاثیر سایه بان پنجره ها و تهویه طبیعی در تعیین دمای هوای داخلی یک ساختمان بسیار بیش تر از تاثیر جهت پنجره ها است.میزان ورودی انرژی تابشی خورشید به فضاهای داخلی به (زاویه ورود) اشعه های تابش و طول تابش خورشید ( مدت زمان تابش ) در طول روز بستگی دارد.

• ضوابط طراحی پنجره

– استفاده از شیشه های دو جداره در پنجره برای جلوگیری از اتلاف حرارتی از پنجره ها و هوابندی و درزبندی پنجره ها جهت ممانعت از اتلاف حرارتی به دلیل تهویه ناخواسته. – اجتناب از طراحی پنجره های بزرگ در جهت های شرقی و غربی برای ممانعت از ایجاد گرمای بیش از حد در فصل تابستان. – اجتناب از طراحی پنجره های بزرگ در جبهه شمالی بنا جهت جلوگیری از اتلاف حرارتی بنا در فصل زمستان . – استفاده از سایه بان های موثر برای سایه انداختن بر روی پنجره ها در فصل تابستان.

• تاثیر تابش آفتاب بر سطوح شفاف و شیشه ها

از خصوصیات مهم شیشه آن است که ، نور و اشعه های با طول موج کوتاه خورشید را عبور می دهد .اغلب شیشه ها به طور تقریبی حدود پنجاه درصد از اشعه ماورا بنفش ( با طول موج کمتر از ۰ تا ۳۶ میکرون را )از خود عبور می دهد و این موضوع باعث رنگ پریدگی اجسام و اثاثیه و مبلمان فضاهای داخل ساختمان می گردد. با تابش آفتاب بر سطوح شفاف اشعه آن به سه جز تقسیم می شود.قسمتی از اشعه منعکس می شود که این قسمت هیچ گونه تاثیر حرارتی بر روی جسم شفاف ندارد.قسمت دیگر به وسیله شیشه جذب شده و بعدا به صورت انرژی حرارتی به اطراف انتقال می یابد و قسمت سوم به طور مستقیم از داخل شیشه یا جسم شفاف عبور کرده و فضای پشت آن را تحت تاثیر قرار می دهد. نسبت این سه جز از اشعه خورشید به نوع جسم شیشه و زاویه برخورد اشعه به سطح شیشه (زاویه بین خط عمود بر سطح شیشه و پرتو خورشید) بستگی دارد. مقدار اشعه ای که به طور مستقیم از شیشه عبور می کند به زاویه برخورد اشعه ( زاویه ورود : زاویه بین شعاع تابش و خط عمود بر سطح شیشه ) بستگی دارد.هر چه این زاویه از ۴۵ درجه بیش تر شود ، مقدار اشعه عبور یافته از شیشه کاهش می یابد و وقتی زاویه برخورد (زاویه ورود) از ۶۰ درجه بیش تر شود ، کاهش زیادی در مقدار اشعه عبور کرده از شیشه روی داده و مقدار اشعه منعکس شده از سطح شیشه افزایش می یابد . مقدار انرژی جذب شده در جسم شیشه با زاویه برخورد (زاویه ورود) اشعه با سطح شیشه رابطه ای ندارد. بیشتر شیشه های معمولی طول موج کم تر از ۰.۳ میکرون و امواج انرژی گرمایی قسمت مادون قرمز بزرگ تر از ۳ میکرون را عبور نمی دهند. نکته : به طور کلی توانایی شیشه ساختمانی برای عبور ، جذب و انعکاس تابش خورشید به ۵ عامل بستگی دارد که عبارت اند از : زاویه ورود تابش نسبت به سطح شیشه – طول موج تابش – ضخامت شیشه – کیفیت سطح شیشه و ترکیب شیمیایی شیشه .

• پدیده گلخانه

ویژگی بی نظیر شیشه و بعضی از پلاستیک های شفاف در تفاوت میزان شفافیت آن ها در برابر اشعه ها با طول موج کوتاه و بلند است.شیشه در حالی که طیف های انرژی زای خورشید را که طول موجشان بین 0.4 تا ۳ میکرون است از خود عبور می دهد ؛ در برابر امواج ساطع شده از اجسام گرم که طول موجشان در حدود ۱۰ میکرون است ، کدر بوده و آن ها را از خود عبور نمی دهد . بنابراین در اتاقی که پنجره رو به آفتاب دارد ، اشعه خورشید از شیشه پنجره عبور کرده و با تابش بر دیوار ها ، کف و سایر سطوح داخلی باعث بالا رفتن دمای آن ها می شود.این اجسام پس از گرم شدن ، حرارت خود را ، با طول موج بلند ساطع می کنند و چون شیشه اشعه با طول موج بلند را از خود عبور نمی دهد ، بنابراین تمام حرارت ناشی از تابش آفتاب در داخل فضا باقی مانده و به مرور در صورت تداوم تابش آفتاب به درون فضا ، دمای هوای داخلی افزایش می یابد که به این فرایند پدیده گلخانه ای می گویند.

• پنجره های دو جداره

دو جداره کردن شیشه هر پنجره ای ، باعث بالا رفتن کارآیی آن می شود ؛ پنجره دو جداره ، دارای دو شیشه می باشد که بین آن ها یک لایه هوای ساکن کاملا درزبندی شده قرار گرفته است.این فاصله معمولا بین ۶ الی ۳۰ میلی متر در نظر گرفته می شود.اگر این فاصله هوایی ۱۵ میلی متر انتخاب شود ، بهترین کارآیی به دست می آید . دوجداره کردن پنجره ، با وجود اینکه اتلاف حرارت را کاهش می دهد ، جلوی ورود نور و گرمای خورشید را نمی گیرد ؛ بنابراین در فصول گرم سال برای کاهش ورود گرما به داخل ساختمان باید جلوی تابش مستقیم خورشید را به پنجره گرفت. همچنین پنجره های دو جداره باعث کاهش ورود سر و صدا به داخل ساختمان می شود و نیز بخارگیری پنجره ها در فصول سرد سال کاهش می یابد.در برخی از پنجره های دو جداره ، فضای میانی را با گازهایی مانند آرگون و کریپتون پر می کنند تا کارآیی آن ها حدود ۱۰ درصد افزایش یابد.

• عایق های ویژه پنجره

این عایق ها به شکل برچسب های شفاف هستند که به راحتی می توان بر روی شیشه پنجره ها چسباند و بخشی از خواص پنجره های دو جداره را در آن ها به وجود آورد.این برچسب ها ورود گرما در تابستان و تلفات حرارتی در زمستان را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند و از طرفی در فصل زمستان ، مانع از ورود پرتو های انرژی زای خورشید نمی شوند.

• تابش آفتاب بر انواع سطوح

سطوح افقی

– در روزهای گرم تابستان ، مقدار انرژی تابیده شده به سطوح افقی تقریبا دو برابر سطوح عمودی است. – سطوح افقی و بام های مسطح در تابستان بیش ترین و در زمستان کم ترین مقدار تابش مستقیم آفتاب را دریافت می کند. – تابش بر روی سطوح افقی در زمستان از مقدار تابشی که به دیوارهای جنوب شرقی و جنوب غربی در این فصل می تابد ، کم تر است.

سطوح قایم

– دیوار های جنوبی ، بیش ترین تابش را در آذرماه و کم ترین تابش را در خرداد ماه دریافت می کنند.حداکثر تابش آفتاب بر روی دیوار های جنوبی در ظهر صورت می گیرد. – دیوارهای جنوب شرقی و جنوب غربی در زمستان بیش تر از تابستان مورد تابش آفتاب هستند. – دیوارهای شرقی و غربی و شمالی در تابستان بیش تر از زمستان مورد تابش آفتاب هستند. – دیوارهای شمالی در طی ماه های فروردین الی شهریور در صبح زود ( هنگام طلوع ) و آخرین ساعات روز (هنگام غروب) مورد تابش مستقیم آفتاب هستند.

سطوح شیب دار

سطوح شیب دار با جهت شرقی و غربی در تابستان ، تابش بیش تری را دریافت می کند.سطوح شیب دار با جهت جنوبی در زمستان تابش بیش تری را دریافت می کند.

• تابش بر پنجره های قایم در فصول مختلف سال
• تابش در فصل تابستان

در فصل تابستان ، مسیر حرکت خورشید در آسمان به خط قایم نزدیک تر است و در طول روز پرتو های خورشید با زاویه تابش بزرگ به پنجره ضلع جنوبی برخورد می کند ؛ در این حالت زاویه ورود نسبت به سطح پنجره (که قایم است ) به بیش از ۴۵درجه افزایش یافته و بدین ترتیب مقدار زیادی از اشعه تابیده شده به پنجره جنوبی منعکس می گردد.در این حالت می توان با تعبیه یک پیش آمدگی ( سایه بان ) کم عمق در بالای پنجره جنوبی مانع از تابش مستقیم خورشید به آن شد . ضمن آن که این سایه بان در فصل زمستان ، مانعی برای ورود شعاع های تابش خورشید ایجاد نمی کند. تابش به پنجره های شرقی و غربی در فصل تابستان در ساعات بیش تری از روز و با زاویه ورود کم تر رخ می دهد و این امر باعث گرم شدن فضا های داخلی به ویژه در بعد از ظهر های تابستان می شود ، از طرفی ممانعت از تابش بر پنجره های شرقی و غربی با مشکل همراه است ؛ بنابراین ضروری است . سطوح پنجره ها را در این جهات به حداقل رسانیده شود.پنجره ضلع شمالی در فصل تابستان ، هنگام طلوع و غروب خورشید ، به مدت کوتاهی به صورت مایل ، تحت تابش مستقیم خورشید است که تاثیر منفی آن بسیار ناچیز است.

• تابش در فصل زمستان

خورشید در فصل زمستان دارای زاویه تابش کوچکی است و پرتو های خورشید نسبت به سطح افق (زمین ) مایل تر می تابد . دراین حالت ، زاویه ورود نسبت به سطح پنجره ها (که قایم است ) به کمتر از ۴۵ درجه رسیده و بدین ترتیب مقدار زیادی از اشعه تابیده شده به پنجره جنوبی از آن عبور می کند . این امر در جذب پرتو های گرمای زای خورشید از پنجره های جنوبی ساختمان د رفصل زمستان ( به عنوان یک سیستم ساده گرمایش انفعالی خورشیدی ) کمک موثری می کند. تابش به پنجره های شرقی و غربی در فصل زمستان به صورت مایل بوده و کم تر از نصف روز است.در طول این فصل ، ضلع شمالی ، هیچ گونه تابش مستقیم دریافت نمی کند. در این فصل پنجره های ضلع شمالی ، انرژی گرمایی را عمدتا از طریق هدایت به خارج بنا منتقل می کنند. مدت زمان تابش مستقیم خورشید به پنجره جنوبی در زمستان بیش تر از تابستان بوده و انرژی گرمایی بیش تری از طریق تابش مستقیم وارد فضاهای داخلی می شود. تذکر : – با توجه به آنچه که در تعریف مشخصات پنجره گفته شده ، پنجره ای دارای کارآیی مطلوب است که میزان انرژی گرمایی دریافت شده از آن از مجموع انرژی گرمایی از دست رفته در زمستان و انرژی گرمایی انتقال یافته به داخل بنا در تابستان بیش تر باشد. – جهت تجسم میزان انرژی جذب شده در سطوح افقی ، قایم و شیب دار مطلوب است ، مسیر حرکت خورشید در آسمان در زمستان و تابستان را در نظر گرفت. – بدیهی است میزان جذب انرژی خورشید در سطوح مختلف در هر فصل از سال و در هر ساعت از روز به زاویه تابش خورشید به آن سطح بستگی دارد و هرچه پرتو های تابش نسبت به یک سطح ، به خط عمود بر آن سطح نزدیک تر باشد ، میزان انرژی دریافت شده بیش تر است.

• انرژی خورشیدی

خورشید منشا و عامل اصلی انرژی های متعددی است که در طبیعت وجود دارد.از جمله : سوخت های فسیلی دخیره شده در اعماق زمین ، انرژی آبشارها و بادها و انرژی لازم برای رشد گیاهان که انسان و بیش تر حیوانات برای قدرت جزر و مد ( که بر اساس جاذبه و حرکت زمین به دور خورشید و ماه حاصل می شود ) ، همه ی این موارد حاصل تابش و انرژی خورشید روی کره زمین هستند. انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند به اشکال دیگری از انرژی تبدیل شود ؛ همانند گرما و الکتریسیته ، انرژی خورشید برای گرم کردن آب ، استفاده دینامیکی ، تامین حرارت مورد نیاز ساختمان ها ، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تولید انرژی الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی خورشید پاک ، ارزان و بی پایان بوده و در اغلب مناطق کره زمین قابل استحصال می باشد . محدودیت منابع فسیلی و پیامد های حاصل از تغییرات زیست محیطی و آب و هوای جهانی ، فرصت های مناسبی را برای رقابت انرژی خورشیدی با انرژی های فسیلی به ویژه در کشورهایی با پتانسیل بالای تابش ، ایجاد نموده است.سیستم های انرژی خورشیدی ، تکنولوژی های نوینی هستند که جهت تامین گرما ، الکتریسیته و حتی سرمایش منازل مسکونی ، مراکز تجاری و صنعتی و غیره … کاربرد دارند

• سایه بان در ساختمان

هدف اصلی از ایجاد سایه بان ، کنترل تابش مستقیم آفتاب به داخل ( به طور مداوم یا در مواقع مشخص ) ، کنترل نور ، منظره و تهویه طبیعی است . اهمیت اثرات سایه بان به موقعیت و نوع ساختمان بستگی دارد ؛ مثلا در یک منزل مسکونی ممکن است تابش مستقیم آفتاب به داخل در تمام فصول ناراحت کننده باشد. بنابراین سایه بان ها با توجه به نقشی که در ساختمان ایفا می کند ، باید به نحو مطلوبی جواب گوی نیاز های ساکنین باشد.در مجموع ساده ترین روش کنترل تابش خورشید ، استفاده از سایه بان های خارجی (بیرونی ) است. سایه بان های متحرک خارجی و انواع پرده کرکره ها و لورها می توانند در مواقع مشخص از ورود نور مزاحم خورشید به داخل فضاها ممانعت کنند و در ساعاتی که نیاز به نور و حرارت خورشید است ، مانع از تابش خورشید نشوند. سایه بان های متحرک قابل تنظیم می توانند ، در تهویه فضاها نیز نقش موثری را ایفا نمایند. با ایجاد سایه بر روی پنجره ها به وسیله سایه بان ، از تابش مستقیم آفتاب به سطح شیشه جلوگیری نموده و در نتیجه حرارت ایجاد شده ناشی از تابش آفتاب در فضای پشت شیشه به مقدار قابل ملاحضه ای کاهش می یابد. نکته : برای ایجاد سایه مناسب به روی پنجره های سمت جنوب و جنوب شرقی و جنوب غربی ، سایه بان های افقی موثر تر از سایه بان های عمودی هستند.البته سایه بان های قابی شکل ، موثرترین نوع سایه بان برای سه جهت فوق و جهت های شرقی و غربی هستند. نکته : سایه بان های خارجی می توانند تا ۹۰درصد و سایه بان های داخلی (پرده کرکره ای ) تنها ۲۰ تا ۲۵ درصد اثر حرارتی تابش آفتاب را در داخل یک بنا تقلیل دهند. نکته : سایه بان های خارجی بسیار موثر تر از سایه بان های داخلی هستند. وقتی سایه بان های متحرک در سطح خارجی یک پنجره نصب شوند ، فقط ۵ درصد از انرژی خورشید تابیده شده به پنجره را به داخل فضاها انتقال می دهند . نکته : با استفاده از سایه بان های موثری چون سایه بان های چوبی خارجی از نفوذ بیش از ۹۰ درصد از انرژی حرارتی خورشیدی ناشی از تابش آفتاب از طریق پنجره ها به داخل بنا جلوگیری شود. نکته : برای جلوگیری از حداکثر تابش اشعه خورشید به داخل اتاق بایستی از سایه بان های خارجی متحرک در پنجره ها استفاده نمود که فقط ۱۰ درصد اشعه تابیده شده را به داخل راه می دهند .

• تاثیر درخت و سطوح گیاه کاری شده در محیط فیزیکی

درخت علاوه بر حس امنیت ، تاثیر فراوانی در محیط فیزیکی و پیرامون خود می گذارد. درختان می توانند عامل موثری در ایجاد فضاهای خصوصی بوده و در عین حال به طور قابل ملاحضه ای از شدت نور ناشی از تابش آفتاب که باعث نارحتی چشم می شود بکاهد.سطح چسبنده و زبر برگ درختان ، گرد و غبار هوا را جذب نموده و هوا را تمیز می کند . چنانچه درختان به صورت انبوه و فشرده کاشته شوند ، در کنترل و کاهش صدا نیز تاثیر فراوانی خواهند داشت.

• درختان برگ ریز

درختان برگ ریز را عموما در جبهه جنوبی ساختمان می کارند ؛ چون با ریزش برگ درختان در زمستان مشکلی از نظر تابش مستقیم آفتاب به پنجره های جنوبی بنا ایجاد نمی شود و با رویش مجدد برگ ها در تابستان نیز ، درخت چون سایه بانی موثر از تابش مستقیم آفتاب به فضاهای داخلی جلوگیری خواهد کرد و این عمده ترین اصل در طراحی سایه بان ها می باشد. درختان برگ ریز ، مثل درخت مو و پیچک نیز از جمله درختانی هستند که به طور طبیعی و خودکار ، گرمای هوای مجاور خود را کنترل می نمایند. این درختان در تابستان با ایجاد سایه و در نتیجه تبخیری که در سطح برگ هایشان صورت می گیرد ، هوا را خنک می کنند و به دلیل ریزش برگ هایشان در زمستان مانع تابش مستقیم آفتاب نمی شوند. به دلیل ویژگی این گونه درختان برای پوشش دیوار های رو به آفتاب در مناطق گرم ، بسیار مفید و با ارزش هستند . در اقلیم های گرم برای جلوگیری از شدت تابش آفتاب در شرق و غرب و جنوب شرقی و جنوب غربی از درختانی که در این جهت ها کاشته می شوند ، به مقدار قابل توجهی می توان در تامین سایه لازم بر روی پنجره ها سود جست.

• پوشش سبز مجاور پوسته ساختمان

گیاهان پوششی انبوه و پیچک های بالا رونده ، راهکار اقلیمی مطلوبی برای خنک سازی پوسته ساختمان در فصل تابستان به شمار می رود. گیاهان ، پوششی انبوه در طول تابستان به عنوان حایل بین تابش مستقیم خورشید و پوسته خارجی دیوار بنا عمل می کنند و بدین ترتیب با کاهش درجه حرارت پوسته خارجی ، میران هدایت حرارت از خارج به داخل بنا به حداقل می رسد.

• بام سبز

پوشش بام با سطوح گیاه کاری شده و پوشش های گیاهی انبوه ، مانع از جذب تشعشع خورشید توسط بام می شود و به طور متوسط بین ۲۰ تا ۳۰ درصد انرژی تابشی خورشیدی منعکس شده و بقیه تابش جذب پوشش گیاهی می شود. بام های با پوشش گیاهی ، تاثیر قابل توجهی در تعدیل شرایط آب و هوایی مناسب در داخل ساختمان دارند. این بام ها در فصل زمستان ( با بالا بردن حرارت فضای داخلی ) و در فصل تایستان ( با پایین آوردن حرارت داخلی ) به تنظیم و تعدیل شرایط دمای فضاهای داخلی کمک می کند.

• دلایل خنک بودن سطوح با پوشش گیاهی

– تبخیر و تعریق صورت گرفته در سطوح برگ ها در گیاهان باعث خنکی محیط می شود. – تابش جذب شده به وسیله سطح زیاد برگ ها به محیط اطراف منتشر می شود. – به دلیل کم بودن جرم گیاهان ، انرژی گرمایی کمتری در سطوح برگ گیاهان ذخیره می شود.

• تابش آفتاب بر انواع بام

بام یک ساختمان تاثیر پذیر ترین جز آن در برابر عوامل اقلیمی به شمار می رود.بام با ساطع نمودن اشعه با طول موج بلند از خود ، سریع تر و بیش تر از دیوار ها گرمای خود را از دست می دهد. به همین دلیل در مناطق سرد و یا در فصل زمستان ، بام یک ساختمان عمده ترین عامل اتلاف گرمای هوای داخلی است.بام را می توان به گونه ای طراحی نمود که تاثیر زیادی در گرم کردن هوای داخلی نداشته باشد.

• انواع بام ها از لحاظ ساختار و مصالح

– بام های یک پارچه یا ترکیبی سنگین – بام ها یک لایه یا دو لایه سبک ( بام و سقف ) که به وسیله هوا از هم جدا می شوند.

• بام های یک پارچه یا ترکیبی سنگین

مصالح این نوع بام ها اکثرا بتن یا آجر است که نسبتا دارای ظرفیت حرارتی زیادی هستند. در این بام ها انتقال گرمای جذب شده در سطح خارجی بام به سقف فقط به شکل هدایت انجام می شود . بنابراین عمده ترین عامل تعیین کننده خصوصیات گرمایی یک پارچه و تو پر ، مقاومت حرارتی و ظرفیت حرارتی مصالح آن ها است . اگر عایق حرارتی در بام ایجاد شود ، به خصوص اگر بام تیره باشد ، لازم است عایق حرارتی روی بام قرار گیرد. در مناطق گرم ، عایق حرارتی باید روی سقف و روی عایق رطوبتی قرار گیرد ؛ ولی در مناطق سرد بهتر آن است که عایق حرارتی زیر عایق رطوبتی و روی بتن بام قرار گیرد و به نحوی بخار بین عایق های مذکور خارج شود .

• بام های سبک

بام های سبک ممکن است تنها ، از یک لایه یا اینکه به طور ترکیبی از دو لایه بام و سقف که به وسیله یک لایه هوا از یکدیگر جدا شده اند ، ساخته شود . در این نوع بام ها ممکن است ورق های سفالی آزبست و سیمان ، آهن گالوانیزه و آلومینیوم و مصالح سقف یک شبکه آویزان از بام با پوشش گچ ، ورق های چوبی یا آکوستیکی باشد . در بام های سبک یک لایه ، چون انتقال گرما مستقیما به داخل راه می یابد ، رنگ روشن سطح بیرونی تاثیر زیادی در عدم جذب و انتقال گرما به فضاهای داخلی دارد و در بام های دو لایه سبک عایق حرارتی ( هوا ) به نحو مطلوبی مانع از انتقال گرما می شود .

• سرمایش بام

یکی از روش های خنک کردن فضاهای داخلی ، خنک کردن پشت بام فضاهاست . با توجه به این که سقف ساختمان ، عمده ترین بخش نفوذ گرما به درون فضاهاست ، با خنک کردن سقف به میزان قابل توجهی می توان به تعدیل دمای فضاهای داخلی کمک کرد. با ایجاد حوضچه های آب بر روی بام و یا استفاده از اسپری آب ( آب فشانی ) بر روی بام می توان در سطح خارجی بام ، سرمایش تبخیری ایجاد کرد . به این ترتیب با سرد شدن سقف ، و برخورد هوای گرم داخلی بنا با سقف سرد ، هوای فضاهای داخلی خنک می شود.

• اسپری ( آب پاشی ) بر روی بام

در طریقه آب فشانی بر روی بام ، سطح خارجی بام خیس نگه داشته می شود و بدین ترتیب دمای بام کاهش می یابد . درآب پاشی صحیح حدودا ۹۰درصد از بار حرارتی ناشی از تابش آفتاب در روی آب خنثی می گردد. ساده ترین شکل آب پاشی بر روی بام ، استفاده از شیوه آب پاشی قطره ای است که دمای بام را به طور قابل ملاحضه ای کاهش می دهد.

• درجه حرارت (دمای) هوا

درجه حرارت یک کمیت فیزیکی نیست ؛ بلکه می توان چنین تصور نمود که درجه حرارت کیفیت حرارت درونی یک جسم ( موجود) را در ظاهر نشان می دهد . اگر انرژی حرارتی به طور مثال به یک انسان انتقال یابد ، حرکت مولکول ها در بدن افزایش یافته و این عمل به صورت گرم شدن بدن انسان ظاهر می شود . اگر ، گرمای مولکول های بدن انسان به هوای اطرافش منتقل شود ، از شدت تحرک مولکول های بدن کاسته شده و این عمل به صورت سرد شدن بدن ظاهر می شود . این اصل درمورد تمام موجودات زنده و غیر زنده صادق است. دمای هوا بر حسب درجه سانتی گراد و یا فارنهایت سنجیده می شود و با این واحد ها میزان افزایش یا کاهش دمای بدن انسان یا ساختمان سنجیده می شود.

• مفهوم درجات روز

یکی از عوامل مهم در انتخاب یا طراحی سیستم حرارتی و برودتی یک بنا ، اختلاف درجه حرارت داخل و خارج بنا به منظور تعیین بار حرارتی و یا برودتی آن بنا است و رابطه درجه حرارت (دمای) داخل و خارج بنا یا بار حرارتی و برودتی آن سبب توسعه مفهوم (درجات روز ) شده است. این مفهوم به منظور سنجش تقریبی یا پیش بینی مقدار انرژی حرارتی که یک بنا نیاز خواهد داشت ، به کار می رود ؛ به خصوص زمانی که از انرژی حرارتی خورشید برای تامین بار حرارتی یک بنا استفاده می شود.

• درجات گرمایی روزها

درجات گرمایی روزها برای روزی که درجه حرارت به طور متوسط در آن شبانه روز ۱۳ درجه سانتی گراد باشد ، اختلافش با درجه حرارت مطلوب که ۱۸ درجه سانتی گراد در نظر گرفته شده ، ۵ درجه می باشد.وقتی درجه حرارت دمای متوسط یک روز کامل ۱۸ درجه بیشتر باشد ،(درجات حرارتی روز) برای بار برودتی استفاده می شود. اگر درجه حرارت مطلوب در تابستان ۱۹ درجه سانتی گراد در نظر گرفته شود (درجات برودت روزها )، برای روزی که دمای متوسط آن ۲۷ درجه سانتی گراد باشد ، ۸ درجه خواهد بود. درجات روزها با مقدار انرژی واحد های مسکونی یک رابطه مستقیم دارد.به طور مثال اگر درجات روزها در یک منطقه دو برابر شود ، مقدار انرژی مصرفی لازم در یک واحد مسکونی در آن منطقه هم دو برابر خواهد شد. بنابراین انتخاب درجه حرارت راحت ، اساس محاسبه تعداد ( درجات روز) در یک منطقه است.

• رطوبت هوا

رطوبت هوا اصولا به دو صورت : رطوبت معلق هوا و رطوبت نسبی هوا در نظر گرفته می شود.

رطوبت مطلق :

عبارت است از مقدار بخار آبی که در واحد حجم از هوا موجود باشد.مقدار رطوبت که یک حجم هوا می تواند داشته باشد ، بستگی به دمای هوا دارد.

رطوبت نسبی :

در یک حجم هوا با دمای مشخص عبارت است از نسبت مقدار رطوبت موجود در یک حجم هوا با دمای مشخص به حداکثر رطوبتی که آن هوا می تواند در همان دما داشته باشد . رطوبت نسبی بیش تر از رطوبت مطلق مورد استفاده قرار می گیرد.چون رطوبت نسبی هوا ، مستقیما توان تبخیر را نشان می دهد.این اطلاعات در حفظ و تنظیم محیط داخلی راحت و همچنین در طراحی معماری به منظور خنک کردن بنا با روش برودت تبخیر موثر است.مشخص شدن رطوبت هوا به تنهایی معنی و مفهومی ندارد بلکه وقتی مفهوم پیدا می کند که ، دمای هوا نیز مشخص شده باشد . وقتی رطوبت نسبی هوا زیاد بوده و دمای آن پایین باشد ، چنین شرایطی در یک فضا تاثیر چندانی در راحتی یک فضا ندارد . درد این صورت دمای هوا تنها عامل موثر در راحتی خواهد بود . وقتی رطوبت نسبی هوای یک اتاق ۶۰ درصد یا بیش تر و دمای آن بیش از ۱۸ درجه سانتی گراد باشد . این شرایط برای راحتی مطلوب نیست ؛ در این صورت از جریان باد یا سیستم های مکانیکی برای تنظیم محیط راحت استفاده می شود . مقدار گرمای موجود در هوا ، در شرایطی که رطوبت و دمای آن زیاد باشد ، بیش تر از زمانی است که رطوبت هوا کم ، و دمای آن زیاد است . در این شرایط خنک کردن هوا ، موثرترین روش حفظ راحتی است که با جریان طبیعی هوا مطلوب و یا امکان پذیر نباشد ؛ در این صورت استفاده از سیستم های برودتی برای تامین راحتی محیط ، ضروری است. نکته : رطوبت هوا مقدار آبی است که به شکل بخار در هوا موجود است . نکته : هر چه هوا گرم تر باشد ، بخار آب بیش تری را در خود نگه می دارد.

رطوبت مطلق :

وزن بخار آب موجود در هر متر مکعب هوا بر حسب گرم بر متر مکعب

رطوبت مخصوص :

وزن بخار آب موجود در هر کیلوگرم هوا بر حسب گرم بر کیلوگرم فشار بخار : فشاری است که در اثر رطوبت در هوا ایجاد می شود . فشار بخار آب برحسب میلی متر جیوه ، اندازه گیری می شود .

• بارندگی
• نقطه شبنم

اگر دمای محیطی آن قدر کاهش پیدا کند که رطوبت نسبی به ۱۰۰ درصد برسد ، درجه حرارت محیط را نقطه شبنم می گویند. اگر مقدار مشخصی از هوا با درصد مشخصی از رطوبت نسبی به مرور زمان سرد شود ، رطوبت نسبی افزایش پیدا می کند و در یک درجه که به آن نقطه شبنم می گویند ، رطوبت نسبی به ۱۰۰ درصد می رسد . اگر این هوا باز هم سرد تر شود ، دما به پایین نقطه شبنم می رسد و مقدار بخار آب اضافی به شکل قطرات آب و باران ظاهر می شود .

• تاثیر رطوبت هوا بر محیط

رطوبت باعث کاهش دمای هوای خشک می شود . خنک نمودن هوا به وسیله افزایش رطوبت با وسایل مکانیکی یا طبیعی ( گیاه کاری سطوح و آب نما و فواره … ) صورت می گیرد . رطوبت در ساختمان ممکن است نتیجه عواملی چون نفوذ باران در دیوار ها و سقف ، نفوذ باران در سطوح داخلی از درز پنجره ها ، ایجاد تعرق ناشی از وسایل رطوبت زای داخلی بر روی سطوح داخلی و نفوذ آب های تحت الارضی از کف دیوار ها باشد . در عمل ، نفوذ باران در دیوار ها نتیجه اثرات عواملی گوناگون از قبیل فشار اسمزی ، وزش باد و نیروی جاذبه است که نسبت اهمیت هر یک از این عوامل برای دیوار های مختلف متفاوت است.عمده ترین و بیش ترین نفوذ آب به داخل مصالح ساختمانی هنگامی روی می دهد که باد و باران با یکذیگر توام شوند ؛ در چنین حالتی شدت نفوذ آب باران به داخل دیوار هایی که رو به باد هستند ، بسیار بیش تر از بقیه دیوار ها می باشد . نکته : هر چه هوا گرم تر شود ، می تواند بخار آب بیش تری را در خود نگه دارد . نکته : هوای اشباع شده هوایی است که با ظرفیت کامل در خود بخار آب داشته باشد. رطوبت نسبی چنین هوایی ۱۰۰درصد است . نکته : اگر سطحی که در آن بخار آب وجود داشته باشد ، سرد تر از دمای محیط باشد ، بر روی آن سطح ، تعرق ایجاد می شود . قطرات آبی که در اثر تعرق بر روی سطوح داخلی ساختمان تشکیل می گردد نیز ممکن است به داخل دیوار نفوذ کرده و میزان رطوبت دیوار را بالاتر ببرد . نکته : عمده ترین عواملی که در ایجاد و دوام تعرق در یک ساختمان ، تاثیر دارند عبارت اند از : فشار بخار هوای داخلی ، دما و نفوذ پذیری سطوح داخلی و قابلیت انتقال بخار در دیوارها . در دیوار های سنگین نفوذ پذیر برای عدم نفوذ رطوبت به داخل ، بایستی در سطح خارجی دیوار از اندود ها وورق های دافع آب استفاده کرد . البته به شرطی که این مصالح از تبخیر آب موجود در سطح خارجی دیوارها جلوگیری ننماید . در دیوار های تو خالی هیچ اتصالی نباید بین جدار خارجی و جدار داخلی دیوار موجود باشد تا رطوبت به داخل نفوذ نکند و برای اینکه بتوان لایه خارجی را از مصالح نفوذ ناپذیر ساخت ، بایستی هوای بین دو لایه را تهویه یا تعویض نمود .

• جریان هوا

جریان هوا در یک فضا با سرعت و جهت آن مشخص می شود . هدایت باد به داخل بنا ، در یک منطقه می تواند در قسمتی از سال مطلوب و در مواقع دیگر نامطلوب باشد . از این رو کنترل جریان هوا در اطراف و داخل بنا می تواند در رفتار حرارتی آن بنا اثر مثبت یا منفی بگذارد . در مناطقی که تابستان ها زیاد گرم نیست ، هدایت جریان باد به داخل بنا باعث کاهش شدت گرما در فضای داخلی بنا می شود . از آنجا که اصولا استفاده از دستگاه های برودتی مستلزم پرداخت هزینه می باشد ، از این رو استفاده از جریان طبیعی هوا نه تنها مطلوب است ، بلکه مقرون به صرفه نیز می باشد . از جهت دیگر جریان باد به اطراف ، و در داخل بنا در زمستان می تواند زیان بار و نامطلوب باشد . باد سرد در اطراف بنا باعث افزایش انتقال حرارت از داخل به خارج بنا می شود . از این رو برای کاهش یا جلوگیری از برخورد باد های مستقیم زمستانی با ساختمان ، از بادشکن های مصنوعی یا عوامل طبیعی مانند درخت استفاده می شود . آب و هوای یک منطقه و در مقیاس کوچک تر ، کیفیت فضای یک بنا بر سلامتی انسان موثر است . این اثر هم جنبه فیزیولوژی و هم جنبه روانی دارد : از این رو تهویه یکی از عوامل موثر در طراحی معماری به شمار می رود . یکی از وظایف طراح آن است که مطلوب ترین محیط داخل و خارج را برای فعالیت ساکنین فراهم کند . به عبارت دیگر ، هدف طراح فراهم نمودن محیط راحت برای فعالیت های مختلف باشد . البته مفهوم راحتی به این نحو تعبیر می شود که فضاهای طراحی شده هیچ گونه اثر منفی بر افراد سالمی که در فضا هستند ، نگذارد . این تعبیر را بدین نحومی توان گسترش داد که درجه حرارت ( دمای ) هوا ، رطوبت ، تشعشع و جریان هوا در یک بنا می تواند بر راحتی جسمی و روانی افرادی که در آن فضا زندگی یا کار می کنند ، اثر منفی یا مثبت بگذارد . برای طراحی یک فضای مطلوب باید همه ی عوامل فوق هم زمان در نظر گرفته شود : البته بدون در نظر گرفتن نوع سیستم تهویه ای که در نهایت ممکن است در بنا استفاده شود . برای طراحی یک واحد مسکونی راحت و مطلوب لارم است که طراح با واکنش های حرارتی که در انسان سالم صورت می گیرد و حالتی که در آن انسان از نظر جسمی و روانی احساس راحتی و آسایش می کند ، آشنا باشد . در واقع شناخت تولید انرژی حرارتی و نحوه جذب و دفع حرارت که در بدن انسان سالم صورت می گیرد ، حایز اهمیت است . چگونگی تولید انرژی حرارتی در بدن انسان سالم و دفع آن به منظور مشخص نمودن محدوده راحت برای ساکنین ، طراح را در انتخاب و نوع سیستم تهویه یاری می دهد . برای تنظیم محدوده نسبی راحت ( از نظر حرارت و برودت ) اصولا دو روش که مکمل یکدیگر می باشند ، در نظر گرفته می شود . روش اول سعی بر این است که شرایط حرارتی فضای مورد نظر در محدوده راحتی به نحوی حفظ شود و در روش دوم سعی می شود که از شرایط حرارتی یا عوامل جوی برای تنظیم محدوده راحتی استفاده شود . در طراحی ساختمان هایی که از انرژی خورشید استفاده می شود ، محدوده راحتی اهمیت بیش تری پیدا می کند . به عبارت دیگر وقتی انرژی حرارتی خورشید که باید به نحوی جذب ، ذخیره و در نهایت به فضا های مورد نظر انتقال یابد ، در نظر گرفتن محدوده راحتی به استفاده معقول از حرارت دخیره شده کمک می نماید . نکته : میزان تابش خورشید ، تعیین کننده میزان فشار هوا در نتیجه میزان دما در هر نقطه از زمین است . نکته : هوا ، عبور دهنده طیف های خورشید بوده و مستقیما دمای آن افزایش نمی یابد ؛ اما لایه های هوا که در اثر تماس با سطح زمین است ، گرم می شود و سپس لایه های گرم شده هوا ، گرمای خود را از طریق جا به جایی به لایه های بالاتر منتقل می کند .

• نسیم های دریا به خشکی

در مناطق ساحلی در روزهای هوای روی خشکی ، گرم تر از هوای روی دریا می شود و این اختلاف دما باعث می شود ، هوای روی خشکی که گرم تر ( سبک تر ) است بالا رفته و هوای روی دریا به سمت خشکی آمده و جای آن را بگیرد و این جا به جایی هوا باعث ایجاد نسیم دریا به خشکی می شود . شب هنگام ، برعکس این فرایند رخ می دهد . پس از غروب آفتاب ، ساحل گرمای خود را از دست می دهد و سرد می شود ؛ اما آب ( به دلیل داشتن ظرفیت حرارتی بالا ) همچنان گرم باقی می ماند و هوای روی دریا گرم تر ( سبک تر ) بالا رفته و هوای سرد روی ساحل جای آن را می گیرد و بدین ترتیب جریان هوا ( نسیم ) از ساحل به دریا می وزد .

• بادهای موسمی ( فصلی )

به دلیل آنکه سطح دریا ها آهسته تر از سطح زمین ، تحت تاثیر تابش آفتاب گرم می شوند ، میانگین درجه حرارت بالای خشکی ها در تابستان بالاتر و در زمستان پایین تر از میانگین درجه حرارت هوای بالای دریاهاست . بادهای موسمی در تابستان از دریا به خشکی و در زمستان از خشکی به دریا می وزد و آن به دلیل اختلاف دمای دریا و خشکی است . نکته : نسیم های دریایی همیشه در تابستان از دریا به ساحل و در زمستان از ساحل به دریا می وزد و در روز از دریا به ساحل و در شب از ساحل به دریا می وزد.

• بادهای محلی

مهم ترین اصل در جریان هوا در یک منطقه ، اختلاف دمای میان دو نقطه در آن منطقه است . در مناطق کوهستانی نیز همین امر باعث به وجود آمدن بادهای محلی می شود . در طول روز که هوای سطح مجاور کوه ها گرم تر از هوای جو است ، به طرف بالا حرکت کرده و در شب عکس این فرایند اتفاق می افتد و این جا به جایی هوا باعث به وجود آمدن بادهای شدید در مناطق کوهستانی و دره ها می شود . جهت این باد ها در مناطق کوهستانی در روز از پایین دره به بالای کوه و در شب از بالای کوه به پایین دره است .

• تهویه

به طور کلی تهویه طبیعی دارای سه عملکرد مختلف در ساختمان است که به ترتیب عبارت اند از : تهویه برای سلامت : تامین هوای قابل تنفس در داخل ساختمان به وسیله جانشین ساختن هوای تازه خارجی به جای هوای کثیف و مصرف شده داخلی . تهویه برای آسایش : بالا بردن میزان کاهش دمای اضافی بدن از طریق تبخیر نمودن غرق ایجاد شده بر روی پوست و همچنین از طریق برطرف نمودن ناراحتی که در اثر خیس شدن بدن از عرق به وجود می آید . تهویه برای خنک کردن ساختمان : ایجاد آسایش فیزیکی در داخل ساختمان به وسیله خنک نمودن جسم ساختمان که هوای داخلی گرم تر از هوای خارجی است . در مناطق گرم یا در ماه هایی که هوا گرم است ، وظیفه اصلی تهویه این است که با عبور دادن هوا در اطراف بدن ، باعث تبخیر سریع عرق جمع شده بر روی پوست شده و بدین طریق به خصوص در مناطق گرم و مرطوب باعث کاهش دمای موثر از طریق بخار شدن عرق گردیده و ایجاد آسایش نماید . نکته : وزش باد عامل موثر و تعیین کننده حرکت هوا در داخل ساختمان محسوب می گردد . هنگامی که باد به صورت عمودی بر یک ساختمان مستطیل شکل می وزد ، دیوار های مقابل باد تحت فشار و دیوار های پشت به باد تحت مکش یا فشار منفی قرار می گیرند . نکته : اگر باد به شکل مایل به ساختمان بوزد ، دو سطح مقابل باد تحت فشار و دو سطح پشت به باد تحت مکش قرار خواهند گرفت . نکته : بام ساختمان همیشه در منطقه مکش قرار می گیرد . نکته: مناسب ترین تهویه زمانی ایجاد می شود که جهت وزش باد نسبت به پنجره مایل باشد . با توجه به مطالعاتی که انجام شده اگر باد به صورت مایل به پنجره های رو به باد بوزد و از پنجره دیگر خارج شود ، مطلوب تر از حالتی است که به صورت عمود وارد و بدون هیچ گونه تغییر مسیری خارج شود واگر از پنجره های جانبی استفاده می شود ، بهتر آن است که باد عمود بر سطح پنجره ها بوزد . برای اتاق هایی که فقط امکان کارگذاری یک پنجره در آن در یک سطح دیوار مقدور باشد ، برای کوران مطلوب لازم است در کنار پنجره و یا پنجره های یک سطح از تیغه های عمودی استفاده نمود . باید جهت پنجره ها نسبت به جهت باد مایل باشد ، تا بیش ترین کوران صورت گیرد . نکته : در اتاق هایی که کوران ایجاد می شود برای افزایش سرعت جریان هوا لازم است ، پنجره پشت به باد بزرگ تر از پنجره رو به باد باشد .

• ارتفاع و سرعت ( جریان هوا )

سرعت جریان هوای مطلوب برای تهویه به نوع فضا ، دمای هوا ، رطوبت هوا و فعالیت های فیزیکی که در یک فضا صورت می گیرد ، بستگی دارد و جهت ایجاد بهترین شرایط تهویه ،مطلوب است هوا در پیرامون بدن جریان یابد . مثلا ارتفاع جریان هوا در یک اتاق نشیمن ۷۰ تا ۱۲۰ سانتی متر و در اتاق های خواب ۵۰ تا ۷۰ سانتی متر و فضاهای اداری و کلاس ها ۱۲۰ تا ۱۷۰ سانتی متر ، از کف در نظر گرفته می شود .

• بادگیر

بادگیر از عناصر تفکیک ناپذیر معماری سنتی مناطق گرم ایران به شمار می رود . استفاده از بادگیر علاوه بر فلات مرکزی ایران ، در کشور های مصر ، عراق ، کشور های حاشیه خلیج فارس ، افغانستان و پاکستان رواج داشته است . اما آنچه که مسلم است ، بادگیرهای فلات ایران از لحاظ فرم و عملکرد بی نظیر هستند . در فلات ایران بادگیر ها با اشکال و فرم های مختلف ساخته شده اند . شهر های مرکزی و جنوبی کشور دارای متنوع ترین و بیش ترین باد گیرها هستند . نحوه ساخت بادگیرو فرم آن از ارتفاع و جهت باد مطلوب تبعیت می کند . قبل از اختراع کولر ، بادگیر به شکل گسترده ای در بناهای مختلف مسکونی ، مذهبی و خدماتی مورد استفاده بوده است . با اینکه امروزه استفاده از کولر وسعت زیادی در شهر های مختلف یافته است ، اما هنوز هم استفاده از بادگیر در اقلیم ( گرم و خشک ) و نواحی مرکزی ایران مثل : یزد ، کاشان ، کرمان ، طبس ، سمنان و اصفهان و در نواحی جنوبی و گرم و مرطوب کشور چون شهر هایی : بوشهر ، بندرعباس ، بندر لنگه و قشم رواج دارد . شهر یزد به شهر بادگیر ها معروف است و دارای بادگیرهای بیش تری نسبت به دیگر شهر های مرکزی ایران است . بادگیر باغ دولت آباد ، یکی از نمونه های برجسته به شمار می رود . از مشخصه های بادگیر دولت آباد یزد می توان به ارتفاع چشم گیر آن که به ۳۴ متر می رسد ، اشاره کرد . این بادگیر هشت طرفه بوده و از هر جهتی باد را به درون بنا هدایت می کند . نکته : با افزایش ارتفاع بادگیر علاوه بر افزایش سرعت و میزان جریان باد به داخل بادگیر ، مقدار ورود گرد و خاک از دهانه بادگیر به حداقل می رسد . در برخی دیگر از شهر های استان یزد مانند میبد که باد های کویری دارای گرد و غبار است ، بادگیر ها یک طرفه و پشت به باد های نامطلوب می وزد . اما در شهر یزد به دلیل واقع شدن در بین دو رشته کوه ، میزان وزش باد های کویری به حداقل می رسد و می توان بادگیر های مرتفع با دهانه های متعدد و چند طرفه احداث کرد . در برخی از مساجد حاشیه کویر ، دریچه کانال بادگیر در بالای محراب واقع است و بدین ترتیب باد مطلوب از طریق کانال روی محراب ، وارد بخش های مختلف مسجد شده و امکان تهویه و خنکی فضا ها را فراهم می کند . از مساجدی که به این حالت تهویه و خنک می شوند ، می توان به مسجد قدیمی اردکان و مسجد جامع فیروز آباد در استان یزد اشاره نمود . نکته : در خانه های مسکونی چهار فصل که دارای حیاط مرکزی اند ، بادگیر در بخش تابستان نشین (جبهه جنوبی) بنا احداث می شود و بادگیر های احداث شده با فضاهایی چون اتاق نشیمن ( تالار ) سرداب یا زیرزمین خانه مرتبط است . از نمونه کامل خانه های چهار فصل می توان به خانه بروجردی ها در کاشان اشاره کرد . در خانه های چهار فصل اتاق زیر بادگیر که حوض و فواره دارد ، به فرم هشت ضلعی است و هر ضلع آن با اتاق های بنا مرتبط است و هر لحظه که نیاز به خنک کردن اتاق خاصی باشد ، درب بین آن اتاق و هشتی ، زیر بادگیر باز می شود .

• عملکرد بادگیر

اصولا عملکرد بادگیر بر این اساس نهاده شده است که ، باد مطلوب را گرفته و برای خنک سازی و تهویه ، باد را به فضا هایی چون اتاق های اصلی ساختمان ، آب انبار ها یا سرداب ها هدایت می کند . دهانه ای از بادگیر که رو به باد ساخته می شود ، تحت فشار مثبت + است و دهانه پشت به باد در ناحیه مکش ، ( فشار منفی – ) قرار می گیرد . تیغه وسط بادگیر منطقه فشار را از منطقه مکش جدا می کند . بادی که از دهانه رو به باد وارد می شود ، به تیغه عمودی وسط بادگیر برخورد کرده و از طریق کانال رو به باد به فضاهای داخلی هدایت می شود . لازم به ذکر است که گروهی از بادگیر ها فقط از طریق جا به جایی هوا باعث خنک شدن فضاهای داخلی می شوند اما برخی دیگر علاوه بر جا به جایی هوا با ایجاد برودت تبخیری و از طریق تبخیر ، خنکی فضا های داخلی را فراهم می کند . در زیر کانال بادگیر ، یک حوض پر از آب احداث می شود و باد وارد شده از کانال بادگیر با عبور از روی آب حوض ، باعث افزایش برودت هوا از طریق تبخیر آب موجود در حوض می شود . رطوبت حاصل از تبخیر حوض در هوای خشک منطقه حایز اهمیت زیادی است . هوایی که در فضا های داخلی مورد استفاده واقع شده ، و گرمای محیط را گرفته ، به دلیل سبکی وزن هوا و مکش ایجاد شده از طریق کانال پشت به باد با سرعت زیادی خارج می شود تا هوای تازه از طریق دهانه رو به باد جایگزین هوای مصرف شده فضا های داخلی شود . نکته: همان گونه که ذکر شد ، با احداث بادگیر علاوه بر ایجاد جا به جایی هوا ، می توان با احداث حوض و فواره زیر کانال بادگیر به ایجاد برودت تبخیری و خنک شدن فضا های داخلی کمک کرد . از روش های دیگر برودت تبخیری ، آن است که در برخی موارد در دهانه مقابل باد باگیر از مصالحی چون پوشال ، حصیر ، سفال و یا بوته های خار استفاده می کردند و با پاشیدن آب بر روی این مصالح به افزایش برودت هوای ورودی کمک می کردند . لازم به ذکر است که پوشال موجود در بدنه کولر های امروزی همان نقش پوشال های دهانه بادگیر را ایفا می کند . از مشخصه های دیگر بادگیر می توان به اثر دودکش آن اشاره کرد . هنگامی که باد جریان نداشته باشد ، هوای گرم فضا های داخلی به دلیل سبکی وزن صعود کرده و از طریق کانال بادگیر به خارج بنا هدایت می شود و یک جریان هوای یک طرفه از داخل به بیرون ساختمان ایجاد می شود . بدیهی است که در این حالت ، سرعت خروج باد کم تر از مواقعی است که باد در محیط خارجی جریان داشته باشد . لازم به ذکر است در مناطقی که وزش باد مطلوب ندارد ، بادگیر های یک دهانه پشت به باد نامطلوب احداث شده است و با وجود مکش در دهانه ای که پشت به باد دارد ، هوای گرم داخل به بیرون مکیده می شود .

• عملکرد چوب بست های متصل به دهانه بادگیر ها

در اغلب موارد ، بادگیر ها دارای چوب بست هایی هستند که دیوار های بادگیر را به هم وصل می کند و دو سر این چوب در بست ها از طرفین بادگیر بیرون می زند . چوب بست های ذکر شده با هدف افزایش مقاومت و استحکام بادگیر ها در مقابل فشار باد تعبیه می شوند و با نقش کششی که دارند ، از جدا شدن پره های داخلی و بدنه بادگیر جلوگیری می کنند . اگر کش های چوبی ذکر شده قطر و ضخامت کافی داشته باشند ، می توان از دو انتهای بیرون زده به عنوان داربست برای مرمت بادگیر بهره جست .

• سرمایش تبخیری

تبخیر ، تغییر فیزیکی آب از حالت مایع به بخار است . این تغییر فیزیکی همراه با جذب گرمای محیطی است که در آن محیط آب به بخار تبدیل شده است . سرمایش حاصل از این فرایند را سرمایش تبخیری می گویند . نکته : آب جهت تغییر حالت به بخار ، مقدار زیادی گرما جذب می کند . به مقدار گرمایی که باعث می شود تا آب در دمای مشخص به بخار آب در همان دما تبدیل شود ، گرمای نهان تبخیر می گویند . در طراحی معماری جهت ایجاد سرمایش تبخیری ، عموما از حوض های پر از آب و یا فواره استفاده می شود . در این روش عبور جریان هوا از روی سطح آب باعث تبخیر آب و سرمایش تبخیری می شود . در اقلیم گرم و خشک با ایجاد حوض ها ، فواره ها و سطوح گل کاری شده در حیاط مرکزی به میزان قابل توجهی از دمای هوای خشک محیط به روش سرمایش تبخیری کاسته شده و رطوبت هوای حیاط افزایش می یابد . نکته : در سرمایش تبخیری ، میزان تبخیری که در سطح آب و سطوح خیس صورت می گیرد به عواملی چون : دمای هوا ، دمای سطح خیس ، میزان رطوبت هوا و سرعت جریان هوای عبوری از روی سطح خیس بستگی دارد .