اقلیم‌ها، معماری ناهمگون و معمای بهینه‌سازی انرژی

 اشاره: اهمیت تاثیر اقلیم بر معماری، انجام مطالعات و پژوهش‌های جامعی را در این زمینه ایجاب می‌کند. به ویژه در کشور ما که تنوع شرایط اقلیمی ‌در آن کاملا مشهود است و انجام تحقیقات گسترده در این زمینه امری اجتناب‌ناپذیر است. میزان متفاوت وترکیب گوناگون عوامل اقلیمی ‌که خود ناشی از تفاوت موقعیت جغرافیای مناطق مختلف است، ‌حوزه‌های اقلیمی‌ متفاوتی در ایران پدید آورده که هر یک ویژگی‌های خاصی دارد. محیط زیست، شهرها وحتی بناهای مربوط به این حوزه‌های اقلیمی، ویژگی‌های خاصی متناسب با شرایط اقلیمی ‌خود به دست آورده‌اند. در این پژوهش سعی شده که در آغاز طبقه‌بندی‌های سنتی و نوین اقلیم‌شناسی مورد بررسی قرار گیرد تا ایده‌های درستی برای شناخت پهنه‌های اقلیمی‌ بدست آید. بعد از شناخت نواحی اقلیمی ‌میزان انطباق معماری را با این نواحی در کشورمان مورد بررسی قرار دادیم. نتایج بدست آمده نشان داد که در اکثر مناطق معماری شهری و روستایی بدون توجه به نیاز اقلیمی‌ طراحی شده و فقط زیبایی کالبدی مورد نظر بوده است. هدفاین پژوهش، تعیین حوزه‌های مختلف اقلیمی ‌ایران در ارتباط با معماری و ارائه اطلاعاتی است که برای دست‌یابی به طرح‌های منطقی معماری وهماهنگ با اقلیم مورد نظر است.

معماری واقلیم، پیوندشان بیشتر به رابطه نوزاد وآغوش می‌ماند، یا نسبت هر رستنی با خاک معماری و اقلیم، دو سیستم انسان ساخت و طبیعی هستند که تأثیرگذاری تنگاتنگی بر یکدیگر دارند. اقلیم تا آنجا که با آسایش انسان رابطه برقرار می‌کند نتیجه‌ی عواملی چون تابش آفتاب، دما و رطوبت هوا، وزش باد و میزان بارندگی است. اقلیم هر مکان جغرافیایی، شرایط مناسب ویژه‌ای دارد که در عین حال، محدودیت‌هایی را نیز در زمینه‌ی طراحی شهری به همراه دارد. شناخت دقیق اقلیم مکان موردنظر در مقیاس کلان و خرد به شناخت توانمندی‌ها و محدودیت‌های اقلیمی ‌مؤثر در طراحی و بهره‌برداری مناسب فضاهای شهری می‌انجامد. در طراحی فضاهای مختلف شهر نظیر ساختمان‌ها، فضاهای سبز، معابر و غیره. علاوه بر توجه به کیفیت‌های عملکردی، بصری و زیباشناختی، عنایت به نوع اقلیم شهر و رعایت ضوابط طراحی اقلیمی ‌ضروری است که عدم توجه به این مسأله، مشکلات خاصی را در شهر و فعالیت‌های شهری ایجاد می‌کند؛ جلوگیری از جریان هوای مطبوع در شهر و ساختمان‌ها، بهره‌مندی نامتوازن بناها از نور و روشنایی طبیعی و آب گرفتگی معابر از آن جمله‌اند. تعیین دقیق حوزه‌های اقلیمی در سطح کشور و دستیابی به مشخصات اقلیمی ‌مناطق مختلف، در ارائه طرح‌های مناسب و هماهنگ با اقلیم هر منطقه اهمیت فراوانی دارد. به همین منظور در ابتدا به ارائه و مقایسه دو روش طبقه‌بندی اقلیمی‌ می‌پردازیم.

روش‌های طبقه‌بندی اقلیمی

1- روش‌های سنتی

روش‌های طبقه‌بندی سنتی بسیار متنوعند. با این حال در همه آنها می‌توان ویژگی مشترکی را پیدا کرد. به عنوان مثال اولین ویژگی روش‌های سنتی این است که در این روش‌ها تعداد معدودی از عناصر اقلیمی‌ که معمولا شامل دما و بارش است برای شناسایی نواحی اقلیمی‌ به کار می‌روند. برای مثال در طبقه‌بندی دومارتن دما و بارش سالانه اساس مرز‌بندی اقلیمی‌ را تشکیل می‌دهند و در روش ایوانف بارش و تبخیر که خود تابعی از دما و رطوبت نسبی است در نظر گرفته شده است. بر‌این اساس اگر اقلیم دو محل از لحاظ عناصر منظور شده یکی باشد طبعا این دو محل در یک طبقه‌بندی آب و هوایئ قرار می‌گیرد. هر چند ممکن است آب و هوای آنها از جهت دیگر عناصر اقلیمی ‌با هم متفاوت باشند زیرا هیچ تضمینی وجود ندارد که تفاوت‌های اقلیمی ‌یک مکان تنها از لحاظ عناصری باشد که در طبقه‌بندی لحاظ شده باشند. به عنوان مثال دما و بارش سیستان با دما و بارش ایران مرکزی تفاوت آشکاری ندارند بنابراین در بیشتر روش‌های طبقه‌بندی سنتی در یک طبقه اقلیمی ‌جای می‌گیرند. در حالی که می‌دانیم اقلیم سیستان به دلیل وزش بادهای صد و بیست روزه از جهت باد و غبار تفاوت آشکاری با ایران مرکزی دارد و این تفاوت آن چنان بزرگ است که نمی‌توان آنها را در یک طبقه اقلیمی‌ جای داد. از این گذشته در مناطق مختلف، عنصری که مرزهای آب و هوایی را تعیین می‌کنند متفاوتند. به عنوان نمونه بارزترین وجه تمایز اقلیم سیستان از دیگر نقاط ایران گردو غبار و بادهایی است که در این منطقه می‌وزند. ویا بارزه مشخص اقلیم جنوب گرمای بیش از اندازه آن است. برای کرانه‌های خزر ابرناکی و بارش مهمترین تفاوت اقلیمی ‌این ناحیه با دیگر نواحی ایران است. ویژگی دیگری که در روش‌های طبقه‌بندی سنتی است این است که مرز بین انواع آب و هوا‌ها از قبل تعیین شده و تا اندازه‌ای سلیقه‌ای است. به عنوان نمونه در طبقه‌بندی دومارتن مناطقی که شاخص رطوبتی آنها کوچکتر از ده باشد در طبقه اقلیمی ‌خشک قرار می‌گیرند. یا در روش ایوانف اگر اقدام به طبقه‌بندی اقلیمی‌ مناطق ایران بنمائیم بخش بزرگی از زاگرس همانند بخش‌های جنوبی و شرقی کشور در یک طبقه اقلیمی‌ جای می‌گیرند در حالی که تفاوت اقلیمی ‌این نواحی بسیار آشکارند. برای فهم بیشتر مطالب فوق طبقه‌بندی اقلیمی‌ ایوانف را برای مناطق اقلیمی‌ ایران ذکر می‌کنیم تا نواقص روش‌های طبقه‌بندی سنتی بیشتر مشاهده شود در ایران هر شش اقلیم ایوانف دیده می‌شود اما به نظر می‌رسد آستانه‌های شاخص رطوبتی او برای ایران مناسب نیست زیرا تبخیر را با توان دوم دما مرتبط دانسته به همین دلیل در مناطق سرد که دمای آنها زیر صفر است (مقدار تبخیر بیش از اندازه) برآورد شده است.

2- روش‌های نوین در طبقه‌بندی اقلیم مناطق

با پیشرفت روش‌های آماری و ظهور نرم‌افزارهای کاربردی در اقلیم‌شناسی و انجام روش‌های تحلیلی چند متغییری دریچه تازه‌ای بر اقلیم‌شناسان باز شد. امروزه بکارگیری روش‌های تحلیل عاملی، تحلیل خوشه‌ای، تحلیل مؤلفه اصلی، تحلیل فازی و توابع متعامد تجربی در مطالعات اقلیمی ‌بسیار رایج است. در روش‌های نوین طبقه‌بندی آب و هوائی که تا حد زیادی ماهیت آماری دارد داده‌های اقلیم‌‌شناسی تعیین‌کننده مرز نواحی آب و هوایی هستند و سلیقه محقق تعیین‌کننده نیست و تعداد عناصری که می‌تواند در پهنه‌بندی شرکت کنند محدود نیستند. در ایران جدیدترین و کاملترین طبقه‌بندی اقلیمی ‌را دکتر مسعودیان در مورد پهنه‌های اقلیمی ‌ایران بر اساس پارامترهای اصلی مانند دما- رطوبت – بارش – سمت و سوی باد- گردو غبار- و زاویه تابش خورشید انجام داد و در یک تقسیم‌بندی جامع ایران را به هشت ناحیه اقلیمی ‌کلان به شرح ذیل تقسیم کردند:

۱- اقلیم بلندی‌ها ۲- اقلیم کوهپایه غربی ۳- اقلیم کرانه‌های غربی خلیج فارس ۴- اقلیم دامنه‌های شمالی البرز ۵- اقلیم کرانه‌های خزر ۶- اقلیم کوهپایه‌های شرقی ۷- اقلیم فلات شرقی ۸- اقلیم کرانه‌های عمان

مروری بر متون نگاشته شده در زمینه بهینه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان نشان می‌دهد، مدتهاست نگاه بیشتر مهندسین و محققان بر تصحیح روش‌های طراحی ساختمان (تک بنا)معطوف شده است. اگر چه این امربسیار ارزشمنداست اما نباید فراموش کرد در کنار هر گونه جزیی‌نگری باید نگاهی نیز به کلیت‌ها داشت. به بیان دیگر باید توجه داشت، علاوه بر آنکه می‌بایست هر یک از بناهاوساختمان‌ها(به تنهایی ) به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که کمترین میزان اتلاف انرژی را داشته باشند(یا اصولاً اتلاف انرژی نداشته باشند). باید به خاطر داشت که لازم است، قرار‌گیری ساختمان‌ها در کنار یکدیگرنیز در این راستا صورت گیرد تا از انرژی خورشیدی نهایت بهره را داشته باشند. در واقع شهرسازی و ضوابط مربوط به آن نیز باید در خدمت این هدف باشد)یا حد اقل تأثیر سوء نداشته باشد( به بیان دیگر رواج ساخت وساز برمبنای طراحی هماهنگ با اقلیم، زمانی می‌تواند بر کاهش اتلاف انرژی تأثیر مطلوب داشته باشد که زمینه (context) و بستر آن در کالبد شهر فراهم باشد. چرا که از سویی درصد قابل توجهی از جمعیت در شهرهای بزرگ و کلان شهرها سکونت دارند یا به کار مشغولند، و از سویی دیگر بیشترین در صد ساخت و ساز‌ها نیز در شهر‌ها انجام می‌گیرد و به تبع این امر بخش اعظم معضل اتلاف انرژی در ساختمان‌ها نیز منوط ومرتبط بامسأله اسکان در شهر وشهر‌نشینی است.

از آن جایی که نا‌همگونی ارتفاع ساختمان‌های همجواردر نحوه قرار‌گیری واحد‌های همسایگی موجب اتلاف انرژی در ساختمان می‌شود، بی‌نظمی ‌ارتفاع ساختمان‌هایی که در یک ردیف و در یک بلوک شهری ساخته می‌شوند، سبب می‌شود حجم کلی برخی از ساختمان‌ها در شرایطی قرار گیرد که بخشی از ساختمان از دو طرف و بخشی دیگر از چهار طرف در تبادل حرارتی با محیط پیرامون قرار گیرد. به این ترتیب حجم کلی یک ساختمان به دو بخش با دمای بیشتر و کمترتقسیم می‌شود ودر این شرایط است که به طور طبیعی انتقال حرارت از فضای گرمتر به فضای سردتر اتّفاق می‌افتد اما در صورت هماهنگی ارتفاع ساختمان‌های همجوار انتقال انرژی حرارتی از این طریق بسیارکمتر می‌شود به این ترتیب ناهماهنگی ارتفاع ساختمان‌های همجوار، موجب اتلاف بخشی از انرژی مصرف شده جهت ایجاد گرما در داخل ساختمان‌ها می‌شود. البته ممکن است در نگاه نخست، میزان اتلاف انرژی از این طریق ناچیز به نظر برسد اما زمانی که به خاطر می‌آوریم در بخش اعظم کلان شهر‌هایی مثل تهران چنین ساخت و سازی انجام شده و ارتفاع ساختمان‌ها بسیارناهماهنگ است و نیز با در نظر گرفتن جمعیت دوازده میلیون نفری تهران )درطول روز(و مصرف انرژی این جمعیت، به سادگی به اهمیت موضوع پی می‌بریم. همچنین نگاهی مجدد به نحوه شهرسازی در شهر‌های تاریخی ایران – همانند شهرها دراقلیم گرم و خشک- وتوجه به ارتفاع واحد‌های همسایگی، اهمیت این مطلب را بیش از پیش نشان می‌دهد و قابل درک می‌کند. درکالبد بافت قدیمی ‌شهر‌هایی همچون یزد، کاشان، .. . مشاهده می‌کنیم قرار‌گیری وا حد‌های مسکونی در کنار یکدیگر به گونه‌ای است که نوعی هماهنگی در ارتفاع ساختمان‌های همجوار دیده می‌شود. به بیان دیگر باید گفت همانگونه که معماری گذشته ایران، به دلیل هماهنگی مناسب با شرایط اقلیمی‌، می‌تواند در برخی مسایل راهگشای مناسبی برای طراحی‌های همساز با اقلیم در زمان معاصر باشد و اتلاف انرژی ساختمان‌ها)به صورت تک بنا( را در هماهنگی با محیط به حداقل برساند، مطالعه و بررسی مجدد شهرسازی گذشته ایران – در اقلیم‌های گوناگون – نیز می‌تواند در برخی از مسایل راهگشای حل معضلات کنونی، شهرسازی معاصر ما باشد.

عدم تناسب ارتفاع ساختمان‌ها با عرض گذر‌ها بی‌شک یکی از مسایل مهم در طراحی‌های همساز با اقلیم برای استفاده بهینه از حرارت خورشید در ایجاد آسایش درون ساختمان‌ها، دقّت درقرارگیری بازشوها، کنترلِ جهتِ آن‌ها نسبت به تابش خورشید در طول روز، ابعاد سایه‌بان‌ها و تناسبات آنهاست. اما دقت و بکار گیری این موارد در طراحی‌، تنها زمانی نتایج مطلوب را ارایه می‌کند که نحوه قرار‌گیری واحد مسکونی در محیط پیرامون، امکان استفاده از این انرژی را میسرسازد. به بیان دیگردر شهر‌های بزرگ – که اتفاقّاً بیشترین معضلات اتلاف انرژی را نیز دارند – فواصل میان واحد‌های مسکونی و ساختمان‌های دو طرف یک گذرمطلوب نیست )به این معنی که معمولاً اندازه عرض گذر، کوچه یا خیابان با اندازه ارتفاع ساختمان تناسب مورد نیاز را ندارد. یکی از پیامد‌های منفی این مطلب، عدم ایجاد بستر وزمینه مناسب جهت استفاده از نور طبیعی روز و حرارت ناشی از تابش خورشید در طبقات نخستین و پایین‌تر ساختمان‌هاست (در واقع عرض کِمِ‌گذر، کوچه یا خیابان نسبت به ارتفاع ساختمان‌ها، سبب می‌شود پیکره یک ساختمان بر ساختمان مقابل سایه افکند. به طوریکه گاهی یک واحد ساختمانی در طبقات همکف، اول - یا بعضاً طبقات بالاتر- به دلیل سایه ساختمان روبرو، در تمام طول روز حتی نور طبیعی مناسبی در یافت نکند، بنابر این در این واحد‌ها مسلماً نمی‌توان از انرژی حرارتی خورشید برای ایجاد دمای مطلوب در فضای درون، بهره برد. البته تا کنون هر گاه مسأله تناسب عرض گذر و ارتفاع ساختمان‌های اطراف در شهر‌ها مطرح شده است همواره مسأله دید ناظر، و پرسپکتیوخیابان، یا معضل اِشرافیت ناشی ازفواصل میان باز‌شوهای روبروبه هم و مواردی از این دست موردبحث بوده است اما باید دقت داشت درنظرگرفتن این مورد در قوانین ساخت و ساز درشهر، برنحوه استفاده از انرژی حرارتی خورشیدبرای ایجاد آسایش وایجاد گرمای مطلوب در یک واحد ساختمانی، تأثیر مستقیم دارد.

تبعات ناهمگونی قوانین معماری با اقلیم‌های گوناگون

یاد‌آوری تشابهِ ظاهری کالبد شهر‌های معاصر ایران که در اقلیم‌های گوناگون قرار گرفته‌اند شاید مبحثی تکراری به نظر آید اما واقعیتی است که تبعات منفی بسیار زیادی دارد. وخود این امرناشی از عدم توجه کافی در تدوین قوانین جامع شهرسازی شهر‌ها با اقلیم‌های متفاوت است. به بیان دیگر، قوانین ساخت و ساز در کلان‌شهر‌ها و شهرهای بزرگ ایران از جمله تهران، اصفهان، مشهد، شیراز، تبریز، بنرعباس و.. . یکسان است )البته تفاوت‌های بسیار جزیی با یکدیگر دارند( و این در حالی است که این شهر‌ها شرایط اقلیمی‌ بسیارمتفاوتی نسبت به یکدیگردارند. مطالبی که در سطور پیشین در مورد هماهنگی ارتفاع ساختمان‌ها، تناسب عرض گذر‌ها وارتفاع بناها، جهت قرار‌گیری باز شو و پنجره‌ها، دقت در بکارگیری مصالح در ساخت بناها، جا‌نمایی مناسب کار‌بری‌ها در سطح شهر غیره که بدان‌ها اشاره شد از جمله مواردی است که متناسب با اقلیم هر شهر، به تدوین خصوصیات ویژه و قابل محاسبه‌ای نیاز داردکه می‌بایست در قوانین شهر‌سازی هر شهر‌مد نظر قرار گیرد چرا که این مواردِ به ظاهر بدیهی، تأثیر مستقیم بر میزان کاهش اتلاف انرژی در ساختمان‌ها دارد. درواقع نادیده گرفتن ویژگی‌های اقلیمی‌ هر شهر در تدوین قوانین شهر‌سازی آن می‌تواند بزرگترین تأثیر منفی بر نحوه استفاده از انرژی در ساختمان‌ها را داشته باشد.

پیشنهادها و نتیجه‌گیری

1. معماران و طراحان شهری در ارتباط بیشتری با متخصصین اقلیم‌شناسی طرح‌های خود را پیاده کنند تا از اتلاف انرژی در ساختمان‌ها جلوگیری شود.
2. با توجه با اینکه کشور ما ایران از تنوع آب و هوایی زیادی برخوردار است لازم است که مکان‌یابی و احداث ساختمان‌ها در جهت‌های مناسب و با حداکثر دریافت انرژی خورشیدی در نظر گرفته شود تا از هدر رفت انرژی در بناها جلوگیری شود.
3. با توجه به اینکه مسیر حرکت خورشید در ماه‌های سرد سال، از جنوب شرق به جنوب غرب است، بهتر است اتاق‌های اصلی ساختمان و بازشوها در مناطق سردسیر کشور در جهت جنوبی قرار گیرند.
4. خیابان‌های اصلی و عریض شهر در امتداد شرقی – غربی احداث شود تا بتوانند در فصل سرد سال، حداقل در یک ضلع خود (شمالی) تابش آفتاب را داشته باشند و در فصل گرم سال در ضلع جنوبی خود سایه طولانی ایجاد نمایند.
5. استفاده ازپوشش‌های گیاهی به ویژه درختان خزان‌دار به منظور ایجاد سایه بر روی ساختمان وخنک‌سازی در مواقع گرم.
6. استفاده ازعایق حرارتی برای پنجره‌ها و به حداقل رساندن بازشوها در جهت شمالی، شرقی و غربی.

سخن آخر اینکه رواج ساخت وساز برمبنای طراحی هماهنگ با اقلیم، ‌زمانی می‌تواند بر کاهش اتلاف انرژی تأثیر مطلوب داشته باشد که زمینه و بستر آن در کالبد شهر فراهم باشد. از این رو این نوشتار نیز با نگاهی بر شهر‌سازی معاصر ایران، نحوه قرار‌گیری واحد‌های همسایگی نسبت به یکدیگر و چگونگی ایجاد پیکره کالبدی شهر را با تأکید بر موضوع اتلاف انرژی در ساختمان‌ها مورد بحث قرار دارد. و در این میان مسأله هماهنگی ارتفاع واحد‌های همسایگی و ساختمان‌های همجوار، تناسب عرض گذر‌ها و ارتفاع ساختمان‌ها، بکار‌گیری مصالح گوناگون در جداره خارجی بنا (نما)باتوجه به قوانین شهر‌داری و در نهایت مسأله توجه به شرایط اقلیمی‌ هر شهر در تدوین قوانین شهر‌سازی آن، تشریح شد. امید است باز‌نگری مجدد بر طرح‌های شهری و قوانین شهر‌سازی و رفع نواقص بتواند سبب ایجاد کالبد شهری مناسب و پدید آمدن زمینه مطلوب برای رواج ساخت، بناهای همساز با اقلیم شود تا میزان اتلاف انرژی در ساختمان‌ها کاهش یابد و آسایش بیشتری برای شهروندان حاصل شود. نگارنده امیدواراست این نوشتارگام مثبتی درجهت تقلیل اتلاف انرژی ومصرف سوخت درساختمان‌ها وتصحیح قوانین شهرسازی باشد.

پنجره ایرانیان-شماره71-شهریور92