استفاده از روش‌های طراحی معماری و شهرسازی برای صرفه‌جویی در مصرف سوخت و انرژی در ساختمان از هر دیدگاه و منظری که به آن نگاه کنیم، یک اصل و ضرورت مهم و اساسی چه در سطح ملی و چه در مقیاس بین‌المللی می‌باشد. قسمت اعظم مشکلات زیست محیطی که هم اکنون جهان با آن روبروست، مربوط به مصرف سوخت‌های فسیلی بویژه در بخش ساختمان می‌باشد. جدای از تاثیرات زیانباری که اتلاف انرژی و سوخت بر زیست بوم کره زمین دارد، از منظر اقتصادی اتلاف انرژی و سوخت یعنی از بین رفتن منابعی که می‌توانست جهت تعالی و رفاه افراد جامعه به مصرف برسد. بطورکلی اگر میزان اتلاف انرژی و سوخت در ساختمان‌ها را حداقل 30% در نظر بگیریم هر یک درصد صرفه‌جویی و جلوگیری از اتلاف آن منافع مادی عظیمی را برای کشور در بر دارد. این پژوهش بر مبنای مطالعات کتابخانه‌ای و به روش توصیفی - تحلیلی انجام شده است. در این راستا مقاله حاضر بر آن است تا ضمن بررسی اجمالی مفاهیم پایداری و ضرورت توجه به مبحث انرژی در مقوله پایداری، راهکارهای صرفه‌جویی و استفاده بهینه از انرژی در ساختمان‌های بلند مرتبه را معرفی نماید.

معماری ، انرژی ، بهینه سازی ، ساختمان

مقدمه

امروزه دستيابی به توسعه پایدار هدف بسياری از کشورهای جهان است. چراکه منابع انرژی در جهان محدود است. با توجه به رویکرد کشور برای کاهش وابستگی به منابع نفتی، و نياز به کاهش مصرف انرژی در بخش‌های مختلف صنعت و ساختمان و بالا بودن مصرف انرژی در ساختمان، آنها به عنوان اولين گزینه در زمينه توجه به راهکارهای صرفه‌جویی در مصرف انرژی محسوب می‌شوند. با توجه به اهميت این موضوع، در این مقاله سعی گردید به بررسی نقاط ضعف ساخت‌وسازهای موجود در شهر تهران پرداخته و با شناخت نقاط ضعف در مرحله طراحی و ساخت ساختمان، راهکارهایی در جهت کاهش مصرف انرژی در ساختمان ارائه شود [1].

امروزه محيط‌زیست، صرفه‌جویی در مصرف انرژی‌های فسيلی و توسعه پایدار به مباحث بسيار مهم و رایج در سطح بين‌المللی تبدیل شده‌اند. به طوری که حفظ منابع انرژی، جلوگيری از آلوده کردن زمين و محيط زیست، کاهش ميزان مصرف انرژی‌های فسيلی و هم‌زیستی با شرایط طبيعی و اقليمی مبدل به یکی از مهمترین تدابير در معماری و شهرسازی شده و معماران و شهرسازان را ملزم به رعایت اصول و قواعد خاصی در زمينه ساخت‌و‌ساز می‌کند [2]. متأسفانه افزایش مداوم جمعيت، کشورهای جهان را بيش از پيش با مشکل کمبود انرژی روبه‌رو ساخته و حيات بشر را تهدید می‌کند. شاید با کوشش مداوم دانشمندان، پرتو اميدی بر چهره حيات بر روی کره خاکی بتابد و بيم متلاشی شدن تمدن بشر در اثر کمبود انرژی و کثرت آلودگی محيط، از بين برود. در کشور غنی ایران با توجه به شرایط خاص اقليمی توجه به تمامی نکات فوق جهت استفاده بهينه از منابع طبيعی که منابع و ثروت ملی هستند، وظيفه‌ای سنگين بر دوش مسوولان و فرهنگ‌سازی در درون جامعه است. تمامی تلاش‌ها جهت نيل به اهداف توسعه پایدار در مسووليت‌پذیری افراد جامعه و از سویی تعهد دستگاه‌های مرتبط است [3].

ضرورت تحقیق

با توجه به اهميت روزافزون بحران گرمایش جهانی و عواقب ملموس امروزه آن و از طرفی گرانی و محدود بودن سوخت‌های فسيلی، توجه به طراحی اقليمی و تعدیل ميزان انرژی مصرفی در ساختمان‌ها و استفاده هر چه بيشتر از منابع طبيعی محيط بسيار مورد توجه می‌باشد [4]. اکنون بشر آگاهانه و با دست خود شرایط را دوباره شکل می‌دهد. در صورت ادامه روند کنونی، اثرات سویی از جمله بر بوم‌شناسی، تغييرات در زیرساخت‌ها از طریق جاری شدن سيل و حرکت لایه‌های زمين، طغيان رودها و بالا آمدن آب دریاها، خشک شدن درون قاره‌ها، آتش گرفتن شهرها و جنگل‌ها، از بين رفتن لایه اوزون، کاهش اختلاف دمای شب و روز، اسيدی شدن اقيانوس‌ها و تغيير در توزیع آب در کره زمين را موجب خواهد شد. حفاظت از انرژی و استفاده پایدار از آن، پيشرفت‌های عظيم تکنولوژی استخراج نفت و سایر ذخایر زیرزمينی، استفاده هر چه بيشتر از این منابع تجدیدناپذیر را فراهم آورده است. بنابراین طراحی ساختمان‌ها باید به گونه‌ای باشد که مصرف سوخت فسيلی را به حداقل برساند. همچنين توجه به این مسئله که منابع بهره‌برداری شده در سامانه‌های توسعه در کجا استفاده می‌شوند و چگونگی پایدار نگهداشتن آنها و استفاده از منابعی که امکان جایگزینی سریعتری دارند حائز اهميت می‌باشد [5].

بهینه‌سازی مصرف انرژی

نظر به لزوم ارتقای بهره‌وری انرژی و با توجه به مدل‌سازی سيستم بهينه توليد و مصرف انرژی در بخش ساخت و ساز کشور و محورهای اصلی فن‌آوری در توسعه پایدار انرژی کشور، در این بخش با توجه به پيچيدگی‌های مسائل مدیریت شهری با رویکردی نوین در راستای بهينه‌سازی مصرف انرژی جهت احداث ساختمان‌ها در پنج بخش کلی با عناوین ذیل، به کارگيری روش‌های علمی و عملی را در طراحی و ساخت شرح داده می‌شود:

الف) اصول طراحی سایت و صرفه‌جویی انرژی
ب) مبانی طراحی پلان با صرفه‌جویی انرژی
ج) نکات مهم در نماسازی و مصرف انرژی
د) جزئيات ساختمانی و روش‌های عایق‌سازی
ه) ابتکارات و ایده‌های نو [1].

مبانی طراحی پلان با صرفه‌جویی انرژی

1- حداکثر نورگيری و جذب حرارت و یا حداقل آن

حداکثر نورگيری سمت جنوب (فضای زندگی) در زاویه‌های خاص جنوب شرقی است. جرم حرارتی سفال (آجر ماشينی) در مقابل نور خورشيد با توجه به ضریب جذب انرژی حرارتی در رنگ‌های مختلف، متفاوت است. این ضریب برای آجر و بتن در حدود 70 تا 75 درصد می‌باشد [6].

2- سایه‌بان طبيعی و هوشمند

امکان ایجاد سایه‌بان کامل در تابستان جهت جبهه جنوب (درختان پيچک نزدیک به ساختمان با طرح خاص) مي‌تواند در تبادل حرارتی پلان نقش بسيار مؤثری داشته باشد. همين سایه‌بان در زمستان که زاویه نور کمتر است و با توجه به برگ‌ریزان در خزان بطور طبيعی بسيار مناسب و هوشمند عمل می‌کند.

شکل 1. سایبان طبیعی در نما ساختمان [1].

3- سقف شيب‌دار

اصل کلی این است که: به حداقل رساندن سطح بام مسطح و سياه هدف است. این هف را با روش ایجاد سقف شيب‌دار رنگی می‌توان انجام داد، با این کار علاوه بر زیبایی مجموعه از نظر بصری و ایجاد تنوع فضایی در ارتفاع از استفاده غيراصولی عایق رطوبتی سنتی (آسفالت سياه) بطور جدی جلوگيری به عمل خواهد آمد.

4- طراحی شکل فشرده

فرم اپتيمم کلی وجود دارد که در هر اقليم (خصوصاً تهران) بهترین نتيجه را می‌دهد و آن فرم کشيده در جهت شرقی و غربی است. بهترین فرم بدنه یک ساختمان چنان فرمی است که در زمستان حداقل افت حرارتی و در تابستان حداقل جذب حرارتی را داشته باشد.

5- تقسيم پلان به فضای سرد و گرم

اگر پلان ساختمان به گونه‌ای طراحی شود که فعاليت‌های روزانه مطابق با مسير خورشيد باشد، صرفه‌جویی بهتری اتفاق می‌افتد. اگر فضای داخل خانه را به دو فضای گرم و سرد تقسيم کنيم، کارآیی سيستم فوق مؤثرتر خواهد بود [1].

جزییات ساختمانی و روش‌های عایق‌سازی

علاوه بر مقاومت در برابر رطوبت، کاهش اتلاف حرارتی در کل مجموعه نيز باید مدنظر باشد. کليه عناصر یک ساختمان که به صورت کامل یا نيمه‌کامل در معرض شرایط اقليمی قرار دارند، باید عایق گردند تا یک مجموعه منسجم عایق به وجود آید. این امر موجب تقليل اتلاف حرارتی با اجتناب از ارتباط سرد خواهد شد که به نوبه خود اقتصادی‌ترین روش در سطح کلان است [7].

1- عایق‌کاری دیوار (حرارتی)

علاوه بر عایق‌کاری حفاظ در برابر رطوبت که در محل پی‌ها، دیوارها، سقف‌ها و محل سرویس‌ها و آشپزخانه انجام می‌گيرد، عایق‌کاری حرارتی دیوار به عنوان اصلی‌ترین عنصر یک مجموعه که با اقليم خارجی در تماس مستقيم است نيز باید مدنظر باشد. دیوارهای دو پوسته پر شده با مواد عایق صرف‌نظر از مشکلات در حين ساخت، ارزان‌ترین را برای احداث ساختمان‌های کارامد از نظر انرژی می‌باشد.

شکل 2. عایق‌کاری سقف و دیوار [1].

2- عایق‌کاری پی و کف (رطوبتی و حرارتی)

برای جلوگيری از رطوبت زمينی از طریق پی به دیوار و بالا رفتن آن باید روی پی را با یک لایه عایق پوشانيد و جلوی نفوذ رطوبت را سد کرد و آنگاه، دیوارچينی را از روی عایق شروع کرد ولی چون غالباً سطح پی از کف تمام شده پایين‌تر است روی پی را با کرسی‌چينی تا حد زیر ر کف بالا آورده سپس روی آن را اندود ماسه سيمان می‌کنند تا سطح صافی برای ایزولاسيون به دست آید، آنگاه روی آن را عایق‌کاری می‌کنند. ضمناً دو طرف کرسی‌چينی، اندود و عایق را پایين می‌آوریم تا احتمال نفوذ رطوبت از بين رفته و اتصال لایه عایق مجاور امکان داشته باشد.

اهمیت بهینه‌سازی انرژی

پتانسيل صرفه‌جویی انرژی در بخش ساختمان و مسکن بيشتر از بخش‌های دیگر است، کاهش مصرف انرژی در این بخش ساده‌تر و با سرمایه‌گذاری کمتری نسبت به بخش‌های دیگر قابل دسترس می‌باشد.
تاکيد کشورهای پيشرو در کاهش توليد گازهای گلخانه‌ای مثل آلمان، بر بخش ساختمان.
کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها

• ساختمان‌های موجود
• ساختمان‌های نوساز

جدول 1. پتانسیل بالای کاهش مصرف انرژی بخش ساختمان و مسکن با تمرکز بر فضای نوساز [8].

استراتژی بهینه‌سازی انرژی

امروزه صرفه‌جویی انرژی در ساختمان‌ها، یکی از فاکتورهای مهم در طراحی و اجرای ساختمان‌ها است. ساخت نمونه‌های متعددی از ساختمان‌های انرژی کارا

• ساختمان‌های کم انرژی
• ساختمان‌های بدون انرژی
• ساختمان‌های بدون آلودگی
• ساختمان‌های ساختمان‌های مستقل
• ساختمان‌های توليد کننده انرژی

ایجاد استانداردهای ساختمان‌های انرژی کارا نياز به شرایط اقتصادی و تکنيکی خاص برای بکارگيری استانداردها دارد و این استانداردها نمی‌تواند بصورت مستقيم و بدون انجام کار تخصصی در ایران استفاده شود. ایران نياز به استراتژی‌های خاص خود در این زمينه دارد. استراتژی‌های بهره‌وری انرژی در بخش ساختمان و مسکن در ایران (بر اساس شرایط اقتصادی، تکنيکی و اجتماعی) [8].

• کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها با طراحی معماری
• تدوین استاندارد و برچسب مصرف انرژی برای ساختمان‌ها
• حمایت‌های تشویقی برای ساخت ساختمان‌های انرژی کارا
• فرهنگ‌سازی برای کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها
• ساخت ساختمان‌های الگو

کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها تنها از طریق استفاده از مصالح و تاسيسات ساختمانی مناسب انجام نمی‌شود، بلکه می‌توان با یک طراحی شهری و طراحی معماری متناسب با اقليم، مصرف انرژی ساختمان‌ها را کاهش داد. طراحی معماری و طراحی شهری اثر بسيار بزرگی بر مصرف انرژی ساختمان‌ها دارد. پتانسيل این صرفه‌جویی در برخی مناطق اقليمی ایران بسيار بالا بوده و این شيوه از بهينه‌سازی انرژی بی‌هزینه می‌باشد. چگونه می‌توان تنها با طراحی معماری و طراحی شهری مناسب ميزان مصرف انرژی ساختمان‌ها را کاهش داد؟

به دلایل شرایط اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی در ایران راه‌های ارزان قيمت کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها از اهميت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد. یکی از روش‌های کم و یا حتی بی‌هزینه کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها، روش شهرسازی و معماری می‌باشد. روش‌های شهرسازی و معماری کاهش‌دهنده مصرف انرژی، روش‌های پایداری بوده و چه از نظر اقتصادی و چه از نظر زیست‌محيطی مناسب‌تر از دیگر روش‌ها می‌باشند. بهره‌وری انرژی با شهرسازی و معماری انرژی کارا به سادگی قابل دسترس بوده و قابليت عملی شدنش بسيار بالا است. تدوین ضوابط و مقررات معماری و شهرسازی و ضابطه‌مند کردن شهرسازی و معماری در جهت کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها و واحد‌های همسایگی، می‌تواند باعث کاهش عمده مصرف انرژی مجتمع‌های زیستی و ساختمان‌ها گردد، بدون آنکه هزینه اجرای ساختمان‌ها را افزایش دهد [8].

شکل 3. بهینه‌سازی انرژی با طراحی معماری [8].

بررسی اقلیم بر اساس معماری پایدار و بهینه‌سازی انرژی

خصوصیات مناطق اقلیمی متفاوت ایران

شدت و مدت زمان بالای تابش تغييرات دمایی بالا در طول شبانه روز

نمودار 1. تغییرات دمایی [1].

مناطق اقليمی با شدت بالای تابش و رطوبت نسبی کم پتانسيل بالای صرفه‌جویی انرژی دارند. استفاده از قابليت‌های اقليم در طراحی منجر به کاهش عمده مصرف انرژی ساختمان‌ها می‌گردد [1].

ساختمان و بهینه‌سازی انرژی

در مورد تطبيق مسکن با اقليم، و چگونگی بهره‌گيری بهينه و سالم از عناصر طبيعی، و نيز نقش سازنده این عناصر در سلامت جسمی و روانی انسان، تحقيقات ارزشمندی در دست است. امروزه می‌دانيم که رویکرد سيستمی به طبيعت، نمی‌تواند نقش تأثيرگذار انسان و سبک زندگی را در این سيستم نادیده گيرد. بر اساس رویکردهای نوین به ابعاد انسانی، برخی پژوهشگران به تعامل مسکن و رفتارهای ساکنان در ایجاد آسایش محيطی به روش تطبيقی اشاره کرده‌اند. برای مثال گفته مي‌شود که روش زندگی خانوادگی با زمان‌ها، نوع و تعداد دفعات استفاده از فضاهای مختلف مسکن، و نيز آگاهی از چگونگی پوشش لباس در زمان‌های مختلف و همچنين نوع و مصرف مواد غذایی وابسته است. برخلاف روش جبری، روش تطبيقی برای تعيين دمای آسایش، بر اساس مشاهده رفتار مردم در تطبيق با محيط حرارت‌يشان استوار است. این تطابق از غيرانتخابی‌ترین تغيير وضعيت، یعنی لرزیدن یا عرق کردن، تا انتخابی‌ترین آنها، مانند تغيير فعاليت و مکان (فضای باز، نيمه باز و بسته) و لباس، تا بستن یا بازکردن پنجره را شامل می‌شود [9].

به این منظور مدل‌سازی دیناميک 30 ساختمان در شرایط کاملاً مشابه، مصالح مشابه، اقليم مشابه (اقليم شهر تهران)، در جدول (1) مورد بررسی قرار گرفته است.

جدول 2. مقایسه میزان مصرف انرژی این ساختمان‌ها [10].

مصرف انرژی سرمایشی، گرمایشی و روشنایی ساختمان موجود و ساختمان طراحی شده با مصالح مشابه در شهر تهران. طراحی معماری مناسب در ساختمان طراحی شده، باعث کاهش انرژی گرمایشی، سرمایش و روشنایی ساختمان شده است.

شکل 4. مصرف انرژی گرمایشی، سرمایشی و روشنایی ساختمان موجود و ساختمان با طراحی معماری مناسب در شهر تهران [6].

نتیجه‌گیری

آگاهی انسان از دگرگونی ناموزون و زیانبار زیست‌بوم زمين، زمينه توجه دوباره به محيط زیست و تأثيرات آن بر سلامت جسمی و روانی انسان را ایجاد نمود. ارتباط انسان و طبيعت، نشان از سيستمی پيچيده دارد که می‌بایست همه ابعاد و اجزای آن از جزء تا کل، مادی و غيرمادی، جان‌دار و بي‌جان در تعادلی پویا مورد بررسی قرار گيرند. از آنجا که انسان به عنوان اصلی‌ترین جز این سيستم، خود عامل اصلی برهم خوردن تعادل این سيستم بوده، منطقی است که برای بازگرداندن سيستم به تعادل جدید از خود شروع کند. ازاین‌رو، سبک زندگی به عنوان تجلی کامل چگونگی حضور انسان در چرخه نظام هستی باید در ارتباط و تعامل چندسویه با دیگر اجزا و رویکردهای اقليمی مورد بازاندیشی قرار گيرد. شواهد نشان داده است که سيستم‌های فعال مبتنی بر انرژی‌های فسيلی برای ایجاد آسایش اقليمی، افزون بر مسایل اقتصادی، اثرات نامطلوب زیست‌محيطی داشته‌اند . از سویی استفاده از انرژی‌های پاک مانند خورشيد نيز به‌رغم لزوم توجه جدی سازمان‌های مرتبط و سرمایه‌گذاری در این زمينه، دارای مشکلات یا هزینه‌هایی است که افزون بر آنکه همه ساختمان‌ها را پوشش نمی‌دهند، تنها قابليت تأمين بخشی از انرژی را دارند. از اینرو یکی دیگر از بهترین راهبردها، استفاده از سيستم‌های غيرفعال اقليمی در طراحی معماری از کل طرح تا جزیيات اجرایی است. هرچند این دو راهبرد نيز در کنار هم، بخشی از اقدامات برای همسازی با آهنگ طبيعت است؛ اما این راهبردها بدون مشارکت و نقش مستقيم انسان نيز به طور کامل کارایی نخواهند داشت. به عبارتی اجزای سه‌گانه این سيستم می‌بایست با هم رشد و تکامل یابند. ورود به این سيستم از مسير هم‌سازی سبک زندگی با آهنگ طبيعت است. به عبارتی پس از ساختار طراحی معماری یا راهبردهای غيرفعال، مهمترین اصلاح می‌بایست در سبک زندگی صورت گيرد. در این مقاله بخشی از روش‌های عملياتی نمودن این رویکرد در مسکن، به اجمال اشاره شد. این رویکرد انسانی به طبيعت یا سبک زندگی سبز مهمترین مدعای این بخش برای تکميل رویکردهای فعال و غيرفعال اقليمی است.

اعتقاد بر این است که اهتمام دوباره به زندگی انسانی در ارتباط با محيط طبيعی در غرب، به دنبال بحران‌های زیست محيطی و تنزل کيفيت زندگی، و در واقع بحران اندیشه پدید آمد. بنا بر گفته پيشين، پاسخ این پرسش که چرا این بحران هنوز دغدغه و مسأله اصلی ما برای اندیشيدن نشده است، روشن است. پاسخ، نرسيدن ما به آستانه نهایی این بحران در محيط زیست است.

1. عزیزی، محمد مهدی، (1380)، توسعه پایدار، برداشت و تحليلی از دیدگاه‌های جهانی، مجله صفه، شماره 33.
2. لطفی، حيدر، عدالت خواه، فرداد، ميرزایی، مينو، (1388)، پایداری شهری و حقوق شهروندی.
3. مخدوم، مجيد، (1378) مولفه‌های علمی توسعه پایدار در محيط زیست، همایش محيط زیست و توسعه پایدار: دانشگاه تهران.
4. Givoni B.(1976),“Man Climate and Architecture” Elsevier Press, New York, USA
5. کریمی، مسعود، معماری پایدار، 1393.
6. صالح، مهدی (1382)، ضوابط اجرائی در ارتقاءِ بهره‌وری مصرف انرژی جهت طراحی و ساخت مسکن، سومين همایش بين‌المللی بهينه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان، تهران، سازمان بهينه‌سازی مصرف سوخت کشور.
7. موحد، خسرو (1382)، جایگاه تدریس مفاهيم محيط زیست در آموزش معماری و شهرسازی، دومين همایش آموزش معماری ایران، تهران.
8. لشکری، حسن؛ موزرمی، سارا؛ لطفی، کوروش (1390)، آسایش در خارج و داخل بنا بر اساس شاخص پن واردن و ماهانی نمونه، فصلنامه علمی پژوهشی جغرافيای انسانی، شماره دوم.
9. پوردیهيمی، شهرام، 1390. زبان اقليمی در طراحی محيطی پایدار. ج. 2، تهران: انتشارات دانشگاه شهيد بهشتی.
10. سفلایی، فرزانه، (1382)، پایداری عناصر اقليمی در معماری سنتی ایران، مجموعه مقالات همایش بهينه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان، جلد 1.