معماری و شهرسازی سنتی ایران؛بهره گیری مؤثراز انرژی

این مقاله بر آن است به برخی از بوم های ایران مانند گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد و راه حل های معماری اندیشیده شده در آنها را از لحاظ تطابق آب و هوایی و حل مسئله انرژی تشریح کند.

توجه و بازگشت به زمان هایی که هنوز استفاده از انرژی های فسیلی و تجدیدناپذیر متداول نشده بود، می تواند راهگشای دستیابی به راه حل های بسیار ارزشمندی برای استفاده مؤثر از انرژی های 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 طولانی تر بوده و شیوه یادگیری نیز به صورت عملی و تجربی در کارگاه ها انجام می پذیرفت. آموزش مستمر و مداوم بود و این استمرار و تداوم، باعث یکپارچگی در روند تجربیات معماری هر منطقه و بوم می شد. بدین لحاظ با مرور راهکارهای اندیشیده شده توسط پیشینیان می توان شیوه های استفاده بهینه و مؤثر از انرژی های پاک را آموخت که تنها راه حل حفظ محیط زیست در عصر حاضر است.

این مقاله بر آن است به برخی از بوم های ایران مانند گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد و راه حل های 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 نمی آید، مگر با هدایت فعالیت های بشری به گونه ای 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 می شد. معماران پیشین ناگریز از تکیه بر منابع طبیعی و انرژی های پاک بوده اند که پایان ناپذیرند. این بهره گیری از طبیعت در سطوح مختلف ارتفاعی و از منابع گوناگون بوده است. در سطوح بالایی بنا، بادگیر را به کار می گرفتند تا از جریان هوا و باد و مکش ناشی از قوانین طبیعت بهره جویند. در طراحی سطوح همکف ابنیه، حیاط های مرکزی تبلور حداکثر بهره گیری از آب و خاک و گیاه همراه با سایه اندازی جداره هاست. در سطوح زیر همکف نیز به کارگیری فضاهایی همچون سرداب ها و شودان ها با بهره بردن از ظرفیت بالای حرارتی خاک و گاهاً حضور آب در آنها، فضایی مطبوع و دلنشین را در اقلیم هایی با گرمای طاقت فرسا موجب می شدند. ولی مرور زمان و استفاده نامناسب از پیشرفت های تکنولوژیک، منجر به فراموشی آن تکنیک ها و کاربرد نامحدود از انرژی های فسیلی تجدیدناپذیر شد.

یکی از سمبل های معماری پایدار، معماری سنتی ایرانی است که به موضوع های 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 راه حل های سبز یادآوری کرد و سپس، آنها را توسط پیشرفت های تکنولوژیک عصر حاضر با دنیای جدید تطبیق داد. دلیل لزوم مرور راه حل های 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 می شد. سپس قطع ناگهانی این پروسه در نتیجه راه حل های 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 تطابق یابی با شرایط سخت آب و هوایی است. بدین منظور، این مقاله بر آن است تا به بررسی این راه حل ها در سه منطقه با شرایط سخت آب و هوایی گرم و خشک، گرم و مرطوب و سرد بپردازد.

۲) راه حل های آب و هوایی منطقه ای در نواحی گرم و خشک و گرم و مرطوب ایران بدون کاربرد انرژی های فسیلی

مطالعه نواحی گرم و خشک ایران نمایانگر مطابقت های متعددی است که دامنه ای وسیع از طراحی شهری، طراحی مساکن و انتخاب مصالح تا اجزای اضافه شده به ابنیه، بسته به شرایط گوناگون را شامل می شود. آنچه درپی می آید، اشاره ای 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 ساختمان های سنتی، بافت به هم فشرده شهر همراه با کوچه های 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 می کند.

۲ ۲) مسقف کردن پیاده راه ها، ماکزیمم سایه را در سطح زمین ایجاد می کند که می توان آن را در جای جای بافت شهری این مناطق ملاحظه نمود. راه های پوشیده شهری در آب و هوای گرم و خشک ایران “ساباط ” نامیده می شود که به منظور خنک کردن عابران و سایه اندازی بر دیوارهای خانه های اطراف آن استفاده می شود. ساباط ها یا صرفاً به صورت قوسی هستند که دیوارهای مجاور راه ها را به هم متصل می کنند یا اینکه به دلیل واقع شده فضایی متعلق به یکی از خانه های مجاور در بالای کوچه شکل گرفته اند.

۲ ۳) در طراحای خانه های مناطق گرم و خشک، فضاهای محصور خانه های حیاط مرکزی، دارای حداکثر سایه هستند. در این خانه ها تمامی اضلاع اطراف حیاط ساخته می شود تا محیط های داخلی متنوعی برای دریافت نور و گرمای خورشید ایجاد شود. بسته به میزان در معرض نور آفتاب بودن، جوانب گوناگون حیاط می تواند در فصول گوناگون استفاده شوند. معمولاً بخش های جنوبی به دلیل پشت به آفتاب بودن و داشتن حداکثر سایه، در تابستان استفاده می شوند. بخش های شمالی نیز زمستان نشین نامیده می شوند، چرا که ساکنان در زمستان ها به بخش های شمالی نقل مکان می کنند. به عبارت دیگر، ساکنان این خانه ها، فضای زندگی خود را در هماهنگی با تغییرات منطقه ای و در مطابقت با فصول سال تغییر می دهند. علاوه بر اینکه راه حل های دیگری نیز می تواند آسایش حاصل و سایه درون این حیاط های مرکزی را افزایش دهند، مانند تجهیز تابستان نشین با بادگیر یا ساخت حیاط های مرکزی درون زمین در بعضی مناطق کشور که “گودال باغچه ” نامیده می شوند یا ساختن این حیاط ها با فرم های طویل و باریک، همراه با کاشت درختان و گل ها دور حوضی کم عمق درون آنها.

۲ ۴) درختان سبز در حیاط های مرکزی سایه را افزایش می دهند و در نتیجه، موجب کاهش حرارت می شوند و علاوه بر آن، با تبخیر آب به وسیه درختان، رطوبت نسبی محیط نیز افزایش می یابد. این امر به خنک سازی فضاهای داخلی اطراف حیاط مرکزی کمک می کند، کما اینکه واتسون نیز اظهار داشته است، تبخیر توسط یک درخت به میزان یک میلیون BTU در خنک سازی هوا تأثیر می گذارد 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 حیاط های مرکزی به واسطه پایین بودن ظرفیت گرمایی ویژه هوا به عنوان سیستم خنک کننده طبیعی عمل می کنند و برعکس، دیوارهای ضخیم محوطه حیاط مرکزی ظرفیت گرمایی ویژه بالایی دارد و به عنوان ذخیره کننده حرارتی عمل می کنند که سرما را در طی شب، ذخیره می کند و آن را به تدریج و در نیمه های روز که هوا گرم است آزاد می کند. بدین طریق ضخامت دیوارهای خشتی باعث می شود تغییرات کوچک در درجه حرارت نتواند تأثیرگذار باشد.

۲ ۵) ضلع جنوبی خانه ها که به طرف شمال قرار دارد و نور خورشید را دریافت نمی کند، در فصل تابستان استفاده می شود و “تابستان نشین ” نامیده می شود. معمولاً این ضلع خانه ها دارای ایوان هایی نیمه باز هستند که در معرض نور خورشید نیست و در سایه کامل قرار می گیرد و در عین حال، از هوای خنک حیاط مرکزی نیز استفاده می کند. اگرچه اغلب خانه های حیاط مرکزی در هر چهار طرف دارای ایوان هستند که بزرگترین آنها به طرف جنوب، “تالار ” نامیده می شود و معمولاً حدود یک متر بالاتر از سطح حیاط است و بر روی زیرزمینی به نام “سرداب ” قرار گرفته اند[۳].

۲ ۶) سرداب در خانه های 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 خانه ها قرار گرفته است. پنجره ها مابین سطح حیاط و سقف سرداب هوای حیاط مرکزی را به سمت داخل سرداب هدایت می کنند و همچنین جویبار زیرزمینی یا قنات نیز که از این فضا عبور می کند، موجب خنک و مرطوب شدن آن می شود.

۲ ۷) همچنین، معماران سنتی جزئیاتی را نیز در طراحای هایشان مانند فرورفتگی ها و برآمدگی ها در نماها لحاظ کرده اند که حداکثر سایه ممکن توسط آنها فراهم شود. از جزئیات دیگر لحاظ شده در طراحی این خانه ها، “جان پناه ” سقف ها را می توان نام برد. از آنجا که سقف ابنیه بیشترین مقدار انژری نور خورشید را در مقایسه با دیگر جوانب آن دریافت می کنند. گاهی اوقات در نواحی گرم ایران، “جان پناه ” بام ها به ۲ متر در ارتفاع می رسد که با ایجاد ماکزیمم سایه برای سقف، تابش حرارتی را به حداقل کاهش می دهد. اگر چه این جان پناه های بلند، مزایای دیگری نیز دارند، مانند ایجاد فضای خصوصی در بام ها و محافظت پشت بام ها از بادهای بیابانی که گرد و غبار زیادی همراه خود دارند.

۲ ۸) “شوادان ” نوع دیگری از زیرزمین هایی است که معمولاً ۹ تا ۱۱ متر عمق دارند و نور آن از طریق سوراخ های کوچکی به سمت حیاط تأمین می شود. در عمق بیشتر از ۶ متری، دمای زمین ثابت و مساوی با دمای متوسط سالانه منطقه است. بنابراین شوادان ها از حرارت بالای بیرونی تبعیت نمی کنند و بیشتر اوقات در مناطق گرم و مرطوب استفاده می شوند.

۲ ۹) ضخامت دیوارها در خانه های نواحی گرم ایران حدود یک متر است. ظرفیت ویژه گرمایی بالای خشت موجب می شود 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 می دهند و درجه حرارت آنها در طی روز پایین نگه داشته می شود و آسایش کافی را برای ساکنان فراهم می کند. بدین طریق خاک به عنوان عایق حرارتی عمل می کند و به واسطه ظرفیت بالای حرارتی، موجب استقلال درون و بیرون می شوند.

۲ ۱۰) راه حل دیگری برای کاهش جذب حرارت توسط ساختمان ها، به ویژه در مناطق گرم و خشک ایران، استفاده از طاق ها و گنبدها بود. این فرم، نه تنها با مصالح در دسترس و دلایل سازه ای 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 آسان تر می کند. 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 می کند. همچنین، سقف گنبدی به دلیل برآمده بودنش در معرض وزش باد قرار می گیرد و بنابراین، تابش حرارت تأثیر کمتری بر آن می گذارد.

۲ ۱۱) راه حلی دیگر برای خنک سازی فضاهای داخلی، ساختن سقف های بالاتر از حد معمول بوده است. هوای گرم تر به سمت بالا حرکت می کند و هوای تازه از بازشوها از ترازی پایین تر به سمت داخل وارد می شود و این موضوع، باعث حرکت هوا می شود.

۲ ۱۲) سقف های 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 می کند و بنابراین، گرما کمتر به داخل انتقال می یابد و در تابستان، پوسته درونی خنک تر 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 حل های خاص مناطق آب و هوایی گرم و خشک است. مصالح اصلی خانه های سنتی، خصوصاً بادگیر آنها، از خشت با مدت ۷ تا ۹ ساعت زمان عکس العمل است. نوسانات شدید حرارتی در این مناطق، مناسب بودن این مصالح را در خصوص آب و هوا ثابت می کند. همچنین، سازه های 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 بهره مندند[۵].

۲ ۱۴) اما جالب ترین المان ها، از جمله بادگیرها، آنهایی هستند که صرفاً برای آسایش حرارتی محیط های داخلی اضافه شده اند. بادگیرها، تهویه کنندگان شگفت آوری بوده و هستند و نمونه بارزی از تطابق معماری سنتی ایرانی با شرایط سخت آب و هوایی توسط خنک سازی طبیعی به شمار می روند. ارتفاع بادگیرها در مناطق گرم و خشک، بلندتر از ارتفاع آنها در مناطق گرم و مرطوب است. زیرا در مناطق گرم و خشک بادهای خنک تر و با سرعت بالا، از ارتفاع بالاتر می وزند و برعکس، در مناطق گرم و مرطوب، باد مطلوب از پایین تر می وزد و نسیم ساحل را به درون هدایت می کند.

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 شده اند، 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 ساختمان های به هم پیوسته در بخش های میانی شیب های رو به جنوب؛

۴) احداث ساختمان در داخل زمین یا پوشاندن دیوارهای خارجی با خاک؛

۵) پوشاندن حاشیه های خارجی ساختمان با بوته ها و گیاهان همیشه سبز؛

۶) استفاده هر چه بیشتر از دیوارهای مشترک و ایجاد بافتی به هم پیوسته و متراکم در مجتمع ها؛

۷) پیش بینی پلان های فشرده و متراکم؛

۸) شکل گیری فرم ساختمان برای ایجاد سایه در تابستان و دریافت گرمای مناسب در زمستان؛

۹) گستردگی ساختمان ها با ارتفاع کم در سطح (حداکثر دو طبقه)؛

۱۰) پیش بینی فضاهای گرمازا مثل آشپزخانه در مرکز پلان ساختنان؛

۱۱) پیش بینی فضاهای کم اهمیت مثل انبار به عنوان عایق حرارتی در جدارها یا قسمت های سرد بنا؛

۱۲) استفاده از پاسیو به عنوان حیاط مرکزی با توجه به مسیر خورشید برای حفظ گرمای داخل بنا؛

۱۳) استفاده از عایق های 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 لوله های آب گرم از کف بنا؛

۱۶) استفاده از بستر سنگی در زیر اتاق ها برای ذخیره گرمای اضافی در کف و پس دادن این گرمای ذخیره شده در مواقع سرد و در شب هنگام؛

۱۷) اجتناب از پیش بینی پنجره های بزرگ، به خصوص در نماهای شمالی؛

۱۸) استفاده از شیشه های دوجداره یا سه جداره و تزریق گاز آرگن بین جداره ها؛

۱۹) استفاده از بام سبز در بناها برای خنک کردن ساختمان در تابستان و گرم کردن در زمستان؛

۲۰) استفاده از دیوارها و کف هایی سنگین با زمان تأخیر بیش از ۸ ساعت؛

۲۱) در نظر گرفتن بام سنگین با زمان تأخیر بیش از ۸ ساعت.

۴) نتیجه گیری

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 انرژی های پاک و طبیعی استفاده کند، می توان برای معماری امروز درس آموخت. خصوصاً که امروزه با پیشرفت تکنولوژی می توان متدهای اتخاذ شده در قدیم را با نیازها و شرایط روز تطبیق داد و با استفاده بهینه و مؤثر از انرژی های پاک برای حفظ محیط زیست همت گماشت.

رئوس اصول اندیشیده شده در معماری های پایدار بومی مناطق سردسیر، نشانگر آن است که باید به کاهش اتلاف حرارت در ساختمان و کاهش تأثیر باد در اتلاف حرارت، بهره گیری از انرژی خورشید در گرمایش ساختمان و توجه به عوامل طبیعی آب و خاک اهمیت داد.

در مناطق گرمسیر نیز می توان 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 المان هایی که هدایتگر این انرژی ها به فضاهای داخلی باشند، طراحی معماری اقلیمی و حتی توجه به طراحی های مناسب شهری در برنامه ریزی های کلان و توجه کافی به پیادگان، می توان عملاً به اهداف پایداری زیست محیطی دست یافت.

بدین طریق با حداقل استفاده از انرژی های فناپذیر فسیلی می توان قدمی در جهت حفظ محیط زیست برای آیندگان برداشت.

نویسنده:فاطمه مهدی‌زاده سراج

منبع:ماهنامه تازه‌های انرژی

مراجع

۱- Tom Morton, “A vulnerable beauty: the earthen architecture of Iran ” (RIAS Gallery Edinburgh, ۲۰ April – ۲۸ May ۲۰۰۴).

۲- Mahnaz Mahmoudi., “The impact of physical characteristics of wind-towers on thermal behavior ” (Ph.D. diss., Islamic Azad University, ۲۰۰۷), ۶۰.

۳- Alexander Badawy, “Architectural Provision against Heat in the Orient “, Journal of Near Eastern Studies ۱۷, no.۲ (۱۹۵۸): ۱۲۸.

۴- Mahnaz Mahmoudi., “The impact of physical characteristics of wind-towers on thermal behavior ” (Ph.D. diss., Islamic Azad University, ۲۰۰۷), ۶۲.

۵- C.W. Yu and John W. Bull, Durability of materials and structures in building and civil engineering (Scotland: Whittles Publishing, ۲۰۰۶), ۲-۳.

۶- Tom Morton, “A vulnerable beauty: the earthen architecture of Iran ” (RIAS Gallery Edinburgh, ۲۰ April – ۲۸ May ۲۰۰۴).