راهکارهای طراحی غیرفعال عناصر دخیل در سیستم غیرفعال ساختمان، در همکاری و ارتباط باهم می‌توانند باعث بهبود چشمگیر در آسایش و عملکرد انرژی ساختمان شوند. اگرچه ترکیب نادرست بخش‌های مختلف یا استفاده هر جزء بدون توجه به سیستم کلی می‌تواند تأثیرات منفی بر آسایش حرارتی و کارایی انرژی ساختمان، بگذارد. برای مثال، برای بهره‌گیری از گرمایش غیرفعال خورشیدی، استفاده از سطوح بزرگ شیشه ای در نمای جنوبی و غربی ساختمان، باید در ترکیب با پنجره‌های با کارایی بالا و سایه بان خارجی به کار رود تا علاوه بر اجتناب از بیش گرمایش خورشیدی در طول تابستان، کارایی مطلوب ساختمان نیز حاصل شود. این مقاله مروری است بر راهکارهای غیر فعالی که می توان در مرحله طراحی به کار بست تا عملکرد انرژی ساختمان بهبود یابد.

پنج راهکار غیر فعال خورشیدی 

بسیار مهم است که در به کاربندی این راهکارها، به تفاوت بین تهویه و سرمایش توجه شود. در سیستم‌های تهویه مطبوع معمول، عملکرد تهویه و کنترل دمای فضا، در ترکیب با یکدیگرند. اگرچه، جدا کردن این دو عملکرد مزایای بسیاری بخصوص در زمینهٔ طراحی بهینه غیرفعال وجود دارد. این جداسازی، امکان استفاده از سیستم سرمایش و گرمایش آبی را به‌جای سیستم هوایی نیز فراهم می‌کند. آب بیش از 3 هزار برابر هوا، گنجایش ذخیره‌سازی حرارت دارد. بنابراین سیستم‌های آبی، به‌طور چشم گیری، بازدهی عملکرد سیستم را افزایش دهد. مزیت دیگر، امکان استفاده از تهویه کاملاً مستقل به‌وسیله هوای تازه را نیز فراهم می‌کند.

 تأثیر طراحی  به روش غیرفعال، بر مصرف انرژی   

در راهکارهای مختلف غیرفعال، ارتباط تنگاتنگی بین عملکرد گرمایشی و سرمایشی وجود دارد. نوع ساختمان و عملکرد آن مشخص می‌کند که کدام راهکار، تأثیر بهتری بر عملکرد انرژی دارد. اما در همه موارد، مدل‌سازی انرژی ساختمان، برای هر پروژه، باید انجام شود. 

گرمایش غیرفعال

مهار تابش خورشید و دریافت حرارتی در مرحله طراحی، تنها راه برای استفاده از انرژی آزاد و رایگان خورشیدی برای ساختمان است. گرمایش غیرفعال خورشیدی در ترکیب با پوسته‌ای که به‌خوبی عایق شده باشد، با بخش‌های دیگر سیستم، می‌تواند هدررفت انرژی را کاهش و دریافت‌های خورشیدی را به‌خوبی ذخیره کند تا بتوان انرژی موردنیاز برای تهویه و گرمایش مکانیکی را جبران کرد. عواملی که در گرمایش غیرفعال خورشیدی مؤثر هستند شامل موارد زیر می‌شوند:

• جهت‌گیری
• هندسه ساختمان
• فضاهای واسط و نماهای دوجداره
• جایگذاری فضاها
• پنجره‌های با عملکرد بالا( شفاف، low-E)
• سیستم تهویه با بازیافت حرارتی(HRV)[1]
• درصد کم پنجره به دیوار در نماهای شمال و شرقی
• درصد بالای پنجره نسبت به دیوار در نماهای غربی و جنوبی
• سایه‌بان خارجی قابل‌برنامه‌ریزی 
• عایق‌کاری با کارایی بالا
• جرم حرارتی
• کمترین مقدار نفوذ هوا

تهویه غیرفعال

راهکارهای تهویه غیرفعال، از ورود هوای تازه برای جریان در اطراف و داخل یک ساختمان (باد و جریان شناوری که در اثر تفاوت دما و فشار ایجاد می‌شود)، استفاده می‌کند. ساختمان‌ها می‌توانند به‌جای عملکرد متضاد با این جریان، در راستای بهره‌گیری هرچه بیشتر از این جریان تهویه طبیعی و مزایای آن طراحی شوند.

تهویه غیرفعال می‌تواند در دوره طراحی در نظر گرفته شود بسیاری از ویژگی‌های معماری، ازجمله، هندسه و شکل ساختمان، جایگذاری دیوارهای داخلی، طبقات و حتی مبلمان فضا، بر جریان هوا در داخل ساختمان مؤثر هستند. طراحی باید به‌گونه‌ای باشد که تعادلی بین نیاز به حریم خصوصی/کنترل نوفه و الگویی مطلوب برای کاهش مقاومت در برابر توزیع هوا برقرار کند. نرخ تهویه، می‌تواند بر اساس جهت باد غالب متغیر باشد.

برای تهویه غیرفعال راهکارهای معمولی وجود دارد. ساده‌ترین آن، تهویه یک‌طرفه با پنجره قابل‌برنامه‌ریزی است که ورود و خروج هوا از یک‌جهت فضا، انجام می‌شود. البته محدودیت‌هایی در مورد اندازه فضا وجود دارد که فضا تا چه اندازه‌ای به این روش می‌تواند تهویه کارایی داشته باشد؛ بنابراین، تهویه یک‌طرفه تأثیرات مفیدی ندارد مگر اینکه در فضایی با ارتفاع سقف زیاد انجام شود.

تهویه یک طرفه در فضای اشغال شده

راهکاری مؤثرتر، تهویه cross، با استفاده از پنجره‌های قابل‌برنامه‌ریزی، در دو جدار هم‌جوار یا مقابل هم در فضای اشغال‌شده است. برای استفاده از این نوع از تهویه، باید حداقل دو دیوار خارجی در طراحی برای فضاهای مسکونی یا تجاری در نظر گرفته شود.

تهویه دو طرفه

در ساختمان‌های بزرگ با فضاهای هسته‌ای مهم، از تهویه در فضاهای با ارتفاع بیشتر استفاده شود؛ فضاهایی مانند آتریوم ­ها و برج‌های باد برای بهره گیری از پدیده دودکشی، ممکن است برای تهویه به روش غیرفعال نیاز باشد. استفاده از این راهکارهای معماری، مسیرهایی برای تهویه طبیعی به روش غیرفعال به وجود می‌آورد. 

استفاده از پدیده دودکشی، برای تهویه طبیعی از طریق آتریوم یک ساختمانعوامل و روش‌های مؤثر در تهویه طبیعی شامل موارد زیر می‌شود:

• پنجره‌های قابل‌برنامه‌ریزی
• جهت‌گیری
• هندسه ساختمان
• فضاهای واسط و نماهای دوجداره
• جایگذاری فضاها
• راهکارهای معمارانه
• استفاده از بازشو یا راهروها بین فضاهای مجزا
• آت ریوم یا لابی‌های مرکزی
• برج بادی

سرمایش غیر فعال

راهکارهای سرمایش غیرفعال، ساختمان را در مقابل بیش گرمایش ناشی از گیر افتادن تابش خورشید در فضای داخلی و حذف گرمای داخلی(برای مثال، استفاده از تهویه هوای خارجی برای سرمایش، ذخیره گرمای اضافه در جرم حرارتی).

راهکارهای سرمایش غیرفعال، گاهی با راهکارهای تهویه غیرفعال همراه می‌شود. در این مواقع سرمایش حاصل از افزایش نرخ تهویه در مواقعی است که، دمای خارجی به‌اندازه کافی پایین باشد تا امکان تخلیه هوای گرم از ساختمان به‌وسیله تهویه وجود داشته باشد. عواملی که در سرمایش غیرفعال دخیل هستند شامل موارد زیر است:

• سایه‌بان‌های خارجی پویا یا ثابت
• جرم حرارتی
• نسبت کم پنجره به دیوار در جداره‌های غرب و جنوب
• تهویه غیرفعال
• سرمایش شبانه[2]
• پنجره‌های نزدیک به هم[3]
• سرمایش تبخیری غیرفعال
• کانال‌های زمین‌گرمایی[4]

تهویه شبانه از تهویه طبیعی برای خارج کردن گرمای انباشته‌شده روزانه در جرم حرارتی ساختمان استفاده می‌کند. سرمایش شبانه، هوا را خارج و جرم حرارتی یا سازه ساختمان را خنک می‌کند.

پنجره‌های نزدیک به هم اجازه ورود هوا را از پنجره‌های پایین‌تر را داده و جریان رو به بالای خروج هوا را به وجود می‌آورد که، هوای گرم را از طریق پنجره‌های بالایی به بیرون می‌راند.

سرمایش تبخیری غیرفعال، از حرارت موجود در فضاها برای تبدیل آب به بخار، که تغییر هوای گرم و خشک به خنک و مرطوب، استفاده می‌کند. برای سرمایش فضا به این روش، باید به جریان هوا، رطوبت اضافه کرد. این مرحله می‌تواند با عبور هوا در طول یا از میان آب(برای مثال، حوضچه یا استخرهای داخلی ساختمان یا یک آبگیر طبیعی خارجی، یا دیوارهای سبزی که به روش آبی فعال هستند) انجام شود.

کانال‌های زمین‌گرمایی، از مزیت دمایی تقریباً ثابت عمق 1.5 متری زمین برای تأمین دمای موردنیاز تهویه ساختمان بهره می‌گیرد. این روش به یک کانال برای تهویه که به نام لوله‌های زمینی نیز شناخته می‌شوند، نیاز دارد.

روشنایی روز

روشنایی روز، استفاده و توزیع نور روز پراکنده را در داخل ساختمان، به حداکثر می‌رساند تا، نیاز به روشنایی مصنوعی کاهش یابد. این روش نیاز به طراحی دقیق برای جلوگیری از ایجاد خیرگی و بیش گرمایش نیاز است تا راهکارهای سرمایش و گرمایش غیرفعال مانند سایه‌بان را نیز کامل کند. برای افزایش حداکثری ذخیره انرژی این سیستم، باید با سیستم پیشرفته کنترل الکتریکی، مانند حسگرها نیز باید همگام شوند.دقت در طراحی برای جلوگیری از بیش گرمایش ناشی از تابش مستقیم خورشید و کاهش خیرگی

عواملی که در روشنایی روز دخیل هستند شامل موارد زیر است:

• جایگذاری فضاها
• سقف و پنجره بلند
• اندازه و محل پنجره‌ها(نسبت بالای پنجره به دیوار)
• رنگ سطوح داخلی و نازک‌کاری‌ها
• راهکارهای معماری هدف‌دار
• طاقچه نوری[5]
• نورگیر سقفی یا لوله‌های نوری
• پنجره سقفی[6]

مزایای مستقیم استفاده از نور روز شامل: کاهش مصرف انرژی موردنیاز برای نور مصنوعی است و به‌طور غیرمستقیم نیز باعث کاهش مصرف انرژی برای سرمایش فضاها می‌شود.

راهکارهای نور روز، برای هر پروژه بسیار انحصاری است: مدل‌سازی جزئی ساختمان و تحلیل و بررسی نیاز است تا به طراحی مؤثر و تخمینی دقیق برای ذخیره انرژی، منجر شود.