راهکارهای طراحی غیرفعال

هدف اصلی استراتژی های طراحی غیرفعال، کاهش یا حتی از بین بردن نیاز به سیستم های مکانیکی فعال در عین حفظ یا حتی بهبود آسایش ساکنین است. استراتژی های طراحی غیرفعال مورد بحث در بخش 3 عناصر طراحی غیرفعال مکمل را دنبال می کنند تا بارهای گرمایش و سرمایش به حداقل برسد. عملکرد هر عنصر غیرفعال بصورت تکی در اینجا مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه ترتیب کلی آنها که طراح در طول طراحی با آن مواجه می شود ارائه گردیده است. 

• مکان و جهت گیری
• شکل و جرم ساختمان 
• ملاحظات منظره
• برنامه ریزی فضا
• فضاهای بافر
• پنجره ها
• سایه خورشیدی
• جرم حرارتی
• عایق حرارتی
• عدم نشت هوا و رطوبت
•  

سایت و جهت گیری

بسیاری از ملاحظات، سایت می تواند بر رویکرد طراحی غیرفعال تأثیر بگذارد از جمله، فرصت ها و محدودیت های طراحی شهری، جهت گیری ساختمان، تشکیل سایه از ساختمانهای دیگر، الگوهای باد، نزدیکی به مراکز صنعتی، سر و صدا و کاراکتر شهری. تمامی این موارد برای بهینه سازی ترکیب استراتژی های طراحی غیرفعال باید در نظر گرفته شود و برخی ممکن است تضادهایی در طراحی ایجاد کند. 

از طرف دیگر، ادغام ملاحظات سایت مانند محوطه سازی، باد و ریزگردها می تواند بر معماری محلی یک ساختمان تأثیر بگذارد.

جهت گیری نمای ساختمان یکی از عناصر اصلی برای بسیاری از استراتژی های طراحی غیرفعال است. نمای ظاهری بر پیامدهای انرژی و آسایش حرارتی، سایه خورشیدی، نسبت سطح پنجره به دیوار، موقعیت و عملکرد پنجره و انتخاب رنگ بیرونی تأثیر می گذارد.

جهت گیری ساختمان میزان تابش خورشیدی دریافتی را تعیین می کند. سطح سقف، بیشترین تابش را می گیرد، اما عایق بندی مناسبی شده است. نمای ساختمان که می تواند نسبت مساحت پنجره به دیوار قابل توجهی داشته باشد،  مقادیر مختلفی تابش خورشید را دریافت می کند. نمای جنوبی در هنگام زمستان در هنگام کاهش زاویه خورشید، از تابش خورشیدی مطلوب بهره می برد و این امر، امکان گرم کردن خورشیدی غیرفعال در طول زمستان را ایده آل می کند. از طرف دیگر، پنجره را باید با دقت در قسمتهای شرقی و غربی قرار داد زیرا بیشترین (بعد از جهت جنوب) شدت تابش را دریافت می کنند. افزایش بیش از حد گرمای خورشیدی در سمت غرب می تواند مشکل ساز باشد زیرا حداکثر شدت خورشیدی همزمان با گرمترین قسمت روز است.

سایت و جهت گیری

بسیاری از ملاحظات، سایت می تواند بر رویکرد طراحی غیرفعال تأثیر بگذارد از جمله، فرصت ها و محدودیت های طراحی شهری، جهت گیری ساختمان، تشکیل سایه از ساختمانهای دیگر، الگوهای باد، نزدیکی به مراکز صنعتی، سر و صدا و کاراکتر شهری. تمامی این موارد برای بهینه سازی ترکیب استراتژی های طراحی غیرفعال باید در نظر گرفته شود و برخی ممکن است تضادهایی در طراحی ایجاد کند. 

از طرف دیگر، ادغام ملاحظات سایت مانند محوطه سازی، باد و ریزگردها می تواند بر معماری محلی یک ساختمان تأثیر بگذارد.

جهت گیری نمای ساختمان یکی از عناصر اصلی برای بسیاری از استراتژی های طراحی غیرفعال است. نمای ظاهری بر پیامدهای انرژی و آسایش حرارتی، سایه خورشیدی، نسبت سطح پنجره به دیوار، موقعیت و عملکرد پنجره و انتخاب رنگ بیرونی تأثیر می گذارد.

جهت گیری ساختمان میزان تابش خورشیدی دریافتی را تعیین می کند. سطح سقف، بیشترین تابش را می گیرد، اما عایق بندی مناسبی شده است. نمای ساختمان که می تواند نسبت مساحت پنجره به دیوار قابل توجهی داشته باشد،  مقادیر مختلفی تابش خورشید را دریافت می کند. نمای جنوبی در هنگام زمستان در هنگام کاهش زاویه خورشید، از تابش خورشیدی مطلوب بهره می برد و این امر، امکان گرم کردن خورشیدی غیرفعال در طول زمستان را ایده آل می کند. از طرف دیگر، پنجره را باید با دقت در قسمتهای شرقی و غربی قرار داد زیرا بیشترین (بعد از جهت جنوب) شدت تابش را دریافت می کنند. افزایش بیش از حد گرمای خورشیدی در سمت غرب می تواند مشکل ساز باشد زیرا حداکثر شدت خورشیدی همزمان با گرمترین قسمت روز است.

مزایا: 

• می تواند عملکرد بهینه و گرمایشی را در هنگام بهینه سازی تا حد زیادی ارتقا دهد. 
• می تواند در هنگام بهینه سازی، نور روز را تا حد زیادی بهبود بخشد.

محدودیت ها: 

• طراحی بهینه جهت گیری همیشه امکان پذیر نیست و می تواند توسط مسیرها، توسعه موجود، زمینه طراحی شهری، اندازه زیاد و جهت گیری های زیادی محدود شود.
• راهکارهای طراحی ممکن است در ارائه راه حل طراحی غیرفعال، فرصتهایی برای موقعیتهای منحصر به فرد ایجاد کند.
•  

شکل و جرم ساختمان  

شکل و جرم ساختمان  از پتانسیل بسیار خوبی برای کاهش شدت انرژی ساختمان برخوردار است. اما اغلب تحت تأثیر یک مجموعه پیچیده از عوامل (ملاحظات برنامه ریزی، نوع ساختمان و استفاده، امکان سنجی و هزینه اولیه) قرار می گیرند. برخی از شکل های معمول ساختمان، مساحت به نسبت حجم را افزایش می دهد. با یک مساحت زیربنای مشخص، ساختمانهایی که دارای سطح بیرونی کوچکتر هستند، به عملکرد انرژی کمتری خواهند رسید. شکل ساختمان فشرده، شدت انرژی ساختمان را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و نیاز به سیستم های مکانیکی فعال همانطور که در نتایج مدل سازی شکل زیر نشان داده شده است، کم می کند. 

بهینه سازی جرم، اغلب بدون افزایش هزینه سرمایه می تواند عملکرد غیرفعال را بطور چشمگیری بهبود بخشد،  به عنوان یکی از اولین ملاحظات طراحی، جرم یک ساختمان پیشنهادی باید جهت گیری و سایر شرایط خاص سایت را به خود اختصاص دهد. بخش 1-4 در مورد جهت گیری و تأثیرات مهم آن بر جرم و سایر عناصر طراحی غیرفعال بحث می کند.

مزایا

• کاهش مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش 
• کاهش پیک بارهای گرمایش و سرمایش 

محدودیت ها 

• باید با دقت بررسی شود تا امکان زندگی در فضاها را به خطر نیاندازد (مثلاً روشنایی روز به مشکل بخورد؛ به هم افزایی مراجعه کنید).
• باید تناقضات احتمالی در طراحی شهری مربوط به شرایط خیابان، راهروها و سایر ملاحظات برنامه ریزی شهری را در نظر بگیرید.

سایه خورشیدی

عناصر سایه خورشیدی را می توان در قسمت بیرونی یا داخلی اعمال کرد.

سایه خورشیدی خارجی استفاده از فرورفتگی ها، پرده ها، آسترها یا هر چیز دیگری است که تابش خورشید و ورود به ساختمان از طریق پنجره را مسدود می کند.

ویژگی های سایه خورشیدی داخلی، معمولا پرده داخلی، هر ماده ای است که تابش خورشید را از محیط بیرون به داخل ساختمان مسدود می کند.

تمایز بین سایه داخلی و خارجی از آن جهت حائز اهمیت است که، هرچند هر دو سیستم تابش خورشید را مسدود می کنند، اما تأثیرات متفاوتی بر زیبایی ساختمان، روشنایی روز، راحتی و الزامات سیستم انرژی ساختمان دارند. وسایل سایه انداز بیرونی قبل از رسیدن به سطح بیرونی ساختمان، تابش خورشید را جذب و یا بازتاب می کنند. سایه خارجی باعث درجه حرارت پایین تر سطح خارجی و افزایش گرمای کمتر می شود. سایه در هنگام استفاده پنجره ها، هم میزان افزایش مستقیم خورشیدی را در فضا کاهش می دهد، هم دمای سطح خارجی و هم سطح داخلی پنجره، کف و دیوار و خیرگی را کاهش می دهد.

سایه بان داخلی، نفوذ اشعه خورشیدی را به فضای مورد تهویه مسدود می کند. با این حال انرژی خورشیدی هنوز از طریق نصب پنجره منتقل می شود. هنگامی که سایه بان در داخل است، سطح داخلی شیشه و پرده را گرم می کند. این سطوح گرم، فضای داخلی و ساکنین را از طریق انتقال گرمای تابشی و همرفت (گرمایش هوا) گرم می کنند. در صورت استفاده از سرمایش مکانیکی، این افزایش گرما باید توسط سیستم حذف شود.

طراحی سایه بان مؤثر، نیاز به تعادل بین دریافت خورشیدی مطلوب در طول زمستان و عدم دریافت خورشیدی نامطلوب در طول تابستان دارد. استراتژی بهینه سایه بان، برای زمان های مختلف سال قابل تنظیم است. ویژگی های ثابت مانند سایه بان های افقی برای جذب آفتاب زمستانی با زاویه کم و مسدود کردن تابش خورشید تابستانی با زاویه بالا طراحی شده است.

مزایا

کاهش تقاضا، و به طور بالقوه نیاز سیستم های سرمایشی فعال را از بین می برد. تابش خورشید را کاهش داده و آسایش حرارتی را بهبود می بخشد.

محدودیت ها

• مزیت مسدود کردن بهره گیری خورشیدی در تابستان باید با مزیت مطلوب بهره گیری خورشیدی در زمستان متعادل شود.
• طراحان باید موارد عملی مانند شستشوی پنجره را در نظر بگیرند.

جرم حرارتی

همه مواد دارای جرم حرارتی هستند، با این وجود وقتی برای ساختمان استفاده می شود، جرم حرارتی به طور کلی به معنای موادی است که قادر به جذب، نگه داشتن و آزاد سازی تدریجی گرما (انرژی حرارتی) هستند. در صورت وجود اختلاف دما بین جرم و فضای اطراف، مقدار زیادی گرما را جذب و به آرامی آن را آزاد می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که در یک دیوار قرار دارد، جرم به عنوان یک چاه حرارتی عمل می کند، گرما را جذب و انتقال آن را از طریق دیوار کند می کند.

مصالح ساختمانی سنگین و متراکم با گرمای ویژه بالا مانند سنگ، بتون، آجر یا خشت دارای جرم حرارتی بالایی هستند. مواد سبک و متخلخل سبک مانند چوب، عایق و شیشه جرم حرارتی کم دارند.

در طول تابستان، جرم حرارتی که در معرض فضای داخلی است، گرمای موجود در فضا، از جمله بهره خورشیدی را جذب می کند و بار سیستم سرمایش مکانیکی را پایین می آورد. به عنوان مثال، یک طبقه با جرم زیاد حرارتی در یک ساختمان، می تواند در طول شب با هوای سردتر بیرون سرد شود. در صبح، جرم سرد باعث جذب گرمای خورشیدی و دیگر گرما از فضا می شود و احساس خنک شدن از کف را فراهم می کند. نشان داده شده است که تأخیر در شروع سرمایش مکانیکی روزانه و در برخی موارد تقاضای پیک سرمایش را کاهش داده یا حتی از بین می برد. این تأخیر را "تاخیر حرارتی" می نامند.

مزایا

• کاهش مصرف انرژی سالانه. 
• کاهش تقاضای پیک مصرف. 
• حفظ یکنواختی و پایداری محیط داخلی
• بالا بردن میزان عایق صوتی 
• بهبود رتبه بندی آتش سوزی 

 محدودیت ها 

بدون تابش مستقیم خورشیدی کافی (به عنوان مثال، در نماهای شمالی)، جرم حرارتی می تواند در مقایسه با ساخت و ساز سبک وزن منجر به افزایش مصرف انرژی سیستم مکانیکی شود.