شاهکار مهندسي معماري سنتي ايران
کمي به دور و بر خود نگاه کنيد؛ کولرهاي آبي و گازي ، پنکه ، فن کويل و چيلر هواي خنکي را براي ساختمان ، فراهم مي کنند و از سوي ديگر، انواع مختلف يخچال ها و فريزرها که محصولات غذايي و نوشيدني ها را در محيط خنک و مناسبي نگاهداري مي کنند.
آنچه ما را به اين توانايي پيشرفته در فراهم ساختن امکانات سرمايشي رسانده است ، دانش تهويه مطبوع نام دارد. اما آيا تاکنون از خود پرسيده ايد که مردم کشورمان پيش از پيشرفت دانش تهويه مطبوع به شکل امروزي ، چگونه شرايط مناسب هوايي را براي خود فراهم مي کردند؟
آيا آنان آب و هواي گرم تابستاني را تحمل مي کردند و دسترسي به آب خنک را آرزويي محال مي دانستند؟ مسلما استفاده از آب خنک چشمه ها در مناطق کوهپايه اي و کوهستاني و سفر کردن به مناطق خوش آب و هوا يکي از اين راه حل ها بوده است.
ولي جالب است بدانيد نياکان ما پاسخهاي ديگري نيز ابداع کرده بودند که مي توانست شرايط بسيار مناسبي را در فضاي خانه ايجاد کند و اين کارها با توجه به آن که هيچ انرژي خاصي مصرف نمي کند، از شاهکارهاي مهندسي به شمار مي رود.
تاکنون فکر کرده ايد پنکه چگونه هوا را مطبوع مي کند؟ هنگامي که پره هاي پنکه مي چرخند، هواي پشت با فشار به جلو حرکت مي کند و جريان مصنوعي هوا ايجاد مي شود. اين جريان هوا با عبور از مجاورت پوست بدن روند انتقال حرارت بدن انسان را سرعت مي بخشد و ما احساس خنکي مي کنيم.
بادگير هم وسيله اي است که هوا را جريان مي بخشد. با اين تفاوت که در پنکه ، جريان برق موتور الکتريکي را و چرخش پره هاي متصل به موتور هوا را به حرکت درمي آورد؛ در حالي که بادگير بادي را که در فضاي بيرون مي وزد، مهار و به داخل خانه هدايت مي کند.
بادگيرها را معمولا متناسب با مصرف و نياز خانوار طراحي مي کردند و مسلما هر چه ابعاد ورودي بيشتر باشد، حجم هواي ورودي هم بيشتر خواهد بود. ارتفاع بالاتر هم در کارکرد بهتر بادگير موثر است.
دليل آن هم اختلاف سرعت باد در ارتفاع هاي مختلف است ؛ در مجاورت زمين ، سرعت هوا صفر است و هر چه بالاتر مي رويم ، سرعت باد بيشتر مي شود تا به مقدار ثابت خود دست يابد.
از سوي ديگر، در مجاورت زمين گرد و غبار زيادي وجود دارد که با افزايش ارتفاع کاهش مي يابد، به اين ترتيب با افزايش ارتفاع ، به هوايي با سرعت بالاتر و گرد و غبار کمتر دسترسي خواهيم داشت.
ورودي بادگير را معمولا در زيرزمين قرار مي دهند تا از خنکي زيرزمين هم استفاده شود و فضاي مطبوع و شرايط مناسب فراهم شود.
بادگيرهاي سنتي را مي توان يک نمونه عالي هنر مهندسي به شمار آورد که در حالي که هواي بيرون بسيار گرم است و از آسمان آتش مي بارد، بدون صرف هيچ گونه انرژي و صرفا با طراحي مناسب سيستم هدايت هوا، شرايط خنک با تفاوت دماي حدود 30درجه با بيرون را فراهم مي کنند.
البته بادگير سنتي ، به دليل ورود گرد و غبار به منزل و همچنين استفاده نکردن از سرمايش تبخيري محل اشکال است که ايراد دوم در برخي نمونه ها مرتفع شده است.
در اين نمونه ها، باد در مسير ورود به منزل از سطوحي نمناک عبور مي کرده و بخشي از حرارت خود را صرف تبخير آب مي کرده به اين ترتيب هوايي مرطوب تر و خنک تر به دست مي آمد که شرايط مطلوب تري فراهم مي کرد.
اين فرآيند مشابه همان اتفاقي است که درون کولر آبي روي مي دهد. دکتر مهدي بهادري نژاد، استاد دانشگاه صنعتي شريف و چهره ماندگار مکانيک کشور نيز در چند نمونه جديد، از پره هاي مرطوب در ستون بادگير و پوشال مرطوب در ورودي بادگير استفاده کرده است.
اين بادگيرهاي جديد که در مسجد دانشگاه يزد نصب شده است ، قدرت خنک سازي بيشتري نسبت به بادگير سنتي دارند و مي توانند کاملا جايگزين کولر آبي شوند.
تنها ايرادي که به آنها وارد است ، وابسته بودن آنها به جريان طبيعي باد است که البته در مناطق بادخيز، چندان جدي به نظر نمي رسد.
سقف گنبدي و الگوي بال هواپيما
اگر هنگام عبور از بازار قديمي يا شبستان يک مسجد نگاهي به بالاسر خود بيندازيد، مي توانيد گنبدهاي کوچکي را مشاهده کنيد که بعضا سوراخي در بالاي سقف خود دارند. شايد به فکرتان رسيده باشد که اين سوراخ ها براي تابيدن نور خورشيد به محيط پايين تعبيه شده باشد، ولي کاربري اين سقفهاي گنبدي به مراتب بيشتر از اين حرفهاست.
هنگامي که باد از روي يک سطح منحني ، مثلا يک نيمکره عبور مي کند، در بالاترين نقطه منحني به حداکثر سرعت خود مي رسد و در مقابل ، فشارش به شدت افت مي کند. اين افت فشار نسبت هوايي که در زير وجود دارد، موجب مي شود نيرويي به طرف بالا ايجاد شود.
در بال هواپيما، اين نيرو تعادل هواپيما و حرکت به سمت بالا را تامين مي کند. ولي در سقف گنبدي اين نيرو موجب مي شود هوا از سوراخ درون سقف به بيرون جريان پيدا کند و هواي محيط زير سقف تهويه شود.
البته خود سقف گنبدي هم در کاهش انتقال حرارت از بيرون به داخل ساختمان نقش مهمي به عهده دارد. آنچه گفته شد، مهمترين کاربري حرارتي سقف گنبدي است ، ولي مهمترين کاربري آن ، پوشاندن سطوح وسيع است و ابتدا براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گرفته است ؛ ولي هنگامي که کارايي حرارتي اين نوع سازه کشف شد، حتي در ساختمان ها و خانه هاي معمولي که مي شد سقف آنها را به شيوه مسطح ساخت ، مورد استفاده قرار گرفت.
حياط ميزبان تابستاني اهالي خانه
در خانه هاي سنتي ايران ، حياط نقش بسيار مهمي از نظر ايمني ، امنيتي و راحتي اعضاي منزل به عهده داشته است. ولي حياط علاوه بر اينها از نوعي کاربري حرارتي نيز برخوردار بوده است.
خانه به صورتي ساخته مي شد که اتاقها دور حياط قرار گيرند و ديوارها روي حياط سايه بيندازند. در حياط هم يک حوض و يک باغچه نسبتا انبوه وجود داشت و به عنوان بخشي از فضاي مسکوني مورد استفاده قرار مي گرفت.
در روزهاي تابستان ، خانمهاي خانه بيشتر وقت خود را در حياط مي گذراندند و صبحها در حياط صبحانه مي خوردند و تا حوالي ساعت 10که حياط هنوز در سايه بود، در آنجا به سر مي بردند. پس از آن به زيرزمين بادگيردار مي رفتند، ناهار مي خوردند و استراحت مي کردند و بعد، حوالي ساعت 16که حياط دوباره سايه مي شد، دوباره به حياط مي آمدند و اصطلاحا صفا مي کردند!
در واقع ، در تابستان ها اهالي منزل وقت کمي را در داخل اتاقها مي گذراندند. بررسي ها نشان داده است وجود حياط، انرژي مورد نياز براي خنکي ساختمان را کاهش مي دهد، زيرا وجود حوض و گل و گياه باغچه ، هواي ورودي به اتاقها را خنک تر مي کند (البته نه خيلي زياد) و از طرف ديگر، چون عمده زمان حضور ساکنان در حياط مي گذرد، پس انرژي خنک سازي ساختمان درطول روز کاهش مي يابد.
زيرزمين و خنکي اهدايي زمين
زمين خاصيت جالبي دارد. در تابستان ها اگر چند متر پايين تر از سطح زمين را بررسي کنيم ، متوجه مي شويم دما کمتر از سطح زمين است و در زمستان ها دما بيشتر از سطح زمين است.
مي توان نشان داد در عمق پنج ، شش متري سطح زمين ، تغييرات دما در طول سال تقريبا ثابت و مقدار آن برابر متوسط دماي هوا در طول سال است. بدين سان مي توان از اين خاصيت براي طراحي يک زيرزمين يا يک سرداب استفاده کرد. در زمانهاي گذشته ، بادگيرها را به زيرزمين متصل مي کردند تا از خنکي بادگير هم استفاده کنند.
استاد در مورد کارايي حرارتي زيرزمين ها مي گويد: جالب اينجاست در زيرزمين ، خنک شدن به دو شيوه حاصل مي شود. يکي انتقال حرارت از طريق جابه جايي با هواي خنک و ديگري ، انتقال حرارت از طريق تشعشع با ديوارهاي خنک زيرزمين.
بدن انسان ، حرارتي معادل يکصد وات توليد مي کند. براي آن که انسان در شرايط مناسب راحتي به سر برده اين مقدار حرارت بايد دفع شود و در صورتي که بتوان از شيوه تشعشع استفاده کرد، آن گاه بخش اعظم اين حرارت به اين شيوه دفع مي شود. بنابراين ديوارهاي خنک از مزيت هاي مهم زيرزمين محسوب مي شوند.
در کشورهاي خارجي و از جمله ايالات متحده ، کتابخانه هايي وجود دارند که براي کاهش هزينه هاي انرژي خود، مخزن کتابها و سالن مطالعه را به زيرزمين انتقال داده تا از اين خاصيت زيرزمين نهايت استفاده را ببرند. جالب اينجاست که اين نمونه ها هم در منطقه بسيار گرم وهم در منطقه بسيار سرد واقع شده اند.
استفاده از سرماي زمستان براي تابستان
چهار سيستم فوق ، يعني بادگير، سقف گنبدي ، حياط و زيرزمين براي خنک سازي در طول روز استفاده مي شد. ولي شيوه هايي هم براي حفظ برودت زمستان تا تابستان و استفاده از آنها وجود داشت که آب انبار و يخچال (چاله هاي يخي) از آن جمله به شمار مي روند.
در آب انبار، آب سرد زمستان در سردابي زيرزمين جمع آوري مي شد و با روشهاي مختلف ، از انتقال حرارت بيرون به داخل جلوگيري مي شد. استفاده از بادگير و سايه انداختن ، دو روش براي خنک نگاه داشتن آب در آب انبار بود. در روش چاله هاي يخي هم در شبهاي صاف زمستان ، لايه هايي از يخ مي ساختند و آنها را در چاله هايي نگاهداري مي کردند تا در تابستان از آنها استفاده شود.
البته هر دوي اين روشها بسيار غيربهداشتي بودند، ولي مردم آن زمان چاره ديگري نيز نداشتند! به نظر مي رسد اجداد ما، مهندساني عالي بودند که انواع شاهکارهاي مهندسي را خلق کرده اند.
ولي مشخص نيست چرا نتوانسته اند در زمينه هاي بهداشتي نوآوري داشته باشند و اين شاهکارهاي مهندسي خود را بي عيب و نقص تحويل دهند!
آنچه ما را به اين توانايي پيشرفته در فراهم ساختن امکانات سرمايشي رسانده است ، دانش تهويه مطبوع نام دارد. اما آيا تاکنون از خود پرسيده ايد که مردم کشورمان پيش از پيشرفت دانش تهويه مطبوع به شکل امروزي ، چگونه شرايط مناسب هوايي را براي خود فراهم مي کردند؟
آيا آنان آب و هواي گرم تابستاني را تحمل مي کردند و دسترسي به آب خنک را آرزويي محال مي دانستند؟ مسلما استفاده از آب خنک چشمه ها در مناطق کوهپايه اي و کوهستاني و سفر کردن به مناطق خوش آب و هوا يکي از اين راه حل ها بوده است.
ولي جالب است بدانيد نياکان ما پاسخهاي ديگري نيز ابداع کرده بودند که مي توانست شرايط بسيار مناسبي را در فضاي خانه ايجاد کند و اين کارها با توجه به آن که هيچ انرژي خاصي مصرف نمي کند، از شاهکارهاي مهندسي به شمار مي رود.
تاکنون فکر کرده ايد پنکه چگونه هوا را مطبوع مي کند؟ هنگامي که پره هاي پنکه مي چرخند، هواي پشت با فشار به جلو حرکت مي کند و جريان مصنوعي هوا ايجاد مي شود. اين جريان هوا با عبور از مجاورت پوست بدن روند انتقال حرارت بدن انسان را سرعت مي بخشد و ما احساس خنکي مي کنيم.
بادگير هم وسيله اي است که هوا را جريان مي بخشد. با اين تفاوت که در پنکه ، جريان برق موتور الکتريکي را و چرخش پره هاي متصل به موتور هوا را به حرکت درمي آورد؛ در حالي که بادگير بادي را که در فضاي بيرون مي وزد، مهار و به داخل خانه هدايت مي کند.
بادگيرها را معمولا متناسب با مصرف و نياز خانوار طراحي مي کردند و مسلما هر چه ابعاد ورودي بيشتر باشد، حجم هواي ورودي هم بيشتر خواهد بود. ارتفاع بالاتر هم در کارکرد بهتر بادگير موثر است.
دليل آن هم اختلاف سرعت باد در ارتفاع هاي مختلف است ؛ در مجاورت زمين ، سرعت هوا صفر است و هر چه بالاتر مي رويم ، سرعت باد بيشتر مي شود تا به مقدار ثابت خود دست يابد.
از سوي ديگر، در مجاورت زمين گرد و غبار زيادي وجود دارد که با افزايش ارتفاع کاهش مي يابد، به اين ترتيب با افزايش ارتفاع ، به هوايي با سرعت بالاتر و گرد و غبار کمتر دسترسي خواهيم داشت.
ورودي بادگير را معمولا در زيرزمين قرار مي دهند تا از خنکي زيرزمين هم استفاده شود و فضاي مطبوع و شرايط مناسب فراهم شود.
بادگيرهاي سنتي را مي توان يک نمونه عالي هنر مهندسي به شمار آورد که در حالي که هواي بيرون بسيار گرم است و از آسمان آتش مي بارد، بدون صرف هيچ گونه انرژي و صرفا با طراحي مناسب سيستم هدايت هوا، شرايط خنک با تفاوت دماي حدود 30درجه با بيرون را فراهم مي کنند.
البته بادگير سنتي ، به دليل ورود گرد و غبار به منزل و همچنين استفاده نکردن از سرمايش تبخيري محل اشکال است که ايراد دوم در برخي نمونه ها مرتفع شده است.
در اين نمونه ها، باد در مسير ورود به منزل از سطوحي نمناک عبور مي کرده و بخشي از حرارت خود را صرف تبخير آب مي کرده به اين ترتيب هوايي مرطوب تر و خنک تر به دست مي آمد که شرايط مطلوب تري فراهم مي کرد.
اين فرآيند مشابه همان اتفاقي است که درون کولر آبي روي مي دهد. دکتر مهدي بهادري نژاد، استاد دانشگاه صنعتي شريف و چهره ماندگار مکانيک کشور نيز در چند نمونه جديد، از پره هاي مرطوب در ستون بادگير و پوشال مرطوب در ورودي بادگير استفاده کرده است.
اين بادگيرهاي جديد که در مسجد دانشگاه يزد نصب شده است ، قدرت خنک سازي بيشتري نسبت به بادگير سنتي دارند و مي توانند کاملا جايگزين کولر آبي شوند.
تنها ايرادي که به آنها وارد است ، وابسته بودن آنها به جريان طبيعي باد است که البته در مناطق بادخيز، چندان جدي به نظر نمي رسد.
سقف گنبدي و الگوي بال هواپيما
اگر هنگام عبور از بازار قديمي يا شبستان يک مسجد نگاهي به بالاسر خود بيندازيد، مي توانيد گنبدهاي کوچکي را مشاهده کنيد که بعضا سوراخي در بالاي سقف خود دارند. شايد به فکرتان رسيده باشد که اين سوراخ ها براي تابيدن نور خورشيد به محيط پايين تعبيه شده باشد، ولي کاربري اين سقفهاي گنبدي به مراتب بيشتر از اين حرفهاست.
هنگامي که باد از روي يک سطح منحني ، مثلا يک نيمکره عبور مي کند، در بالاترين نقطه منحني به حداکثر سرعت خود مي رسد و در مقابل ، فشارش به شدت افت مي کند. اين افت فشار نسبت هوايي که در زير وجود دارد، موجب مي شود نيرويي به طرف بالا ايجاد شود.
در بال هواپيما، اين نيرو تعادل هواپيما و حرکت به سمت بالا را تامين مي کند. ولي در سقف گنبدي اين نيرو موجب مي شود هوا از سوراخ درون سقف به بيرون جريان پيدا کند و هواي محيط زير سقف تهويه شود.
البته خود سقف گنبدي هم در کاهش انتقال حرارت از بيرون به داخل ساختمان نقش مهمي به عهده دارد. آنچه گفته شد، مهمترين کاربري حرارتي سقف گنبدي است ، ولي مهمترين کاربري آن ، پوشاندن سطوح وسيع است و ابتدا براي اين منظور مورد استفاده قرار مي گرفته است ؛ ولي هنگامي که کارايي حرارتي اين نوع سازه کشف شد، حتي در ساختمان ها و خانه هاي معمولي که مي شد سقف آنها را به شيوه مسطح ساخت ، مورد استفاده قرار گرفت.
حياط ميزبان تابستاني اهالي خانه
در خانه هاي سنتي ايران ، حياط نقش بسيار مهمي از نظر ايمني ، امنيتي و راحتي اعضاي منزل به عهده داشته است. ولي حياط علاوه بر اينها از نوعي کاربري حرارتي نيز برخوردار بوده است.
خانه به صورتي ساخته مي شد که اتاقها دور حياط قرار گيرند و ديوارها روي حياط سايه بيندازند. در حياط هم يک حوض و يک باغچه نسبتا انبوه وجود داشت و به عنوان بخشي از فضاي مسکوني مورد استفاده قرار مي گرفت.
در روزهاي تابستان ، خانمهاي خانه بيشتر وقت خود را در حياط مي گذراندند و صبحها در حياط صبحانه مي خوردند و تا حوالي ساعت 10که حياط هنوز در سايه بود، در آنجا به سر مي بردند. پس از آن به زيرزمين بادگيردار مي رفتند، ناهار مي خوردند و استراحت مي کردند و بعد، حوالي ساعت 16که حياط دوباره سايه مي شد، دوباره به حياط مي آمدند و اصطلاحا صفا مي کردند!
در واقع ، در تابستان ها اهالي منزل وقت کمي را در داخل اتاقها مي گذراندند. بررسي ها نشان داده است وجود حياط، انرژي مورد نياز براي خنکي ساختمان را کاهش مي دهد، زيرا وجود حوض و گل و گياه باغچه ، هواي ورودي به اتاقها را خنک تر مي کند (البته نه خيلي زياد) و از طرف ديگر، چون عمده زمان حضور ساکنان در حياط مي گذرد، پس انرژي خنک سازي ساختمان درطول روز کاهش مي يابد.
زيرزمين و خنکي اهدايي زمين
زمين خاصيت جالبي دارد. در تابستان ها اگر چند متر پايين تر از سطح زمين را بررسي کنيم ، متوجه مي شويم دما کمتر از سطح زمين است و در زمستان ها دما بيشتر از سطح زمين است.
مي توان نشان داد در عمق پنج ، شش متري سطح زمين ، تغييرات دما در طول سال تقريبا ثابت و مقدار آن برابر متوسط دماي هوا در طول سال است. بدين سان مي توان از اين خاصيت براي طراحي يک زيرزمين يا يک سرداب استفاده کرد. در زمانهاي گذشته ، بادگيرها را به زيرزمين متصل مي کردند تا از خنکي بادگير هم استفاده کنند.
استاد در مورد کارايي حرارتي زيرزمين ها مي گويد: جالب اينجاست در زيرزمين ، خنک شدن به دو شيوه حاصل مي شود. يکي انتقال حرارت از طريق جابه جايي با هواي خنک و ديگري ، انتقال حرارت از طريق تشعشع با ديوارهاي خنک زيرزمين.
بدن انسان ، حرارتي معادل يکصد وات توليد مي کند. براي آن که انسان در شرايط مناسب راحتي به سر برده اين مقدار حرارت بايد دفع شود و در صورتي که بتوان از شيوه تشعشع استفاده کرد، آن گاه بخش اعظم اين حرارت به اين شيوه دفع مي شود. بنابراين ديوارهاي خنک از مزيت هاي مهم زيرزمين محسوب مي شوند.
در کشورهاي خارجي و از جمله ايالات متحده ، کتابخانه هايي وجود دارند که براي کاهش هزينه هاي انرژي خود، مخزن کتابها و سالن مطالعه را به زيرزمين انتقال داده تا از اين خاصيت زيرزمين نهايت استفاده را ببرند. جالب اينجاست که اين نمونه ها هم در منطقه بسيار گرم وهم در منطقه بسيار سرد واقع شده اند.
استفاده از سرماي زمستان براي تابستان
چهار سيستم فوق ، يعني بادگير، سقف گنبدي ، حياط و زيرزمين براي خنک سازي در طول روز استفاده مي شد. ولي شيوه هايي هم براي حفظ برودت زمستان تا تابستان و استفاده از آنها وجود داشت که آب انبار و يخچال (چاله هاي يخي) از آن جمله به شمار مي روند.
در آب انبار، آب سرد زمستان در سردابي زيرزمين جمع آوري مي شد و با روشهاي مختلف ، از انتقال حرارت بيرون به داخل جلوگيري مي شد. استفاده از بادگير و سايه انداختن ، دو روش براي خنک نگاه داشتن آب در آب انبار بود. در روش چاله هاي يخي هم در شبهاي صاف زمستان ، لايه هايي از يخ مي ساختند و آنها را در چاله هايي نگاهداري مي کردند تا در تابستان از آنها استفاده شود.
البته هر دوي اين روشها بسيار غيربهداشتي بودند، ولي مردم آن زمان چاره ديگري نيز نداشتند! به نظر مي رسد اجداد ما، مهندساني عالي بودند که انواع شاهکارهاي مهندسي را خلق کرده اند.
ولي مشخص نيست چرا نتوانسته اند در زمينه هاي بهداشتي نوآوري داشته باشند و اين شاهکارهاي مهندسي خود را بي عيب و نقص تحويل دهند!
