پروژه های زیباآشیان پارس

021

جهت دریافت مشاوره تماس بگیرید

logo
Search
Close this search box.

نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی

نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی انرژی

نماهای تهویه‌شونده: مروری بر عملکرد حرارتی و انرژی:

طی سال‌های اخیر، استفاده از نماهای تهویه‌شونده کدر (OVF: Opaque Ventilated Facades) به عنوان راهکاری برای انواع ساختمان‎ها، اقلیم‌ها و طراحی‎ها، افزایش چشمگیری داشته است. این نوع نما راهکار مناسبی هم برای بازسازی ساختمان‌های موجود و همچنین برای ساختمان‌های جدید  به کارگرفته می‌شود.

تاثیر نماهای تهویه‌شونده در ساختمان یکی از موضوعات روز است و پژوهش‌های مربوطه به اهمیت دو موضوع اشاره دارند؛ یکی اهمیت پوشش نهایی نما  بر کاهش نیاز به انرژی در کل ساختمان، و دیگری، اهمیت دسترسی به مدلی صحیح برای رسیدن به درکی درست از عملکرد نما.

در حال حاضر، علت اصلی تمایل به OVF ناشی از توانایی آنها در جهت کاهش نیاز به استفاده از سیستم های سرمایشی است.

این مقاله شامل اطلاعاتی از پژوهش‌های مختلف است که در سال‌های اخیر انجام شده‌اند و عملکرد حرارتی و انرژی OVFها را بررسی کرده‌اند.

مقاله‌ی حاضر در تلاش است تا پیامدهای شرایط محیطی بیرونی و تصمیمات طراحی (مصالح لایه بیرونی، نوع درزها، عرض حفره هوا و …) بر عملکرد حرارتی OVF را توضیح دهد. این پژوهش همچنین چند استراتژی مهم برای سفارشی کردن طراحی نما با توجه به شرایط آب‌وهوایی خاص را ارائه می‌دهد.

۱. مقدمه

صرفه‌جویی در انرژی یکی اولویت‌های اصلی در کشورهای پیشرفته است. بخش ساختمانی ۴۰ درصد از مصرف انرژی در اروپا را به خود اختصاص داده است. پوشش بیرونی ساختمان عنصری است که بیشترین تاثیر را بر مصرف کلی انرژی در ساختمان می‌گذارد. باید به این نکته توجه داشت که نمای ساختمان  فصل مشترک عوامل محیطی بیرونی و نیازهای داخلی ساکنان است. با اینکه خواسته‌های ساکنین غالباً ثابت است اما شرایط آب و هوایی به طور پیوسته در حال تغییر هستند. 

معماران و پیمانکاران ساختمانی، نمای تهویه شونده مات OVF (نمای خشک) را به عنوان راهکاری برای پوسته بیرونی و برای انواع ساختمان‌ها، شرایط آب‌وهوایی مختلف و مدل های مختلف طراحی‌ انتخاب کرده اند. این سیستم، طیف وسیعی از مصالح سطح رویه را ارائه داده و این امکان را می‌دهد که بتوان انواع مختلفی از  متریال، رنگ‌ها، و ابعاد قطعات را برای  نمای بیرونی انتخاب کرد. درزهای این نماهای تهویه‌شونده هم می‌تواند باز و هم بسته باشد. علاوه بر این، استقرار یک لایه پیوسته عایق حرارتی و فاصله هوایی تهویه‌ باعث صرفه جویی در مصرف انرژی قابل ملاحظه ای می شود. علاوه بر این OVF ها مزایای دیگری هم دارند. این که به روش صنعتی و مدرن و با استفاده از قطعات مکانیکی نصب میشوند و کنترل و دقت بیشتری روی  نصب قطعات وجود دارد. این مزایا باعث می‌شود که OVF راه‌حل بسیار مناسبی برای ساختمان‌ها – نه فقط برای ساختمان‌های نوساز، بلکه حتی برای ساختمانی‌هایی که قصد بازسازی و نو‌سازی دارند- باشد.

تعریف

OVF یک نمای دو پوسته‌ی صنعتی است که از دو لایه‌ی مات و یک کانال تهویه در بین‌ آنها تشکیل شده است.

لایه‌ی بیرونی معمولاً از کنار هم قرار گرفتن پنل‌ها به صورت مشبک تشکیل شده و  طیف وسیعی از متریال مختلف (فلزی، سرامیکی، سنگی، کامپوزیت) را می‌توان در این سیستم مورد استفاده قرار داد. در بعضی از انواع OVF، پنل‌های بیرونی پیوسته هستند یا به عبارت دیگر، درزهای بین پنل‌ها بسته است. در این  حالت، تهویه از طریق دریچه هایی که در قسمت‌های پایینی و بالایی نما ایجاد شده انجام می‌شود. در بعضی حالتهای دیگر، این درزها باز هستند (که اصطلاحا از آنها با عنوان نماهای تهویه‌شونده با درز باز یا Open Joint Ventilated Façade یاد می‌شود) و این درزها اجازه می‌دهد که هوای بیرونی در طول کل دیوار به کانال تهویه وارد و از آن خارج شود؛ علاوه بر این، این درزها هر گونه انبساط یا انقباض مصالح ناشی از تغییرات دمایی را نیز مدیریت می‌کنند (شکل ۲).

نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی انرژی
نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی انرژی

Fig. 2. Outer skin types: (1) open joints, discontinuous skin, (2) closed joints, continues outer skin.

عرض کانال تهویه می‌تواند با توجه به سازه زیرسازی مورد استفاده، متفاوت باشد. لایه‌ی پوسته بیرونی غالباً به عنوان فیلتری در برابر تابش عمل می‎‌کند، در حالیکه لایه‎‌ی داخلی نقش عایق ساختمان یا ذخیره کننده حرارتی[۱] را ایفا می‌کند.

OVF سیستمی است که اولین بار در کشورهای واقع در شمال اروپا گسترش یافته است. هدف از طراحی OVF در این کشورها، حل مشکلات مربوط به مقاومت ساختمان در برابر عوامل جوی با مقاوم کردن دیوارهای بیرونی در مقابل باران، باد و تغییرات دمایی است.

در حال حاضر، علت اصلی علاقه به OVF در کشورهای اروپایی توانایی این سیستم برای کاهش انتقال حرارت  از بیرون به داخل ساختمان است.

تاثیر نماهای تهویه‌شونده در ساختمان یکی از موضوعات روز است و پژوهش‌های مربوطه به اهمیت دو موضوع اشاره دارند؛ یکی اهمیت پوشش بر کاهش نیاز به انرژی در کل ساختمان و دیگری اهمیت دسترسی به مدلی صحیح برای رسیدن به درکی درست از عملکرد نما.

این مقاله حاوی اطلاعاتی است که از پژوهش‌های انجام شده در سال‌های اخیر جمع‌آوری شده است؛ پژوهش‌هایی که عملکرد حرارتی و انرژی OVF را مورد بررسی قرار می‌دهند. مقاله‌ی حاضر در تلاش است تا پیامدهای شرایط محیطی بیرونی و تصمیمات طراحی (مصالح لایه بیرونی، نوع درزها، عرض حفره هوا و …) بر عملکرد حرارتی OVF را توضیح دهد. این پژوهش همچنین چند استراتژی مهم برای سفارشی کردن طراحی نما با توجه به شرایط آب‌وهوایی خاص را ارائه می‌دهد.

۲. عملکرد حرارتی OVF

تفاوت اصلی در تحلیل حرارتی و انرژی-محور یک نمای معمولی با یک سیستم تهویه‌شونده وجود پدیده‌ی خاصی است که در داخل فضای خالی تهویه هوا به وقوع می‎‌پیوندد.

فضای خالی تهویه‌ی هوا یکی از اجزای بسیار مهم در عملکرد هیدروترمال دیوار محسوب می‌شود   همچنین سرعت خشک شدن در پوشش‌های تهویه‌شونده به نسبت نماهای بدون حفره بیشتر است.

به غیر از فرایندهای تابشی و رسانشی انتقال گرما، همرفت طبیعی[۲] یکی از فرایندهای اساسی انتقال گرماست که روی رفتار OVF تاثیر می‌گذارد. دو پدیده وجود دارند که می‌توانند باعث بروز تهویه طبیعی شوند: شناوری[۳] و باد. تهویه‌ای که توسط باد انجام شود نتیجه‌ی اختلاف فشار در دو طرف نماست که توسط نیروهای باد ایجاد شده‌اند. تهویه‌ی بر پایه‌ی شناوری زمانی اتفاق می‌افتد که دمای پایین‌ترین و بالاترین سطح حفره‌ی هوا متفاوت باشد (شکل ۳).

نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی انرژی
نماهای تهویه‌شونده عملکرد حرارتی انرژی

Fig. 3. Thermal performance of Opaque Ventilated Façade (OVF). The air inside the

cavity rises along the whole cavity height (1) gaining heat by conduction from the

external layer (2) as well as from the internal wall (3). In the cladding area, the exterior

air enters through the bottom openings (4) and keeps rising as it heats up (5) because of

solar (6) and environmental (7) radiation. When it reaches a sufficient temperature

(higher than environment temperature), the air begins to exit the cavity (8) through the

top openings, extracting thermal energy from inside the cavity (convection). The air

closer to the layers rises by the chimney’s effect of absorbing heat from the different walls

(۹, ۱۰). The air movement is also influenced by the radiation between the two layers that

make up the cavity (11). But the solar radiation is not the only driver for air flow inside

the cavity; wind (12) also influences the air movement.

همانطور که قبلاً اشاره شد، پوسته‌ی بیرونی را می‌توان به صورت درز باز یا درز بسته اجرا کرد. در مورد نماهای تهویه‌شونده با درز بسته[۴] (CJVF) جریان هوا به سمت بالا نسبت به دیوار کاملاً پیوسته، یکدست، و متقارن است. از طرف دیگر، در نماهای تهویه‌شونده با درز باز[۵] (OJVF) جریان هوا ناپیوسته، ناهمسان و بسیار پیچیده‌تر است.

عملکرد حرارتی OVF به متغیرهای خاص بیرونی (شرایط آب و هوایی: تابش خورشید، و جهت، سرعت و دمای باد) و همینطور به متغیرهای طراحی (ویژگی‌های هندسی، مواد و متریال مورد استفاده و غیره) بستگی دارد. با اینکه انتخاب متغیرهای طراحی در اختیار ماست، اما شرایط بیرونی از قبل مشخص و همواره در حال تغییر هستند. به همین دلیل بسیار مهم است که پیامدهای این متغیرها را بر عملکرد حرارتی در نظر گرفت. برای تحلیل تاثیر این عوامل بر عملکرد حرارتی OVF، میتوانیم ساده‌سازی پایه را مبنا قرار دهیم: شرایط بیرونی را به تابستان (روزهای آفتابی و دمای بالا) و زمستان (روزهای ابری و دمای پایین) ساده‌سازی کنیم. نما باید طوری طراحی شود که با کمترین مصرف انرژی ممکن با این شرایط مواجه شود. در حالت کلی، شکل کلی نما باید با توجه به نامساعدترین فصل طراحی شود.  

۳. پارامترهای بیرونی

از حرکت جریان هوا گرفته تا رطوبت نسبی، دما، تابش خورشید، کیفیت هوا، و سروصدا. همه‌ی این‌ها را می‌توان عوامل محیطی اساسی خواند که روی ساختمان تاثیر دارند اما پژوهش‌هایی که تا کنون انجام شده حاکی از این است که تابش خورشیدی و باد مهم‌ترین عوامل در زمینه عملکرد حرارتی OVF هستند.

تمامی پژوهشگران در این مورد اتفاق نظر دارند که تهویه‌ی هوا در فضای خالی نتیجه‌ی فرآیند همرفتی پیچیده‌ای است که نه تنها از تابش خورشیدی بلکه از باد نیز تاثیر می‌گیردپژوهشگران به این نتیجه رسیده‌اند که تهویه نما در طبقات بالاتر (که نقاط شناوری کوچکتری دارند) توسط باد انجام می‌شود اما تهویه در طبقات پایین‌تر (که نقاط شناوری بزرگتری دارند) از طریق شناوری انجام می‌شود.

۳-۱. تابش خورشیدی

میزان تابش خورشیدی دریافتی ساختمان به طور کامل به فصل و جهت نما بستگی دارد. باید یاد آور شدکه اگر جهت ساختمان شمالی باشد، تقریبا هیچ تابش خورشیدی را در طول سال دریافت نخواهد کرد ولی سایر جهت‌ها اینگونه نیستند (این ویژگی مربوط به نیمکره شمالی است). نکته‌ی مهم دیگری که باید در نظر گرفت تاثیر زاویه خورشید در هر فصل است تا بتوان حداکثر تابش خورشیدی که به صورت عمود به دیوار برخورد می‌کند را مشخص کرد.

اثر شناوری تاثیر بسیار زیادی بر عملکرد لایه‌ی هوا دارد. در طول تابستان که تابش خورشیدی وجود دارد، دمای هوای موجود در حفره به سرعت بالا می‌رود ؛ با این حال این دما همواره کمتر از دمای نماهای معمولی است. همزمان با افزایش دما در قسمت فوقانی حفره، اثر شناوری نیز افزایش پیدا می‌کند و در نتیجه حرکت هوا به سمت بالا افزایش پیدا می کند. . در نتیجه، دمای پوسته‌ی داخلی کاهش یافته، اختلاف دما بین محیط داخلی و بیرونی کمتر می‌شود، و نما افزایش دمای کمتری را تجربه می‌کند.

از طرف دیگر، محققان هنوز در مورد پیامدها و نتایج OVF در فصل زمستان مطمئن نیستند. برخی محققان این گونه نتیجه می‌گیرند که در شرایط وجود تابش خورشیدی،‌ OVF به عنصری فعال تبدیل می‌شود که به انباشت گرما در حفره کمک کرده و از اتلاف حرارت جلوگیری می‌کند اما برخی محققان دیگر معتقدند که OVF باعث افزایش اتلاف حرارت به نسبت نماهای غیر‌تهویه‌ای می‌شود.

۳-۲. باد و جریان هوا

افزایش سرعت باد منجر خنک تر شدن پوسته بیرونی و تهویه بیشتر هوا در داخل حفره می‌شود. این عامل باعث کاهش (در تابستان) یا افزایش (در زمستان)‌ انتقال گرما از طریق رسانش در داخل حفره می‎شود.

تاثیر سرعت باد در تهویه هوای حفره زمانی بسیار قابل توجه خواهد بود که تابش خورشیدی وجود نداشته باشد. بنابراین،‌ در طول شب و برای نماهایی با جهت شمالی، باد عامل غالب در تهویه هوای حفره است. یکی از مشاهدات انجام شده این است که اگر تابش خورشیدی در بالاترین حد خود باشد، ویژگی‌های مربوط به سرعت باد تحت تاثیر نیروهای شناوری قرار می‌گیرند. از طرف دیگر، وقتی تابش خورشیدی روی OVF کمتر باشد،‌ ویژگی‌های مربوط به سرعت باد از همرفت طبیعی و اجباری تاثیر می‌پذیرند. با غروب خورشید، سرعت باد به نیروی اصلی جریان هوا داخل حفره تبدیل می‌شود.

بعضی پژوهشگران معتقدند که نیروی شناوری تنها زمانی می‌تواند تاثیرگذار باشد که سرعت باد کمتر از حد مشخصی باشد.

پژوهش‌های انجام شده نشان می‌دهد جهت باد نیز در کنار سرعت آن از اهمیت برخوردار است به طوری که نماهای پشت به باد نسبت به نماهای رو به باد سرعت جریان هوایی پایین‌تری داخل حفره دارند.

۴. عوامل طراحی

۴-۱. پوسته‌ی بیرونی

پرتوهای خورشیدی با رسیدن به پوسته بیرونی، بسته به ویژگی‌های مصالح این پوسته، یا بازتاب پیدا می‌کنند و یا جذب می‌شوند. بازتابندگی تاثیر بسیار زیادی بر دمای سطح دارد. اصل مهم این است که فرآیند تهویه به گرم شدن حفره هوایی بستگی دارد؛ همین نکته کافی است تا اهمیت بیش از پیش ویژگی‌های پوسته بیرونی بر میزان تهویه را درک کنیم.

از نظر محققان، مهمترین ویژگی‌هایی که در مورد جنس پوسته بیرونی باید در نظر داشت این موارد هستند: مقاومت حرارتی[۶]، زبری نسبی[۷]، و ضریب تابش خورشیدی[۸] (که بیشتر از همه به رنگ سطحی مصالح مورد استفاده بستگی دارد).

به نظر می‌رسد در شرایط تابستانی ترجیح این است که از مواد روشن با قابلیت جذب پایین استفاده شود تا از انباشت حرارت روی نما جلوگیری گردد.

۴-۲. تنظیمات درزها

نحوه استقرار و ابعاد درزها (یا  ورودی و خروجی در مورد نماهای با درز بسته) بر روی عملکرد OVF تاثیر می‌گذارد زیرا این عوامل روی فشار هوا تاثیرگذار هستند. جریان هوا داخل حفره – چه در انواع درز باز و درز بسته – به نوع پوسته خارجی بستگی دارد، و در مورد OVF پیوسته (درز بسته) جریان بالارونده هوا در امتداد دیوار پیوسته،‌ یکنواخت و متقارن است.

از طرف دیگر،‌ ویژگی OVF با درز باز این است که درزها باعث بروز ناپیوستگی در امتداد نما می‌شوند که حرکت جریان هوا را بسیار پیچیده‌تر، غیریکنواخت، و نامتقارن می‌سازد. محققان معتقدند که تاثیر تهویه در OJVF کاهش پیدا می‌کند زیرا درزهای بیشتری برای ورود و خروج هوا به داخل حفره وجود دارد. 

نتیجه‌گیری کلی پژوهشگران این است که درزهای کوچکتر روی نما در شرایط زمستانی بیشتر توصیه می‌شوند زیرا هدررفت گرما را به حداقل می‌رسانند و درزهای بزرگتر در شرایط تابستانی توصیه می‌شوند زیرا میزان تهویه را افزایش داده و از انباشت گرمای بیش از حد جلوگیری می‌کنند. درزهای بزرگتر شرایط تهویه‌ای بهتری را برای فضاهای باریکتر فراهم می‌کنند.

یافته‌های مهم در مورد تنظیمات درزها در جدول شماره ۶ جمع‌آوری و ارائه شده است.

۴-۳. تهویه هوا در حفره

عوامل موثر در میزان تهویه هوا در حفره، عمق و ارتفاع آن  می باشند. در حفره‌های باریک‌تر در نماهای بدون بند افقی میزان تهویه و اثر دودکش بیشتر است. با این حال، بعضی از پژوهشگران معتقدند میزان تهویه در عرض‌های کمتر از ۳۰ سانتی‌متر کاهش پیدا می‌کند.

افزایش عرض حفره به نوبه خود باعث افزایش پیچیدگی ساخت و در نتیجه بالا رفتن هزینه اجرا می‌شود.

یافته‌های چندین محقق نشان می‌دهد که افزایش ارتفاع نما منجر به افزایش میزان جریان هوا در حفره می‌شود که به معنی بهبود عملکرد انرژی است. به دلیل فضای بیشتر بین کف و دهانه‌ی بالایی، هوا با سرعت بیشتری در این فضا گرم می‌شود و شیب گرمایی بالاتری را در امتداد ارتفاع حفره به وجود می‌آورد. پژوهش ها نشان داده سرعت هوا در کف حفره با سرعت آن در اواسط حفره متفاوت است.

۴-۴. پوسته داخلی

تا اینجای کار ما روی پدیده‌های انتقال گرمای تابشی و همرفتی تمرکز داشتیم. اما رسانش[۹] نیز عامل مهمی است که باید در نظر گرفت. پوسته‌ی داخلی معمولاً عنصری است که مقاومت حرارتی را برای کل دیوار فراهم می‌کند. این پوسته به طور سنتی از مصالح حجیم (آجر و بتن) ساخته شده و با مواد عایق پوشش داده می‌شود.

اما تمایلی که برای صنعتی سازی فرآیند ساختمان سازی وجود داشته منجر شده که به جای ساخت در محل با مواد حجیم مانند آجر و بتن، از قطعات سبکتر و از پیش‌ساخته استفاده شود. فارغ از اینکه کدام روش مورد استفاده قرار گیرد، بررسی تاثیر آن روی انتقال گرما از اهمیت زیادی برخوردار است. روش سنتی، اینرسی حرارتی بالایی را به همراه می‎‌آورد اما روش دوم مقاومت حرارتی کمتری را ارائه داده و در نتیجه واکنش سریع‌تری را به همراه دارد.

۵. صرفه‌جویی انرژی در OVF

تمامی پژوهشگران اتفاق نظر دارند که استفاده از OVF در مقایسه با نماهای معمولی همواره باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌شود. نماهای سنتی فاقد عایق‌ هستند و تعداد زیادی پل حرارتی دارند ولی لایه بیرونی پیوسته OVF این پل‌ها را از بین برده و عایقی را نیز ایجاد می‌کند.

اما در حالت کلی می‌توان گفت که OVF تاثیر خنک‌کنندگی روی ساختمان دارد. بنابراین استفاده از آن برای مناطق بسیار گرم – که تقاضا برای خنک‌سازی بالاست – بسیار جالب توجه است و از طرف دیگر، استفاده از آن برای مناطقی که تقاضای زیادی برای گرم‌سازی دارند مضر است [۵۸].

OVF عملکرد انرژی متفاوتی برای فصول گرم و سرد دارد. بیشتر محققان معتقدند که OVF به عنوان یک استراتژی منفعل خنک‌سازی در تابستان جواب می‌دهد، به ویژه در جهت‌هایی که تابش خورشید دریافت می‌کنند (جنوب، شرق، و غرب). می‌توان گفت که نماهای تهویه شونده به نسبت نماهای معمولی عملکرد انرژی بهتری را تابستان به نمایش می‌گذارند زیرا قادرند تا نزدیک به ۴۰% شار حرارتی وارده به ساختمان را کاهش دهند.

در مناطقی که میزان تابش خورشیدی کم باشد (یعنی نماهای رو به شمال یا فصل زمستان)، عملکرد انرژی OVF کمتر و یا حتی منفی خواهد بود.

پژوهشگران  میزان صرفه‌جویی انرژی OVF را در شرایط آب‌وهوایی مختلف (کپنهاگ، مونیخ، میلان، و پالرمو) و در ساختمان‌های متفاوت (اداری و مسکونی) تحلیل کرده‌اند. به طور کلی، تاثیر OVF برای ساختمان‌های اداری نسبت به ساختمان‌های مسکونی بیشتر است زیرا بار داخلی بسیار بیشتری دارند.  

جدول شماره ۸ محاسبات مربوط به میزان مصرف انرژی که در تحقیقات مختلف آورده شده را جمع‌آوری کرده است. لازم است توجه داشته باشیم که تحقیقات پیشین برای ارزیابی صرفه‌جویی انرژی OVF، نوع خاصی از طراحی OVF را با انواع مختلفی از نماهای دیگر مقایسه کرده است اما نتایج لزوماً یکسان نیستند؛ بنابراین، نمی‌توان مقایسه‌ی راحتی را انجام داد و نتیجه‌گیری‌های قطعی داشت.

۶. بحث

تحلیل پژوهش‌های قبلی روشن می‌سازد که طرح‌های OVF که در کاهش بار سرمایشی بسیار تاثیرگذارند، در کاهش بار گرمایشی عملکرد ضعیفی دارند و برعکس (شکل شماره ۴). از منظر حرارتی و در مقایسه با نماهای غیرتهویه‌شوند، لایه‌ی بیرونی OVF نقش پنلی محافظتی را بازی می‌کند که بین جریان حرارتی ورودی و خروجی ساختمان قرار گرفته است. در نتیجه، به طور موثری از تابش خورشیدی در تابستان جلوگیری کرده و در زمستان نیز کمی از اتلاف گرما ممانعت به عمل می‌آورد.

می‌توان گفت که بهینه‌ترین جهت برای نماهای تهویه‌شونده جهت جنوبی است و جهت‌های شرقی و غربی در رده بعد قرار می‌گیرند؛ این رده بندی با توجه به میزان بهره‌برداری از اثر شناوری انجام شده است. به نظر می‌رسد که جهت‌های شمالی، به ویژه در مناطق خنک یا فصل زمستان، تاثیر کمتری داشته باشند. 

مزایای نصب OVF برای مناطقی که تابستان‌های طولانی و گرم دارند (مثلا در جنوب اروپا) بیشتر است زیرا در این مناطق بار سرمایشی بیشتر است (شکل شماره ۵). مزایای OVF در طول تابستان به کاهش انتقال حرارتی مربوط می‌شود؛ اولاً به دلیل سایه‌ای که لایه‌ی بیرونی روی لایه داخلی می اندازد و ثانیاً به خاطر اثر سرمایشی که منجر به ایجاد تهویه هوا در حفره می‌شود (کاهش فاصله دمایی بین محیط بیرونی و داخلی). به نظر می‌رسد تاثیرگذارترین مصالح برای اجرای OVF، موادی هستند که جذب حرارتی پایینی در لایه بیرونی داشته باشد؛ این ویژگی را می‌توان در مصالحی که انعکاس‌دهنده نور هستند مشاهده کرد (مانند آلومینیوم سفید).

جریان هوا در داخل حفره به بالا رفتن گرما کمک می‌کند. برای موقعیتی که تابش خورشیدی بالاست، اثر شناوری، بیشترین تاثیر را در تهویه داشته و نمای با درز بسته بهترین راه حل خواهد بود زیرا اتلاف گرما در آن یکنواخت‌تر و تاثیرگذارتر خواهد بود. اما در موقعیت‌هایی که تابش خورشیدی کمتری وجود دارد، نماهای با درز باز و حفره‌ای عریض‌تر می‌توانند صرفه‌جویی بیشتری را در مصرف انرژی موجب شوند؛ در این موارد باد بیشترین تاثیر را در جریان تهویه ایجاد می‌کند.

برای مناطق سرد و بادخیز، OVF می‌تواند نقش مانعی در برابر باد را بازی کرده و اتلاف گرما از طریق همرفتی را به حداقل برساند. ترجیح در فصل زمستان این است که حرارت انباشته شود، پس طرحی که جذب بالا و درزهای بسته داشته باشد بهتر است (سرامیک‌های تیره). اما شاید هم مناسب باشد که از مواد انعکاس دهنده برای سطح خارجی استفاده کرد تا از اتلاف گرما به دلیل تبادل تابشی با سطوح سرد بیرونی و آسمان شب جلوگیری شود.

در این مورد، شکی نیست که باید از جهت شمالی دوری کرد. برای گرم کردن حفره هوا به تابش خورشیدی نیاز است. بیشتر پژوهشگران بر این باورند که با بستن درزهای سیستم تهویه و ایجاد یک لایه هوای ثابت می‌توان اتلاف گرما را در طول زمستان کاهش داد.

حقیقتی که باید نسبت به آن آگاه باشیم این است که هر چه نما تقابل بهتری با تمامی عوامل محیطی داشته باشد، تقاضای انرژی در ساختمان کاهش پیدا می‌کند. اما محیط همواره در حال تغییر است؛ بنابراین، لازم است که تغییرات محیطی را برای افزایش رضایتمندی ساکنین مدیریت کرد.

وقتی ایده‌های مطرح شده را در کنار پژوهش‌های فناورانه اخیر بگذاریم که شروع به توسعه‌ی سیستم‌های ماژولار چندکاره و یکپارچه کرده‌اند، متوجه می‌شویم که دیدگاه مشترکی دارند؛ اینکه نماهای «ثابت» سنتی قادر نیستند که نیازمندی‌های انرژی امروز و مهم‌تر از آن، نیازهای فردا را برآورده سازند.

بنابراین، اجزای پیشرفته و تعاملی پوشش بیرونی ساختمان («سیستم نمای تطابق‌پذیر»[۱۰]) می‌توانند پاسخ مناسبی را به چالش‌هایی بدهند که توسط تازه‌ترین قواعد مصرف انرژی پیش روی ما گذاشته شده است. معنی این ایده رسیدن به پوشش‌های تقریباً «خودکفا» برای ساختمان است؛ پوشش‌هایی که رفتار فعالانه‌ای را به نمایش گذاشته و بتوانند روی عملکرد انرژی خود تاثیر بگذارند. این پوشش‌ها از فناوری‌های گوناگونی بهره می‌برند (برای مثال واحدهای غیرمتمرکز گرمایشی/سرمایشی[۱۱]، مبدل‎‌های حرارتی[۱۲]، تجهیزات تامین انرژی[۱۳]، ذخیره‌سازی انرژی[۱۴]، تجهیزات نورپردازی[۱۵]، قطعات سایبان[۱۶]، حفره‌های تهویه‌شونده[۱۷]، و …) که هدفشان کاهش تقاضای انرژی در ساختمان و مبادله انرژی از منابع تجدیدپذیر است.

کانسپت نماهای تطابق‌پذیر را می‌توان با دو هدف روی OVF اجرایی کرد؛ اول، پاسخ دادن به چالش‌های کنونی بخش ساختمانی و دوم، گسترش نصب این نماها در سایر اقلیم‌ها به عنوان راهکاری هم برای شرایط تابستانی و هم زمستانی.

در حقیقت، اگر به OVF اجازه داده شود که در دو حالت مختلف کار کند، می‌توان عملکردش را بهبود بخشید. در حالت اول، که برای فصول سرد مناسب است، حفره هوا به داخل اتاق متصل است تا به این ترتیب، حرارت خورشید که روی نما تابیده می‎شود موجب گرم شدن هوای ورودی به اتاق شود و در نتیجه، نیاز به انرژی گرمایی را کم کند. از این حرارت می‌توان برای هوای نیمه‌گرم ورودی به سیستم HVAC استفاده کرد. Aparicio معتقد است که با استفاده از این استراتژی فعالانه می‌توان در مقایسه با OVF معمولی به طور سالانه حدود ۷۴% در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد.

در حالت دوم، که برای فصول گرم مناسب است، هوای گرم اضافی داخل به درون حفره هدایت می‌شود و جریان تهویه این هوا را به محیط بیرونی هدایت می‌کند و به این ترتیب، ریسک گرم‌شدن بیش از حد اتاق به حداقل می‌رسد.

۷. نتیجه‌گیری

تمامی شرایطی که روی عملکرد حرارتی OVF تاثیرگذار هستند در این مقاله آورده شده است. این پژوهش، همچینن، نقاط قوت و ضعف نصب OVF و تاثیر آن بر عملکرد کلی انرژی ساختمان را تشریح می‌کند.

مشخص کردن اینکه آیا OVFها باعث صرفه‎‌جویی انرژی یا تعدیل‌سازی دما در فصول، جهت‎ها، و طراحی‎های مختلف می‌شوند یا نه – و میزان این اثرگذاری چقدر است – جالب است. با این وجود، پژوهش‌های اخیر روی صرفه‌جویی سرمایشی که OVF در کشورهای حوزه مدیترانه ارائه کرده و همچنین عملکرد انرژی OVF در اقلیم‌های دیگر تمرکز داشته‌اند.

بعد از تحلیل عوامل مختلفی که روی عملکرد انرژی OVF تاثیر می‌گذارند، به راحتی می‌توان متوجه شد که هیچ تنظیمات و طراحی بی‌نقصی وجود ندارد. نتایج نشان می‌دهد که OVF باعث کاهش تقاضای انرژی در مناطقی می‌شود که تقاضای سرمایشی قابل توجهی در آنها وجود دارد. از طرف دیگر، اثرگذاری نماهای تهویه‌شونده در مناطق سردسیر قابل تردید است زیرا اگر حفره در زمستان بسته نباشد یا اگر طراحی سفارشی‌سازی نشده باشد، استفاده از آن ممکن است باعث افزایش مصرف گرما شود. جهت انتخاب مناسب‌ترین تنظیمات OVF باید نکات زیر را مد نظر قرار داد: آب‌وهوای منطقه، کاربری ساختمان، راحتی مطلوب، هزینه انرژی اولیه و میزان انتشار CO2. در حقیقت، طرح  OVF باید کشور به کشور، شهر به شهر، و حتی منطقه به منطقه، بر اساس اقلیم محلی متفاوت باشد.

با نگاهی به مقاله مروری بر عملکرد حرارتی و انرژی اثر حسن خجسته.

پانویس:


[۱] thermal mass

[۲] natural convection

[۳] buoyancy

[۴] Closed Joint Ventilated Façade

[۵] Open Joint Ventilated Façade

[۶] thermal resistance

[۷] relative roughness

[۸] solar radiation coefficient

[۹] conduction

[۱۰] adaptive façade systems

[۱۱] decentralized heating/ cooling units

[۱۲] heat exchangers

[۱۳] energy supply devices

[۱۴] energy storage

[۱۵] lighting equipment

[۱۶] shading devices

[۱۷] ventilated cavities

چاپ این مقاله

اجرای نمای خشک