صفحات 8۱ – ۹۲8۱نشریه هنرهای زیبا – معماری و شهرسازی دوره ۲۱ شماره ۲ تابستان ۱۳۹۵
108900011654

بهینه سازی تناسبات و نحوه ی استفاده از رف نور در
معماری کلاس های آموزشی

محمدجواد مهدوی نژاد1 ، منصوره طاهباز2 ، مهناز دولت آبادی3
۱دانشیار گروه معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
۲دانشیار دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه شهیدبهشتی، تهران، ایران.
۳ کارشناسی ارشد معماری، گروه معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
)تاریخ دریافت مقاله: ۲4/8/۹۳، تاریخ پذیرش نهایی: ۲6/۳/۹۵(
چکیده
ض رورت بهینه س ازی مص رف انـرژی و ت لاش ب رای کاه ش مصـرف آن، معماری معاص ر را بخص وص در کش ورهای در حال توس عه به سـمت اسـتفاده از انرژیهای تجدیدپذیر سـوق داده اس ت. یکی از راهکارهـا در ای ن زمین ه، اس تفاده حدا کثری از انرژی خورش ید و روش نایی آن در طول روز می باش د .اسـتفاده از ن ور روز در گس تره وس یعی از ش هرهای ای ران از جمله ش هر تهران به س بب برخ ورداری از س اعات آفتابی زیاد در طول س ال، قابل توصیه اسـت. این پژوهش، با تا کید بر تناسبات بهینه جهت استفاده حدا کثری از نور روز در فضای داخلی، با استفاده از یک سطح بازتابنده و انتقالدهنده نور به عمق فضا برنامهریزی ش ده اس ت. سیس تم رف نوری با پیشنهادی همزمان از دو ویژگی سایه اندازی در فضای مجاور پنجره و افزایش نور در عمق فضا، باعث فراهم آمدن نوری یکنواخت در فضای داخلی میش ود. از این رو از نرم افزارهای شبیهس ازی ا کوتکت و ردینس برای بررس ی نحوه عملکرد رف نوری و تناسـبات آن برای ش هر تهران اس تفاده ش ده اس ت. نتایج این پژوهش نشـان میدهد که استفاده از س امانههای ترکیبی از طریق تلفیق رفنوری به همراه س ایبان می تواند نوری یکنواخت با میانگین شدت روشنایی ۳۰۰ لوکس در سطح میز دانش آموزان در کلاس درس مورد آزمایش ایجاد کند.
واژههای کلیدی
بهینه سازی، نور روز، خیرگی، روشنایی، معماری معاصر، رف نوری .

مقدمه

4494002038304

در س الهای اخیر به دلیل بحرانهای زیست محیطی و بحران انرژی روی داده در کره زمین و همچنین روشنشدن آثار مثبت نور طبیعی بر سلامت روح و جسم انسان و انطباق آن بر آهنگ زیستی بش ر، توج ه هم گان به وی ژه طراحان به اس تفاده مج دد از نور روز جلب ش د. یکی از رایجترین راهکارها که در ابتدا مورد استفاده قرار گرفت، افزایش س طح بازش وها و نورگیرها بود که ایـن امر در صورت عدم اس تفاده بهینه و هدفمند از نور روز، ش اید خود باعث افزایش مص رف انرژی در س اختمان ش ود. ب ه طوری که با افزایش س طوح شفاف در ساختمان، بخش عظیمی از روشنایی خورشید به داخل ات اق انتق ال یافت ه، ک ه میتوان د ع دم آس ایش بص ری را از طری قایجاد خیرگی در نواحی نزدیک به پنجره، به همراه داشته باشد؛ به گونهای که آن را بخش ی از درک ش رایط آس ایش محیط دانستهاند )حی دری و جهانینوق ،۱۳۹۳(. علاوه ب ر این، موجبات افزایش بار سرمایشی و گرمایشی و نهایتاً افزایش مصرف انرژی را در پی خواهد داش ت. از ای ن رو توجه به اس تفاده بهینه از ن ور روز، از لحاظ کمّی و کیف ی نی از ب ه مطالع ات گس ترده دارد. در ای ن راس تا، ش ناخت راهکارها و تخمین کارایی آنها جهت استفاده بهینه و افزایش سطح روشنایی در نیمه دور از پنجره اتاق، میتواند مفید باشد.
1- چارچوب نظری تحقیق
1-1- نقش نور در درک اثر معماری
ن ور یک ی از موضوع ات مه م و اساس ی در طراح ی معم اری بخصوص معماری س نتی ایران به ش مار می رود. معماری س نتی ایران سرش ار از نمونههایی اس ت که در آن ن ور روز به خوبی برای روش نکردن مناس ب و البت ه کارآم د محی ط م ورد اس تفاده ق رار گرفته اس ت ) مهدوینژاد و مطور ،۱۳۹۱، 4۱-4۲(. به همین دلیل میت وان، این مهم را بخش ی از زیبایی شناس ی معماری س نتی و معم اری معاص ر ای ران دانس ت. تا کید ب ر جنبهه ای تاثیرگذاری نورپردازی و معماری نور در ارتقای حسمکان و همچنین حس تعلق ش هروندان به فضاهای شـهری )مهدوی نژاد و پورفتحاله،۱۳۹4، ۱۳۳( و ی ا نق ش ن ور در احس اس زیبای ی بخص وص در تحلی ل برداش ت مخاطـب از آث ار معم اری معاص ر ای ران ) مهدوین ژاد و نیک ودل ،۱۳۹4، ۱۳۳-۱۳۵( نم ودی از نق ش ن ور در درک آث ار معم اری، بخص وص ارتب اط معماری و مخاطب به ش مار می آید .
1-2- کیفیت نور در ساختمانهای آموزشیکیفی ت روش نایی در واق ع تجمیعکنن دهی نیازه ای انس ان ،معم اری، اقتص اد و محیـط اس ت. موسس ه رس می خدم ات ساختمان بریتانیا۱، شاخصههای اصلی در تعیین کیفیت روشنایی روز را ش امل رن گ، تض اد، خیرگ ی و یکنواخت ی معرف ی مینمای د )CIBSE, 2000(. در این میان، توزیع یکنواخت روشنایی از اهمیت بس زایی برخوردار است. این امر در مکانهایی که اغلب فعالیتها بصری میباشد، مانند محیطهای آموزشی و کلاسهای درس، یکی از اهداف اصلی در طراحی نورپردازی محسوب میشود.
معیار ارزیابی یکنواختی) Ur( می باشد که عبارت است از نسبت میان حداقل فا کتور نور روز حاصله در یک فضا به متوسط فا کتور ن ور روز در هم ان فض ا. مقدار مج از یکنواختی ب رای فعالیت های آموزشـی ۳/۰ تا 4/۰ اس ت. و یا می توان این گونه تعریف شود که: نس بت متوس ط فا کت ور ن ور روز در نیم ه جلویی اتاق به متوس ط فا کت ور ن ور روز در نیمه عقب ی ات اق ) Baker &Steamers, 2002(. ا گ ر ای ن مقدارکمتر از ۳ باش د، توزیع نور مناس ب ب وده و چنانچه این نس بت بیش تر باش د، نیمه عقبی اتاق به طرز غیرقابل قبولی دلگیر و کم نور به نظر می رسد )لکنر ،۱۳8۵، ۳۵۱(.

K< 3
1-3- مطلوبیت بصری فضاهای آموزشیتامی ن دی د ع ادی و مناس ب در ی ک کلاس درس نیازمن د کنت رل مناس ب اختلاف روش نی س طوح داخلی آن اس ت و چون چش م دانش آم وزان در فضای تدریس دائماً بین س طوح مختلف در حرک ت می باش د، بهتر اس ت اختلاف روش نی س طوح مختلف در ح د نس بتاً پایی ن و ثاب ت حفظ گ ردد. همچنین انع کاس نور آس مان و خورش ید بر روی میز مطالعه و س طح کار میتواند باعث تاثی رات مذک ور گ ردد. ا گ ر می دان حداق ل و حدا کث ر روش نایی موج ود در ی ک فض ا، اخت لاف فاحش ی )ع دم یکنواخت ی( وجود داش ته باش د، چشم در تطبیق خود با سطح بالای تغییرات دچار مشکل خواهد شد و این مشکل به ویژه در هنگام حرکت چشم از بخش روش ن به بخش تاریک مدت بیش تری ادامه خواهد یافت )IEA, 2000(. با توجه به این که عمل بصری خواندن و نوش تن ،عمده ترین فعالیتی است که در فضاهای آموزشی صورت می گیرد؛ استانداردهای موجود میزان روشنایی مورد نیاز برای این فعالیت را ۳۰۰ لوک س و متوس ط فا کتور ن ور مجاز را ۵ درصد و حداقل آن را ۲ درص د توصی ه نم وده )CIBSE, 2000(. ک ه در ای ن پژوهش به دنبال نزدیک شدن این پارامترها به مقادیر فوق هستیم .
بدین منظور در این بخش به معرفی و تحلیل راهکاری پرداخته می ش ود که بت وان به کمک آن، نور دریافت ی در کلاس درس را به صورت یکنواختتر تا عمق فضا ایجاد کرده و خیرگیهای احتمالی را ک ه در اث ر ایج اد لکهه ای نوری در س طح می ز کار دانش آ موزان ایجاد میش ود، کاهش دهیم. به همین دلیل اس ت که در برخی از پژوهش ه ا، بهکارگی ری طراح ی الگوریتمی ک ب رای افزای ش بهره من دی از ن ور روز در س اختمان )گنج ی خیب ری ودیگ ران ،۱۳۹4، ۳۵-۵۲(، به عنوان شیوهای برای کاهش خیرگی و افزایش بازده معرفی شده است .
1-4- افزایش سطح روشنایی در مناطق مورد نیازچالش مربوط به هدایت نور طبیعی از پنجره به عمق بیش تری در ساختمان و در عین حال حفظ کیفیت آن را میتوان به بهترین وجه از طریق انعکاس نور طبیعی از س قف برآورده س اخت. به طور کلی سیس تمهای نور روز، تجهیزات نوری تکمیل کنندهای هستند ک ه یـا ب ه پنجـره و نورگی ر اضافه میش وند و یا ب ه صورت پیوس ته و ترکیبش ده ب ا آنه ا کار میکنن د ) مهدوین ژاد ،۱۳۹۱، 4۲(. یک ی از ای ن سیس تمها، رف ن وری میباش د که با س ه عمل س ایهاندازی روی پنج ره، پخ ش ن ور و کاهش خیرگی موجب بهبود روش نایی و یکنواختی نور در فضای داخلی میش وند. رف نوری معمولاً بالای ارتفاع چشم انسان قرار گرفته و پنجره را به دو بخش تقسیم میکند: ی ک بخ ش ب ه منظور تامیـن دی د و بخ ش دوم به عن وان فضایی جهت تابش نور به س قف و بازتابش آن به محیط داخلی. رفهای نوری به طور میانگین قادر هس تند تحت ش رایط آس مان صاف در س اعاتی که نور خورش ید وجود دارد، روی س طح کار به میزان ۲۰۰ لوک س نور ایج اد کنن د )Kunjaranaaydhya, 2004(. از آنجا که این سیس تم بیشترین کارایی را در هوای صاف و آفتابی دارد و در ایران به طور متوسط بیش از ۲8۰ روز آفتابی گزارش شده است )قیابکلو ،۱۳8۹، ۱۲(، میتواند در سـطح وس یعی از ش هرهای ایران استفاده ش ود. از این رو در این پژوهش به بررسی نحوه استفاده و تناسبات بهینه این سیستم در شهر تهران پرداخته میشود .
لازم به ذکر اس ت که کارکرد رف نوری بر اس اس زاویه پرتوهای خورشید در فصول مختلف سال متفاوت است. این زاویه از یکسو در نحوه انعکاس پرتوها به فضای داخلی تاثیرگذار است و از سوی دیگ ر در می زان نفوذ نور از بخ ش پایینی پنجره ب ه فضای داخلی)Freewan et al., 2010(. بدین منظور تمامی شبیه سازیها برای انقلاب تابستانی، زمستانی و اعتدالین انجام می شود.
2- روش شناسی پژوهش
م روری ب ر ادبی ات تخصص ی موض وع نش ان دهنده آن اس ت ک ه رف هاینـوری از تنوع قاب ل ملاحظه ای برخوردارن د. از این رو لازم اس ت که طراحی و اس تفاده آنها بر اس اس گونه شناسی انواع


ومش خصات فن ی رفه ای ن وری ) مهدوین ژاد و معتضدی ان ،۱۳۹4، ۹۱-۱۰4( ص ورت پذی رد. ب ه عب ارت دیگ ر گونه شناس ی رف ه ای ن وری و تمرکز برمش خصات فنی آنها برای تقس یم بندی میزان کارآیی، مهمترین متغیرهای آزمون مانند: میزان شفافیت و ضریب انعکاس سطح رفنوری، مکان قرارگیری رف، ابعاد و اندازه و نح وه تم اس آن ب ا نمونه آزمون را م ورد تا کید ق رار میدهد. در این میان، تخمین کارایی کانال های انتقال نورافقی)مهدوی نژاد و دیگ ران ،۱۳۹۱، 44-48( درس اختمان، بخش ی از اه داف مهم اس تفاده از رفهـای ن وری و س امانههای مکم ل، مانن د متغی ر یکنواختی روشنایی و پرهیز از خیرگی را معرفی می نماید .
هدف پژوهش: هدف از این پژوهش، تخمین تناسبات بهینه رف ن وری و پیش نهاد الگوی ی جه ت طراح ی بازش وهای جنوبی کلاس درس با توجه به اثر سایبانی و انعکاس نور می باشد تا بتوان نور یکنواخت تری را در فضای داخلی ایجاد کرد.
والات پژوه ش:در موقعی ت جغرافیای ی ش هر ته ران چگون ه میتوان از رف نوری جهت تولید نور یکنواخت در فضای داخلی بهره گرفت؟و ابعاد و تناسبات بهینه برای آن در تهران به چه صورت است؟
یوه انجام پژوهش:در این پژوهش، روش تحقیق بر اس اس اس تدلال منطقی میباش د. بر اسـاس تعریف، اس تدلال منطقی ت لاش میکن د یک م ورد کاملاً تعریف ش ده را به گون های که توان تش ریح ی ا سودمندس ازی تم ام نمونهه ای آن م ورد را داش ته باش د، در چارچوب ی س امانیافته تدوی ن نمای د )گ روت و وانگ ،۱۳88، ۹۳(. همچنی ن از نرم افزاره ای Autodesk Ecotectجه ت مدل س ازی و Radiance Control Panel بـرای تحلی ل روش نایی در روزهای مش خصی از س ال و در س اعات مشخص )س اعات کار مدارس( استفاده شده است .
3- شبیه سازی با نرم افزار رادیانس
تمامی شبیهسازی ها برای روزهای اول هر فصل و در دو ساعت ۹ صب ح و ۲ بع داز ظه ر ب رای ابع اد مختل ف رف ن وری ب ا ضرایب
۳۰ س انتیمتر و فاصل ه رف ن وری از س قف با ضرایب ۱۵ س انتیمتر انج ام میش ود. شبیه س ازی هایی در مت ن تحلی ل می ش ود ک ه گوی ای نکت ه ای باش ند. لازم ب ه ذکر اس ت که میزان روش نایی در شبیهس ازی ها نیز روی سطحی به ارتفاع 7۰ سانتیمتر )ارتفاع میز دانش آموزان( و در ش رایط آس مان صاف و آفتابی بر حسب لوکس اندازهگیری میشود .
3-1- مشخصات فضای مورد مطالعه
جه ت انجام شبیهس ازی در نرمافزار رادیانس، کلاس درس ی با ابعاد 6۰۰×8۱۰ و ارتفاع ۳۳۰ س انتیمتر و پنجرهای با ابعاد 6۳۰×۱8۰ که از کف ۱۲۰ س انتیمتر فاصله دارد )ارتفاع مجاز نوسازی مدارس( ،روی ج داره جنوب ی در نظ ر گرفت ه ش ده اس ت. ابع اد ای ن پنجره براساس نسبت مساحت پنجره به دیوار خارجی که در پژوهشهای س ابق نگارن ده برای ش هر ته ران ۳۰% تا 4۰% تخمین زده ش ده، در نظر گرفته ش ده اس ت. در این حالت پنجره میتواند در کنار تامین
. تصویر 1- عملکرد رف نور در فصول مختلف)www.continuingeducation.construction.com( :ماخذ
ن ور کافـی، تب ادل ان رژی را ب ه حداق ل برس اند )Mahdavinejad etal., 2012(. جنـس جدارهه ای داخل ی و س قف، ب ا مصالحی که ازنظ ر بافت بس یار نزدیک ب ه گچ دی وار و به رنگ کرم بـود وکف فضانی ز ب ا مصالح ی نزدی ک به موزایی ک و به رنگ خا کس تری باش د ، شبیهسازی میشود.
3-2- روند انجام شبیه سازی
ابتدا پنجره بدون رفنوری به عنوان حالت پایه آزمایششده سپس ابعاد و زوایای رف نوری در شرایط مختلف مورد بررسی قرار میگیرد.
تصویر۳ که در انقلاب تابس تانی و زمس تانی میزان روشنایی را در ارتف اع می ز کار دانش آموزان نش ان میده د، موید این مطلب
جدول 1- ضریب انعکاس سطح داخلی فضای کلاس مورد آزمایش.
ضریب انعکاس سطوح سطح کلاس درس
۵۰ دیوار
8۰ سقف
4۰ کف
است که در زمستان، در عمق اتاق لکه نوری ایجاد شده که باعثایج اد خیرگی میش ود. این مس ئله در حالی اس ت ک ه نقاطی درفض ا از روش نایی کافی برخـوردار نیس تند. این روند ب رای تمامیفص ول شبیه سازیشـده و نتیج ه مش ابهی از نظ ر کیفی ت ن ور)ایج اد خیرگ ی و کمب ود روش نایی در برخی نقاط فض ا( را در فضا نشان داد. در ادامه راهکار رف نوری به شبیهسازی افزوده شده و تناسبات مختلف آن مورد آزمایش قرار گرفت.
جه ت اضافهک ردن رف ن وری ب ه پنج ره، اولی ن مرحل ه یافت ن فاصله رف نور از لبه بالایی پنجره میباشد. هر چه فاصله رف نور از لبه بالای پنجره و سقف بیشتر باشد، این سیستم عملکرد بهتری را نشان میدهد )نور در انعکاس از روی سطح رف در عمق بیشتری از فضا به سقف برخورد میکند(. در پژوهشی که در سال ۲۰۰۹ در زمینه
ارتفاع بهینه رف نوری انجام گرفت، در فضایی با ارتفاع ۳متر، فاصله ۲۰۰ تا ۲۵۰ سانتیمتر از کف برای رف نوری پیشنهاد شد که اندازه ۲۰۰ سانتیمتر از کف فضا عملکرد بهتری نسبت به ۲۵۰ سانتیمتر داشت .ولی فاصله ۲۵۰ سانتیمتر، کنترل نور و احتمال خیرگی از سطح رف و دید کامل را نیز برای کاربران به همراه داشت )Joarder&Ahmed, 1709 ,2009(. از ایـن رو ب ا توج ه ب ه ارتف اع فض ای م ورد مطالع ه

4۰ کف
تصویر2- مقطع و پلان کلاس و نحوه جانمایی رف نوری در فضا.

از
بدون

.
راست

ماه

ترتیب

به

سازی

دی

اول

و

تیرماه

اول

در

شده

مشخص

دوزمان

در

نور

رف

از

استفاده

شبیه

3
تصویر

از

بدون

.

راست

ماه

ترتیب

به



قیمت: تومان

دسته بندی : معماری و شهرسازی

دیدگاهتان را بنویسید