تصور کنید وارد ساختمانی شدهاید که در اوج تابستان، بدون استفاده از هیچ گونه تجهیزات مکانیکی، دمای داخلی آن پایدار، متعادل و دلپذیر باقی ماندهاست؛ تجربهای که نه حاصل فناوریهای پیچیده و پرهزینه، بلکه نتیجهی بهکارگیری اصول دقیق طراحی غیرفعال و شناخت عمیق رفتار حرارتی مصالح و سطوح است. چنین تجربهای، نمونهای عینی از معماریای است که بهجای مقابله با اقلیم، با آن همراستا و همسو عمل میکند.
پشت این آسایش نامحسوس، مجموعهای از تصمیمات آگاهانهی طراحی نهفته است که از سطح نما و سقف آغاز شده و تا انتخاب جنس و جرم مصالح ادامه مییابد. رنگ سطوح ساختمانی میتواند مسیر تابش خورشید را تغییر داده، شدت جذب گرما را کنترل کرده و رفتار حرارتی فضا را شکل دهد؛ در حالی که جرم حرارتی مصالح، با ذخیره و آزادسازی تدریجی انرژی، نوسانات دمایی را تعدیل مینماید. در چنین رویکردی، رنگ و مصالح، عناصری صرفاً بصری نیستند، بلکه به ابزارهایی فعال برای تنظیم اقلیم داخلی و دستیابی به آسایش پایدار تبدیل میشوند.
جذب گرما در معماری غیرفعال به فرآیندی گفته میشود که در آن سطوح و مصالح ساختمان، انرژی خورشیدی را دریافت و به حرارت تبدیل میکنند. شدت این فرآیند به ویژگیهایی مانند رنگ، جنس، بافت سطح، ظرفیت حرارتی و جهتگیری ساختمان بستگی دارد(ASHRAE, 2021).
در عمل، میزان گرمای جذبشده تعیین میکند که:
این موضوع مستقیماً بر رفتار حرارتی ساختمان، آسایش ساکنان و مصرف انرژی اثرگذار است. در معماری اقلیممحور، جذب حرارت، ابزاری برای بهینهسازی عملکرد فصلی بنا محسوب میشود و نه یک رخداد تصادفی(ScienceDirect, 2006).
جذب گرما بخشی از چرخه حرارتی ساختمان است که تعیین میکند دما در ساعات مختلف شبانهروز چگونه تغییر کند. مصالحی که گرمای بیشتری جذب میکنند، افزایش دمای بیشتری ایجاد نموده و سپس میتوانند این گرما را به آرامی به فضای داخلی انتقال دهند. در مقابل، سطوح روشن یا بازتابنده، بخش زیادی از تابش خورشید را منعکس کرده و برای اقلیمهای گرم مزیت قابل توجهی دارند(ScienceDirect, 2014).
مزایای کنترل حرارتی از طریق جذب گرما در طراحی غیرفعال عبارت است از:
به همین دلیل، طراحان انرژی و معماران پایدار، جذب حرارت را نه یک ویژگی فیزیکی ساده، بلکه ابزار اصلی تنظیم دمای هوشمند در طراحی غیرفعال میدانند(DOE, 2023).
جذب گرما یکی از ستونهای اصلی طراحی اقلیممحور است، که تعیین میکند ساختمان چگونه با شرایط محیطی تعامل کرده و بدون استفاده از تجهیزات مکانیکی پرمصرف، دمای داخلی خود را تنظیم نماید. انتخاب صحیح رنگ، جنس مصالح، جرم حرارتی و میزان بازتاب سطح به اندازه تعیین جهتگیری ساختمان یا طراحی سایبانها اهمیت دارد(ASHRAE, 2021).
در معماری اقلیممحور، ساختمان باید پاسخی درونی و طبیعی برای محیط پیرامون داشته باشد؛ پاسخی که از طریق جذب مناسب، ذخیره هوشمندانه و آزادسازی کنترلشده گرما حاصل میشود.
معماران امروز، جذب گرما را نه صرفاً یک پدیده فیزیکی، بلکه یک ابزار کنترل اقلیم داخلی میدانند؛ ابزاری که میتواند:
به همین دلیل، انتخاب رنگ نما، نوع بافت سطح، جرم حرارتی دیوارها و رنگ سقف از تصمیماتی است که در مدلسازی انرژی، گواهیهای پایداری(LEED، BREEAM) و طراحی اقلیممحور لحاظ میشود.
تجربه پروژههای واقعی نشان میدهد که کنترل جذب گرما به شکل هوشمندانه، عملکرد ساختمان را به طور قابل توجهی بهینه میکند:
کنترل حرارتی ساختمان از طریق جذب گرما و بازتاب نور بر پایه اصول فیزیکی ساده، اما اثرگذار انجام میشود. میزان جذب انرژی خورشیدی توسط سطوح مختلف بسته به رنگ، جنس و بافت، تفاوت قابل توجهی دارد و مستقیماً بر دمای داخلی ساختمان و نیاز به تهویه و تجهیزات مکانیکی اثر میگذارد(ASHRAE, 2021).
این خصوصیات، معماران و مهندسان انرژی را قادر میسازد تا با ترکیب رنگ، مصالح و عایقها، کنترل هوشمند دمای داخلی را بدون اتکا به سیستمهای مکانیکی فراهم کنند.
ضریب جذب(Solar Absorptance, α) معیاری برای تعیین مقدار انرژی خورشیدی جذبشده توسط یک سطح است:
انتخاب هوشمندانه این ضریب، کنترل دمای داخلی و کاهش بار سرمایشی و گرمایشی را تسهیل مینماید.
جرم حرارتی، توانایی یک ماده در ذخیره و آزادسازی گرما است؛
چند راهکار مؤثر برای بهینهسازی جذب گرما در طراحی غیرفعال عبارتند از:
در این بخش، عملکرد حرارتی ساختمان به صورت تخصصیتر بررسی میشود و تأثیر رنگ، جرم حرارتی، جریان هوا و تابش خورشید بر آسایش حرارتی و مصرف انرژی تحلیل میگردد.
مطالعات نشان میدهد که استفاده از رنگهای روشن در نمای ساختمانهای گرم و آفتابی، میتواند بهطور میانگین بین ۳–۵ درجه سانتیگراد از دمای داخلی بکاهد، در حالی که رنگهای تیره در اقلیمهای سرد، گرما را ذخیره کرده و نیاز به سیستمهای گرمایشی را کاهش میدهند. ترکیب این انتخاب با مصالحی دارای جرم حرارتی مناسب، اثرگذاری سیستم غیرفعال را تقویت میکند.
حرکت طبیعی هوا در ساختمان تحت تأثیر اختلاف دما و فشار ایجادشده بین فضای داخلی و محیط بیرونی قرار دارد. دیوارها و سقفهای با جرم حرارتی بالا، میتوانند این اختلاف دما را تعدیل کرده و جریان هوای داخلی را پایدار سازند. طراحی بازشوها و مسیرهای تهویه مناسب، امکان جایگزینی هوای تازه و کاهش بار سرمایشی را فراهم میکند.
عملکرد ساختمان در طول سال متأثر از تفاوت دمای روز و شب و تابش خورشید است. در تابستان، رنگهای روشن و مصالح با جرم حرارتی پایین به کاهش جذب گرما کمک میکند. در حالی که در زمستان، ترکیب رنگهای تیره و مصالح با جرم حرارتی بالا، گرما را ذخیره نموده و مصرف انرژی را کاهش میدهد.
طراحی نمای ساختمان و انتخاب رنگها، نه تنها بر دمای داخلی اثر میگذارد، بلکه میزان نفوذ نور طبیعی را نیز کنترل میکند. استفاده از سایبانها و پوششهای بازتابنده میتواند گرمای مستقیم خورشید را کاهش داده و نور طبیعی کافی را تأمین نماید، که این امر به کاهش نیاز به روشنایی مصنوعی و افزایش آسایش بصری کمک مینماید.
مدلسازی انرژی ساختمان نشان میدهد که ترکیب راهکارهای طراحی غیرفعال شامل رنگ مناسب، مصالح با جرم حرارتی و عایقکاری بهینه میتواند مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش را تا ۲۰–۳۰٪ کاهش دهد. این اثر در ساختمانهایی با تهویه طبیعی و جریان هوای کنترلشده، به شکل قابل توجهی افزایش مییابد.
در طراحی غیرفعال، انتخاب رنگ و مصالح به شدت تحت تأثیر اقلیم و عملکرد حرارتی ساختمان است. گونهشناسی صحیح این انتخابها، موجب میشود تا اثرگذاری حرارتی بهینه شده و آسایش حرارتی و مصرف انرژی مدیریت گردد.
بر اساس مطالعات انجام شده، میزان جذب گرما برای رنگهای مختلف بدین شرح است: رنگ سیاه تقریباً ۹۸٪ ، رنگ آبی حدود ۳۵٪، رنگ زرد جذب تقریبی ۲۸٪ و رنگ سفید تنها ۲۰٪ از انرژی خورشیدی را جذب میکنند.
طراحان با ترکیب بهینهای از رنگ و مصالح، میتوانند ضمن دستیابی به آسایش حرارتی، مصرف انرژی ساختمان را کاهش داده و عملکرد طراحی غیرفعال را تقویت نمایند.
انتخاب رنگ سطوح و جرم حرارتی مصالح، از عوامل بسیار مؤثر بر کارایی حرارتی ساختمان محسوب میشوند. این پارامترها نه تنها میزان جذب و بازتاب انرژی خورشیدی را تعیین میکنند، بلکه با ذخیره و آزادسازی تدریجی حرارت، نوسانات دمای داخلی را کاهش داده و آسایش حرارتی ساکنان را بهبود میبخشند. انتخاب هوشمندانه این عوامل میتواند نیاز به سیستمهای سرمایشی و گرمایشی مکانیکی را کاهش داده و مصرف انرژی ساختمان را بهینه کند.
جدول زیر پارامترهای کلیدی طراحی حرارتی مبتنی بر رنگ و جرم حرارتی را نشان میدهد و نقش هر یک را در بهینهسازی عملکرد انرژی ساختمان توضیح میدهد.
| پارامتر | نقش در عملکرد | ملاحظات طراحی |
| رنگ نما و سقف | کنترل میزان جذب یا بازتاب انرژی خورشیدی | در اقلیم گرم: رنگهای روشن برای کاهش دمای داخلی در اقلیم سرد: رنگهای تیره برای افزایش جذب گرما(sciencedirect, 2014) |
| جرم حرارتی مصالح | ذخیره و آزادسازی تدریجی حرارت برای تعادل دمایی | مصالح سنگین یا با ظرفیت حرارتی بالا در اقلیم سرد مصالح سبک با جرم حرارتی پایین در اقلیم گرم |
| پوششهای بازتابنده | کاهش جذب تابش خورشیدی و کنترل دمای سطح | پوششهای سرامیکی و رنگهای بازتابنده نانو(sciencedirect, 2020) |
| پنجرهها و شیشهها | کاهش انتقال حرارت از طریق نور و تابش مستقیم | شیشههای کمگسیل (Low-E) و پردههای حرارتی |
| بافت و ویژگی سطح | تأثیر بر میزان جذب و بازتاب گرما | سطوح صاف بازتاب بالاتری دارند. سطوح زبر و مات گرمای بیشتری جذب میکنند(sciencedirect, 2014). |
شناخت دقیق مزایا و محدودیتهای انتخاب رنگ و مصالحی با جرم حرارتی مناسب، به طراحان کمک میکند تا تصمیماتی واقعبینانه و مبتنی بر شواهد اتخاذ نمایندند.
استفاده هوشمندانه از رنگها و مصالح با جرم حرارتی مناسب، نقش حیاتی در کنترل دمای داخلی ساختمان و کاهش مصرف انرژی ایفا میکند. طراحی غیرفعال زمانی بهینه خواهد بود که عناصر معماری، مصالح و تکنیکهای صرفهجویی انرژی بهصورت هماهنگ و مبتنی بر شرایط اقلیمی انتخاب شوند.
نکات کاربردی برای طراحان و معماران عبارتند از:
با رعایت این اصول، معماران و طراحان انرژی میتوانند ساختمانهایی پایدار، کارآمد و هماهنگ با اقلیم طراحی کنند، که هم از نظر اقتصادی بهینه باشند و هم اثرات زیستمحیطی کاهش یافته داشته باشند.
اگر شما تجربهای در بهکارگیری رنگهای انرژیکارآمد، پوششهای بازتابنده یا مصالح با جرم حرارتی در ساختمانها داشتهاید، میتوانید آن را با ما و دیگر خوانندگان به اشتراک بگذارید.
همچنین میتوانید سوالات خود را درباره طراحی غیرفعال و کنترل جذب گرما مطرح کنید تا در مقالات بعدی به آن پاسخ داده شود.
اگر این مقاله برای شما مفید بود، آن را با همکاران و دوستان خود به اشتراک بگذارید.
بله. استفاده از رنگهای روشن در اقلیمهای گرم میتواند از دمای داخلی ساختمان کاسته و تا ۱۰–۲۰٪ مصرف انرژی خنککننده را کاهش دهد.
مواد با جرم حرارتی بالا مانند بتن یا آجر، گرمای روز را جذب کرده و شب آزاد میکنند؛ این فرآیند نوسانات دمایی را کاهش داده و آسایش حرارتی ساکنان را افزایش میدهد.
رنگهای ترموکرومیک یا هوشمند میتوانند بسته به دما و تابش خورشید، میزان جذب حرارت خود را تغییر داده و در کنترل دما مؤثر باشند.
بله. رنگهای نانو و فتوکاتالیستی علاوه بر بازتاب حرارت، به تصفیه هوا و کاهش آلودگیهای داخلی کمک میکنند.
در اقلیم گرم، رنگ روشن با مصالح سبک و کمجرم، و در اقلیم سرد، رنگ تیره با مصالح سنگین و پرجرم، بهترین ترکیب برای کاهش مصرف انرژی و حفظ آسایش حرارتی است.
ASHRAE. (2021). ASHRAE Handbook—Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
U.S. Department of Energy (DOE). (2023). Passive solar home design. Office of Energy Efficiency & Renewable Energy.
Levinson, R., Akbari, H., & Berdahl, P. (2006). Solar spectral optical properties of pigments—Part I: Model for deriving scattering and absorption coefficients from transmittance and reflectance measurements.
Solar Energy, ۸۰(۱۰), ۱۲۰۴–۱۲۱۵.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X05002975
Synnefa, A., Santamouris, M., & Livada, I. (2014). A study of the thermal performance of reflective coatings for the urban environment. Energy and Buildings, ۶۹, ۵۵۴–۵۶۵.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378778814003909
Santamouris, M., Feng, J., & Ding, L. (2020). Innovative infrared reflective coatings for energy-efficient buildings. Energy and Buildings, ۲۱۵, ۱۰۹۹۱۸.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378778820309038
Givoni, B. (2007). Effectiveness of mass and night ventilation in lowering the indoor daytime temperatures.
Energy and Buildings, ۳۹(۵), ۵۸۰–۵۸۷.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778807000126
نیاز به مشاوره برای پروژه معماری خود دارید؟
فرم زیر را پر کنید تا کارشناسان ما در سریعترین زمان با شما تماس بگیرند و بهترین راهحلها را برای پروژه شما ارائه دهند.
در صورت داشتن هرگونه سوال، با ما در تماس باشید …
