نمای دوپوسته

انرژی یکی از مهم ترین نهادهای توسعه و از عوامل اصلی تولید است. تامین امنیت عرضه انرژی در دنیا از مسائل استراتژیک پیش روی تمامی دولت‌ها است. در کنار محور مدیریت عرضه انرژی، بخشی که در کشور ما کمتر از آن نامی به میان می آید، مدیریت تقاضای انرژی است .در حالی که مدیریت تقاضای انرژی و تلاش برای استفاده بهینه از آن در تمامی کشورهای پیشرفته دنیا از مهمترین عوامل پیشرفت صنعتی پایدار بوده است. رابطه تنگاتنگ انرژی و محیط‌زیست، توجه به مقوله بهینه‌سازی مصرف انرژی را لازم کرده است. با توجه به کمبود و محدودیت انرژی‌های فسیلی و تخریب محیط زیست ناگزیر به جایگزین کردن انرژی‌های طبیعی پایدار و روش‌های مناسب استفاده از آنها، برپایه توسعه پایدار و موازی با توانمندی‌های اکوسیستم خواهیم بود. ساختمان یکی از بزرگترین بخشهای مصرف کننده انرژی در اکثر جوامع محسوب می‌گردد. توجه به فن آوری‌های نوین ساختمان سازی و طراحی آن به منظور صرفه‌جویی و بهینه‌سازی مصرف انرژی به میزان بسیار مؤثری می‌تواند در این راستا نقش سازنده داشته باشد.

توجه به فناوری‌های ساختمان به منظور صرفه‌جویی و بهینه‌سازی مصرف انرژی به میزان بسیار موثری می‌تواند در این راستا نقش سازنده داشته باشد، همچنین نمای ساختمان به عنوان یکی از پارامترهای تاثیرگذار بر میزان مصرف انرژی ساختمان همواره مورد توجه مهندسان جهت کاهش میزان مصرف انرژی بوده است.

طراحی ساختمانهای دو پوسته

معماری بومی در هر منطقه به نوعی از طراحی و استفاده از مصالح بومی به این نتیجه رسید که بتواند با استفاده از حداقل انرژی، شرایط آسایش را برای ساکنین فراهم نماید بعد از معماری مدرن و استفاده از تاسیسات ساختمانی  توجه به معماری بومی کمرنگ شد و به دلیل ارزان بودن انرژی توجهی به طراحی بهینه معماری و استفاده بهینه از انرژی نمی‌شد ولی پس از اولین شوک نفتی و شروع تفکر توسعه پایدار، دوباره توجه به طراحی پایدار به دو دلیل قوت گرفت:

اول : بهای زیاد انرژی و احتمال عدم دسترسی به آن ،همه را به استفاده محدودتر و کنترل‌شده از انرژی سوق داد

دوم : لزوم استفاده کمتر از انرژی و سوزاندن کمتر سوخت‌های فسیلی برای کاهش آلودگی محیط زیست و پاک نگه داشتن هوای زمین

معماری پایدار در طراحی توصیه های زیادی دارد که از جمله آنها می توان کاهش سطح تماس ساختمان با محیط بیرون را نام برد ، که موثرترین روش آن ساختن یک لباس دوم برای ساختمان است ما به این نوع ساختمانها، دوپوسته می گوییم.

پوسته دوم مانند یک محافظ از تبادل حرارتی ساختمان با محیط خارج جلو گیری می کند

این ساختار در ابتدا کامل نبود و در ساختمانهای اولیه با قرار دادن فضاهای واسط (کنترل نشده) در اطراف ساختمان و قرار دادن یک پوشش ثانویه در روی پنجره، به نوعی یک پوسته به دور فضای اصلی ساختمان و محل زندگی شکل می گرفت.

بعد از این مرحله برای جلوگیری از تبادل حرارت از پنجره ها ، انواع پنجره ساخته شد که ابتدا دو پنجره متوالی، بعد پنجره با جعبه ای که دو تا شیشه داشت ولی برای پاک کردن داخل شیشه ها دچار مشکل می شدند، بعد یک پنجره با دو شیشه درست شد که شیشه آن دو جداره بود و پس از آن توسعه انواع شیشه را در شیشه های دوجداره شاهد بودیم. استفاده از عایق های حرارتی در پوسته خارجی ساختمان نیز به این روشها کمک می کرد.

بعد از این اقدامات بحث نماهای دوپوسته مطرح شد، خصوصا برای ساختمانهایی که کل نمای آنها شیشه ای بود و تبادل حرارتی بسیار زیادی با فضای بیرون داشتند، در این گونه ساختمانها دو لایه شیشه در نما بکار می رود و پوسته خارجی نقش یک محافظ را برای ساختمان بازی می کند.

این روش که به ظاهر بسیار ساده می آید ، در عمل بسیار پیچیده و حساس است، زیرا این دو لایه شیشه مانند یک گلخانه عمل کرده و  هوای بسیار گرمی را در درون خود ایجاد می کنند که در فصل تابستان می تواند برای ساختمان مشکلاتی را ایجاد نماید و دمای آنرا بالا ببرد. مشکل دیگر این نماها در صورت طراحی غلط، جریان هواییست که بین دو جداره ایجاد می شود و با نفوذ یا مکش هوا از داخل ساختمان، شرایط داخل را دچار تغییر نماید ، این جریان هوا به هنگام باز کردن پنجره های داخلی نیز مشکل ساز است.

نماهای دوپوسته باید به دقت برای فصول سرد و گرم طراحی شده و جریان هوای داخل آنها کنترل گردد.

برای طراحی نماهای دو پوسته باید شرایط محیطی هر منطقه را در نظر گرفت و پوسته دوم طوری طراحی گردد که بتواند ساختمان را در مقابل شرایط بد بیرون محافظت کرده و از عوامل مساعد بیرونی محروم نسازد، این بدین معناست که تابش نور خورشید در زمستان می تواند برای ساختمان مفید باشد و پوسته دوم باید اجازه استفاده از تابش را به ساختمان بدهد و همچنین استفاده از هوای بیرون برای ساختمان فراهم گردد.

کنترل هوای گرم ایجاد شده در بین دو پوسته در تابستان و خروج مناسب آن از مواردی است که باید برای آن راهکاری در خور پیش‌بینی شود و برای ورود هوای تازه به ساختمان نیز تمهیداتی طراحی شود که بطور مستقیم و یا از طریق سیستم‌های تاسیساتی تامین شود.

پوسته فلزی

خواص و مشخصات مکانیکی فلز، صنعت ساختمان را به سمت استفاده از آنها سوق داده‌است، مقاومت مکانیکی در خصوص فولاد، عدم خوردگی آلومینیوم، سطح زیبای استیل و قابلیت تولید و شکل پذیری آنها بازار ساختمان‌سازی را تحت تاثیر قرار داده است

• پوسته های فولادی
• پوسته های چدنی
• پوسته از ورق گالوانیزه
• پوسته از ورق آلومینیوم
• پوسته از ورق استیل
• پوسته از ورق تیتانیوم
• پوسته ازسایر آلیاژها (که در معماری و ساخت بنا متداول نیست)

پوسته غیر فلزی

طبقه بندي انواع نماهاي دو پوسته

نماي دو پوسته به صورت معمول از يک جفت شيشه ی (پوسته) جدا شده با يک لايه هوا تشکيل مي شود. لايه اصلي شيشه معمولا در قالب عايق عمل ميکند. هواي بين دو لايه شيشه در مقابل نوسانات دمايي، بادها و صوت نقش عايق را ايفا مي کند.

سايه‌بان‌ها اکثر اوقات ميان دو لايه شيشه قرار مي‌گيرند. تمامي اجزا مي‌توانند براي اساس جايگشت‌هاي مختلف و ترکيب اجزا توپر و شفاف سازماندهي شوند.

به دليل تنوع بالاي روش‌هاي ساخت و اجراي نماهاي دو پوسته، ايجاد يک ساختار طبقه بندي براي ارزيابي و مقايسه کارآمدي سيستم هاي مختلف امري ضروري است که به عنوان مثال مي تواند موفقيت زيست محيطي پوسته يک ساختمان را در مقايسه با ديگري ارزيابي کند.

در آمريکاي شمالي سه نوع سيستم پايه نماي دو پوسته مطرح مي شود.

اين طبقه بندي بر اساس روش ارائه شده توسط Werner Lang  و ، Thomas Herzog با عنوان «استفاده از پوسته‌هاي شيشه اي چند لايه براي پوشش ساختمانها« در مرکز Architectural Record Continuing Education  به چاپ رسيده است. Lang و Herzog سه نوع سيستم پايه را معرفي مي‌کنند:

1-Buffer System (سيستم حائلي)

2-Extract-Air System (سيستم خروج هوا )

3-Twin-Face System ( سيستم پوسته دوتايي)

اين سه سيستم در بحث انتقال هوا و توانايي در کاهش مجموع انرژي مصرفي با يکديگر بسيار متفاوت هستند.

سيستم حائلي

سابقه استفاده از اين نماها به صد سال پيش باز ميگردد و همچنان استفاده مي شوند. اين سيستم نماها زودتر از شيشه‌هاي عايق اختراع شدند تا علاوه بر حفظ نور روز براي ساختمان ها ميزان عايق بودن حرارتي و صوتي را براي ديوارها افزايش دهند. اين سيستم از دو لايه شيشه تک جداره با فاصله 250 تا 900 ميلي متر تشکيل و درزبندي شده و  اجازه ورود هواي تازه را با  تجهيزات کنترل شده جانبي مانند سيستم تهويه مطبوع جداگانه يا پنجره هاي جعبه اي که مجموع دو پوسته را برش ميزنند، فراهم مي سازد. تجهيزات سايبان ها همچنين مي تواند در لايه مياني (حفره مابين دو پوسته) نصب شوند. يک نمونه جديد از Buffer سيستم ساختمان Occidental/Hooker ، Niagara Falls ، شهر New York است. اين ساختمان در ابتداي حفره اصلي نما (بالاي شالوده) هواي تازه را جذب کرده و از قسمت بالاي انتهايي خارج مي کند.

سيستم خروج هوا

اين سيستم ها از يک شيشه تک لايه ثانويه که در قسمت داخلي نماي دو پوسته اصلي قرار مي گيرد، تشکيل مي شوند. (اصطلاح تجاري و عمومي : واحدها Thermopane )

فضاي هواي ميان دو لايه شيشه به مثابه قسمتي از سيستم تهويه مطبوع عمل مي‌کند. هواي گرم شده «استفاده شده، برگشتي» در ميان دو لايه شيشه از راه حفره در انتهاي اين مسير به وسيله فن خارج شده در نتيجه لايه داخلي شيشه ها را گرم کرده در حالي که لايه بيروني شيشه هاي عايق ميزان هدر رفت گرما را کاهش ميدهد. در اين سيستم ها هواي تازه به وسيله سيستم تهويه مطبوع تامين شده و از جريان طبيعي هوا جلوگيري مي شود.

هواي موجود در اين سيستم ها به وسيله سيستم تهويه مطبوع استفاده مي شود. از آنجايي که تعويض هواي تازه در اين سيستم ها بايد به صورت مکانيکي تامين شود، کاهش نيازهاي مربوط به انرژي هدف سيستم‌ها نيست. در اين سيستم ها ساکنين نمي توانند دماي فضاهای شخصي خود را تنطيم کنند. تجهيزات سايه بان معمولا در لايه مياني نصب مي شود. همچنين فاصله ميان دو پوسته شيشه اي در ابعادي بين 150 تا 900 ميلي متر بوده که به منظور دسترسي براي تميز کردن اين قسمت و همچنين نصب سايه بان ها موثر باشد. اين سيستم براي مکانهايي که گردش طبيعي هوا ممکن نيست استفاده مي شود، (مانند فضاهاي پرسرو صدا، شرايط باد شديد و غبار … )

سيستم نمای دو پوسته

اين سيستم از يک ديوار پرده اي معمولي يا سيستم ديوار با جرم حرارتي داخل يک پوسته تک لايه ي شيشه‌اي ساختمان تشکيل مي شود. جنس لايه بيروني معمولا از شيشه مقاوم (امن) ، شيشه لمينيت يا شيشه عايق است. همچنين در اين سيستم امکان نصب سايه بان در لايه مياني وجود دارد. فاصله اين قسمت مياني براي امکان تميز کردن مي بايست حداقل در حدود 500 تا 600 ميلي متر باشد.

اين سيستم ها از دو سيستم Buffer  و Extract Air به دليل وجود بازشوها در نما که جريان طبيعي را ايجاد مي‌کنند؛ متمايز مي‌شوند. جداره تک لايه شيشه بيروني در درجه اول براي محافظت هواي داخل لايه جدار (حفره) و همچنين سايه‌بان‌هاي اين قسمت در برابر شرايط جوي است. با استفاده از اين سيستم پوسته داخلي جداره داخلي مي‌تواند با ويژگي هاي عايق مناسب ميزان هدر رفت گرما را کاهش دهد. جداره بيروني براي مسدود کردن يا کاهش جريان باد در شرايط بلند مرتبه به کار رفته و همچنين اجازه مي‌دهد بازشوهاي داخلي به دور از سر و صدا و تلاطم هاي جوي به هواي تازه دسترسي داشته باشند.

هنگامي که بازشوهاي جدار بيروني جريان طبيعي را ايجاد کرده و ميزان نوسانات شديد دما را متعادل مي‌سازند، پنجره ها در جداره داخلي مي‌توانند باز شوند. استفاده از اين پنجره هاي امکان استفاده از سرمايش شب هنگام را در فضاي داخلي ايجاد کرده و همچنين از بار سرمايشي سيستم تهويه مطبوع ساختمان مي کاهد. براي کنترل صوت، بازشوهاي پوسته بيروني مي توانند با فاصله و به صورت نا منظم نسبت به پنجره هاي جداره داخلي نصب شوند.

طبقه بندي هاي بالا با اين فرض است که  لايه هاي نما در درجه اول از جنس شيشه مي باشند.

سيستم ترکيبي

يک سيستم ترکيبي ويژگي هاي متفاوت سيستمهاي اشاره شده در بالا را دارا بوده و براي طبقه بندي ساختمانهايي است که در قالب يک سيستم دقيق نميگنجند. اين گونه از ساختمان ها ممکن است از يک لايه صفحات نمايش (Media Facade) يا يک لايه غير شيشه اي در قسمت داخلي يا بيروني نماي محافظ اصلي خود دربرابر محيط استفاده کنند. ساختمان Tjibaou کار رنزو پيانو يک گونه داراي ويژگی هاي ترکيبي است.

اجزاي نماهاي دو پوسته و طراحي غيرفعال

يک نماي دو پوسته راهکارهاي غيرفعال را براي تهويه طبيعي ، نور روز و جذب انرژي گرمايي خورشيد به کار مي‌بندد. اينها اجزاي اصلي يک نماي دو پوسته براي افزايش بازده انرژي و آسايش بوده که به وسيله ساکنين در ساختمان‌هايي با نماهاي دو پوسته مشخصي کنترل مي شوند.

تهويه طبيعي

تهويه طبيعي امکان دسترسي ساکنين را به جريان هوا براي سرمايش و تهويه فضا فراهم مي‌آورد. اين استفاده غيرفعال از جريان‌هاي هوا در کنار تجهيزات مکانيکي تهويه هوا ميزان انرژي مصرفي ساختمان را کاهش داده و در نتيجه ميزان گاز CO2 خروجي از ساختمان را در مرحله استفاده کاهش مي‌دهد. لايه خارجي نماي دو پوسته يک لايه هوا را در کنار ديوار خارجي ساختمان ايجاد مي‌کند که از بادهاي شديد مصون است. اين منطقه حائل، يک جزء مهم از نماي دو پوسته است، که معمولا اين ناحيه براي تهويه طبيعي در دسترس ساکنين است.

در بعضي موارد پنجره هاي قابل استفاده و در دسترس براي تهويه طبيعي استفاده مي‌شوند. اين پنجره هاي در مقابل بادهايي با سرعت بالا رايج در قسمتهاي بلندمرتبه ساختمان هاي چند طبقه قرار دارند.

کاهش فشار باد در اثر اضافه شدن لايه جديد در نماي دو پوسته به اين معني است که پنجره ها مي توانند حتي در طبقات بالايي ساختمان هاي بلند مرتبه نيز باز شوند. تهويه طبيعي اداره ها با هواي تازه بسيار مورد پسند کاربران ساختمان بوده و همچنين از ديگر فوايد  آن کاهش هزينه ها در سيستم هاي تهويه هوا و در نتيجه کاهش هدر رفت انرژي است. يکي از راهکارهاي متداول در استفاده از نماهاي دو پوسته بخش بندي منطقه حائل(جداره دو پوسته) به نواحي جداگانه است که هواي مياني آنها از طريق شبکه ها و دريچه هايي تامين مي‌شود.

اين بخش بندي تاثيرات سرو صدا، دود، و هدر رفت گرما از يک بخش، طبقه يا اتاق به ناحيه مجاور را از بين مي‌برد. استفاده از شبکه ها و دريچه ها با کاهش سرعت هوا، محافظت در برابر باران و کاهش انتقال سر و صداي محيط بيروني امکان کنترل هواي ورودي در نماي دو پوسته را ايجاد مي‌کنند.اين کنترل به ساکنين اجازه دسترسي به تهويه طبيعي هوا را در بناهاي بلند مرتبه مي‌دهد.

«موثرترين راه کاهش مصرف انرژي بخش هاي مختلف ساختمان بهره‌ گيري از سيستمهاي طبيعي و کاهش وابستگي به راهکارهاي مکانيکي است»