طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با سیستم خنک‌سازی طبیعی

سیستم خنک‌سازی طبیعی یا طراحی غیرفعال بر افزایش راحتی و رفاه ساکنان ساختمان با حداقل مصرف انرژی تمرکز دارد. این استراتژی‌ها با دمای محلی و شرایط محل تنظیم می‌شوند، امری که استفاده از اقلیم محلی در طراحی ساختمان را بسیار مهم می‌سازد. به‌ویژه که ما نمی‌توانیم شرایط آب‌وهوایی متفاوت را کنترل کنیم. خنک‌کنندگی غیرفعال به هر عنصر طراحی یا فناوری مورد استفاده برای کاهش دمای ساختمان بدون استفاده از انرژی برق اشاره دارد.
طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با استراتژی غیرفعال امکان تامین سرمایش، تهویه و روشنایی خانه را با استفاده از منابع انرژی رایگان و تجدید پذیر مانند نور خورشید و باد فراهم می‌کنند. این استراتژی‌ها نه‌تنها مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهند، بلکه اثرات زیست محیطی را نیز کم می‌کنند. علاوه بر این، با به‌کارگیری تکنیک‌های خنک‌کننده غیرفعال، کیفیت هوای داخل ساختمان را می‌توان با کاهش تغییرات دمایی بین داخل و خارج ساختمان افزایش داد.

اهمیت طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با استراتژی غیرفعال

ساختمان‌ها را می‌توان به‌گونه‌ای طراحی کرد که انرژی بسیار کمتری نسبت به حالت معمول امروزی مصرف کنند. طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با استراتژی غیرفعال بر شناسایی روش‌هایی برای کاهش مصرف انرژی در مناطق گرم و خشک متمرکز است.
تاکید این روش بر استراتژی‌های طراحی با مصرف انرژی است که شامل شکل ساختمان، انتخاب مصالح و جهت‌گیری بهینه، در کنار اجرای تکنیک‌های خنک‌کننده غیرفعال و تهویه خواهد بود. امری که نشان می‌دهد چگونه این اصول منجر به استفاده موثر از انرژی طبیعی و روش‌های خنک‌کنندگی طبیعی برای آب‌وهوای گرم و خشک می‌شود.
در تابستان، پوشش‌های ساختمانی با طراحی خوب می‌توانند جریان هوا را برای خنک‌سازی افزایش دهند و در عین حال مانع از نور مستقیم خورشید شوند. در مناطقی مانند امارات متحده عربی، انواع سیستم خنک‌سازی طبیعی و غیرفعال برای کنترل نوسانات شدید دما توصیه می‌شود.

عناصر طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک

استراتژی‌های کلیدی زیر اتکا به سیستم‌های خنک‌کننده مکانیکی را کاهش می‌دهند.

• تعیین استراتژیک محل پنجره‌ها
• لعاب مناسب برای پنجره‌ها و نورگیرها
• نصب سایه‌بان با اندازه مناسب برای به حداقل رساندن افزایش گرما
• استفاده از مصالح رنگ روشن برای پوشش ساختمان
• طراحی متفکرانه محوطه‌سازی

طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با عناصر فوق می‌تواند بازده انرژی و آسایش بیشتری را در آب‌وهوای چالش‌برانگیز گرم و خشک به دست آورد.

ویژگی‌های اقلیم‌های گرم و خشک

در آب‌وهوای گرم و خشک، دمای روز معمولا از 27 درجه سانتی‌گراد تا 49 درجه سانتی‌گراد متغیر است و در شب تا حدود 22 درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یابد. سطح رطوبت عموما کم تا متوسط ​​بوده و آسمان معمولا صاف است. رطوبت کم منجر به بارندگی محدود و درنتیجه پوشش گیاهی کم می‌شود. در حالی که بادها به‌ندرت می‌وزند، اما وقتی رخ می‌دهند، گرم و دارای گردوغبار هستند.
بارش سالانه در این اقلیم‌ها حداقلی است و به 50 میلی‌متر تا 150 میلی‌متر می‌رسد. امری که به خشکی کلی هوا دامن می‌زند. آسمان آبی روشن اغلب توسط طوفان‌های گردوغبار پوشانده می‌شود که تابش خیره‌کننده شدید ایجاد می‌کند. در ضمن فقط گیاهان مقاوم، مانند آن‌هایی که برگ‌های ضخیم و ساختارهای خاردار دارند، در خاک سست، شنی، رطوبت کم و بارندگی محدود اقلیم‌های گرم و خشک قادر به رشد هستند.

چالش‌های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک

یکی از چالش‌های اصلی طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک به حداقل رساندن مصرف انرژی است. معماری سنتی در این مناطق بینش‌های ارزشمندی را ارائه می‌دهد، زیرا خانه‌های قدیمی برای تسهیل تنظیم دمای طبیعی طراحی شده‌اند.
ویژگی‌هایی مانند پنجره‌های کوچک، صفحه‌های مشبک (مشربیه)، حیاط‌های داخلی و برج‌های بادگیر به طور موثری نور خورشید را مسدود کرده و جریان هوا را افزایش می‌دهند. امروزه این شیوه‌های طراحی در آب‌وهوای گرم و خشک حیاتی هستند. چرا که می‌توانند مصرف انرژی ویلا را به میزان قابل توجهی کاهش دهند.
ایجاد یک محیط سالم‌تر در مناطق گرم و خشک مثل خاورمیانه می‌تواند به دلیل شرایط آب‌وهوایی محدودکننده حمل‌ونقل و فعالیت‌های خارج از منزل کاملا چالش‌برانگیز باشد. برخی از چالش‌های کلیدی طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک، عبارتند از:

• کمبود آب، تابستان‌های گرم و طولانی و میزان تبخیر بالا که مانع از توسعه فضاهای سبز می‌شود.
• دمای بالا و تابش شدید خورشیدی به استرس گرمایی و ناراحتی افراد می‌انجامد.
• شهرهایی با آب‌وهوای خشک در مقایسه با مناطق معتدل و گرمسیری، تاثیر جزیره گرمایی شهری در شب را به شکل بارزتری تجربه می‌کنند.

شهر مصدر ابوظبی، پیشرو در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک

شهر مصدر در ابوظبی به عنوان الگویی برای طراحی ساختمان‌های پایدار و انرژی صفر عمل می‌کند. این شهر از فناوری‌های مدرن برای اجرای استراتژی‌های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با سیستم خنک‌سازی طبیعی استفاده می‌کند که چند نمونه از این فناوری‌ها عبارتند از:

• کنترل‌های هوشمند ساختمان: ساختمان‌های شهر مصدر دارای کنترل‌های هوشمندی هستند که نور و دما را بر اساس شرایط بیرونی تنظیم می‌کنند.
• دستگاه‌های سایه‌انداز خودکار: سیستم‌های سایه‌بان مجهز به کنترل‌های خودکار هستند. این سایه‌بان‌ها به‌طور خودکار با توجه به موقعیت خورشید تنظیم می‌شوند و کاهش گرما و افزایش بهره‌وری انرژی را در پی دارند.
• متریال عایق پیشرفته: استفاده از مواد عایق پیشرفته انتقال حرارت را به حداقل می‌رساند و وابستگی به تهویه مطبوع را کاهش می‌دهد.

استراتژی‌های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک

استراتژی‌های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک به ایجاد محیط‌های زندگی پایدارتر و راحت‌تر کمک می‌کنند. در اینجا چندین استراتژی موثر برای معماری و طراحی در آب‌وهوای گرم و خشک بر اساس سیستم خنک‌سازی طبیعی آورده شده است.

1. جهت و فرم ساختمان

برای معماری سازگار با آب‌وهوا، جهت‌گیری و فرم مناسب ساختمان ضروری است. تراز کردن یک سازه با توجه به مسیر خورشید و جهت باد - قرار دادن ضلع طولانی در جهت شمال به جنوب برای کاهش قرار گرفتن در معرض شرق به غرب - بسیار اهمیت دارد. طراحی فشرده همچنین هدررفت انرژی و افزایش حرارت غیرضروری را به حداقل می‌رساند.

• عمق کاهش‌یافته: برای افزایش تهویه، عمق ساختمان را حداقل نگه دارید.
• نور طبیعی: طراحی باید برای کاهش نیاز به نور مصنوعی در داخل سازه انجام شود.
• ساخت‌وساز باریک: ساختمان‌ها را تا حد امکان باریک بسازید تا تهویه متقابل را تسهیل کنید.

در معماری سنتی، حیاط‌ها به عنوان ویژگی‌های مرکزی ویلا عمل می‌کنند و اغلب با درختان میوه، سایه و گل‌ها تزیین شده‌اند. این حیاط‌ها ممکن است شامل عناصر آب و قسمت‌های سرپوشیده برای نشستن در فضای باز باشد که حریم خصوصی، رهایی از آب‌وهوای سخت و ارتباط با طبیعت را در زندگی روزمره فراهم می‌کند.

2. تهویه و دهانه‌ها

تهویه مدرن در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک اغلب می‌تواند جریان هوای طبیعی موجود را بدون نیاز به دستگاه‌های خارجی بهینه کند. گنجاندن منافذی برای بهبود گردش هوا در به حداقل رساندن گرمای بعد از ظهر تاثیر شایانی دارد. برای پاسخگویی بهتر به آب‌وهوای محلی باید اندازه، شکل و محل دهانه‌ها را متناسب با نیازهای هر فضا تنظیم کرد.

• پنجره‌های بالاتر: پنجره‌ها را در بالاترین سطح نصب کنید تا با عمل به‌عنوان خروجی هوا، منافذی برای جریان آن به وجود آورند.

• بهینه‌سازی قرارگیری پنجره‌ها: پنجره‌های رو به غرب را با پنجره‌های رو به جنوب جایگزین کنید تا افزایش حرارت مستقیم را کاهش دهید.
• دیافراگم‌های شمالی: برای پراکندگی نور و به حداقل رساندن تابش، دریچه‌هایی را در سمت شمالی به ویلا اضافه کنید.
• اندازه‌های پنجره سفارشی: اندازه پنجره‌ها را بر اساس کاربرد مورد نظر، جهت‌گیری و نیازهای سایه‌زنی تنظیم کنید.

مثلا یک اقامتگاه واقع در بین بیت لحم و بیت‌المقدس دارای سایه‌بان مشربیه است که به خنک نگه داشتن فضای داخلی در هنگام گرمای شدید کمک می‌کند. این سایه‌بان مشبک نه‌تنها بر جذابیت و زیبایی ساختمان می‌افزاید، بلکه نقش مهمی در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با سیستم خنک‌سازی طبیعی دارد.

3. نور روز و سایه

در مناطقی که نور طبیعی روز به‌وفور وجود دارد، توجه به افزایش گرما و تابش خیره‌کننده هنگام طراحی ویلاها ضروری است. سایه در آب‌وهوای گرم و خشک، کلید کاهش دما و افزایش گرما است.

• سازه‌های بیرونی: عناصری مانند آلاچیق و سایه‌بان را در طراحی دیوار بیرونی بگنجانید تا میزان نور طبیعی وارد شده به ساختمان را کنترل کنید.
• دهانه‌های پنجره بالا: دهانه‌های پنجره را تا حد امکان نزدیک به سقف قرار دهید تا نفوذ نور روز را به حداکثر برسانید.
• تقویت نور طبیعی: از دیوارهای جاعلی، سقف‌های سوراخ‌دار، آلاچیق‌های نیمه‌باز و پاسیوهای نیمه سایه‌دار برای افزایش نور خورشید و در عین حال به حداقل رساندن افزایش گرما استفاده کنید.

معماری سنتی خاورمیانه از عناصر سایه‌بان برای کاهش تابش خورشید در ساختمان‌ها استفاده می‌کند. یکی از ویژگی‌های سنتی مهم، ایوان است که بخش‌های مختلف خانه را به هم متصل می‌کند و عملکرد آن بر اساس اندازه و موقعیت آن متفاوت محسوب می‌شود. ایوان‌ها اغلب در چیدمان خانه‌های دوره صفویه و قاجاریه نقش محوری دارند.

4. دیوارها

چالش اصلی در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک را باید به حداقل رساندن رطوبت و افزایش گرما دانست که بر رفاه ساختمان تاثیر مخرب دارد. انتخاب مصالح و طراحی دیوار می‌تواند انتقال حرارت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

• رنگ‌های روشن: پوشش‌های دیوار بیرونی را با رنگ روشن انتخاب کنید تا گرما را منعکس کرده و جذب آن را کاهش دهند.
• روکش تهویه دار: از روکش‌های تهویه شده استفاده کنید که از اثر پشته برای حذف رطوبت در محیط‌های مرطوب بهره می‌برند.
• نماهای عایق حرارتی: نماهای عایق‌بندی شده را نصب کنید که هوابندی را تضمین کرده و در برابر شرایط گرم و مرطوب مقاومت می‌کنند.
• سایه با دیوارها: از دیوارها برای ایجاد سایه برای مناطق بیرونی بر اساس مسیر خورشید استفاده کنید.

5. سقف

استراتژی‌های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک با سیستم خنک‌سازی طبیعی برای سقف بر به حداقل رساندن جذب گرما و افزایش تهویه تمرکز دارد.

• سقف‌های خنک و سبک: از متریال سبک‌تر برای سقف‌ها استفاده کنید تا اثرات گرمای بیش از حد و نور خورشید بر ساختمان‌ها را کاهش دهید.
• مواد انعکاسی: مصالحی مانند خاک رس، سفال، فلز و سنگ را در نظر بگیرید که نور خورشید را منعکس کرده و گرمای کمتری را جذب می‌کنند.
• بام‌های سبز: بام‌های سبز پوشیده از پوشش گیاهی را اجرا کنید که باعث عایق‌کاری ساختمان و جذب حرارت کمتر می‌شوند.
• راه‌حل‌های تهویه: از تهویه مناسب از طریق دریچه‌های سقف، دریچه‌های پشته و توربین‌ها اطمینان حاصل کنید. چرا که در مدیریت دمای داخل خانه در آب‌وهوای گرم و خشک موثر هستند.

در فرهنگ‌های سنتی، ایجاد فضاهای داخلی با الهام از فضای باز فراتر از وارد کردن نور طبیعی و هوای تازه است. در منطقه معروف به «بلاد الشام»، اعتقاد بر این است که خانه‌های حیاط دار برای اولین بار در اوایل هزاره سوم پدید آمدند. این حیاط‌ها به ویژگی‌های اساسی معماری عربی و اسلامی تبدیل شدند و اهمیت فضاهای محصور و در عین حال باز را در طراحی مسکونی برجسته کردند.

6. محوطه‌سازی

با فناوری پیشرفته امروزی، پوشش گیاهی می‌تواند فراتر از سطح زمین رشد کند. بنابراین، گنجاندن باغ‌های روی پشت‌بام، باغ‌های عمودی و سایبان درختان در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک می‌تواند به‌طور موثری محیط را خنک سازد.

• خنک‌سازی طبیعی: باغ‌ها را در مناطق باز بکارید تا خنک‌سازی طبیعی زمین را در محل تقویت کنید.
• مزایای پشت‌بام: باغ‌های پشت‌بام از متریال سقف در برابر شرایط آب‌وهوایی سخت محافظت می‌کنند و طول عمر بام را افزایش می‌دهند.

7. آب: یک عنصر خنک‌کننده

آب توانایی قابل توجهی در افزایش سرمایش در مناطق گرم و خشک دارد. پیاده‌سازی استراتژی‌های طراحی غیرفعال در معماری، با توجه به تقاضای رو به رشد انرژی می‌تواند تاثیر مثبتی هم برای کاربران و هم برای محیط زیست ایجاد کند.

• خنک‌سازی تبخیری: با افزایش سطح آب در تماس با هوا، خنک‌سازی داخلی را افزایش داده و نرخ تبخیر را افزایش می‌دهد.
• ویژگی‌های آب: هر آب‌نما، اعم از فواره، آبشار مصنوعی و غیره به خنک شدن طبیعی هوای اطراف کمک می‌کند.

8. استفاده از متریال ویژه

استفاده از مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست با انرژی کمتر برای محافظت از درختان و گیاهان و کاهش آلودگی هوا در طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک ضروری است.

• منبع یابی پایدار: برای به حداقل رساندن آلودگی هوا و ترویج استفاده مجدد از منابع، سنگ‌ها را از مکان‌های سازگار با محیط زیست تهیه کنید.
• ترکیب بتن: برای کاهش آلودگی خاک و هوا، گردوغبار و براده‌های سنگ را در تولید بتن بگنجانید.
• چوب احیا شده: برای حفظ درختان به جای چوب‌های تازه برداشت‌شده از چوب‌های نجات‌یافته استفاده کنید.
• بلوک‌های خاک تثبیت‌شده: از بلوک‌های ساخته شده از خاک تثبیت‌شده استفاده کنید که مصرف انرژی کمتری دارند.
• رنگ با VOC کم: رنگ‌هایی با VOC پایین را برای کاهش بیشتر آلودگی هوا برگزینید.

نمونه های طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک

1. جهت شمال به جنوب: در ویلای زیر، ساختمان در جهت شمال غربی و جنوب شرقی دارد.

2. پنجره‌های کوچک: یکی از نمونه‌های این ویژگی، خانه سنتی بونگا است که چند صد سال قدمت دارد. این ویلا ویژگی‌های ساده، اما موثری را برای غلبه بر گرما به نمایش می‌گذارد.

3. دیوارهای بیرونی ضخیم و مرتفع: خانه‌های کاشان از این استراتژی در معماری خود استفاده می‌کنند تا حداکثر حفاظت را در برابر گرما و همچنین ایجاد سایه داشته باشند.

4. سقف سازی ویژه: ویلاهای مدیترانه‌ای در یونان به عنوان نمونه‌ای از این تخصص عمل می‌کند.

5. گیاهان و پوشش گیاهی: ویلای Parekh توسط Charles Correa در احمدآباد هند نمونه‌ای موفق از طراحی ویلا در اقلیم گرم و خشک است. این باغ به عنوان یک عامل خنک‌کننده طبیعی عمل کرده و در طول روز نیز سایه ایجاد می‌کند.

6. رنگ: ویلاهای مدیترانه‌ای برای این ویژگی نیز نمونه‌ای کامل هستند.

7. عناصر سایه‌انداز: سیستم دیوار ویلای زیر از عناصر سایه‌انداز پیشرفته پنل خورشیدی تشکیل شده است که از طریق یک سیستم مدیریت خودکار کنترل می‌شوند.

8. بالکن‌ها، حیاط‌ها و ایوان‌ها: ویلاهای عربی در آب‌وهوای گرم برای حفظ دمای شدید ساخته شده‌اند و دارای یک پاسیو مرکزی در اطراف خود هستند.