بادگیرها در معماری کویری - جلسه اول

اهداف: یادآوری مفهوم انرژی به دانش آموز، اهمیت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر 

همچنین نمودارهای موجود این توانایی را به او می دهد که بتواند از روی نمودارها یک شهود کلی نسبت به هر مسئله پیدا کند.

وسایل لازم:

پوشه پروژه

کامپیوتر

جدول شماره 1

دو عدد قبض برق: یکی برای دوره زمستان و یکی تابستان

 درباره انرژی

آیا هیچ وقت به آمارهای انرژی در ایران نگاهی انداخته اید؟ آیا می دانید چند درصد انرژی در ایران صرف مصارف خانگی می شود؟ جدول شماره ی 1 را به دانش آموزان بدهید و از آن ها بخواهید در گروه محاسبه کنند که این درصد چقدر است؟

این درصد تقریباً 40 درصد است.

از دانش آموزان بخواهید که منابع انرژی را نام ببرند. حال، به نمودار زیر نگاه کنید. نمودار زیر نشان دهنده مصرف انرژی از منابع مختلف در ایالت میشیگان آمریکاست. از دانش آموزان سوال کنید بیشترین بخش انرژی از کدام منبع تامین می شود؟

همان طور که می بینید قسمت اعظم انرژی، از منابع ذغال سنگ و بعد از آن، از انرژی هسته ای تأمین می شود.

نمودار استفاده از منابع انرژی در ایالت میشیگان امریکا

 منابع انرژی

منابع انرژی را به 2 دسته ،انرژی های تجدیدپذیر و تجدید ناپذیر، تقسیم می کنند.

منابع تجدیدپذیر

منابع تجدیدپذیر، منابعی هستند که قابل تجدید شدن هستند مثل انرژی خورشید. از انرژی خورشیدی در مصارف مختلف از جمله مصارف خانگی استفاده می شود.  مانند آبگرمکن های خورشیدی.

به نظر شما مزیت های استفاده از انرژی خورشیدی چیست؟

از این مزایا می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- پاک و بدون آلودگی (حذف انتشار گازهای گلخانه ای از جمله دی اکسید کربن)

2- بی پایان

3- رایگان و در دسترس

4- کاهش مصرف سوخت های فسیلی

5- امن و بی خطر

آبگرمکن خورشیدی

استفاده از انرژی تجدیدپذیر

از دانش آموزان بخواهید مثال های دیگری از منابع تجدیدپذیر بیاورند.

منابع تجدید ناپذیر

منابع تجدید ناپذیر، منابعی هستند که قابل تجدید شدن نیستند، مثل سوخت های فسیلی. مصرف سوخت های فسیلی با انواع آلودگی ها همراه است و در اثر استفاده از آن ها گازهای زیان آوری در هوای شهر آزاد می شود. به نمودار زیر نگاه کنید.

رشد مصرف استفاده از منابع گوناگون انرژی از سال 1980 - 2030 میلادی 

یک BTU واحد گرمای مورد نیاز برای افزایش 1 پوند از آب به ازای افزایش 1 درجه فارنهایت است. BTU یک واحد مرسوم در دستگاه انگلیسی برای میزان مصرف انرژی نیز می باشد. هر1 بی تی یو، 1055 ژول است.

Quadrillion =1024

همان طور که می بینید، رشد مصرف منابع تجدید ناپذیر از تجدید پذیر بسیار بیشتر است.

طبق آمارها، در هر 10 سال مصرف انرژی در جهان تقریباً دو برابر می شود. همچنین، پیش بینی می شود که ذخایر نفت خام و گاز طبیعی تا حدود 30 سال دیگر پایان می یابد.

اکنون، دانش آموز اهمیت انرژی را تا حد زیادی درک کرده است. در فعالیت اول کلاس، دانش آموزان فهمیدند که 40 درصد انرژی صرف مصارف خانگی می شود. یکی از این وسایل پرمصرف و ضروری در هر خانه، کولر است. برای این که دانش آموزان به میزان مصرف انرژی توسط کولر پی ببرند، یک کار هیجان انگیز این است که به قبض برقمان نگاهی بندازنند.

هر قبض برق شامل قسمتی است که در آن مقدار مصرف به کیلووات ساعت نوشته شده است.

قبض های دو دوره را به هر گروه بدهید و از آن ها بخواهید در گروه نسبت مصرف در تابستان را به مصرف در زمستان محاسبه کنند و نتیجه را از آن ها سوال کنید.

این نسبت تقریباً 1.5 برابر است. به عبارت دیگر، ما در تابستان ها 1.5 برابر زمستان انرژی مصرف می کنیم و این انرژی صرف راه اندازی کولر می شود.

حال، از دانش آموزان بپرسید که آیا به نظر آن ها می توان جایگزین های کم مصرف تری برای کولر یافت ؟

 انرژی باد و مصارف آن

یکی از منابع تجدید پذیر، باد است. بشر در طول تاریخ از باد استفاده های مختلفی می کرده است مثل بادبان ها، آسیاب بادی و امروزه از توربین های بادی برای تولید الکتریسیته استفاده می شود. و هم چنین بادگیرها که از گذشته تاکنون در معماری کویری ایران بسیار به چشم می خورند.

امروزه در بسیاری از نقاط دنیا از توربین های بادی برای تولید الکتریسته استفاده می شود.

بزرگترین کشوری که از توربین های بادی برای مصارف مختلف استفاده می کند، دانمارک است. این کشور 23 درصد از برق مصرفی خود را از طریق همین توربین ها بدست می‌آورد، در حالی که بعد از آن ،اسپانیا در یک مرتبه پایینتر با 8 درصد و آلمان با 4.3 درصد قرار دارد.

ارسطو فیلسوف قرن 4 پیش از میلاد و ویتروویوس معمار روسی یک قرن پیش از میلاد، درباره استفاده از انرژی باد در معماری و شهرسازی صحبت می کنند.

پیش از عصر صنعت، مردم نواحی گرم برای تهویه و خنک کردن خانه های خود تنها به منابع طبیعی انرژی متکی بودند. بنابراین سیستم ها و تجهیزاتی که به وسیله آن ها از باد برای تهویه استفاده می شده، راهی برای تامین آسایش و راحتی در ساختمان محسوب می شده است.

 مفهوم تهویه (استفاده از تهویه هوا Ventilation)

Ventilation، از کلمه‌ی لاتین ventus آمده که به معنی حرکت و جا به جایی هوا است. در صنعت تهویه‌ی مطبوع به عمل جانشین کردن و یا حرکت دادن هوا در یک فضا توسط وسایل مکانیکی و یا طبیعی گفته می‌شود. تهویه اغلب از طریق جا به جا کردن هوای داخل با هوای بیرون انجام می‌گیرد. تهویه در کنترل محیطی خانه به سه منظور انجام می‌پذیرد:

1. تأمین هوای تازه جهت ساکنین ساختمان(تهویه‌ی بهداشتی)

2. افزایش از دست دادن حرارت و تبخیر در بدن(تهویه‌ی آسایشی)

3. خنک کردن داخل ساختمان به وسیله تعویض هوای گرم داخل با هوای خنک خارج(تهویه‌ی ساختمانی)

Convection به معنای لاتین انتقال دادن آمده و در فیزیک و مهندسی برای بیان جا به جایی گرما به وسیله حرکت یک مایع و گاز استفاده می‌شود.جا به جایی گرما به‌وسیله هوا بدون حرکت هوا رخ نمی‌دهد، اما حرکت هوا بدون جابجایی گرما می‌تواند واقع شود. جا به جایی گرما در یک سیستم بسته نظیر اتاق یا خانه نیز می‌تواند انجام شود و این به هیچ‌وجه به معنای تبادل گرما یا هوا، با هوای بیرون از خانه نیست.

در آن دوران، شهرها و زیستگاه ها بر روی دامنه ها و خط الراس ها ایجاد می شد تا از مزیت خنک‌شدگی طبیعی باد در این نواحی – به علت سرعت زیاد آن، استفاده شود. با رشد جمعیت مردم ناچار به زندگی در شرایط آب و هوایی سخت‌تری شدند و به احتمال بسیار، تهویه طبیعی ملهم از فرمهای خاص ساختمان ها و تجهیزاتی بوده که در این مناطق به کار می رفته است.

این نمونه های اولیه‌ی تهویه ساختمان نیز ممکن است از طبیعت الهام گرفته شده‌باشد. به‌طور مثال، موریانه‌ها در ساخت لانه‌های خود اصول اساسی تهویه را به کار می‌برند. لانه‌ی موریانه ها معمولا به ‌گونه‌ای ساخته می شود که تا حد ممکن، بدنه‌ی آن شرقی-غربی امتداد یابد؛ به نحوی که مجراهای قایمی که در داخل توده‌ی خاک حفر می‌کنند، با تابش خورشید گرم شده، سپس هوای گرم از داخل مجراها بالا می‌آید و به جای آن، هوایی که در اثر رطوبت کف توده خاکی، سرد شده، به داخل مجراها کشیده می‌شود. بادی که بر روی توده خاکی لانه موریانه ها می‌وزد نیز، به این فرایند کمک می کند.

اگر قرار است به روش ها و راه های استفاده از انرژی طبیعی بازگردیم و از استفاده‌ی نامحدود و بی‌قید و بند از تهویه‌های مکانیکی اواخر قرن بیستم فاصله بگیریم، تا در استفاده از منابع سوختی زوال پذیر کره زمین صرفه‌جویی کرده و از محیط زیست خود محافظت کنیم، باید مطالعات دقیقی برروی سیستم های سنتی انجام دهیم. در اروپا حدود 50 درصد انرژی، در ساختمان ها مصرف می شود. بخش عمده‌ای از انرژی مصرفی در ساختمان ها برای تهویه مطبوع صرف می شود. بنابراین مساله تهویه طبیعی باید به شدت مورد توجه قرار گیرد.

بادگیر

بادگیر وسیله تهویه مناسبی برای خانه ها در قلب کویر محسوب می شود. به طوری که جریان هوای مطبوع را در اتاق ها، تالار و زیرزمین ایجاد می کند. در واقع شهرها و روستاهای کویری با بادگیر نفس می کشند. به همین علت است که در هر محل، جهت بادگیر را در سمتی می سازند که مناسب ترین جریان هوایی منطقه را جذب کند.

جالب است بدانید از نام های باستانی بادگیر می توان از واتفر، بادهنج، باتخان، خیشود، خیش خان، خیشور، ماسوره و هواکپ نام برد.

بادگیر وسیله ی تهویه مناسبی برای خانه ها در قلب کویر محسوب می شود.

کار علمی، تحقیقی، آزمایشی

این قسمت ازپروژه فعالیتی است که اختیاری است و دانش آموز اگر تمایل داشت انجام بدهد و نتایج آن را برای ما بفرستد و در مسابقه آخر کار، شرکت کند.

فعالیت این هفته این است که دانش آموز یک ماکت از بادگیر بسازد. این ماکت می تواند از مصالحی مانند:

چوب بستنی و چسب چوب

چوب کبریت و چسب چوب

ماکارنی و خمیر بازی

یونولیت و چسب چوب

چوب و چسب چوب

نی و نخ و جسب

مقوا و چسب مایع

...

و یا هر ترکیبی از این ها باشد.

نکته مهم این است که لزومی ندارد این ماکت خیلی واقعی باشد. می تواند ترکیبی از واقعیت و تخیل و یا تخیل صرف دانش آموز باشد اما به دانش آموز یادآوری کنید که از هر طرحی که ساخت، حتما عکس بگیرد و برای ما بفرستد.

تکلیف:

1-  دانش آموزان بگویند در کدام مناطق آب و هوایی، بادگیر وجود دارد؟ و از کدام روش عملکرد بادگیر، جهت خنک سازی در هر منطقه استفاده می شود؟

2- از دانش آموزان بخواهید انواع مختلف بادگیر را پیدا کنند.

3- استفاده های دیگر بادگیر علاوه بر تهویه را پیدا کنند.

4- از دانش آموزان بخواهید که فرایند تهویه ی هوا در بادگیر را جستجو کنند.

فراموش نکنید که برگه هایی را که در طول کلاس پر می کنید، همچنین تکالیفی را که به دانش آموزان می دهید در حضور خودشان درون پوشه پروژه بگذارید. در پایان کار، هم تمام جزئیات پروژه در آن ثبت شده است و برای تنظیم گزارش نهایی به افراد گروه کمک می کند.

محل بازید/ اردو / خرید: عمارت بادگیر در کاخ گلستان

منابع مطالعه: برای کسب اطلاع بیشتر در مورد بادگیرها، منابع زیر را ببینید:

1. ساخت شهرو معماری در اقلیم گرم و خشک ایران/محمود توسلی/انتشارات پیام ،پیوند نو/

2.طراحی اقلیمی(اصول نظری و اجرایی کاربرد انرژی در ساختمان)/نوشته‌ی دانلد واتسون – کنت لبز/ترجمه: دکتر وحید قبادیان- محمد فیض مهدوی /موسسه انتشارا ت و چاپ دانشگاه تهران / 1384(چاپ هفتم).

3. بادخان (ملاحظات کالبدی باد در ساختمان)/تحقیقی از مهندسین مشاور بتل مک کارتی/ترجمه :محمد احمدی نژاد/نشرخاک/بهار1381.

4. سایت http://www.ifco.ir/building/renew/sun.asp (در رابطه با انرژِی های تجدیدپذیر خورشید، باد، زمین گرمایی)

مطالب مرتبط:

بادگیرها در معماری کویری - جلسه دوم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه سوم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه چهارم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه پنجم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه ششم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه هفتم

بادگیرها در معماری کویری - جلسه هشتم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان - تنظیم: فاطمه گودرزی