مطالعات طراحی اقلیمی استان خوزستان در سال 1369 و تحت عنوان «اقليم و معماري خوزستان- خرمشهر» در مركز تحقيقات ساختمان و مسكن انجام و تحت همین عنوان به‌چاپ رسیده است. چکیده نتایج این مطالعات به‌شرح زیر است
موقعیت طبیعی جغرافیایی و تغییرات شرایط آب و هوایی
استان خوزستان از نظر طبیعی و موقعیت جغرافیایی به‌سه منطقه کوهستانی، کوهپایه‌ای و جلگه‌ای تقسیم شده است. قسمت عمده این استان در منطقه جلگه‌ای است. تغییرات شرایط آب و هوایی نقاط مختلف استان با مطالعه آمار آب و هوایی 24 ایستگاه هواشناسی مستقر در آن بررسی شده است.
شدت حرارت هوای کلیه نقاط استان در تابستان بسیار زیاد است. متوسط حداکثر دمای هوا در گرمترین ماه سال برای کلیه ایستگاهها بالای 40 درجه سلسیوس است. در این میان ایذه با 40.5 درجه خنگ‌ترین و گتوند با 48 درجه سلسیوس گرمترین نقطه استان در تابستان است. در اکثر نقاط استان هوا در زمستان سرد نیست. متوسط حداقل دمای هوا در سردترین ماه سال برای کلیه ایستگاهها بالای صفر است. باغ‌ملک با 4 درجه سردترین و ایذه با 9.5 درجه سلسیوس گرمترین نقطه استان در زمستان است. بارندگی در نقاط مختلف استان بسیار متفاوت است. ایذه با معدل سالانه 630 میلیمتر پربارانترین و بندر امام با 105 میلیمتر کم‌بارانترین نقطه استان است. به‌دلیل گرم بودن هوا در تابستان و نسبتاً مرطوب بودن آن، شرایط حرارتی هوای کلیه نقاط استان در گرمترین ماه سال در اطراف مرز شرجی است. بندر امام شرجی‌ترین شهر استان است، اما میزان شرجی بودن این شهر به‌مراتب کمتر از میزان شرجی بندرعباس، جاسک و بندرلنگه و به‌طور کلی شهرهای واقع در حاشیه دریای عمان و خلیج فارس است. بندرماهشهر، حمیدیه، سوسنگرد و خرمشهر نیز در گرمترین ماه‌های سال شرجی می‌شوند.
وضعیت حرارتی هوا از نظر آسایش
شرایط تابستانی کلیه شهرهای استان از نظر انسان، خیلی گرم است. هوای بندرامام که کاملاً در حاشیه خلیج فارس واقع شده، به دلیل رطوبت زیاد هوا، خیلی گرم و مرطوب است. بنابراین در تابستان هوای کلیه شهرهای استان خوزستان از نظر آسایش انسان نامناسب است و نمی‌توان آن را با استفاده از روش‌های طبیعی در حد آسایش انسان تنظیم نمود. اما در زمستان به‌دلیل بالا بودن دمای هوا، می‌توان در کلیه نقاط استان، با استفاده از انرژی حرارتی خورشید، شرایط مناسبی را در فضاهای خارجی ایجاد کرد.
وضعیت حرارتی هوای داخل ساختمان
در گرمترین ماه‌های سال، هوای کلیه نقاط استان خوزستان به قدری گرم است که نمی‌توان برای ایجاد آسایش حرارتی در داخل ساختمان از روش‌های طبیعی استفاده کرد و بدین منظور استاده از وسایل مکانیکی خنک کننده ضروری است (عمدتاً کولر گازی یا دستگاه تهویه مطبوع). نوع سیستم مکانیکی مورد نیاز در شهرهای مختلف متفاوت است. در بندر امام، بندر ماهشهر و بهبهان، سیستم تهویه باید مجهز به دستگاه رطوبت‌گیر نیز باشد. از نظر کنترل شرایط حرارتی هوای داخل ساختمان مشکلی وجود ندارد و می‌توان در طول روز با استفاده از انرژی حرارتی خورشید، شرایط مناسبی را در فضاهای داخلی ایجاد نمود.
اهداف کلی طراحی اقلیمی
علی‌رغم تفاوت شرایط طبیعی جغرافیایی مناطق مختلف استان خوزستان و وجود تفاوت‌هایی در شرایط آب و هوایی نقاط مختلف آن، کلیه نقاط استان از نظر کلیات طراحی اقلیمی شرایط یکسانی دارند (به استثناء بندر امام). به‌عبارت دیگر، تفاوت‌های موجود در سیمای معماری و شهری نقاط مختلف استان ناشی از تفاوت در نوع مصالح ساختمانی موجود و قابل دسترسی در این نقاط و تفاوت نحوه معیشت ساکنین آنها یا تفاوت شرایط خاص محلی این نقاط است.
براساس نتایج بررسی دقیق‌تر شرایط آب و هوایی شهر خرمشهر، به‌عنوان نمونه، اهداف و اصول طراحی اقلیمی برای این استان به‌شرح زیر پیشنهاد شده است.
نیازهای حرارتی انسان در فضای آزاد
- در صورت استفاده کامل از کلیه امکانات طبیعی موجود در خرمشهر، باز هم در 11.5 درصد از سال هوای آزاد گرم‌تر از حد مطلوب برای انسان خواهد بود. در بقیه مواقع سال هوا مناسب است. خرمشهر فاقد فصل سرد است.
نیازهای حرارتی انسان در فضاهای داخلی ساختمان:
در خرمشهر، فضاهای داخلی ساختمان (ساختمانی متناسب با شرایط اقلیمی) در 41 درصد از سال نیاز به‌سرمایش دارد، اما همان‌طور که در زیر مشخص شده، در بیش از نیمی از این مواقع (23 درصد از سال) خنک کردن این فضاها با استفاده از امکانات طبیعی امکان پذیر است.
- در 23 درصد از سال با استفاده از عملکرد مصالح ساختمانی سنگین
- در 17 درصد از سال با ایجاد کوران در فضاهای داخلی (محدوده امکان سرمایش از طریق ایجاد کوران، در داخل محدوده عملکرد مصالح ساختمانی سنگین قرار دارد. به‌عبارت دیگر، اگر از عملکرد مصالح ساختمانی سنگین استفاده شود نیازی به ایجاد کوران نخواهد بود).
- در 18 درصد از سال باید از سیستم مکانیکی خنک کننده استفاده شود
در 19 درصد از سال هوا به خودی‌خود مناسب است.
در 40 درصد از سال فضاهای داخلی ساختمان به‌گرمایش نیاز دارد. این نیاز را می‌توان به طریق زیر تأمین کرد:
- در 14 درصد از سال با استفاده از حرارت طبیعی ایجاد شده در فضاهای داخلی.
- در 26 درصد از مواقع سال با استفاده از انرژی حرارتی خورشید.
براساس درصدهای یادشده، در مجموع در 82 درصد از سال (26+14+19+23) می‌توان با اتکاء به‌طراحی اقلیمی و استفاده از شرایط طبیعی، نیازهای حرارتی انسان در فضاهای داخلی را تأمین کرد و تنها در 18 درصد از سال استفاده از سیستم خنک کننده مکانیکی ضروری است.
یادآوری: نتیجه فوق تنها در مورد ساختمان‌های متناسب با شرایط اقلیمی صادق است، در ساختمان‌هایی که طرحی مناسب از نظر اقلیمی ندارند، لازم است در بیش‌تر مواقع سال با استفاده از وسایل مکانیکی نیازهای حرارتی انسان در فضاهای داخلی تامین شود.
براساس نیازهای حرارتی انسان در فضاهای داخلی ساختمان در خرمشهر، اهداف عمده طراحی اقلیمی در این منطقه به‌شرح زیر و به‌ترتیب اولویت پیشنهاد می‌شود:
- جلوگیری از تأثیر هوای گرم خارج در فضاهای داخلی
- محافظت ساختمان در برابر تابش آفتاب در مواقع گرم
- جلوگیری از افزایش رطوبت هوا در مواقع گرم
- جلوگیری از تأثیر بادهای غبارآلود در فضاهای داخلی و خارجی ساختمان
- هدایت تابش آفتاب به‌فضاهای داخلی در مواقع سرد
راهنمای طراحی اقلیمی در خوزستان- خرمشهر
به‌منظور دستیابی به‌اهداف عمده طراحی اقلیمی و تأمین نیازهای حرارتی ساکنین ساختمان به‌صورت طبیعی، باید موارد زیر را در طراحی و ساخت ساختمان‌های این منطقه رعایت کرد:
انتخاب سایت
در مکانیابی و انتخاب سایت، باید توجه داشت که زمین‌هایی که شیبی رو به‌شرق یا غرب دارند انتخاب نشوند. این زمین‌ها برای ساختمان‌سازی در این اقلیم مناسب نیستند.
محوطه‌سازی
باید بین درخت‌های موجود در محوطه و دیوارهای خارجی ساختمان، فاصله مناسبی پیش‌بینی شود تا از بازتاب شبانه اشعه حرارتی ساختمان به‌آسمان جلوگیری نشود.
- نشاندن درخت در گوشه‌های جنوب شرقی و جنوب غربی ساختمان و هم‌چنین نشاندن درخت‌های بلند در سمت غرب ساختمان (با فاصله) از نظر ایجاد سایه بر سطوح خارجی ساختمان مفید است.
- بهتر است درخت‌های نزدیک به‌ساختمان از نوع خزان‌دار باشند تا در زمستان مانع از نفوذ آفتاب زمستانی به‌فضاهای داخلی نشوند.
- در کف‌سازی‌ها و به‌خصوص در کف‌سازی محوطه اطراف ساختمان باید از مصالح نفوذ‌پذیر استفاده شود و از باقی ماندن آب در محوطه‌های آفتابگیر جلوگیری به‌عمل آید.
- برای آبیاری و هدایت آب‌های سطحی باید از آبروهای سرپوشیده استفاده شود.
- محوطه اطراف ساخمان‌های مسکونی بهتر است با دیوارهای بلند محصور شود تا از نفوذ ذرات شن معلق در هوا به‌داخل ساختمان جلوگیری به‌عمل آید.
- استخرها، گیاهان و سطوح آب‌گیر نباید در محل‌هایی پیش‌بینی شوند که احتمال می‌رود وزش باد باعث هدایت بخار آب حاصل از آنها به‌فضاهای داخلی شود.
سازماندهی پلان ساختمان
آشپزخانه، رخشویخانه، حمام و سایر فضاهای گرمازا باید از فضاهای زندگی جدا شوند تا از انتقال حرارت موجود در آنها به‌این فضاها جلوگیری بعمل آید.
- بهتر است فضاهای زندگی در قسمت‌های شمالی و جنوبی و فضاهایی که به‌ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند در قسمت‌های شرقی و غربی ساختمان پیش‌بینی شوند.
- پلان ساختمان باید به‌صورتی سازماندهی شود که امکان نفوذ آفتاب به‌فضاهای داخلی در مواقع سرد وجود داشته باشد.
فرم کالبدی ساختمان
فرم کالبدی ساختمان در خوزستان باید تأثیر هوای گرم خارج در فضاهای داخلی را به‌حداقل ممکن برساند. در این ارتباط لازم است نسبت کل سطح خارجی به‌حجم ساختمان به‌حداقل ممکن کاهش یابد و از این نظر، فرم‌های فشرده و متراکم مناسب‌تر هستند. در این منطقه، ساختمان‌های فشرده و درون‌گرا که دارای حیاط مرکزی و فضاهای یک‌طرفه مشرف به‌حیاط هستند، مناسب‌ترین فرم ساختمان از نظر شرایط اقلیمی به‌شمار می‌روند.
بافت مجموعه‌های مسکونی
بافت مجموعه‌های مسکونی در این منطقه (به استثناء نواحی ساحلی) می‌تواند کاملاً فشرده باشد. هر چه دیوارهای مشترک بین ساختمان‌های مجاور هم بیش‌تر باشد بهتر است. در صورتی که ساختمان‌ها در جهت‌های شرقی و غربی دارای دیوارهای مشترک باشند بهتر است. در صورتی‌که جهت استقرار ساختمان جنوبی یا 15 درجه متمایل به‌شرق یا غرب باشد، حداقل فاصله بین دو ساختمان پشت سر هم در این جهت‌ها می‌تواند 1.4 برابر ارتفاع ساختمان رو به‌آفتاب باشد. ایجاد فاصله بین دو ساختمان در جهت محور شرقی غربی ضرورتی ندارد.
جهت استقرار ساختمان
در تعیین جهت استقرار ساختمان باید به‌عواملی چون دسترسی، شیب زمین، ارتباط بین ساختمان‌های مجاور، اشراف، چشم‌انداز و شرایط اقلیمی توجه داشت. آنچه در اینجا ارائه شده صرفاً از نظر شرایط اقلیمی است.
از نظر اقلیمی، جهت استقرار ساختمان باید تأمین کننده اهداف زیر باشد:
- کسب حداقل انرژی خورشیدی در مواقع گرم
- جلوگیری از نفوذ مستقیم آفتاب به‌فضاهای داخلی در مواقع گرم
- جلوگیری از تأثیر بادهای گرم و غبارآلود در فضاهای داخلی و خارجی ساختمان
- کسب انرژی خورشیدی در مواقع سرد
از این نظر، جهت 15 درجه شرقی مناسب‌ترین جهت برای ساختمان‌های یک طرفه و جهت شمالی جنوبی مناسب‌ترین جهت برای ساختمان‌های دو طرفه است. به‌طور کلی جهت‌های 5 درجه غربی تا 20 درجه شرقی جهت‌های مناسبی برای استقرار ساختمان هستند.
جهت خیابان‌ها و معابر
در تعیین جهت خیابان‌ها و معابر عواملی چون شیب زمین، عوارض طبیعی، موقعیت عناصر عمده شهری نسبت به‌مکان مورد نظر و جهت محورهای اصلی دسترسی تأثیر می‌گذارند. آنچه در این قسمت پیشنهاد شده صرفاً از نظر شرایط اقلیمی است.
از نظر اقلیمی مهم‌ترین عامل در تعیین جهت خیابان‌ها در این منطقه، مقدار سایه ایجاد شده در خیابان در فصل گرم است. از این نظر جهتی مناسب‌تر است که مقدار سایه ایجاد شده در سطح خیابان را به‌حداکثر برساند. اما به‌دلیل بالا بودن خورشید، مقدار این سایه در فصل گرم بسیار کم است لذا در این منطقه اقلیمی، پیش‌بینی عناصر ایجاد کننده سایه برای معابر پیاده ضروری است. در هر صورت از نظر ایجاد سایه در خیابان جهت‌های 15 درجه شرقی و 15 درجه غربی مناسب‌ترین جهت هستند (امتداد خیابان از جنوب به‌طرف شرق یا غرب 15 درجه انحراف داشته باشد).
پنجره‌ها و نورگیرها
در این اقلیم، اندازه پنجره‌ها از نظر نورگیری و از نظر ایجاد کوران در فضای داخلی یا تهویه طبیعی متفاوت است. از نظر نورگیری، مساحت پنجره بهتر است 10 درصد نمای مربوطه باشد اما از نظر ایجاد جریان هوا در فضاهای داخلی مساحت پنجره لازم است 40 درصد نمای مربوطه یا بیش‌تر باشد. راه حلی که دز این زمینه وجود دارد این‌است که پنجره‌ای به اندازه 40٪ مساحت نمای مربوطه در نظر گرفت که تنها 10٪ مساحت آن شیشه و بقیه از چوب یا سایر مصالح عایق حرارتی باشد. یا می‌توان دو پنجره در نظر گرفت، یک پنجره فوقانی ثابت یا بازشو که مساحت شیشه‌ای آن 10٪ مساحت نمای مربوطه باشد و یک پنجره در ارتفاع بدن، کاملاً از چوب به‌مساحت 40٪ نمای مربوطه. در این اقلیم باید امکان کاملاً باز شدن تمام دهانه پنجره وجود داشته باشد. دریچه‌های چوبی پشت پنجره می‌تواند بطور بسیار مفیدی به‌عنوان سایه‌بان و محافظت کننده پنجره در برابر طوفان شن و گرد و غبار مورد استفاده قرار گیرند. هم‌چنین پنجره‌ها باید دارای تور سیمی باشند تا از ورود حشرات به‌فضاهای داخلی جلوگیری شود. قاب پنجره بهتر است از چوب یا سایر مصالح مقاوم در برابر انتقل حرارت باشد.
سایبان‌ها
کلیه پنجره‌ها و نورگیرها باید دارای سایه‌بان خارجی باشند. در مورد پنحره‌هایی که دریچه چوبی محافظ آفتاب دارند، ضرورت پیش‌بینی سایه‌بان به‌محافظت پنجره در برابر بارندگی محدود می‌شود.
- سایبان‌ها باید از مصالحی که ظرفیت حرارتی کمی دارند پیش‌بینی شوند و رنگ روشنی داشته باشند.
- در محل اتصال سایبان به‌دیوار، باید منافذی پیش‌بینی شود تا هوای گرم شده مجاور سطح خارجی پنجره از سطح آن جدا شود.
- عمق موثر سایبان پنجره‌ها در جهت‌های مختلف در جدول زیر پیشنهاد شده است
ارتباط ساختمان با زمین
از نظر حرارتی بهتر است کف ساختمان کاملاً روی زمین قرار داشته باشد. در صورتی‌که زمین مرطوب باشد، باید با پیش‌بینی گربه‌رو یا با تمهیدات دیگر از نفوذ رطوبت به‌کف ساختمان جلوگیری شود.
مصالح ساختمانی
در انتخاب مصالح ساختمانی مناسب برای هر محل، باید به‌مواردی از قبیل موجود بودن مصالح اولیه آن در محل و مسائل اقتصادی توجه داشت. در اینجا تنها به‌عملکرد حرارتی مصالح اشاره می‌شود.
به‌طور خلاصه، مناسب‌ترین ساختار برای جدارهای خارجی ساختمان در این اقلیم، متشکل از لایه‌ای از مصالح ساختمانی سنگین، لایه‌ای از جنس عایق حرارتی و سطح خارجی روشن است. به‌دلیل شدت حرارت هوا در فصل گرم و هم‌چنین بالا بودن نوسان روزانه دمای هوا در این فصل، استفاده از مصالح ترکیبی که هم عایق حرارتی و هم ظرفیت حرارتی مناسبی دارند ضروری است. در جدول زیر جرم و حداکثر ضریب انتقال حرارت جدارهای مختلف ساختمان پیشنهاد شده است.
عناصر ضروری معماری برای یک مسکن اقلیمی
یک واحد مسکونی سازگار با اقیم در خرمشهر، باید حداقل دارای عناصر زیر باشد:
- حیاط: کاملاً محصور، شامل گیاه، و واقع در سایه. مساحت حیاط نباید بیش‌تر از مساحت طبقه همکف باشد و برای جلوگیری از نفوذ طوفان شن، عمق حیاط مستطیل شکل در جهت باد، نباید از سه برابر ارتفاع ساختمان تجاوز کند. برای جلوگیری از نفوذ گرد و غبار، عمق حیاط درجهت وزش باد نباید بیش از دو برابر ارتفاع ساختمان باشد.
- ایوان مسقف: با ارتفاعی نسبتاً زیاد، برای تأمین حجم کافی جهت استفاده در کلیه مواقعی که هوای خارج مناسب است. سقف ایوان می‌تواند به‌عنوان سایبان پنجره‌های نماهای مربوطه را نیز در مقابل تابش آفتاب محافظت کند.
- بام محصور با دیوارهای مشبک: چون فضاهای داخلی، به‌دلیل تراکم و فشردگی ضروری، از جریان هوای کافی برخوردار نیستند، پشت‌بام باید برای شب‌ها و عصرها و بطور کلی مواقعی که هوا خوب است، قابل استفاده باشد.
* حیاط، ایوان و بام مجموعاً می‌توانند به‌عنوان فضاهای خارجی در 54 درصد از مواقع سال مورد استفاده قرار گیرند. - اتاق: استفاده از فضاهای کاملاً محصور (اتاق) در مواقعی که هوا خیلی گرم (دمای بیش از 34 درجه سلسیوس) یا خیلی سرد (دمای پایین‌تر از 10 درجه سلسیوس در آفتاب یا دمای پایین‌تر از 14 درجه سلسیوس و بدون آفتاب) است ضروری است.
- پاشوره: هوای گرم و نسبتاً مرطوب، استفاده از دمپایی را در این منطقه رایج ساخته است. پاهای خاک‌آلود باید قبل از ورود به‌فضاهای داخلی شسته شوند. پیش‌بینی یک پاشوره در فضای ورودی ساختمان از این نظر بسیار مناسب است.
