مقاله در مورد نقش اقلیم در معماری

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد نقش اقلیم در معماری دارای ۷۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد نقش اقلیم در معماری  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد نقش اقلیم در معماری،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد نقش اقلیم در معماری :

نقش اقلیم در معماری

تابش آفتاب:
« آفتاب » پرتویی الکترومغناطیسی است که از خورشید ساطع می شود. طیف نور خورشید، به طور گسترده به سه قسمت فرابنقش، قابل رویت و فروقرمز تقسیم می شود.
دمای هوا:
مقدار انرژی خورشیدی تابیده شده به هر نقطه از سطح زمین در طول سال، به شدت و دوام تابش آفتاب در آن منطقه بستگی دارد و میزان گرما و سرمای سطح زمین، عامل اصلی تعیین کننده ی درجه حرارت هوای بالای آن است.

سطح دریاها بسیار کندتر از سطخ زمین در اثر تابش آفتاب گرم می شود و به همین دلیل اختلاف زیادی بین درجه حرارت سطح خشکی و سطح دریا وجود دارد.
رطوبت هوا:
منظور از رطوبت هوا، مقدار آبی است که به صورت بخار در هوا وجود دارد. بخار آب از طریق تبخیر آب سطح اقیانوس ها و دریاها، همچنین سطوح مرطوبی چون گیاهان وارد هوا می شود. این بخار به وسیله ی جریان هوا و باد به بقیه ی قسمت های سطح زمین منتقل می شود.حداقل میزان رطوبت هوا در نواحی خط استوا است که با حرکت به طرف قطبین کاهش می یابد. مقدار رطوبت موجود در هوا را به روش های مختلفی چون رطوبت مطلق، رطوبت مخصوص فشار بخار و رطوبت نسبی می توان اندازه گیری و بیان کرد.

رطوبت مطلق:
رطوبت مطلق عبارت است از وزن بخار آب موجود در هر متر مکعب از هوا و واحد آن گرم در متر مکعب است.
فشار بخار:
فشار بخار عبارت است از فشاری که در اثر بخار آب در هوا به وجود می آید و بر حسب میلی متر جیوه ا ندازه گیری می شود.
رطوبت نسبی:
رطوبت نسبی عبارت است از نسبت وزن بخار آب موجود در حجم مشخصی از هوا در یک درجه حرارت به حداکثر مقدار بخار آبی که آن حجم از هوا در همان درجه حرارت می تواند در خود نگه دارد.
سیستم های باد:
به طور کلی، در هر نیم کره ی زمین سه سیستم کلی باد وجود دارد: بادهای تجا ری، بادهای غربی و قطبی، و بادهای موسمی، علاوه بر این سه سیستم، بادهای دیگری نیز وجود دارد که یکی از آنها بادهای محلی است که در مناطق کوهستانی و دره ها جریان دارد؛ همچنین نسیم شب و روز که در سواحل دریا می ورزد.
بادهای تجاری:
مرکز این بادها در مناطق نیمه استوایی دو نیم کره ای است که دارای هوای پر فشار هستند این دو مرکز در منطقه ی استوا به هم نزدیک شده، در آنجا کمربند کم فشار را تشکیل می دهند. بر روی اقیانوس ها، جهت حرکت این دو جریان هوا در نیم کره ی شمالی به سمت جنوب غربی و در نیم کره ی جنوبی به سمت شمال غربی است. جهت حرکت این دو باد معمولاً ثابت است و دما و رطوبت آنها به مناطقی که از روی آن عبور می کنند بستگی دارد.

رطوبت و دمای هر دو جریان، بر روی اقیانوس ها یکسان است و در نتیجه در اثر برخورد با یکدیگر، تغییر زیادی به وجود نمی آورند. سرعت این بادها بین ۱۵ تا ۳۵ کیلومتر در ساعت است که گاهی به ۴۵ کیلومتر در ساعت نیز می رسد. ولی در منطقه ی اقیانوس هند و منطقه ی جنوب غربی اقیانوس آرام، جهت این بادها در اثر برخورد با بادهای موسمی در تابستان در هر نیم کره تغییر می کند.
بادهای قطبی:
این بادها در اثر پراکنده شدن توده های هوا سرد از مناطق پر فشار قطبی و اقیانوس منجمد شمالی به وجود می آیند. جهت اصلی این بادها در نیم کره ی شمالی، به سمت جنوب غربی و در نیم کره ی جنوبی به سمت شمال غربی است.
بادهای موسمی:
اختلاف میانگین درجه حرارت سالانه ی هوا سطح زمین و دریا باعث ایجاد بادهای زمستانی بر روی خشکی و بادهای تابستانی بر روی دریا می شود که به «بادهای موسمی» معروف اند.
بارندگی:
در مبحث رطوبت هوا به این نکته اشاره شد که هر چه هوا گرم تر باشد، مقدار رطوبت بیشتری را می تواند در خود نگه دارد. بنابراین اگر مقدار مشخصی از هوا با درصد مشخصی از رطوبت به تدریج سرد شود، رطوبت نسبی آن افزایش می یابد و در درجه حرارتی که به آن «نقطه شبنم» می گویند. رطوبت نسبی هوا به ۱۰۰ درصد می رسد. اگر این هوا باز هم سردتر شود و دمای آن به پایین نقطه ی شبنم برسد. نمی تواند تمام رطوبت موجود در خود را نگه دارد. از این رو، مقدار بخار آب اضافی به صورت قطرات آب بر روی سطوحی که دمای آنها از نقطه ی شبنم کمتر است می شود.

منطقه ی آسایش:
مطالب فوق نشان می دهد که احساس انسان نسبت به محیط اطرافش را نمی توان تنها از طریق بررسی یک از عنماصر اقلیمی مانند درجه حرارت، رطوبت نسبی یا جریان هوا بیان کرد؛ زیرا ترکیب این عناصر بر انسان تاثیر می گذارد و با آسایش فیزیکی او ارتباط دارد. برای مثال، اگر سرعت هوا را ثابت فرض کنیم و تابش آفتاب را نادیده بگیریم (یعنی به فرض آنکه افراد در سایه و در فضای داخلی قرار داشته باشند، بیشتر افراد در دمای ۲۱ الی ۲۶ درجه ی سانتی گراد و رطوببت نسبی ۳۰ تا ۶۰ درصد از نظر فیزیکی راحت هستند. حال اگر شرایط هوای داخل این اتاق را تغییر دهیم، یعنی رطوبت آن افزایش و دمای آن کاهش یابد، این افراد به تدریج احساس ناراحتی می کنند.
بنابراین، نسبت درجه حرارت و رطوبت نسبی هوا در ایجاد احساس آسایش انسان تاثیر دارد. البته واکنش بدن در برابر شرایط اقلیمی پدیده ای تجربی است و در فرهنگ ها و مناطق جغرافیایی

مختلف، متفاوت است. به طور مثال، در آلمان دمای ۵/۶۹ درجه ی فارنهایت (۸/۲۰ درجه ی سانتیگراد) و رطوبت نسبی ۵۰ درصد مطلوب است. در حالی که بریتانیا، دمای ۵۸ اتا ۷۰ درجه ی فارنهایت (۴/۱۴ – ۱/۲۱ درجه سانتی گراد) و در آمریکا، دمای ۶۹ تا ۸۰ درجه ی فارنهایت (۸/۲۰- ۷/۲۶ درجه ی سانتی گراد) ترجیح داده می شود. همین طور که در مناطق استوایی دمای ۷۴ تا ۸۵ درجه ی فارنهایت (۳/۲۳- ۴/۲۹ درجه سانتی گراد) و ر طوبت نسبی ۳۰ تا ۷۰ درصد مطلوب است.

این ارقام، تعیین کننده ی شرایط هوایی است که انسان در آن شرایط از نظر فیزیکی راحت است. این منطقه، مشخص کننده ی وضعیت هایی است که فرد در آن احساس آسایش می کند. البته به دلیل تفاوت میان دمای مطلوب هوا در مناطق مختلف، نمی توان محدوده ی دقیقی برای منطقه ی آسایش تعیین کرد؛ زیرا دمای مطلوب هوا در یک منطقه ی مشخص برای افرادی با جنس و سن مختلف متفاوت است و به نوع میزان فعالیت و نوع و میزان پوشش فرد نیز بستگی دارد. همچنین

دمای مطلوب هوا برای یک فرد در فصل تابستان و زمستان متفاوت است. نتایج آزمایش هایی را نشان می دهد که طی سالیان متمادی بر روی صدها نفر از ساکنین مناطق مختلف به منظور تعیین رابطه ی بین دما، رطوبت و جریان هوا و تاثیر آنها بر منطقه ی آسایش انجام شده است. بر اساس این نتاییج در فصل تابستان دمای ۲۴ درجه ی سانتی گراد و رطوبت نسبی ۵۰ درصد برای

۹۸ درصد افراد مطلوب است. در حالی که در فصل زمستان، برای آنکه ۹۷ درصد افراد احساس آسایش کنند، با حفظ رطوبت نسبی حدود ۵۰ درصد باید دما را به ۲۱ درجه ی سانتی گراد کاهش داد. براساس منابع مورد استفاده به نظر می رسد که در کشور ما تاکنون آزمایش ها و مطالعاتی که شرایط مطلوب دما و رطوبت هوا را نشان دهد، انجام نشده است. به همین دلیل، در این کتاب

برای تعیین حدود منطقه ی آسایش در ایران، از روش پیشنهادی «اولگی» استفاده شده است.
اولگی دمای ۷۰ تا ۸۰ درجه ی فارنهایت (۱/۲۱- ۷/۲۶ درجه ی سانتی گراد) را برای فصل تابستان و دمای ۶۸ تا ۷۶ درجه فارنهایت (۲۰-۴/۲۴ درجه سانتی گراد) را برای فصل زمستان و رطوبت نسبی ۳۰ تا ۶۵ درصد را به عنوان شرایط مطلوب هوا مطرح کرده است. البته این محدوده فقط برای مناطق معتدل آمریکا با ارتفاع کمتر از یک هزار فوت (۳۳۰ متر) از سطح دریا و برای افرادی پیشنهاد شده است که به صورت نشسته فعالیت می کنند و لباس معمولی منزل پوشیده اند.

به پیشنهاد اولگی با ایجاد تغییراتی در این جدول، آن را برای مناطق دیگر نیز می توان مورد استفاده قرار داد. بدین منظور برای هر ۵ درجه کاهش عرض جغرافیایی نسبت به ۴۰ درجه شمالی باید به میزان ۴/۳ درجه فارنهایت، حداقل منطقه ی آسایش تابستانی را در جدول فوق افزایش داد. حداکثر منطقه ای آسایش را نیز باید به همین میزان افزایش داد. ولی این میزان نباید از ۸۵ درجه ی فارنهایت بیشتر شود. بنابراین، حدود منطقه ی آسایش را برای ایران که بین ۲۵ اتا ۴۰ درجه عرض جغرافیایی قرار دارد، می توان از نظر دمای هوا در فصل تابستان بین ۵/۲۱ تا ۲۹ درجه و در فصل زمستان بین ۲۰ تا ۷/۲۵ درجه ی سانتی گراد فرض کرد. محدوده ی رطوبت نسبی هوا در این دو

فصل نیز ۳۰ تا ۶۵ درصد در نظر گرفته می شود.
بار دیگر باید یادآوری کرد که شرایط منطقه ای آسایش، نسبی و تقریبی است و فقط برای افرادی پیشنهاد شده است که به صورت نشسته در فضای داخلی (با جریان هوا ثابت در سایه) و با لباس معمولی در حال فعالییت هستند. بدیهی است تا زمانی که آزمایش های دقیقی در مناطق مختلف ایران صورت نگیرد، هیچ گاه نمی توان به طور دقیق منطقه ی آسایش را بر روی نمودار مشخص کرد.
در منطقه ی آسایش، تغییرات رطوبت هوا بیشتر از تغییرات دمای آن برای انسان قابل تحمل است. به همین دلیل، دمای هوای فضاهای داخلی ساختمان باید با دقت بیشتری کنترل شود. البته میزان رطوبت نسبی هوا نیز باید در نظر گرفته شود؛ زیرا رطوبت بیش از حد در و رطوبت کم باعث ایجاد الکتریسیته ی ساکن می شود.
تاثیر عوامل اقلیمی بر منطقه ی آسایش:
منطقه ی آسایش پیشنهادی فقط در صورت ثابت بودن جریان هوا و در سایه صادق است. حال اگر دو عامل تابش آفتاب و باد نیز دخالت داده شوند، هر کدام به نوعی در محدوده های منطقه ی آسایش تاثیر می گذاردند. همچنین اگر میزان رطوبت هوای مورد نظر با وسایل مکانیکی یا به طور طبیعی افزایش داده شود، حدود منطقه ی آسایش تغییر می کند. در این قسمت تاثیر هر کدام از عوامل فوق بر انسان و در نتیجه، تاثیر آن بر منطقه ی آسایش مورد بررسی قرار می گیرد.

تاثیر تابش آفتاب بر منطقه ی آسایش:
تابش آفتاب، دو اثر بیولوژیکی و حرارتی بر انسان دارد که اثر بیولوژیکی آن ناشی از تابش پرتو فرابنفش و اثر حرارتی آن حاصل تابش پرتو مرئی و فروقرمز بر بدن انسان است. محدوده ی بسیار کوچکی از طیف نور خورشید با طول موج ۲۸۸/۰ تا ۳۱۳/۰ میکرون، فقط محدوده ی موثر پرتوهای فرابنفش است. این قسمت از نور خورشید بر پوست تاثیر می گذارد و باعث آفتاب سوختگی پوست سفید می شود. نکته ی قابل توجه اینکه، بیشتر اجسام شفاف مانند شیشه و بعضی نایلون ها، پرتوهای فرابنفش را جذب می کنند و مانع نفوذ این قسمت از طیف نور به آن طرف خود می شود.
مساله ی مهم در این قسمت، تاثیر حرارتی تابش آفتاب بر منطقه ی آسایش است که پیش از این به وسیله ی دو عا مل درجه حرارت و رطوبت نسبی هوا مشخص شد.

در شرایطی که دمای هاوا کمتر از ۲۱ درجه ی سانتی گراد است (محدوده پایین خط سایه ) تابش آفتاب ممکن است باعث گسترش منطقه ی آسایش شود. بدین ترتیب که در دماهای پایین که بدن حرارت خود را از دست می دهد، اگر حرارت دفع شده با اثر حرارتی تابش آفتاب جبران شود.

شرایط آسایش انسان تامین می شدود و این شرایط، در محدوده ی منطقه ی آسایش قرار می گیرد. البته جبران حرارت دفع شده ی بدن با تابش آفتاب، محدودیت هایی دارد. محاسبات و آزمایش هایی که در این مورد انجام شده، نشان می دهد که هر ۵/۱۲ کیلو کالری انرژی خورشیدی در ساعت می توادند ۸/۱ درجه سانتی گراد کاهش دمای هوا را جبران کند. میزان گسترش منطقه ی آسایش از طریق تابش آفتاب نشان داده شده است.
تاثیر رطوبت هوا بر منطقه آسایش:
رطوبت باعث کا هش دمای هوای خشک می شود. منحنی های جدول ۲-۸، تغییراتی را نشان می دهد که با افزایش ۵ گرین رطوبت در هر پوند (۴۵۴ گرم) در هر بار در دمای هوا به وجود می آید. این کاهش دمای هوا که در اثر تبخیر رطوبت اضافه شده به آن صورت می گیرد، باعث می شود محدوده های بالای منطقه ی آسایش نیز قابل تحمل شود و بدین ترتیب، منطقه ی آسایش

گسترش یابد. برای مثال، اگر دمای هوای مورد نظر ۳۲ درجه ی سانتی گراد و رطوبت نسبی آن ۳۰ درصد باشد، چنین شرایطی خارج از منطقه ی آسایش و در نتیجه ، غیر قابل تحمل خواهد بود.حال در این شرایط، اگر رطوبت هوا به میزان ۱۰ گرین در پوند افزایش یابد دمای هوای فوق در حد قابل تحمل کاهش خواهد یافت.
خنک سازی هوا از طریق افزایش رطوبت آن ممکن است با وسایل مکانیکی یا به طور طبیعی با گیاه کاری یا ساخت آب نما و فواره ها صورت گیرد.

تاثیر باد بر منطقه ی آسایش:
سرعت جریان هوا به دو طریق بدن انسان را تحت تاثیر قرار می دهد. جریان هوا، از یک سو مقدار تبادل حرارتی از طریق همرفت (جا به جایی هوا در اثر اختلاف دما) را مشحص می کند و از سوی دیگر، ظرفیت تبخیر در هوا و در نتیجه، میزان خنک شدن بدن از طریق تعریق را تعیین می نماید.
تاثیر سرعت و دمای هوا در تبادل حرارتی از طریق همرفت به یکدیگر بستگی دارد؛ زیرا تبادل حرارت از طریق همرفت، در اثر سرعت هوا و اختلاف دمای پوست و هوای اطرافش به وجود می آید. تاثیر سرعت جریان هوا بر بدن از طریق تعیین ظرفیت تبخیر در هوا، به رطوبت آن بستگی دارد؛ زیرا افزایش سرعت هوا، ظرفیت تبخیرپذیری آن را افزایش و در نتیجه تاثیر رطوبت بیش از حد هوا را کاهش می دهد.
اگر هوا سردتر از پوست بدن باشد هر دو تاثیر جریان هوا بر بدن انسان در یک جهت عمل می کنند و در نتیجه، در این حالت افزایش سرعت هوا باعث خنک شدن بدن می شود. البته این تاثیر با کا هش دمای هوا شدت می یابد. ولی وقتی هوا گرم تر از پوست باشدریال اثرات جریان هوا در جهت عکس یکدیگر عمل می کنند. در این حالت، افزایش سرعت هوا از یک سو باعث افزایش اثر همرفت و در نتیجه، گرم تر شدن بدن و از سوی دیگر باعث افزایش ظرفیت تبخیر در هوا و سردتر شدن پوست می شود.
زمانی که پوست بدن مرطوب و اثر تعریق

و تبخیر آن کمتر از ۱۰۰ درصد است، افزایش سرعت هوا بیشتر در میزان تعریق و تبخیر تاثیر می گذارد تا در تبادل حرارت از طریق همرفت و در نتیجه بدن خشک می شود. هم زمان با این عمل، سرعت بیشتر جریان هوا باعث می شود سطح خیس بدن خشک شود و فرد احساس راحتی کند. ولی این تاثیر تا زمانی ادامه دارد که پوست بدن خشک شود و از این پس، افزایش سرعت هوا تاثیری در خنک شدن بدن از طریق تاثیر بر میزان تعریق و تبخیر نداشته باشد؛ ولی اثر گرمایی آن از طریق همرفت ادامه یابد. بنابراین در دماهای بالا، یک سرعت بهینه ی باد وجود دارد که در آن سرعت، بدن تا بیشترین حد ممکن خنک می شود. کاهش سرعت هوا از این حد باعث افزایش دمای پوست و افزایش آن باعث گرم تر شدن بدن از طریق همرفت می شود. این حد مطلوب سرعت باد ثابت نیست و به عواملی چون دما و رطوبت هوا، قدرت بیولوژیکی بدن و پوشش فرد بستگی دارد.
در اینجا لازم است که اثراتی که سرعت های مختلف باد بر انسان می گذارد، اشاره شود.واکنش انسان نسبت به سرعت های مختلف باد، هنگامی که در ارتفاع سر افراد جریان داشته باشد، نشان داده شده است.

در مطالبی که قبلاً در مورد اثرات دما و رطوبت هوا بر منطقه ی آسایش مطرح گردید، به این موضوع اشاره شد که وقتی رطوبت نسبی ۷۵ درصد یا بیشتر باشد، شرایط حراتی هوای مورد نظر از منطقه ی آسایش خارج می شود. ولی اگر در چنین وضعیتی هوا جریان داشته باشد، این شرایط می تواند در منطقه ی آسایش قرار گیرد. برای مثال، وقتی باد با سرعت ۲۰۰ فوت ( ۶۰ متر) در دقیقه بوزد، دمای هوای ۲۹ درجه ی سانتی گراد و رطوبت نسبی ۳۰ تا ۶۰ درصد کاملاً مطلوب است. بنابراین ممکن است باعث گسترش منطقه ی آسایش شود. تغییراتی که سرعت های مختلف باد در منطقه ی آسایش به وجود می آورد.

تابش آفتاب و تاثیر آن بر ساختمان و محیط اطراف
نور خورشید، همیشه برای ایجاد روشنایی طبیعی در ساختمان لازم است. ولی از آنجا که این نور در نهایت به حرارت تبدیل می شود، میزان تابش مورد نیاز برای هر ساختمان باید با توجه به نوع آن و شرایط اقلیمی محل آن تعیین شود.
مقدار حرارتی که خورشید در فاصله ی ۰۰۰/۰۰۰/۱۴۸ کیلومتری (۹۳ میلیون مایل، فاصله ی خورشید تا مدار زمین) در سطحی عمود بر پرتو آن تولید می کند، برای ۹۴/۱ کالری در سانتی متر مربع در دقیقه (۲BTU/h/ft 429) است که « رقم ثابت خورشید» نامیده می شود. البته زمین مقدار حرارت کمتری جذب می کند؛ زیرا مقداری از پرتوهای خورشید در اثر برخورد با سطح ابرها

دوباره به سمت بالا منعکس می شود و مقداری از آنها نیز به وسیله ی اکسید کربن، بخار آب و اوزون موجود در اتمسفر جذب می شود. همچنین، مقدار مشخصی از پرتوهای خورشید در اثر برخورد به مولکول های هوا به اطراف منتشر می شود. البته قسمتی از این پرتوهای منتشر شده در آسمان دوباره به سمت زمین می تابد.

بنابراین، شدت تابش آفتاب و حرارت حاصل آن در یک نقطه از سطح زمین به فاصله ی که پرتو خورشید باید طی کند، ضخامت ابرو وضعیت آلودگی هوا بستگی دارد. به همین دلیل، شدت تابش آفتاب در یک محل با ارتفاع آن محل از سطح دریا متناسب است و در مناطق مرتفع، چون پرتو خورشید فاصله ی کمتری از اتمسفر را طی می کند، حرارت بیشتری تولید می نماید. همچنین در ظهر محلی هر منطقه که خورشید در قائم ترین حالت خود نسبت به زمین آن محل قرار دارد و فاصله ی آن کمتر است. شدت تابش آفتاب بیشتر از صبح و عصر است که خورشید در مایل ترین حالت نسبت به زمین محل مورد نظر قرار دارد.

با توجه به مطالب فوق در می یابیم که شدت تابش آفتاب در هر نقطه از سطح زمین، به موقعیت خورشید نسبت به ان منطقه بستگی دارد. از آنجا که موقعیت خورشید به دلیل حرکت وضعی و دورانی زمین در ساعت ها، روزها و فصل های مختلف متفاوت است، برای بررسی شدت تابش آفتاب بر سطوح مختلف و حرارت حاصل از آن باید موقعیت خورشید نسبت به محل مورد نظر در زمان های مختلف مشخص باشد. بدین منظور، در این قسمت موقعیت خورشید مورد بررسی قرار می گیرد.

موقعیت خورشید:
در هر نقطه از سطح زمین، مسیر حرکت خورشید در آسمان در روزهای مختلف سال متفاوت است. برای مثال، حرکت خورشید نسبت به ساختمانی که در نیم کره ی شمالی و رو به جنوب قرار گرفته، بدین طریق است که در تابستان خورشید از شمال شرقی محوطه ی این ساختمان طلوع و در شمال غربی آن غروب می کند. در زمستان، طلوع خورشید از جنوب شرقی و غروب آن در جنوب غربی محوطه ی ساختمان مزبور صورت می گیرد و فقط در اول فروردین و اول مهر ماه، خورشید کاملاً از شرق طلوع کرده، در غرب غروب می کند.

موقعیت خورشید را در هر منطقه و در هر زمان می توان به وسیله ی دو زاویه یکی « زاویه ی تابش» و دیگری «جهت تابش» مشخص کرد. « زاویه ی تابش» زاویه ای است که بین امتداد پرتو خورشید و سطح افق تشکیل می شود و « جهت تابش» زاویه ای است که بین تصویر امتداد پرتو خورشید بر صفحه ی افق و شمال واقعی پدید می آید. تغییرات روزانه و سالانه ی این دو زاویه به عرض جغرافیایی محل بستگی دارد. در بسیاری از کشورها، مقادیر این دو زاویه برای نقاط گوناگون و در زمان های مختلف محاسبه شده و به صورت جدول ها و منحنی هایی ارائه شده است. ولی چنانچه موقعیت خورشید برای مناطق خاصی مورد نظر باشد، آنها را می توان از طریق محاسبات ریاضی به دست آورد.

تابش آفتاب:
به طور کلی، تابش آفتاب با ساطع شدن پنج نوع پرتو یک ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد. این پنج نوع پرتو به ترتیب اهمیت عبارتند از:
پرتو مستقیم با طول موج کوتاه
پرتو پراکنده از آسمان با طول موج کوتاه
پرتو بازتابیده از سطوح اطراف با طول موج کوتاه
پرتو ساطع شده از زمین و اجسام گرم شده با طول موج بلند ( بازتاب حرارتی)
پرتو ساطع شده از ساختمان به آسمان با طول موج بلند (بازتاب حرارتی)
هر یک از این پرتوها، به نوعی بر ساختمان تاثیر می گذارد که در اینجا به بررسی آنها می پردازیم.
پرتو مستقیم و پراکنده:
این دو بخش از پرتو خورشید، مهم ترین اجزا آفتاب از نظر تامین نور حرارت طبیعی در ساختمان هستند. بنابراین، محاسبه ی سریع و دقیق مقدار انرژی حاصل از این دو نوع پرتو برای طراحان حائز اهمیت است.
چنانچه اشاره شد، قسمتی از پرتو خورشید هنگام عبور از اتمسفر – به دلیل وجود ذرات غبار – در هوا پراکنده می شود و قسمتی از آن نیز به وسیله ی ابرها دوباره به سمت آسمان منعکس می شود. به همین دلیل با عبور نور خورشید از اتمسفر، انرژی آن کاهش می یابد. البته نسبت پرتو پراکنش یافته به پرتو مستقیم آفتاب به وضعیت ابری بودن هوا بستگی دارد. در روزهای ابری، حتی ممکن است ۱۰۰ درصد پرتوها به صورت پراکنده به زمین برسد. ولی در روزهای ابری به زمین می رسد، بسیار کمتر از حرارتی است که در روزهای آفتابی دریافت می شود.

نتایج بررسی مقدار انرژی حرارتی حاصل از تابش آفتاب در دو وضعیت هوای ابری و هوای کاملاً صاف نشان داده است که در روزهای آفتابی فصل زمستان، یک دیوار جنوبی حدود ۷۵ درصد کل انرژی حرارتی خورشید را دریافت می کند؛ ولی این مقدار در روزهای ابری ۷ درصد و در روزهای نیمه ابری ۱۸ درصد گزارش شده است.
این بررسی نشان می دهد که بیشترین قسمت انرژی حرارتی خورشید در روزهایی که هوا صاف است به زمین می رسد. بنابراین برای تمام محاسباتی که در این زمینه در معماری انجام می شود، مقدار انرژی حرارتی خورشید که در روزهای کاملاً آفتابی به زمین می رسد در نظر گرفته می شود.
پرتو بازتابیده از سطوح اطرف:

در روزهای گرم تابستان، مقدار انرژی خورشیدی تابیده شده به سطوح افقی تقریباً دو برابر انرژی خورشیدی تابیده به سطوح عمودی است. بنابراین، سطوح افقی اطراف یک ساختمان ممکن است مقدار زیادی از انرژی خورشیدی را به آن منعکس کنند. این مقدار، به قابلیت انعکاس سطوح مورد نظر بستگی دارد. برای کاهش میزان این نوع تابش بر ساختمان باید سطوح اطراف ساختمان را با سطوحی که درصد انعکاس کمی دارند بپوشانیم.
پرتو ساطع شده از زمین و اجسام گرم شده:
زمین و اجسام نزدیک به ساختمان که در معرض تابش آفتاب قرار دارند، ممکن است حرارت بسیار زیادی جذب کنند. در مناطق گرم و خشک و در روزهای گرم تابستان، دمای این سطوح تقریباً بین ۵۴ (هنگامی که دمای هوا ۳۴ درجه ی سانتی گراد باشد) و ۶۵ درجه ی سانتی گراد (زمانی که دمای هوا ۴۴ درجه ی سانتی گراد باشد) نوسان دارد. حتی دمای ۷۱ درجه ی سانتی گراد نیز برای سطح زمین در ابن گونه مناطق گزارش شده است. بدیهی است ساختمانی که در مجاورت چنین سطوحی قرار گرفته، مقدار زیادی از حرارت این سطوح را دریافت می کند. البته به سختی می توان این مقدار حرارت را به طور دقیق اندازه گیری کرد؛ زیرا این مقدار هم به نوع مصالح ساختمانی به کار رفته در بنا و هم به میزان پرتوهای تابیده شده بین دو سطح – که به نسبت اختلاف دمایشان تغییر می کنند- بستگی دارد.

پرتو ساطع شده از ساختمان به آسمان:
ایجاد تعادل حرارت جهانی نشان می دهد که میانگین سالانه ی کل پرتوهای خارج شده از زمین و اتمسفر، برابر کل پرتوهای خورشید تابیده به زمین است. البته شدت پرتوهای ساطع شده از زمین یکنواخت نیست و در هر فصل متفاوت است. مقدار این پرتوها به عرض جغرافیایی بستگی دارد و در اطرف قطبین، ۱۰ تا ۲۰ درصد از میزان آن کاهش می یابد. محاسباتی که در مورد مقدار این پرتوهای پراکنش یافته انجام شده، نشان می دهد که مقدار موثر پرتوهای ساطع شده از زمین در آسمان بدون ابر با افزایش رطوبت نسبی کاهش می یابد. در هوای ابری، مقدار پرتو بازتابی ابرها به زمین افزایش یافته، مقدار پرتو عبور کرده از ابر به آن سوی اتمسفر کاهش می یابد.

بنابراین ساطع شدن این نوع پرتو به سمت آسمان، یکی از روش های دفع حرارت ذخیره شده در بنای ساختمان ها – بویژه در مناطق در مناطق گرم و خشک – است. ولی متاسفانه این امکان هنوز به طوری جدی و دقیق مورد توجه قرار نگرفته و از آن در طراحی استفاده نشده است. حال آنکه برای تعیین میزان پرتو ساطع شده از ساختمان به آسمان می توان روش محاسباتی قابل استفاده ای به دست آورد.

تابش آفتاب و انرژی حاصل از آن در جهت های مختلف جغرافیایی:
چنانچه پیش از این توضیح داده شد، شدت تابش آفتاب و حرارت حاصل از آن در زمین به وضعیت هوا، موقعیت خورشید و ارتفاع محل مورد نظر بستگی دارد. ولی مقدار انرژی خورشیدی تابیده به یک سطح، علاوه بر موارد فوق به زاویه ی برخورد پرتو خورشید به سطح مورد نظر نیز بستگی دارد. یعنی در یک نقطه از سطح زمین و در یک زمان معین، مقدار انرژی خورشیدی تابیده به سطوحی که نسبت به پرتو خورشید زوایای مختلفی دارند، کاملاً متفاوت است. برای محاسبه ی انرژی حرارتی خورشیدی حاصل در سطوح مختلف، روش های گوناگونی پیشنهاد شده است که در اینجا به شرح در روش محاسباتی و نمودار می پردازیم.

سطوح قائم:
دیوارهای جنوبی:
دیوارهای جنوبی، بیشترین مقدار پرتو آفتاب را در آذر ماه و کمترین مقدار آن را در خرداد ماه دریافت می کنند. این دیوارها از شهریور تا اسفند، پرتو آفتاب را از طلوع تا غروب دریافت می کنند. دیوارهای جنوبی در اواسط تا بستان از ساعت ۹ صبح تا ۳ بعدازظهر مورد تابش آفتاب قرار می گیرند. هنگام ظهر، حداکثر پرتو آفتاب بر روی این دیوارها می تابد.

دیوارهای جنوب شرقی و جنوب غربی:
این دیوارها در زمستان بیشتر از تابستان در معرض تابش آفتاب قرار می گیرند. در تابستان حداکثر پرتو آفتاب به دیوارهای جنوب شرقی بین ساعت ۸ و ۹ صبح و به دیوارهای جنوب غربی بین ساعت ۳ تا ۴ بعدازظهر می تابد. در زمستان این ساعت ها به ترتیب ۹ تا ۱۰ صبح و ۲ تا ۳ بعدازظهر است.
دیوارهای شرقی، غربی و شمالی:
در زمستان، پرتو آفتاب کمتر از تابستان به این دیوارها می تابد دیوار شمالی فقط بین فروردین تا شهریور ماه صبح زود و آخرین ساعت های بعدازظهر در معرض تابش آفتاب قرار می گیرد.
سطوح افقی:
سطوح افقی و بام های مسطح، در تابستان بیشترین و در زمستان کمترین مقدار پرتو مستقیم آفتاب را دریافت می کنند. این مقدار، در زمستان حتی کمتر از مقدار تابشی است که دیوارهای جنوب شرقی و جنوب غربی در این فصل دریافت می کنند.

سطوح شیب دار:
سطوح شیب داری کهجهت آنها شرقی – غربی است. در تابستان مقدار پرتو بیشتری دریافت می کنند تا در زمستان سطوحی که شیب آنها به طرف جنوب است، در زمستان بیشترین مقدار پرتو آفتاب را نسبت به سطوح دیگر دریافت می کنند. در بهار و پاییز، سطوح شیب دار جنوبی۲۰ درصد بیشتر از سطوح شیب دار شرقی و غربی در معرض تابش آفتاب قرار می گیرند. به طور کلی، سطوح شیب داری که شیب آنها به طرف شمال است، در تمام فصل های سال کمترین مقدار پرتو آفتاب را دریافت می کنند.

کیفیت سطح مورد تابش:
شدت تابش آفتاب بر سطوح مختلف مورد بررسی قرار گرفت و دریافتیم که مقدار انرژی خورشیدی تابیده به سطوحی که در جهت های مختلف قرار دارند متفاوت است. ولی مقدار حرارتی که در اثر تابش آفتاب بر سطح یک جسم ایجاد می شود، هم به جهت و هم به رنگ و بافت (درصد طیقلی بودن) آن سطح، همچنین سرعت جریان هوایی که در اطراف آن سطح در جریان است بستگی دارد. میزان حرارت ایجاد شده در اثر تابش آفتاب در سطحی مفروض با میزان روشنی رنگ و سرعت جریان هوا در آن سطح نسبت عکس دارد. در ضمن هرچه سطح مفروض زبرتر و ناصاف تر باشد، مقدار انرژی حرارتی بیشتری را می تواند جذب کند. تاثیر سرعت باد بر حرارت ایجاد شده در

یک سطح، ارتباط چندانی با جهت آن سطح ندارد و به نسبت سرعت باد تغییر می کند. البته میزان این تاثیر چندان زیاد نیست. چنانچه برای پیش بینی و برآورد حرارت ایجاد شده ی ناشی از تابش آفتاب در یک سطح دقت زیادی لازم باشد. باید سرعت جریان هوایی که در اطراف آن سطح در جریان است به طور دقیق در محاسبات منظور شود. ولی برای مطالعات و بررسی های عمومی، مقدار ثابتی برای این تاثیر در نظر گرفته می شود. موثرترین عامل در تعیین حرارت ایجاد شده در یک سطح، رنگ آن سطح است. به همین دلیل، در این قسمت با فرض یکسان بودن دو عامل دیگر – یعنی بافت و سرعت جریان هوا- به بررسی تاثیر رنگ سطوح بر مقدار انرژی خورشیدی جذب شده در آنها می پردازیم.

تاثیر رنگ در مقدار انرژی خورشیدی جذب شده در یک سطح:
قبل از طلوع آفتاب، تغییرات درجه حرارت سطوح خارجی دیوارهای یک ساختمان، در تمام جهت ها با تغییر درجه حرارت هوای خارجی تقریباً هماهنگ است. در این حالت، فقط ساطع کردن پرتو با طول موج بلند به طرف آسمان از دست می دهد. ولی پس از طلوع آفتاب و زمانی که پرتوهای

آفتاب به طور مستقیم از سطوح دیگر منعکس یا از آسمان ساطع شود، دمای سطوح خارجی دیوارها به نسبت به پرتویی که دریافت و جذب می کنند، افزایش می یابد. اگر سطحی به رنگ روشن باشد، مقدار حرارت جذب شده در آن سطح در اثر دریافت پرتو آفتاب کم است و درجه حرارت هوای پیرامون آن سطح تاثیر بیشتری در حرارت تولید شده در آن سطح دارد. ولی وقتی رنگ یک سطح خارجی تیره باشد، تاثیر آفتاب در حرارت تولید شده در آن بسیار بیشتر از تاثیر درجه حرارت هوای پیرامون آن سطح است.
به منظور بررسی تاثیر جرارتی تابش آفتاب در سطوح رنگی، آزمایش های گوناگونی انجام شده که در اینجا به چکیده ای از نتایج آنها اشاره می شود.
جهت قرار گیری ساختمان بدون در نظر گرفتن رنگ سطوح خارجی بی مفهوم است. نتیجه ی دیگر این دو آزمایش این است که با استفاده از رنگ های مختلف در سطوح خارجی دیواره های یک ساختمان نیز می توان اثرات حرارتی تابش آفتاب در فضاهای داخلی آن را کنترل کرد. اختلاف دمامختلف است. رنگ های روشن ممکن است تا ۹۰ درصد انرژی خورشیدی را منعکس کنند. در حالی که ویژگی انعکاس رنگ های تیره فقط ۱۵ درصد یا کمتر است. ضریب جذب انرژی حرارتی خورشید در رنگ های مختلف نشان داده شده است. همان طور که در این جدول مشخص شده، رنگ سفید حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد انرژی حرارتی خورشید و رنگ سیاه مات بین ۹۰ تا ۹۵ درصد انرژی حرارتی خورشید را جذب می کند.
تاثیر تابش آفتاب در حرارت داخلی ساختمان:
در اینجا با مشخص شدن تاثیر تابش در سطوح مختلف می توان این تابش را بر فضای داخلی ساختمان نیز مورد بررسی قرار داد. بدین منظور، ابتدا به توضیح انواع تبادل حرارتی پرداخته، نحوه ی انتقال حرارت خورشید از طریق دیوارها، سقف و پنجره های ساختمان به فضای داخلی آن را مورد بررسی قرار می دهیم. سپس به نحوه ی عملکرد اجزا مختلف ساختمان می پردازیم.
سقف و دیوارهای جانبی ساختمان، فضای داخلی آن را از محیط اطرافش جدا می سازد و بدی

ن طریق، از تاثیر مستقیم عناصر اقلیمی مانند دما و رطوبت هوا، باد، تابش آفتاب، برف و باران بر فضای داخلی آن جلوگیری می کند. ولی در هر صورت، هر یک از این عوامل از طریق تاثیر بر جداره های خارجی ساختمان، هوای داخلی آن را تحت تاثیر قرار می دهند. به طور مثال، حرارتی که در اثر تابش آفتاب، در سطوح خارجی یک ساختمان جذب می شود، با تغییراتی به سطوح داخلی و سرانجام به هوای داخلی انتقال می یابد و باعث افزایش دمیای هوا می شود. به طور کلی، انتقال حرارت ممکم است به چهار صورت رسانش (هدایت)، همرفت (جابه جایی)، تابش و تبخیر صورت گیرد. از آنجا که از این چهار انتقال حرارت، اصول تبادل حرارتی است و در این کتاب به طور مکرر به آن ها اشاره می شود، در اینجا به تعریف هر یک از آنها می پردازیم.
رسانش:
حرارت با گذشتن از یک مولکول به مولکول هم جوار می تواند از داخل اجسام یا از جسمی به جسم دیگر که با آن تماس دارد، عبور کند. این نوع انتقال حرارت «رسانش» نامیده می شود. از

طریق رسانش، حرارت موجود ر یک اتاق بدون عایق حرارتی دفع می شود یا حرارت هوای خارج و حرارت تولید شده در اثر تابش آفتاب در سطح خارجی دیوارها، به فضاهای داخلی انتقال می یابد. معمولاً هرچه مصالح یک دیوار متراکم تر باشد، حرارت سریع تر به صورت رسانش از آن عبور می کند. برای مثال، بتن که متراکم تر از چوب است، ضریب رسانش بیشتری نسبت به چوب دارد.
همرفت:
جریان هوا می تواند حرارت را از سطوح گرم به سطوح سرد منتقل کند. این نوع انتقال حرارت «همرفت» نامیده می شود. هوا در اثر گرم شدن منبسط و در نتیجه سبک می شود و به همین دلیل بالا می رود. این هوای گرم، پس از مدتی حرارت خود را به اجسام و سطوح اطراف خود انتقال می دهد و دوباره سرد، منقبض و سنگین شده، به طرف پایین حرکت می کند. در یک فضای بسته مانند اتاق، حرارت باعث به جریان افتادن هوای گرم از پایین به بالا و هوای سرد از بالا به پایین می

شود. وقتی این جریان هوا بین جدارهای یک دیوار یا سقف دو جداره به وجود آید، مقدار زیادی حرارت از سطوح داخلی دیوارها و بام به سطوح خارجی یا برعکس، در صورت گرم بودن هوای خارج، از سطوح خارجی به سطوح داخلی انتقال می یابد. البته باید توجه داشت که هوا، فقط زمانی می تواند باعث انتقال حرارت شود که فضای کافی برای عمل همرفت داشته باشد و در صورتی که در حفره های کوچک یا لایه های بسیار نازک محدود شود (مانند هوای داخل یونولیت)، قادر به انتقال حرارت نیست و عایق حرارتی بسیار مناسب به شمار می رود.
تابش:
حرارت نیز مانند نور، به شکل امواج الکترومغناطیسی منتقل می شود. این نوع انتقال حرارت را «تابش» می نامند. از طریق تابش یا ساطع امواج الکترومغناطیسی با طول موج بلند حرارت از یک جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود؛ بدون آنکه تاثیری در دمای هوای بین دو سطح بگذارد.
تبخیر:
«تبخیر» عبارت است از تغییر دما و انتقال حرارت در اثر تغییر مایع به بخار. این تغییر شکل باعث دفع حرارت می شود.
در تبادل حرارتی، انتقال حرارت ممکن است به اشکال گوناگون صورت گیرد. برای مثال، انتقال حرارت از خارج به داخل ساختمان به این صوررت انجام می شود که ابتدا پرتوهای حرارت زای خورشید به سطح دیوارهای خارجی می تابد و در آنها جذب می شود. جذب حرارت در سطو

ح خارجی باعث گرم شدن این سطوح شده، حرارت اضافی به صورت رسانش به سطوح داخلی دیوارها منتقل می شود. در دیوارهای دوجداره حرارت به صورت همرفت و تابش از یک طرف دیوار به طرف دیگر آن، سپس به صورت رسانش به سطح داخلی دیوار انتقال می یابد و باعث گرم شدن آن می شود. سطوح داخلی نیز پس از گرم سدن، حرارت خود را به شکل همرفت و تابش به هوای داخلی وس طوح دیگر نتقل می کنند.
تابش آفتاب بر انواع دیوار:
تاثیر تابش آفتاب در حرارت داخلی ساختمان، به ویژگی مصالح به کار رفته در دیوارهای خارجی آن بستگی دارد. وقتی هوای داخلی ساختمان به وسیله ی سیستم های مکانیکی کنترل نشود، نوع مصالح به کار رفته در ساختمان تاثیر زیادی در تامین آسایش ساکنین آن دارد. حتی وقتی هوای داخلی ساختمان به وسیله ی سیستم های مکانیکی کنترل می شود، کیفیت مصالح ساختمانی به کار رفته، تاثیر زیادی در میزان حرارت دفع شده یا جذب شده ی ساختمان دارد و در نتیجه در

آسایش ساکنین، همچنین در بازدهی اقتصادی وسایل مکانیکی موثر است. در هر صورت لازم است با توجه به نوع ساختمان و شرایط اقلیمی، مصالح ساختمانی مناسب به دقت انتخاب شود.
دمای هوای خارج و میزان تابش آفتاب، دارای یک دوره تغییرات روزانه است والگوی این تغییرات به موقعیت جغرافیایی محل بستگی دارد. دمای هوای داخلی ساختمان های مجهز به وسایل مکانیکی نیز، همین دوره ی روزانه را دارد؛ البته با تغییراتی که به جزئیات طرح و نوع مصالح ساختمان بستگی دارد.