خانه دیگر تاریک نیست

مشکل اصلی در عدم نورگیری کافی در ساختمان‌های شمالی از کجا ناشی می‌شود؟

در بررسی تابش خورشید به زمین باید حداقل 2 فاکتور را در نظر گرفت. یکی سمت و جهت تابش خورشید و دیگری ارتفاع خورشید است. به عبارت دیگر در نیمکره شمالی، خورشید در صبح از سمت شرق طلوع می‌کند و در ظهر در راستای جنوب به وسط آسمان می‌رسد و در مغرب غروب می‌کند که این موضوع را با عنوان سمت یا جهت تابش خورشید می‌گویند. از طرفی مقدار زاویه‌ای که خورشید با خط جنوبی دارد را ارتفاع خورشید می‌نامند؛ موضوعی که در تابستان خورشید به صورت عمودی‌تر و در زمستان به صورت مایل می‌تابد.

محور فرضی چرخش زمین با سطح مدار سالانه‌اش به دور خورشید عمود نبوده و زاویه‌ای به اندازه تقریبی 5/23 درجه می‌سازد که دارای اثرات مشخصی بر زمین است. تغییرات زاویه تابش خورشید در عرض‌های مختلف جغرافیایی و در فصول مختلف به دلیل تغییرات زاویه محور زمین است که در طول سال با چرخش زمین به دور خورشید در بازه مثبت و منفی 5/23 درجه تغییر می‌کند.

آفتاب در حرکت ظاهری خود در اواخر اسفند و اوایل فروردین در راستای موازی خط استوا روی دایره استوا یا به تعبیر دیگر در دایره اعتدال بهاری طلوع و غروب می‌کند؛ بنابراین پرتو تابش خورشید به دایره استوا در این زمان عمود بوده و دایره روشنایی و تاریکی با یکدیگر مساوی هستند. در نتیجه طول شب و روز در این مکان یکسان است و چون خط استوا مبدا محاسبه عرض‌ها در نظام مختصات جغرافیایی به شمار می‌رود، لذا عرض زمین در امتداد این دایره برابر با صفر است. با توجه به این شرایط و زاویه انحراف محور زمین و بازه تغییرات آن، زاویه تابش خورشید در نیمکره شمالی و جنوبی متفاوت است.

تمام این موارد برای هر نقطه از عرض جغرافیایی متفاوت است و آنچه در مبحث تابش نور خورشید برای طرح ما اهمیت دارد زاویه تابش و سمت تابش خورشید به زمین در فصول و نقاط جغرافیایی متفاوت است.

یادآوری این نکته خالی از لطف نیست که بدانیم اگر در نیمکره شمالی واحدهای شمالی آفتاب ندارند قرینه همان نقطه در نیمکره جنوبی واحدهای جنوبی از آفتاب بی‌بهره هستند. به عبارت دیگر، همان گونه که بیان شد سمت تابش خورشید در نیمکره شمالی به ترتیب حرکت از مشرق به جنوب و مغرب است، در حالی که در نیمکره جنوبی به صورت مشرق به شمال و مغرب است و به همین ترتیب در خط استوا در فصل زمستان خورشید به سمت جنوب ساختمان‌ها و در فصل تابستان به سمت شمال ساختمان‌ها می‌تابد.

چرا برای رفع این مشکل به سامانه نوردهی تاکید می‌شود؟ مگر این سامانه چه نوع سیستمی است؟

نیاز انسان به نور طبیعی همواره مورد تاکید قرار گرفته است. کلا نور و روشنایی اثرات مثبت روحی و روانی روی افراد دارد و از نظر پزشکی تاکید شده است که محیط کار و زندگی به گونه‌ای انتخاب شود که بتوانیم از نور طبیعی و تابش آفتاب استفاده کنیم.

همان گونه که قبلا معلوم شده حرکت خورشید و زمین و زوایای تابش به گونه‌ای است که نمی‌توان به طور همزمان از تابش آفتاب دو سمت شمال و جنوب بهره برد. این موضوع بویژه برای مجتمع‌های مسکونی و شرایط ساخت و ساز که محدودیت‌های خاص خود را دارد بیشتر نمود پیدا می‌کند.

به عبارتی ابعاد و مشخصات زمین برای ساخت به گونه‌ای است که برای نیمکره شمالی تنها سمت جنوب ساختمان‌ها دارای آفتاب است و سمت شمال ساختمان‌ها، نورگیرها، راه‌پله و... از آفتاب بی‌بهره هستند. لازم به توضیح است که در این نیمکره و در فصل تابستان اوایل صبح و اواخر عصر سمت شمال نیز با تابش آفتاب مواجه است. بدیهی است عدم تابش آفتاب به سمت شمال ساختمان‌ها تنها برای مجتمع‌های مسکونی نیست، بلکه هر ساخت و سازی را در بر می‌گیرد که ازجمله آن می‌توان به انبارها، سوله‌ها و... نام برد.

با توجه به این شرایط، وجود سامانه‌ای که بتواند محل‌هایی را که با کمبود نور و عدم تابش آفتاب مواجه هستند آفتابگیر کند، احساس می‌شود. لزوم چنین نیازی را به مزایایی که می‌توان از این سامانه به دست آورد، احساس می‌شود؛ مزایایی همچون تابش آفتاب و افزایش لوکس نور به اتاق‌ها و محل‌های مورد نظر، بهبود اثرات روانی به دلیل تابش آفتاب و نور به محل سکونت و کار، کاهش مصرف برق به دلیل تابش آفتاب به داخل ساختمان، اثرات مثبت سلامت و بهداشتی به دلیل تابش آفتاب، تابش آفتاب و نور خورشید به واحدهای شمالی ساختمان (ساختمان‌های در به ساختمان)، تابش آفتاب و نور خورشید به نورگیرهای ساختمان در هر کجای ساختمان بویژه برای ساختمان‌های در به حیاط، تابش آفتاب و نور خورشید به دستگاه‌های راه پله که در وسط ساختمان قرار دارند، تابش آفتاب و نور خورشید به راهروها، کوچه‌ها، انبارها و هر مکانی که نیاز به استفاده از آفتاب و نور خورشید دارد و افزایش قدرت مانور مهندس معمار در استفاده از آفتاب در زمان طراحی ساختمان.

در این سامانه که به نام آفتابگردان نامگذاری شده است نور خورشید به کل ارتفاع ساختمان و محل مورد نظر تابانده می‌شود. نحوه کار آفتابگردان به این صورت است که با تابش خورشید، آفتابگردان موقعیت خود را با زاویه تابش آن تنظیم می‌کند و آفتاب را به محل تنظیم شده می‌تاباند. با تغییر زاویه تابش خورشید، آفتابگردان به صورت خودکار موقعیت جدید را تشخیص می‌دهد و خود را مجدد با زاویه تابش خورشید تنظیم می‌کند. سیستم آفتابگردان به گونه‌ای طراحی شده است که در تابستان حدود 8 ساعت و در زمستان تقریبا از طلوع تا غروب خورشید، آفتاب را به مکان تنظیم شده می‌تاباند. گفتنی است طرح به گونه‌ای است که می‌توان از آن برای هر نوع ساختمان جدای از زاویه قرار گرفتن ساختمان نسبت به خط افق استفاده کرد.

این سیستم چگونه به طور خودکار به تامین نور مورد نیاز در ساختمان کمک می‌کند و موقعیت خودش را به شکل خودکار با نور خورشید تطبیق می‌دهد؟

همان گونه که بیان شد ارتفاع خورشید و سمت تابش خورشید در طول یک روز از طلوع تا غروب خورشید برای یک محل و همچنین در فصول و در عرض‌های جغرافیایی مختلف، متفاوت است. از طرف دیگر محل‌هایی که قرار است آفتابگردان نصب شود لزوما به موازات خط افق قرار ندارند و با زوایای مختلف نسبت به این خط بنا شده‌اند؛ بنابر این سیستم ردیاب خورشید باید به گونه‌ای طراحی شود که بتواند در تمام شرایط به صورت هوشمند خود را با خورشید تطبیق دهد.

برای این منظور ما از یک مجموعه مدار الکترونیکی به همراه سنسورهای نوری استفاده کرده‌ایم که با انعکاس آفتاب از سطح آیینه به این سنسورها و بررسی تغییرات جریان آنها دستورات لازم به موتورها داده می‌شود تا آیینه در جهتی حرکت کند که حداقل اختلاف خروجی سنسورها وجود داشته باشد. گفتنی است برای این منظور سطح آیینه در 3 محور حرکت می‌کند.

در چه مرحله‌ای از ساخت یک ساختمان می‌توان از این سامانه‌ها بهره گرفت؟

آفتابگردان را می‌توان هم روی ساختمان‌های آماده که در حال استفاده است نصب و استفاده کرد و هم برای ساختمان‌های در حال ساخت، تمهیدات نصب آن را از پیش در نظر گرفت و مورد استفاده قرار داد.

استفاده از آن تا چند درصد تامین نور مورد نیاز در داخل ساختمان را افزایش می‌دهد؟

برای تابش آفتاب به داخل ساختمان‌ها با استفاده از این سامانه ما از آیینه‌های محدب استفاده می‌کنیم. بدیهی است خورشید به یک سطح مقطع ثابت از آیینه سیستم می‌تابد. ما با توجه به ابعاد و ارتفاعی که قرار است نوردهی انجام شود و دیگر شرایطی که در قبل توضیح داده شد برای هر ساختمان طراحی خاص خود را انجام می‌دهیم، چون نور دریافتی را به ارتفاعی که نیاز است می‌تابانیم. مسلما شدت بازتابش به اندازه تابش با نور مستقیم خورشید نیست، ولی نور کافی برای روشن کردن محل را دارد.

در بررسی‌هایی که روی محل‌های نصب شده انجام دادیم و شدت نور را با لوکس‌متر اندازه‌گیری کردیم برای یک نورگیر به ابعاد 9/2 در 8/2 متر در یک ساختمان 6 طبقه، لوکس نور در مقایسه با قبل از آن 2 برابر شد.

آیا کاربرد آن در حال حاضر در ساختمان‌های کشور قابلیت اجرایی و توجیه اقتصادی دارد؟

کشور ما در موقعیتی قرار دارد که به طور متوسط 275 روز آفتابی را در آن شاهد هستیم. از طرفی شرایط ساخت و ساز بویژه در شهرهای بزرگ به گونه‌ای انجام شده است که به دلیل گران بودن قیمت زمین و دیگر عوامل، سعی بر این است که بیشترین استفاده از فضا بشود. در این زمینه افزایش زیربنای مفید در اولویت معماران قرار دارد.

این شرایط بهترین فرصت را هم از نظر اقتصادی و هم سلامت برای استفاده از سامانه‌ای که بتواند ضمن به حداقل رساندن فضاهای بدون استفاده زمین و همچنین رعایت استانداردهای ساختمان‌سازی از منظر تامین حداقل نور واحدها، بیشترین استفاده از نور طبیعی را بکند بشدت احساس می‌شود. تمام این شرایط در کشور ما مهیاست و می‌توان از این سیستم بدون هیچ گونه مشکلی در ساختمان‌ها استفاده کرد.

پونه شیرازی