واژگان مشترک برای ساختمان‌های کم‌کربن؛ از تعریف تا اجرا

انجمن دانش عملکرد ساختمان (BPKC) در حمایت از طرح اقدام اقلیمی مؤسسه معماران آمریکا (AIA)، مجموعه‌ای از تعاریف استاندارد برای عملکرد ساختمان را تدوین کرده است. این اقدام با هدف ایجاد یک زبان مشترک میان معماران، مالکان، تولیدکنندگان و پیمانکاران صورت گرفته تا طراحی و ساخت ساختمان‌های کم‌کربن، صفرکربن و حتی فراتر از آن تسهیل شود. هدف نهایی، آموزش دست‌اندرکاران صنعت ساختمان درباره تأثیرات تغییرات اقلیمی و چگونگی کاهش انتشار کربن و بهبود چشمگیر بهره‌وری انرژی در ساختمان‌هاست.

فاز اول: شفاف‌سازی اصطلاحات لایه‌های کنترل

در فاز نخست این پروژه، اصطلاحات مربوط به لایه‌های کنترل گرما، هوا و رطوبت تعریف شده است. لایه‌های کنترل از مهم‌ترین اجزای محفظه ساختمان هستند و درک آن‌ها برای بهبود بهره‌وری انرژی از طریق ایجاد جداسازی محیطی بین فضای داخلی و بیرونی، حیاتی است.

محفظه ساختمان به بخشی از بنا گفته می‌شود که جدایی محیطی پیوسته‌ای بین فضای داخل و محیط بیرون ایجاد می‌کند. این محفظه شامل مجموعه‌ای هماهنگ از قطعات و اتصالات است که از ساکنان و اموالشان در برابر شرایط نامطلوب جوی محافظت می‌کند. کنترل عبور گرما، هوا و رطوبت از این محفظه، الزامات عملکردی حیاتی آن را تعیین می‌کند. مجموعه محفظه ساختمان نیز به مجموعه مصالحی شامل لایه‌های کنترلی گفته می‌شود که بخشی از کل محفظه، مانند سقف‌ها، دیوارها و کف‌ها را تشکیل می‌دهند.

فضای تهویه‌شده بخشی از ساختمان است که توسط محفظه احاطه شده و دما و رطوبت آن برای ایجاد شرایطی متفاوت با فضای بیرونی کنترل می‌شود. لایه کنترل نیز مواد یا مجموعه موادی است که سطحی از عملکرد کافی را برای کنترل عبور گرما، هوا و رطوبت فراهم می‌کند. این سطح عملکرد باید با کدهای مربوطه، الزامات مالک و انتظارات خاص پروژه مطابقت داشته باشد. جداکننده محیطی نیز بخشی از ساختمان است که جدایی محیطی پیوسته‌ای را بین دو فضا با شرایط دمایی، فشاری و رطوبتی متفاوت فراهم می‌کند.

واژگان تخصصی کنترل هوا

در حوزه کنترل هوا، اصطلاح «لایه کنترل هوا» بر «سیستم مانع هوا» ترجیح داده می‌شود. لایه کنترل هوا، نفوذ و خروج هوا را از طریق ساختار ساختمان بین فضاهایی با شرایط محیطی متفاوت کنترل می‌کند. این لایه از مواد نفوذناپذیر در برابر هوا تشکیل شده که با اتصالات آب‌بندی‌شده به یکدیگر متصل می‌شوند تا مجموعه‌ای سه‌بعدی محصورکننده ساختمان را تشکیل دهند. این لایه برای کنترل اختلاف فشار و انتقال رطوبت و آلاینده‌ها بین فضاهای مختلف مانند اتاق عمل و فضای اداری نیز ضروری است.

نشت هوا به جریان هوا از طریق منافذ ناخواسته در محفظه ساختمان گفته می‌شود که توسط اختلاف فشار ناشی از باد، سیستم‌های مکانیکی و اثر دودکشی هدایت می‌شود. همچنین، استفاده از اصطلاح «تنفس» برای ساختمان نادرست است. تبادل هوا باید از طریق تهویه مهندسی‌شده و دهانه‌های عمدی صورت گیرد و مجموعه دیوارها باید به گونه‌ای طراحی شوند که از طریق نفوذپذیری بخار پیشرونده به سمت بیرون خشک شوند.

لایه کنترل بخار نیز مواد یا مجموعه موادی است که حرکت آب را از طریق انتشار بخار کنترل می‌کنند. برای تعیین نفوذپذیری مناسب و ضرورت وجود این لایه، از آنالیز رطوبت-گرمایی استفاده می‌شود. نفوذپذیری بخار آب، خاصیتی نظری است که میزان انتشار رطوبت از یک ماده را اندازه‌گیری می‌کند و معمولاً بر حسب پرم-اینچ گزارش می‌شود. نفوذپذیری بخار آب نیز معیاری برای انتشار رطوبت از یک ماده جامد با ضخامت معین است و اساس طبقه‌بندی کندکننده‌های بخار در آیین‌نامه بین‌المللی ساختمان را تشکیل می‌دهد.

قطعات و مجموعه‌های دیواری چندگانه

مجموعه مانع هوا، مجموعه‌ای از غشاء، مواد انتقالی و درزگیرهاست که یک لایه کنترل هوای پیوسته ایجاد می‌کند. غشای مانع هوا نیز ماده‌ای ورقه‌ای یا مایع و نفوذناپذیر در برابر هواست. دیوار پشتیبان، بخشی از مجموعه دیوار خارجی است که بارهای باد را به سازه اصلی منتقل کرده و سطحی پیوسته برای اعمال لایه‌های کنترلی فراهم می‌کند.

روکش، جزء اصلی لایه ضد باران است که با دفع یا جذب آب برخوردی، از لایه‌های زیرین محافظت می‌کند. حفره زهکشی، فضایی بین روکش و لایه کنترل آب برای جمع‌آوری و تخلیه آب باران یا میعان است. فلاشینگ نیز جزئی از محفظه است که با نیروی جاذبه، آب را جمع‌آوری و به سطح خارجی هدایت می‌کند.

روکش مشبک باز، روکشی با روزنه‌های بیش از ۵ درصد سطح است که به‌عنوان لایه مؤثر جلوگیری از نفوذ باران عمل نمی‌کند. روکش با درز باز نیز روکشی است که درزهای آن بدون مواد بسته‌کننده به حفره پشت باز هستند و بار عملکردی بیشتری بر لایه کنترل آب وارد می‌کنند. رین‌اسکرین، روکشی با اتصالات طراحی‌شده برای کاهش نفوذ باران به حفره زهکشی است که در برابر نیروهای جاذبه، حرکت جنبشی، کشش سطحی و عمل مویرگی مقاومت می‌کند.

لایه باران‌ریز، بیرونی‌ترین لایه مجموعه ساختمان برای دفع آب حجیم است. مخزن نیز ماده‌ای جاذب در محفظه است که می‌تواند مقداری بخار آب را بدون آسیب در خود حفظ کند. نشت هوای کل ساختمان نیز برای کل محفظه اندازه‌گیری می‌شود و استانداردهای سختگیرانه‌ای برای آن وجود دارد.

انواع مجموعه دیوار خارجی

برای کنترل نفوذ آب، انواع اصلی مجموعه دیوارها تعریف شده‌اند. مجموعه دیوار حائل، عمدتاً بر یکپارچگی ضد آب بودن سطوح خارجی و اتصالات متکی است و محافظت محدودی ارائه می‌دهد. مجموعه دیوار حفره‌ای، با تکیه بر لایه‌های کنترل و یک حفره زهکشی داخلی، آب باران نفوذی را جمع‌آوری و کنترل می‌کند. لایه کنترل آب در این سیستم، خط اصلی دفاع در برابر نفوذ کنترل‌نشده آب است.

مجموعه دیوار حجیم، با ترکیب ضخامت دیوار و ظرفیت ذخیره‌سازی رطوبت، نفوذ آب را کنترل می‌کند. مجموعه دیوار روکش با درز باز، نوعی دیوار حفره‌ای است که درزهای باز آن بار بیشتری بر لایه کنترل آب وارد می‌کند. مجموعه دیوار رین‌اسکرین نیز نوعی دیوار حفره‌ای است که برای کاهش حرکت آب از درزها و بهبود زهکشی و حرکت هوا در حفره طراحی شده است. این دیوارها به دو دسته مجموعه دیوار حفره‌ای زهکشی و تهویه‌شده (DBVC) و مجموعه دیوار رین‌اسکرین با فشار متعادل (PER) تقسیم می‌شوند که نوع دوم با بخش‌بندی حفره، عملکرد برتری در کنترل گرما، هوا و رطوبت ارائه می‌دهد.

اصطلاحات کنترل حرارتی

در بخش کنترل حرارتی، ضریب هدایت حرارتی وزنی مساحت، عملکرد حرارتی یک مجموعه را با در نظر گرفتن مساحت‌های نسبی و ضرایب هدایت هر ماده تخمین می‌زند. پل حرارتی شفاف، یک انتقال حرارتی مبتنی بر مساحت است که با عناصری مانند گل‌میخ‌ها مرتبط است. عایق پیوسته، ماده عایقی است که بدون پل‌های حرارتی (به جز بست‌ها و منافذ سرویس) در امتداد جانبی محفظه پیوسته است و به‌طور مؤثر در قسمت بیرونی سازه دیوار پشتیبان نصب می‌شود.

عایق حفره زهکشی، عایق پیوسته‌ای است که در حفره زهکشی دیوار حفره‌ای قرار دارد. در مقابل، عایق حفره قاب، عایقی است که بین اعضای قاب سازه‌ای قرار می‌گیرد و به دلیل قطع شدن توسط قاب، پیوسته نیست. پل حرارتی خطی، یک انتقال حرارتی مبتنی بر طول است که با عناصری مانند لبه‌های دال و بالکن‌ها مرتبط است. پل حرارتی نقطه‌ای نیز انتقال حرارتی مبتنی بر یک عنصر گسسته مانند یک اتصال یا لنگر است که به محفظه نفوذ می‌کند.

مقدار R، معیاری برای مقاومت حرارتی است و مقادیر بالاتر آن به معنای عملکرد بهتر است. مانع تابشی، ماده‌ای بازتابنده برای جلوگیری از انتقال حرارت تابشی است و برای عملکرد به یک شکاف هوای مجاور نیاز دارد. مانع حرارتی نیز ماده‌ای مقاوم در برابر آتش است که عایق پلاستیکی فومی را از فضای داخلی جدا می‌کند. شکست حرارتی، ماده عایقی است که برای کند کردن جریان گرما از طریق یک پل حرارتی استفاده می‌شود. پل حرارتی نیز ماده‌ای با رسانایی بالاست که گرما را از لایه کنترل حرارتی هدایت می‌کند و عملکرد آن را کاهش می‌دهد.

لایه کنترل حرارتی، لایه‌ای داخلی در محفظه است که هدایت، همرفت و انتقال حرارت تابشی را کنترل می‌کند. ضریب U نیز معیاری از انتقال حرارت از طریق یک یا چند ماده است و توسط ASHRAE تعریف شده است. بادشویی نیز به حرکت هوا از طریق یا در سراسر سطح عایق حرارتی به دلیل فشار باد گفته می‌شود که عملکرد حرارتی را کاهش می‌دهد.

شرایط کنترل رطوبت

پوشش ساختمانی، ورقی نچسبیده است که به عنوان لایه کنترل آب استفاده می‌شود، اما به دلیل آسیب‌پذیری در برابر نقص، برای کنترل آب توصیه نمی‌شود. لایه کنترل آب، لایه‌ای در محفظه است که عبور آب مایع را کنترل کرده و مناطق خشک را از مناطق مرطوب جدا می‌کند. مانع مقاوم در برابر آب نیز غشایی متصل به سطح خارجی پوشش دیوار پشتیبان است که به عنوان لایه کنترل آب عمل می‌کند و از نفوذ بیشتر آب به مجموعه دیوار جلوگیری می‌کند.

عایق رطوبتی، نوعی لایه کنترل آب است که معمولاً زیر سطح زمین استفاده می‌شود و برای جلوگیری از عبور آب تحت فشار هیدرواستاتیک طراحی شده است. در این بخش تأکید شده که از اصطلاحات مبهمی چون «مانع آب» یا «مانع آب و هوایی» پرهیز شود و به جای آن‌ها از «مانع مقاوم در برابر آب» استفاده گردد.

فاز دوم: شفاف‌سازی اصطلاحات پنجره‌بندی

فاز دوم پروژه بر ارائه اصطلاحات مربوط به بازشوها در محفظه، به‌ویژه سیستم‌های پنجره‌بندی، متمرکز است. روزنه‌بندی به مجموعه‌ای گفته می‌شود که برای عبور نور و مناظر از طریق یک روزنه در محفظه طراحی شده و شامل قاب‌بندی، مواد شفاف یا نیمه‌شفاف (لعاب) و سخت‌افزار است. این سیستم‌ها پیوستگی لایه‌های کنترل گرما، هوا و رطوبت را حفظ می‌کنند.

دیوار پرده‌ای، یک سیستم شیشه‌ای خارجی است که بارها را به قاب سازه‌ای اصلی منتقل می‌کند و مدیریت رطوبت در آن معمولاً به صورت افقی میانی انجام می‌شود. نمای فروشگاهی، یک سیستم شیشه‌ای پایه‌دار با معیارهای عملکرد پایین‌تر است که حفظ پیوستگی خطوط کنترل حرارتی و رطوبتی در آن چالش‌برانگیزتر است. پنجره نیز واحدی مونتاژ شده از قاب و شیشه است که در یک روزنه قرار می‌گیرد.

عملکرد حرارتی و کنترل نور در پنجره‌ها

در بحث عملکرد حرارتی، قاب غیر حرارتی فاقد شکست حرارتی است و عملکرد انرژی کمتری دارد. سیستم ترمال بریک با جداسازی اجزای داخلی و خارجی توسط ماده‌ای با رسانایی کم، انتقال حرارت را کاهش می‌دهد. سیستم بهبود یافته حرارتی نیز مشابه است اما با جداسازی کمتر سختگیرانه. ضریب انتقال حرارت (U-factor) معیاری برای سنجش انتقال حرارت از طریق یک مجموعه است که مقادیر پایین‌تر آن عملکرد بهتر را نشان می‌دهد. ضریب بهره گرمای خورشیدی (SHGC) نیز نسبت بهره گرمای خورشیدی منتقل شده به داخل را نشان می‌دهد و مقادیر پایین‌تر آن بارهای سرمایشی را کاهش می‌دهد. پوشش کم گسیل (low-e) نیز با کاهش انتقال حرارت تابشی، عملکرد حرارتی شیشه را بهبود می‌بخشد.

برای کنترل نور، ضریب عبور نور مرئی (VLT) کسری از نور مرئی عبوری از پنجره را مشخص می‌کند. شیشه‌های دینامیک مانند الکتروکرومیک، ترموکرومیک و فتوکرومیک با تغییر رنگ در پاسخ به جریان الکتریکی، دما یا نور، SHGC و VLT را تعدیل می‌کنند. شیشه رنگی نیز با رنگ ثابت خود ممکن است بر کنترل نور خورشید تأثیر بگذارد یا صرفاً جنبه زیبایی‌شناختی داشته باشد.

کنترل هوا، رطوبت و اجزای سیستم شیشه‌سازی

نشت هوا حجم هوای نفوذی از سیستم پنجره‌بندی و نشت آب نیز آب ورودی به فضا از طریق آن است. ضریب مقاومت در برابر میعان (CRF) مقاومت سیستم در برابر میعان سطح داخلی را نشان می‌دهد. آب‌بند اولیه، مهم‌ترین خط کنترل هوا و رطوبت است و آب‌بند ثانویه خط دفاعی دوم در برابر نفوذ رطوبت محسوب می‌شود.

در بخش اجزای سیستم شیشه‌سازی، شیشه عایق خلاء (VIG) با محصور کردن خلاء بین دو صفحه شیشه، ضریب هدایت حرارتی بسیار پایین‌تری ایجاد می‌کند. IGU فیلم معلق نیز با معلق کردن فیلم‌های نازک بین صفحات شیشه، حفره‌های آب‌بندی‌شده متعددی می‌سازد. فاصله‌دهنده، حذف لبه، شیشه اسپندرل و جعبه سایه نیز از دیگر اجزا و مفاهیم تخصصی در این حوزه هستند که تعاریف دقیق آن‌ها به درک بهتر و طراحی دقیق‌تر سیستم‌های پنجره‌بندی کمک می‌کند.

ترجمه و تنظیم: صما