۲-۷-۲- ۱-۱- نیاز به تهویه
اگرچه حضور توده­ی عظیم خاک پیرامون ساختمان آن را به­طرز موثری هوابندی می­ کند اما کم بودن تهویه دراینگونه بناها باعث انباشتگی رطوبت و فقدان هوای تازه و سالم می­گردد. بنابراین باید تمهیدی اندیشیده شود تا به مسئله­ تامین هوای تازه و سالم پاسخ داده شود. این موضوع در بسیاری از اقلیم­ها حالت بحرانی به خود می­گیرد. Carmody & et al.,1994)) .

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

اگرچه ایزوله بودن ساختمان­های زیرزمینی در کل خصوصیتی مثبت است، اما این مساله می ­تواند از نظر حرارتی، مضراتی برای برخی از کاربری ها داشته باشد. برای مثال، دفع حرارت مازاد در ساختمان زیرزمینی تولید شده بجز از طریق تهویه ی مطبوع و یا هواکش های قوی، کاری سخت بوده است. در هوای گرم و مرطوب، ساختمان­­­­های فاقد سیستم تهویه ممکن است با رطوبت بسیار بالا و پدیده ی تقطیر بخار آب مواجه شوند. لذا در بسیاری از اقلیم­هایی که رطوبت خاصی دارند، بدون تهویه ای که توامان رطوبت را از ساختمان دور کند، احداث بنای فرو رفته در دل خاک غیر منطقی به نظر می­رسد.
۲-۷-۲- ۱-۲- پاسخگویی آهسته­ی حرارتی
پاسخگویی بسیار آهسته محیط خاکی پیرامون این ساختار نقشی دوپهلو را بازی می­ کند. از طرفی بخاطر متفاوت بودن اوج نقطه دمایی خاک و هوای بیرون، در زمان­های تغییر فصل سرد و گرم این ویژگی در معتدل نگه داشتن هوای فضای داخلی کمک می­نماید. از طرف دیگر در مواقعی که نیاز به پاسخ سریع جداره­ها برای تخلیه حرارت ذخیره شده است، این نیاز به سرعت برطرف نمی­گردد و ساختمان را دچار مشکل می­ کند. به طور مثال در مناطق گرم و خشک شبها که ترکیب تهویه شبانه و استفاده از اینرسی حرارتی جداره ها مورد نیاز است تا گرمای ذخیره شده جدارها سرمای شب را جبران کند، این پاسخگویی از سوی ساختمان خاک پناه به دلیل توده­ی بسیار عظیم گرم شده ممکن است به آهستگی صورت گیرد .(van Dronkelaar,2013) همچنین در بناهایی که تعداد کاربران بسیار زیادی در آن واحد در خود جای می­دهد مانند تئاترها و سالن­های گردهمایی، به دلیل افزایش یکباره­ی تولید گرمای داخلی، نیاز به تخلیه این گرما پس از ترک کاربران می­باشد که این روند به دلیل نوع ساختار بنا بسیار آهسته صورت می­گیرد.
۲-۷-۲- ۱-۳- دسترسی به نور طبیعی
یک بنای بدون پنجره و یا نورگذر برای اغلب کاربریها نکته­ی منفی محسوب می­گردد و ساکنان آن را آزار می­دهد. بنابر این اگر این ساختمان را فقط به شکل جعبه ای فرو رفته در دل خاک بدانیم نمی­ توان به آن امید سکونت داشت. از طرف دیگر حضور بازشو­ها، یک عامل انتقال حرارت قوی و بالا بردن نرخ تهویه، به ارمغان می ­آورد. لذا مکان­ یابی حضور نورگذرها باتوجه به اقلیم و شرایط کاربری باید با حساسیت انتخاب و طراحی گردد.
۲-۷-۲- ۱-۴- فقدان اطلاعات حرارتی
مسئله ای که برای خیلی از محققان ناشناخته مانده است، عدم دستیابی به عملکرد حرارتی ساختار نیمه مدفون به طور دقیق است (Al-Temeemi & et al,2004). فقدان برخی از اطلاعات حرارتی برای محاسبه­ی دقیق انتقال حرارت کار پیش بینی دقیق رفتار ساختمان را با مشکل مواجه می­ کند. اگرچه تعداد تحقیقات بر روی عملکرد حرارتی این ساختمان­ها رو به افزون است، اما هنوز منبع جامع و معتبری برای تبیین عملکرد صحیح این بناها در اقلیم­های مختلف در دسترس نیست.
۲-۷-۲-۲- معایب از حیث استفاده از زمین و موقعیت
۲-۷-۲-۲-۱- مشکل آب­های روان و زیر زمینی
وقوع سیل یکی از نگرانی­ها در ایجاد ساختمان­های زیرزمینی است و در این بنا­ها باید اقدامات حفاظتی در مقابل آب های جاری، سیل و نفوذ آب از سطح زمین به داخل بنا پیش بینی گردد Carmody & et al.,1994)). لذا طراحی بنا برای دفع آب­های سطحی و زیر زمینی بسیار با اهمیت است و از آن مهمتر اجرای جزییات دقیق آن است.
۲-۷-۲-۲-۲- ارتباطات
ارتباطات در درون شبکه ­های زیرزمینی و بین فضای روی سطح و زیر سطح زمین با مشکلاتی همراه است. تلویزیون، رادیو و ارتباطات تلفن همراه در نقاط کور زیرزمینی با مشکل مواجه می گردند و در اینگونه فضاها نیاز به نصب آنتن­های تقویتی، کابل­های ارتباطی و یا سیستم­های تقویت و تکرار سیگنال می باشد Carmody & et al.,1994)).
۲-۷-۲-۳- معایب از حیث زیست محیطی
ساختمان­های زیرزمینی بستری که در آن واقع می گردند را به هم می ریزند. برخی مواقع این به هم ریختگی موجب آسیب به خاک و سطح روی زمین می شود. خاکبرداری و کانال سازی ابتدایی ترین آسیب­هایی هستند که به خاک موجود و گیاهان منطقه وارد می شود. همچنین معادن و تونل ها ممکن است در سطح زمین نشست ایجاد کنند و در نظام آب­های زیرزمینی تغییر ایجاد کنند. نشت آب به داخل سازه­ی زیرزمینی ممکن است خاک اطراف را سست نماید که دراز مدت می تواند در خاک­های حساس نشست ایجاد کند و بر گیاهان سطح زمین اثر بگذارد Carmody & et al.,1994)) .
۲-۷-۲-۴- معایب از حیث اقامت طولانی مدت
احتمالا فراگیر ترین نقص استفاده از ساختمان­های خاک پناه برای عملکرد­های غیر خدماتی این است که اکثر مردم از کار زیر سطح زمین و فضاهای بدون پنجره بیزار هستند. علاوه براین مقاومت روانی ، نگرانی­هایی در مورد اینکه آیا فضاهای زیرزمینی برای مدت زیاد قابل سکونت بوده سلامت ساکنان را به خطر نمی اندازد نیز وجود دارد. طراحی این فضاها برای ایجاد محیطی سالم و مطبوع در زیر سطح زمین محور اصلی کار معماران در این الگوی ساختمانی است.
۲-۷-۲-۴-۱- مسائل روانی / فیزیولوژیکی
برای بسیاری از افراد فکر کردن به زندگی و یا کار در زیر سطح زمین واکنش منفی به همراه دارد. تفکرات منفی همراه با فضای زیرزمینی معمولا شامل تاریکی همراه با رطوبت و هوای نامناسب است. ترس از مرگ و حس مدفون شدن، یا ترس از محبوس شدن و فروریزی و خرابی بنا ممکن است ساکنان را آزار دهد. از دیگر ذهنیات منفی تداعی شونده، احساس گم شدن یا گم کردن مکان به­علت عدم وجود علائم قابل رویت است که بوجود می آید. همچنین به­علت عدم دید مستقیم به بیرون در برخی گونه ها، امکان قطع ارتباط با فضای بیرون و فضای طبیعی و پدیده ­های آن نظیر تغییرات آب و هوا و روشنایی وجود دارد. بنابراین ممکن است بدلیل دید محدود ارتباط کافی با بیرون برقرار نشود و به­ دلیل عدم حضور خورشید ، عبور زمان در آن کمتر احساس شود و ارتباط کمتری با جهان بیرون را ایجاب نماید Carmody & et al.,1994)).
مسائل فیزیولوژیکی مرتبط با فضای زیرزمینی عمدتا متمرکز بر کمبود نور طبیعی و تهویه ی نامناسب می باشد. اگرچه تکنولوژی نوین بر بسیاری از این نگرانی ها غلبه نموده است اما، ادامه ی نگرانی­های افراد در مورد اسکان در زیر سطح زمین به این دلیل است که تصاویر تاریخی شامل محیط های تاریک، مرطوب در اذهان ما باقی مانده است. واکنش منفی عامه­ی مردم به فضای زیرزمینی محققان و طراحان را وادار به تحقیق برای رفع این تصورات منفی و آزار دهنده نموده است .(Al-Temeemi & et al,2004)
۲-۷-۲-۴-۲- ایمنی
مسائل مربوط به ایمنی نیز معایبی برای ساختمان­های زیرزمینی به همراه می آورند. در کاربری-های گسترده و عمیق زیرزمینی، خروج از یک ساختمان عمیق زیرزمینی در مواقع آتش سوزی یا انفجار درونی، به علت تعداد محدود نقاط ارتباط با سطح زمین با اختلال همراه است و احتیاج به انتقال فوری انسان­ها از طریق خروجی­های اضطراری و همچنین خارج کردن گاز­های سمی ناشی از آتش سوزی، مشکلاتی به همراه می آورد. در نقاطی که گازها و مواد شیمیایی خطرناک وجود دارد، نفوذ احتمالی این مواد به داخل فضای زیرزمینی مشکلاتی برای سلامتی افراد به همراه دارد (Al-Temeemi & et al,2004). اندیشیدن راه حل برای این مساله در این بناها از اهمیت بسزایی برخوردار است و باید در درجه اول تمهیدات این کونه­ی ساختمانی قرار گیرد.
حل مشکلات مربوط به ایمنی نیازمند طراحی دقیق و عملکرد مطلوب ساختمان می باشد که به معنای هزینه کردن بیشتر منابع مالی است. اما رفع تمامی اثرات روانی بناهای زیرزمینی با وجود این­که بهبود­های اساسی در زمینه ی طراحی انجام گرفته به طور کامل قابل حصول نخواهد بود Carmody & et al.,1994)) و (Boyer,1982) , (Fletcher,2002).
۲-۷-۳- هزینه­ های احداث و بهره برداری
هزینه­ های مالی در ارتباط با ایده­هایی که هنوز به تولید انبوه نرسیده­اند و آزمایش­های دوام اثرات خود را پس نداده اند، از طریق اثرات مثبتی که فراهم می کنند نسبت به اثرگذاری بر هزینه­ های مربوط به چرخه زندگی پدیده، تخمین زده می شود. در میان تحقیقاتی که بر روی عملکرد ساختمان­های خاک پناه انجام شده است، تعداد معدودی از محققان میزان هزینه­ احداث و بهره­بردای این نوع ساختار معماری را بحث کرده اند. برخی از آنها حتی ادعا کردندکه هزینه­ برپایی ساختمان خاک­پناه در حدود ساختمان­های متعارف روی سطح زمین است و تفاوت چندانی ندارد (Baggs&et al,1991). برخی دیگر با محاسبه­ی هزینه­ها ادعا کردند که احداث ساختمان­های خاک پناه کمتر از ساختمان­های متعارف بر روی زمین هزینه بر هستند (Boyer,1982) . آنچه مشخص است، احداث ساختمان­های خاک پناه پاره­ای خصیصه­ها را ایجاب می­ کند که ممکن است مثبت و یا منفی تلقی گردد و برآیند این موضوع در شرایط بستر و اقلیم طرح قابل قضاوت است. لذا عمده مسائلی که در این مورد مطرح می­ شود را در موارد زیر می­توان بحث کرد.
۲-۷-۳- ۱- هزینه­ های تحمیل شده در احداث و بهره برداری ساختمان خاک پناه
عدم امکان بلند مرتبه سازی رایج، اولین گزینه ای است که احداث گونه­ معماری خاک پناه را از میان ایده­های مطرح برای بسیاری از معماران و ساختمان سازان حذف می­ کند. اما در موارد بسیاری که تصمیم به ساخت این ساختمان­ها گرفته می­ شود موارد دیگری چون هزینه­ های خاکبرداری و دفع آب از اطراف ساختمان، رطوبت زدایی ، تهویه موثر و نورپردازی مطرح می­شوند که باید به بهترین نحو برای آن تمهیدی اندیشیده شود. اگرچه بسیاری از این کاستی­ها شامل تمام گونه­ های خاک پناه نمی­شوند و حتی این موضوع در برخی از بسترها و زمینه ای اقلیمی مطرح نیست، اما به عنوان موضوعی جدی برای این ساختمان­ها نیازمند تدبیر است.
۲-۷-۳-۲- هزینه­ های صرفه جویی شده در احداث و بهره برداری ساختمان خاک پناه
ازمزایای بسیار بارز ساختمان­های خاک پناه معمولا کاهش نیاز انرژی مطرح می گردد. سایر مزایای فیزیکی این ساختمان­ها نیز در مقایسه با ساختمان­های متداول ساخته شده بر روی سطح زمین، می تواند دارای امتیازات مستقیم در کاهش هزینه باشد. عایق بودن در مقابل تغییرات حرارتی، تقاضا برای نصب سیستم­های تهویه مطبوع را کاهش می دهد و امکان نصب تاسیساتی کوچک تر و ارزان تر فراهم می نماید. همچنین این خاصیت نیاز به عایق­های حرارتی اضافی را در بسیاری از موارد می­کاهد . (STANIEC & NOWAK ,2011)
به عقیده متخصصان در این زمینه اگرچه عمدتا هزینه­ های تهویه و نورپردازی در این بنا­ها افزایش می یابد، اما مزایای حرارتی بر هزینه­ های آن، بویژه در اقلیم­های سخت و خاص غلبه می کند Carmody & et al.,1994)). صرفه جویی در هزینه­ های انرژی گاه تا حدی مهم می­ شود که تنها عامل انتخاب، برای ساخت اینگونه بنا­هابه­شمار می­رود. اگرچه روش­های نوین صرفه جویی در مصرف انرژی، امکان کاهش مصرف را در ساختمان­های متعارف به­نحو مطلوبی فراهم نموده است اما ثبات شرایط دما در مواقع قطع انرژی در ساختمان­های خاک پناه از مواردی است که در هنگام کاهش منابع انرژی و افزایشش قیمت آن از اهمیت خاصی برخوردار می­گردد.
علاوه بر تمام نکات موجود برای هزینه­ این گونه­ ساختمانی از حیث انرژی، نکات دیگری نیز از حیث معماری مطرح می­گردد. در مقایسه با بناهایی که ورودی­ ها و نمای جانبی عیان دارند، هزینه­ نماسازی و نازک کاری به­ دلیل کاهش سطوح نمایان، تا حد بسیار زیادی کاهش می­یابد Carmody & et al.,1994)). همچنین جدایی فیزیکی سازه­های زیرزمینی از اثرات زیست محیطی که منجر به فرسایش ساختمان می­شوند، هزینه ی نگهداری این بنا­ها را کاهش می دهد. حفاظت بنا در برابر عوامل طبیعی، علاوه بر افزایش طول عمر ساختمان، هزینه­ نگهداری، بازسازی و مرمت آن را به شدت کاهش می­دهد. (STANIEC & NOWAK ,2011)
۲-۸- مرور ادبیات:
بحث علمی و بررسی جدی بر روی ساختمان­های خاک پناه قدمت چندانی ندارد. تحقیق بر روی عملی بودن تخصصی این ایده و مشکلات عمده همراه با ساختمان­های خاک پناه در سال ۱۹۷۷ توسط هیات مقننه ایالت مینه سوتا بررسی شد(Al-temeemi & Harris, 2003). این پژوهش با هدف بررسی موانع تکنیکی در برابر ساخت این نوع معماری انجام گرفت. دستاورد مهم این پژوهش کشف دو مشکل عمده از دیدگاه کاربران و مردم برای ساخت این گونه­ معماری بود. مهمترین علت عدم پذیرش عموم مردم و در کنار آن نبودن اطلاعاتی جامع و علمی پیرامون مزیت­های صرفه­جویی در مصرف ­انرژی و سایر مزایای آن بود .
از اولین اقدامات جهت تدوین ویژگی­های­ کلی ساختمان­های خاک پناه بخصوص در حوزه­ معماری، تحقیقات کارمودی و استرلینگ بود که این گونه­ ساختمانی را از ابعاد متفاوت مورد بحث قرار دادند (Harris, 2004) (Carmody & Sterling, 1993).
درسال­های بعد محققان دیگر راهنمایی برای ارزیابی امکان ساخت خانه­های خاک پناه در اقلیم گرم و خشک تدوین کردند. آنها به بحث درمورد ضروریات و محاسن و معایب این نمونه ساختمان­ها با ارائه راهبردهای کلی بناهای مسکونی نموده ­اند ( Al-Temeemi&Harris, 2001) و Golany, 1995 )). عملکرد حرارتی خاک مهمترین و بزرگترین جنبه استفاده از فضاهای زیرزمینی است. اولین توجیه استفاده از آن، بنابر تجربه­ عموم این است که این گونه­­ی ساختمانی میزان انرژی کمی مصرف­­­­­­ می­ کند و اتلاف­ حرارت کمی نیز دارد (تصویر ۶).
تصویر ۶- ترسیم شماتیک نوسان دریافت گرما از طریق خاک در عمق­های مختلف
Golany, 1993))
۲-۸-۱- بررسی ساختمان­های خاک­ پناه از دیدگاه عملکرد حرارتی
برطبق تحقیقات کارمودی و استرلینگ (۱۹۹۳) این موضوع حاصل پاسخ حرارتی آهسته توده­ی خاک است که مزیت­هایی نیز دارد; اتلاف حرارت را­ از طریق هدایت پوسته­ها در اقلیم ­سرد کم می­ کند. دریافت حرارت را از طریق پوسته­ها می­کاهد و بوسیله­ی هدایت حرارتی دراقلیم­ گرم، از سرمایش زمین­استفاده می­ کند. در نتیجه، اوج بار گرمایشی و سرمایشی بنا را کاهش می­دهد (Carmody & Sterling, 1993). همچنین خیرالدین در سال ۱۹۹۱ نشان داد که فضاهای خاک پناه صرفه جویی بیشتری در مقایسه با ساختمان­های بنا شده بر روی سطح زمین دارند. او این موضوع را بوسیله­­­ی اتلاف حرارت از طریق هوای نفوذی^[۱۷], در مقایسه با ساختمان­های گونه­ دیگر پی می­گیرد.ا­­­ین موضوع توسط محققان دیگر نیز تایید شده است (Al-Mumin, 2001)
و Jacovides & Santamouris& Lewis, 1996)).
علاوه بر تمام موارد ذکر شده انتقال حرارت به­خاطر اینرسی حرارتی بالای خاک با تاخیر به درون ساختمان­های خاک پناه نفوذ می­ کند. این موضوع یکی از مهمترین ­ویژگی­های این گونه­ ساختمانی است که در اقلیم­های متفاوت ممکن است رفتار متفاوتی نشان دهد.
تصویر ۷ حاصل کار روف^[۱۸] است که با اندازه گیری محیطی زمان تاخیر را در یک ساختمان مسکونی تخمین زده است. همانطور که در تصویر می­بینیم زمان تاخیر در فضای زیرزمین ۲۳ روز تخمین زده شده است.
تصویر ۷- تاخیر زمانی در عمق ساختمان (Roaf & Crichton & Nicol, 2005)
۲-۸-۲- پیش بینی عملکرد حرارتی ساختمان­های خاک پناه به وسیله­ شبیه سازی حرارتی
النعمه در سال ۲۰۱۱ بر روی مصرف انرژی ساختمان­های خاک پناه در شهر دبی امارات متحده کار کرده است. هدف او در این پژوهش مقایسه مصرف انرژی ساختمان­های خاک پناه به صورت کاملا مدفون و نیمه مدفون و مقایسه­ آن با نمونه مشابه روی سطح زمین بوده است. او برای اثبات اینکه ساختمان­های مدفون و نیمه مدفون عملکرد حرارتی بهتری دارند، نمونه مورد نظر خود را به ­وسیله شبیه سازی رایانه­ای ارزیابی کرد. نتیجه تحقیقات او نشان می­دهد که در منطقه شهر دبی ارتفاع مناسب برای فرو رفتن ساختمان ۳-۳.۵ متر و ۳- ۶ متر است. این میزان صرفه جویی قابل ملاحظه ای را برای مصرف انرژی نشان می­دهد. همچنین با بررسی های او بر روی استفاده از عایق حرارتی در این گونه ساختمان­ها، اینطور بیان می­ شود که ضخامت ۵ سانتی متر بهینه ترین حالت استفاده از عایق حرارتی استAl-Neama, 2011) (.
پژوهشگران در یک تحقیق بر روی ۵ نوع مدل مختلف ساختمان کاملا مدفون و نیمه مدفون در شهر نیو دلهی New Delhi را شبیه سازی حرارتی کردند Kumara & Sachdevab, 2007)). نتایج شبیه­سازی این­طور نشان داد که عملکرد حرارتی با ارتفاع تدفین رابطه مستقیم دارد و ساختمان­های مدفون شده در عمق بیشتر عملکرد بهتری دارند. نکته دیگر در این مطالعه نشان می­داد که بیشترین مسیر اتلاف حرارتی گوشه­­­های ساختمان است که بهتراست عایق گردد. نمودار۴ میزان تفاوت مصرف انرژی مدل­ ساختمان­های خاک پناه و دمای هوای بیرون بر اساس کار کومار و همکارانش را نشان می­دهد.
نمودار ۴- مصرف انرژی مدلهای مختلف ساختمان خاک پناه Kumara & Sachdevab, 2007))
آنسلم نیز در سال ۲۰۰۸ جستجویی درمورد عملکرد ذخیره حرارت در خانه­های خاک پناه انجام داد. او با الگوگیری از نمونه­های سنتی خانه­های خاک پناه در چین و شانگهای یک مدل ساختمان را در اعماق مختف خاک شبیه سازی کرد. در نتیجه­ تلاش­ های او با قرارگیری ساختمان در سطح خاکی شیبدار ۷ درجه، و با قرار گیری ساختمان در عمق ۵ متر حدود ۱۱ درجه از دمای هوا در فصل تابستان کاسته می­ شود(Anselm, 2008).