یکی از جنبه های کمتر درک شده و اغلب نادیده گرفته شده در طراحی تاسیسات ساختمان، نیاز به فضای کافی برای نصب، نگهداری و اصلاحات آتی تاسیسات مکانیکی است. فضای مکانیکی محدود منجر به هزینه‌های اضافی برای معمار، مهندس و پیمانکار در طول فرآیند ساخت و ساز و برای ساکنان در طول استفاده از ساختمان میشود. این وضعیت اغلب با تلاش برای ارائه حداکثر فضای قابل استفاده و ملاحظات زیبایی شناختی ایجاد می شود هدف بلندمدت در طراحی هر ساختمان: خدمت به هدف عمر مفید بدون تحمیل سختی های غیر ضروری به ساکنان است. هنگامی که یک معمارفضای مورد نیاز برای نصب، تعمیر و نگهداری تاسیسات مکانیکی ساختمان را فراهم نماید، در ادامه کار طراحی و ساخت و ساز کارفرما، مهندسان تاسیسات و عموامل اجرایی پروژه، تکنسینها و همچنین ساکنین و تعمیرکاران در انجام وظایف خود به مشکل برنخواهند خورد.
دانش دانشجویان معماری از تاسیسات مکانیکی
مطابق سرفصل تنظیم شده توسط شوراي عالی برنامه ریزي وزارت فرهنگ و آموزش عالی در سال 1377 خورشیدی، از بین 140 واحد درسی که یک دانشجوی معماری باید در طول دوره کارشناسی خود و دوره های معماری بگذراند تنها دو واحد نظري تأسیسات مکانیکی با پیش نیاز درس تنظیم شرایط محیطی پیش بینی شده است. سر فصل درس تاسیسات مکانیکی برای دانشجویان معماری به شرح زیر است:
- مبانی سرمایش و گرمایش و طـراحی تهـویـه مطبـوع
- تجهیزات تولید کننده حرارت و برودت
- تجهیزات مکمل و انتقال حرارت و برودت
- تجهیزات توزیع کننده حرارت و برودت
- سیستم‌های آبرسانی، فاضلاب و گازرسانی ساختمان
- سیستم آتش نشانی
- نظارت تاسیسات مکانیکی ساختمان
همچنین در سرفصل درس هاي طراحی معماري و طراحی نهایی نیز به لزوم تأمین تأسیسات موردنیاز کاربري هاي طراحی، و در درس طراحی فنی به لزوم ارائه شیوه اجرایی مناسب در رابطه با مسائل تأسیساتی و تلفیق آن با معماري اشاره شده است.
با این حال یکی از مباحث و مشاغلی که مهندسان معماری با آن سر و کار خواهند داشت تاسیات ساختمانی است و با این دروس محدود و غیر کارگاهی موجود دانشجو عملا با مباحث تاسیسات درگیر نخواهد شد. بدیهی است که با این تعداد واحد درسی که عموما هم نظری می باشند، دیدگاهی که لازم است یک دانشجوی معماری به تاسیسات یک ساختمان داشته باشد ناقص و ناکامل است و این امر مسبب ایجاد مشکلات و عدم هماهنگی آنها با مهندسان و نقشه کش های تاسیسات در طراحی و اجرای جانمایی تجهیزات و ادوات تاسیساتی و مکانیکی در اجرای یک پروپژه ساختمانی خواهد شد.
در این بخش سعی خواهیم کرد به اعم مطالبی که یک مهندس معماری باید با آن آشنایی داشته باشد بپردازیم؛ در این جهت ابتدا توضیحی در باره تاسسیات مکانیکی ساختمان ارائه میدهیم:
تاسیسات مکانیکی ساختمان
سیستم‌های مکانیکی ساختمان با استفاده از تجهیزات مکانیکی برای فراهم کردن محیطی که موجب آسایش و راحتی و شرایط امن و سالم و مطلوب زندگی برای ساکنان طراحی و ایجاد میشود.
کلید کاربرد مناسب سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) در مهندسی معماری درک نیازهایی است که سیستم ها برای رفع آنها طراحی شده اند. این نیازها عبارتند از پاسخ مصالح ساختمانی به رطوبت بالا یا شرایط یخبندان، آسایش حرارتی افراد، و تأثیر شرایط محیطی بر تجهیزات مکانیکی. همچنین در سالهای اخیر الزاماتی برای بکارگیری صحیح استراتژی های صرفه جویی انرژی و محدودیت آلودگی وجود دارد.
یک سیستم مکانیکی باید از نظر عملکردی با ساختمان مطابقت داشته باشد. علاوه بر سیستم های دیگر در هر طرح معماری باید فضای کافی برای نصب کانال ها، لوله ها و ترمینال ها برای انجام تاسیسات مکانیکی و همچنین فضایی برای اصلاحات آتی ، دسترسی تعمیر و نگهداری به تجهیزات و کنترل‌ها وجود داشته باشد.
تاسیسات مکانیکی سال ها کار می کنند و قطعات از کار می افتند و باید تعویض شوند. این می تواند شامل محورهای فن، چیلرها یا لوله های مبدل حرارتی باشد. بدون در نظر گرفتن فضای کافی برای حذف و جایگزینی قطعا یک چیلر جدید را نمی توان در فضای اشغال شده توسط چیلر قدیمی نصب کرد. برخی از طرح های معماری ممکن است شامل فضاهای بینابینی بین طبقات باشند تا برخی از این نیازها را برآورده کنند.
ملاحظات معماری در طراحی تاسیسات ساختمانی
ملاحظات عمومی
سیستم های مکانیکی یک تاسیسات باید به گونه ای طراحی شوند که برنامه تاسیسات را تطبیق دهند و تعدادی از مسائل پیرامون طراحی مکانیکی باید با نیازهای برنامه متعادل شود. این مسائل شامل مواردی مانند عملکرد، هزینه، زیبایی شناسی و مصرف انرژی است. بنابراین، انتخاب سیستم‌های مکانیکی و طراحی بعدی آن سیستم‌ها یک فرآیند بهینه‌سازی است که در آن اثربخشی سیستم‌های مکانیکی بر اساس توانایی سیستم در ایجاد تعادل بین مسائل مختلف مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.برای یک طراحی کاربردی آموزش autocad میتواند این الزامات و آشنایی کامل با آنها را بخوبی برای یک معمار به ارمغان بیاورد.
شرایط کارکردی ساختمان
تاسیات مکانیکی باید با الگوهای کاربری عملکردی ساختمان یا برنامه‌های معماری در مرحله طراحی معماری ساختمان مطابقت داشته باشند. سیستم ها یا بخش هایی از آن باید فقط در صورت نیاز عمل کنند و شرایط بهینه مورد نیاز برای محافظت از تجهیزات را حفظ کنند تا مصرف بهینه ای از انرژی داشته باشند.
همچنین شرایط خاص معماری نیز در مراحل اولیه طراحی باید در نظر گرفته شود. انتخاب، طراحی نصب، و نیازهای عملیاتی توسط کدها، استانداردها و شیوه‌های رایج برای این نوع نیازهای خاص اعمال میشود و البته بستگی به خواسته‌های کارفرما نیز دارد. انتخاب مناسب تجهیزات HVAC برای برنامه معماری مهم است تا شرایط محیطی برای این نیازهای خاص برآورده شود. برخی از طرح‌های سیستم قادر به ارائه کنترل دقیق رطوبت نیستند یا محدودیت‌های دیگری دارند، در بسیاری از موارد به این ویژگی ها نیازی نیست و می توان سیستم های کمتر پیچیده ای را انتخاب کرد. با این حال، هنگامی که سیستم نصب می شود، ویژگی های عملیاتی آن را نمی توان به راحتی تغییر داد و تاسیسات باید با سطوح کنترل محیطی طراحی شده کار کند بنابراین بسیار مهم است که شرایط کارکردی در همان ابتدا مورد ارزیابی قرار بگیرد.
تصمیم گیری در مورد انتخاب سیستم HVAC به برخی از تصمیمات اولیه که توسط معمار گرفته می شود بستگی دارد. بنابراین، مهم است که تیم مهندسی در مرحله طراحی شماتیک حضور داشته باشد و نظرات خود را اعمال نماید. در طی این مرحله است که روابط فضایی مشخص می شود و تصمیماتی در مورد جانمایی اجزا اتخاذ می شود. مشاوره مهندسی در طول این بخش از فرآیند طراحی به احتمال زیاد منجر به تاسیساتی می شود که می تواند با یک سیستم HVAC کارآمد و کارآمد طراحی شود.
ملاحظات بودجه
محدودیت های بودجه اغلب انتخاب و طراحی تاسیات مکانیکی را تحت کنترل قرار میدهد. این تصمیم‌ها اغلب کوتاه‌مدت و عمدتاً هزینه‌گرا هستند که به ضرر هزینه‌های عملیاتی و نگهداری آتی است. برنامه ریزی اولیه بودجه باید شامل برنامه ریزی برای سیستم های مکانیکی مناسب باشد، بنابراین درک گزینه های متعددی که ممکن است در دسترس و مناسب باشند، ضروری است.
زمانی که بودجه تعداد مورد نظر سیستم مجزا را اجازه نمی دهد، یک سیستم بزرگتر که می تواند در آینده به زیرسیستم ها یا مناطق تقسیم شود و در نتیجه بخشی از هزینه ها را کاهش دهد، ممکن است امکان پذیر باشد. همچنین بخش طراحی برای تغییرات آتی میتواند با هزینه کم یا بدون هزینه اضافی انجام شود. هنگامی که با انتخاب های ضروری بین آنچه مورد نظر و محدودیت های بودجه روبرو هستیم، تحلیل هزینه چرخه عمر اغلب می تواند ثابت کند که سیستم مورد نظر دوره بازگشت کوتاهی خواهد داشت، در نتیجه ارزیابی مجدد بودجه بر اساس صرفه جویی در طول عمر ساختمان را توجیه می کند.
با ابن وجود ملاحظات و محدودیت های اعمالی بودجه هرگز نباید طراحی تجهیزات ضروری بهداشتی و ایمنی را که کنترل محیطی مناسب برای آنها ضروری است، به خطر بیاندازد.
سایت و مناطق اصلی ساختمان
مکان و جهت گیری بر انتخاب تجهیزات، اندازه و قرارگیری تأثیر می گذارد، برخی از سایت‌ها ممکن است امکان اتصال به خدمات مرکزی را فراهم کنند و برخی دیگر ممکن است اجازه ندهند. سایتی که می تواند از سایه درختان استفاده کند یا جهت گیری را برای کاهش بهره خورشیدی امکان پذیر کند، ممکن است اندازه تجهیزات را کاهش دهد و مصرف انرژی سالانه را کاهش دهد. دسترسی به تجهیزات و در نتیجه قرار گرفتن آن در تأسیسات می تواند تحت تأثیر سایت قرار گیرد.
مناطق اصلی ساختمان نیز با تأثیر آب و هوا بر ساختمان تعیین می شود البته عامل اصلی، تأثیر خورشید در نورگیری است زیرا پرتوهای خورشید در طول روز به قسمت‌های مختلف ساختمان برخورد می‌کند و شرایط دمایی و رطوبتی را تغیر میدهند و در جانمایی تاسیسات سرمایشی و گرمایشی همچنین ساعات و فصول عملکردی آن تاثیر میگذارد.
یک ساختمان معمولی ممکن است دارای یک منطقه محیطی در هر یک از چهار طرف و یک منطقه داخلی باشد. اگر یک ساختمان کلاسی یا خوابگاهی با یک راهرو دو بار تک باشد، می توان زون ها را از هشت منطقه به دو منطقه کاهش داد. اگر ساختمان چند طبقه باشد، طبقه فوقانی ممکن است شامل مجموعه ای از مناطق مجزا به دلیل قرار گرفتن در معرض سقف باشد.
مناطق عملکردی
اکثر عملکردهای ساختمانی به منطقه بندی فراتر از آن چیزی که توسط آب و هوا تعیین می شود نیاز دارند. این مناطق جهت سرویس دهی به سایر مناطق مانند دفاتر، کلاس های درس، سالن ها، مناطق مشترک و اتاق های کامپیوتر ایجاد شده اند. اگر فضاهای منفرد دارای عملکرد مشابه بیرونی یا منطقه داخلی باشند، می توان آنها را در یک منطقه عملکردی بزرگتر ترکیب کرد. گاهی اوقات، در نتیجه نگرانی های بودجه، فضاها با هم گروه بندی می شوند و دارای یک نقطه کنترل محیطی هستند. از این رویکرد کاهش هزینه باید اجتناب شود. به عنوان مثال، دفاتر اغلب به صورت فیزیکی بر اساس سلسله مراتبی از مناطق جداگانه برای مدیران یا مدیران بخش ها و مناطق چند دفتری برای پرسنل کارمندان تقسیم می شوند. اگر چندین اتاق در یک منطقه عملکردی مشترک قرار گرفته باشند و برخی از اتاق‌ها تلفات و افزایش حرارت معمولی نداشته باشند، نمی‌توان یک سیستم کنترلی برای ایجاد یک محیط مناسب برای همه اتاق‌ها در نظر گرفت.
فضاهای منفرد در یک منطقه نمی توانند دما، رطوبت، خلوص هوا، یا ساعت های عملیاتی مورد نیاز را داشته باشند که به طور قابل توجهی با بقیه منطقه متفاوت باشد، مگر اینکه کل منطقه به آن سطح ارتقا یابد. اغلب فضاها دارای یک یا چند تفاوت قابل توجه هستند، بنابراین نمی توان آنها را از یک نقطه کنترل کرد. با این حال، ممکن است مقرون به صرفه باشد که چند فضا با نیازهای ساده به عنوان بخشی از یک منطقه پیچیده بزرگتر در نظر گرفته شود. به عنوان مثال می توان به اتاق های پشتیبانی، مانند دفاتر برای یک عملیات تحقیقاتی یا فضاهای کوچک مجاور یک مجموعه اشاره کرد.
محدوده های زمانی
بهترین چیدمان تاسیسات مکانیکی ساختمان، داشتن سیستم های مجزا با در نظر گیری سایر شرایط برای عملکردهای ساختمان است.. این عملکردها می توانند ساعات کار متفاوتی داشته باشند، از جمله در شب، تعطیلات آخر هفته و دوره های تعطیلات. اگر تاسیسات مکانیکی جداگانه‌ای برای هر یک از این عملکردها ارائه شود، تنها آنهایی که مورد نیاز هستند باید کار کنند و بقیه باید خاموش شوند. حداکثر صرفه جویی در انرژی معمولاً زمانی حاصل می شود که تجهیزات مصرف کننده انرژی به جز زمانی که هر فضا اشغال شده باشد، کار نمی کنند. به عنوان مثال، اغلب این عملکردها را می توان به سه محدوده زمانی تقسیم کرد: آنهایی که از 8 صبح تا 5 بعد از ظهر کار می کنند. (مانند دفاتر)، آنهایی که از ساعت 8 صبح تا 10 شب کار می کنند. (مانند کلاس های درس)، و آن هایی که 24 ساعت در روز و 7 روز در هفته کار می کنند (مانند آزمایشگاه های تحقیقاتی). انتخاب و طراحی سیستم باید این محدوده های زمانی را در نظر بگیرد.
اگرچه سیستم های مرکزی بزرگ را می توان طوری طراحی کرد که در بار کم کار کنند تا کنترل محیطی برای چند منطقه کوچک در ساعات خاموشی فراهم شود، اما چنین طراحی معمولاً به اندازه سیستم های جداگانه مقرون به صرفه نیست. به طور کلی، اضافه کردن یک سیستم کوچک مجزا برای تاسیسات مکانیکی یک عملکرد مقرون به صرفه خواهد بود. کنترل دیجیتال مستقیم ترمینال اکنون به سنسورهای اشغال اجازه می دهد تا به همراه سیستم روشنایی به سیستم گرمایش و سرمایش متصل شوند و سیستم گرمایش و سرمایش را از حداقل به نیازهای اشغال در هنگام ورود افراد به فضا افزایش دهد.
زیبایی شناسی
تاسیسات مکانیکی بر معماری و ظاهر ساختمان تاثیر میگذارند؛ قرار دادن مشبک‌های ورودی و خروجی هوا، دودکش‌های اگزوز هود و تاسیسات خرارتی و برودتی درنشیمنگاه ها و اتاق ها و همچنین سیستم‌های تخصصی مانند بویلرها، چیلرها، سیستم‌های تبرید، برج‌های خنک‌کننده و گلخانه‌ها که مسیرهای ورودی و خروجی پایپینگ دارند روی نحوه چیدمان و جانمایی تأسیسات و در نتیجه روی ظاهر و نمای ساختمان تأثیر میگذارند؛ بنابراین طراحی معماری باید از نظر جانمایی و دوام مصالح بر اساس جریان های ناشی از عملکرد سیستم های مکانیکی ، بررسی شوند.
برای به حداقل رساندن تأثیر سیستم های مکانیکی بر زیبایی شناسی ساختمان، شناسایی الزامات در مراحل اولیه طراحی مهم خواهد بود. انتخاب سیستم‌های مکانیکی و چیدمان سیستم‌ها میتواند تأثیر آن بر زیبایی‌شناسی را در صورت ادغام در طراحی به حداقل برساند.
نویز و لرزش
نویز و لرزش سیستم های مکانیکی می تواند یک سیستم مکانیکی با کارکرد خوب را به لحاظ آسایشی غیرقابل قبول کند. کنترل نویز و لرزش باید یک تلاش گروهی باشد که شامل جانمایی تاسیسات و تجهیزات، معماری، مهندسی سازه و مهندسی مکانیک می شود.
نکته مهم در تعیین محل قرارگیری تاسیسات مکانیکی، اجتناب از فضاهای بحرانی است در غیر این صورت، هزینه های ساخت به دلیل انواع کف، درب ویا دیوارهای مورد نیاز برای کاهش صدا و لرزش افزایش می یابد.
معمار باید از محدودیت های تجهیزات در توانایی آن برای کاهش نویز تولید شده آگاه باشد. فراتر از این محدودیت ها، صدا و ارتعاش باید از طریق جرم، مانند پایه ها یا دال های بتنی، یا دیوارها و سقف های عظیم، مهار یا کاهش یابد و طراحی باید با توجه به تداخل نویز در استفاده عملکردی بازنگری شود.
