بررسی تأثیر شاخص‌های فرم شهر بر آسایش اقلیمی فضای بیرونی در اقلیم سرد (نمونه مورد مطالعه: شهرکرد)

مقدمه

ایجاد آسایش اقلیمی یکی از عوامل کلیدی در دستیابی به اهداف عملکردی شهری است. تحقیقات اخیر بر اهمیت توجه به ریزاقلیم به‌عنوان بخشی ضروری از ابعاد عملکردی طراحی شهری تأکید دارند و آسایش را پیش‌نیاز موفقیت مکان‌ها می‌دانند ( Hashemi et al., 2023, P. 5; Guerri et al., 2023, P. 3). همچنین، تغییرات اجتماعی - اقتصادی نظیر توسعه زندگی شهری و فرآیندهای اعیانی‌سازی و تغییرات سیاسی و اقتصادی نیز بر استفاده از فضاهای عمومی تأثیرگذار است (Anguelovski et al., 2021, P. 10). این تغییرات نه‌تنها بر آسایش عابران پیاده تأثیر می‌گذارند، بر عملکرد انرژی ساختمان‌ها و کارآیی فضاهای شهری نیز اثرگذارند (Tsoka, 2023, P. 7).

آسایش حرارتی یکی از عوامل اصلی تأثیرگذار بر استفاده از فضاهای عمومی است؛ به‌ویژه برای فعالیت‌های اختیاری و اجتماعی (Nikolopoulou & Lykoudis, 2006, P. 1456). این مفهوم به شرایط ذهنی اطلاق می‌شود که رضایت از محیط حرارتی را بیان می‌کند و ترکیبی از عوامل عینی مانند دمای هوا و سرعت جریان باد و همچنین عوامل ذهنی مانند وضعیت فیزیکی، روانی و فرهنگی افراد است (Liu et al., 2024, P. 3050). آسایش حرارتی به‌طور عمده با فیزیولوژی حرارتی انسان مرتبط است و تحت تأثیر پارامترهایی مانند دمای هوا، رطوبت و سرعت باد قرار می‌گیرد. از آنجایی که دمای هوا به‌طور مداوم تغییر می‌کند، آسایش حرارتی می‌تواند تأثیر زیادی بر سلامت افراد داشته باشد (Zhao et al., 2024, P. 1). مطالعات اخیر به‌ویژه در فضاهای شهری نشان داده‌اند که طراحی ریزاقلیم می‌تواند به بهبود آسایش حرارتی کمک کند و بر میزان استفاده از فضاهای عمومی اثرگذار است (Han et al., 2024, P. 3). با توجه به تغییرات اقلیمی و افزایش دما، توجه به آسایش حرارتی در فضاهای باز ضروری‌تر شده است (Aram & Solgi, 2020, P. 5). این تحقیقات به‌ویژه در محیط‌های بیرونی، که پیچیدگی‌های بیشتری نسبت به محیط‌های داخلی دارند، توجه بیشتری را جلب کرده است. مهم‌ترین معیارها برای تحقق آسایش اقلیمی شامل تنظیم دمای هوا، جهت‌گیری مناسب نسبت به تابش خورشید، تنظیم رطوبت هوا، توجه به جهت باد و باد غالب، و ریزگردها است ( Sun et al., 2025, P. 37549; Bian et al., 2023, P. 97370). آسایش محیطی به عوامل عینی و ذهنی مختلفی مانند امنیت، آشنایی با محیط، شرایط آکوستیک، بویایی و بصری، ریزاقلیم و راحتی فیزیکی مرتبط است (You et al., 2021, P. 1287).

عمده پژوهش‌هایی که به‌ویژه در کشور ما به تأثیر شاخص‌های فرمی - فضایی شهر و فضای شهری بر آسایش حرارتی پرداخته‌اند، بر اقلیم گرم و خشک یا گرم و مرطوب تمرکز داشته‌اند؛ برای مثال، مطالعه سعیدالعسکری و همکاران (1399) در اقلیم گرم و خشک اصفهان، با بررسی تأثیر افزایش ارتفاع ساختمان‌ها بر کیفیت هوای بلوک‌های شهری، به‌طور غیرمستقیم به نقش شاخص‌های فرمی در شرایط محیطی مرتبط با آسایش حرارتی پرداخته است و مطالعه کولیوند (1401) در اقلیم گرم و خشک اصفهان، با بررسی عملکرد حرارتی درختان پهن‌برگ و سوزنی‌برگ در دره‌های شهری، به‌طور غیرمستقیم به تأثیر شاخص‌های فضایی بر آسایش حرارتی از طریق سایه‌اندازی و تنظیم دما پرداخته و سهم پژوهش‌ها در اقلیم سرد بسیار انگشت‌شمار است. این پژوهش در پی آن است که به بررسی تأثیر شاخص‌های فرم شهر بر آسایش حرارتی در فضای بیرونی در اقلیم‌ سرد و خشک بپردازد. مهم‌ترین پرسش پژوهش آن است که: شاخص‌های اثرگذر فرمی بر ارتقای آسایش حرارتی در اقلیم سرد کدام‌اند؟ بر این اساس پس از مرور پیشینه پژوهش و تدوین مبانی نظری در این زمینه و انتخاب مهم‌ترین شاخص‌ها در نمونه موردی بخشی از بافت فرسوده شهرکرد به بررسی تأثیر این شاخص‌ها به کمک شبیه‌سازی در محیط نرم‌افزار ENVI-met  پرداخته شده است. درنهایت نیز پس از تحلیل یافته‌ها، جمع‌بندی و پاسخ به پرسش پژوش ارائه شده است.

پیشینۀ پژوهش

بررسی‌های متعدد نشان داده است که آسایش اقلیمی، به‌ویژه در شهرهای سردسیر، تحت تأثیر تعاملات پیچیده بین ویژگی‌های اقلیمی و طراحی شهری قرار دارد. برخی پژوهش‌ها، مانند تحقیقات تکن و ابراهیم‌آبادی، به تأثیر باد و روش‌های تأمین آسایش بادی پرداخته‌اند. تکن نشان داده است که ایجاد سرپناه می‌تواند سرعت باد و آسایش بادی را بهینه کند؛ در حالی که ابراهیم‌آبادی و همکاران روشی ترکیبی برای تحلیل ریزاقلیم، شامل سرعت باد و دسترسی خورشیدی، پیشنهاد کرده‌اند ( Ebrahimabadi et al., 2018, P. 119; Tacken, 1989, P. 322). این یافته‌ها اهمیت تحلیل دقیق ریزاقلیم در طراحی شهری را نشان می‌دهد. همچنین، پژوهشگرانی مانند اولسن و پارسونز به تأثیر معیارهای فردی در پذیرش حرارتی پرداخته و به اهمیت سازگاری شخصی برای افزایش رضایت حرارتی تأکید داشته‌اند (Olesen & Parsons, 2002). آسایش حرارتی نیز یکی از موضوعات مورد توجه بوده است. گروهی از پژوهشگران بر ضرورت استفاده از رویکردهای متفاوت برای ارزیابی آسایش حرارتی در محیط‌های داخلی و خارجی تأکید کرده‌اند. طبق مطالعات اولسن و پارسونز، پذیرش حرارتی صددرصد تضمینی نیست و عوامل فردی نقش مهمی در درک آسایش دارند (Olesen & Parsons, 2002, P. 540). طاهباز و همچنین جوهانسون و همکاران نیز ابزارهایی مانند نمودارهای روان‌سنجی و استانداردسازی روش‌های ارزیابی را برای بهبود تحلیل‌های حرارتی معرفی کرده‌اند ( Johansson et al., 2014, P. 352; Tahbaz, 2011, P. 100). در مطالعات دیگر، دی دیر و همکاران و چن و همکاران تأثیر شرایط حرارتی نامساعد بر کاهش استفاده از فضاهای باز و تأثیر تنوع اقلیمی بر آسایش حرارتی را تحلیل کرده‌اند ( De Dear et al., 1997, P. 8; Chen et al., 2018, P. 672). این مطالعات تأیید می‌کنند که برای دستیابی به آسایش حرارتی، ترکیب روش‌های کمی و کیفی ضروری است.

تأثیر مورفولوژی شهری بر انرژی، ریزاقلیم و آسایش اقلیمی نیز از حوزه‌های پژوهشی مهم است. شیشه‌گر و چنگ و همکاران نقش جهت‌گیری و فرم ساختمان‌ها را در بهینه‌سازی مصرف انرژی خورشیدی بررسی کرده‌اند (Cheng et al. 2006, P. 5; Shishegar, 2016, P. 4). تحقیقات رود و همکاران و همچنین تارسن و همکاران نشان داده‌اند که تغییرات در ارتفاع ساختمان، عرض خیابان و نسبت‌های فضایی می‌توانند به کاهش مصرف انرژی و بهبود شرایط زیست‌اقلیم منجر شوند. تارسن و همکاران بر استفاده از هندسه شهری برای کاهش تنش حرارتی تأکید کرده‌اند (Thorsson et al., 2011, P. 327). همچنین، رود و همکاران نشان دادند که ساختمان‌های جمع‌وجور و بلند، بازده انرژی بالاتری دارند (Rode et al., 2014, P. 142). یافته‌های طالقانی نیز نشان داده است که طراحی مناسب شهری، از جمله استفاده از جهت‌گیری بهینه و فرم‌های ساختمانی خاص، بر دمای تابشی و دسترسی خورشیدی تأثیر به‌سزایی دارد (Taleghani et al., 2015).

درنهایت، تحقیقات مرتبط با پایداری و طراحی اقلیمی شهر، مانند مطالعات جبارین و اولگیای، اصولی را برای هماهنگی طراحی شهری با شرایط اقلیمی معرفی کرده‌اند ( Olgyay, 2015; Jabareen, 2006). پرسمن نیز با بررسی شهرهای سردسیری، استراتژی‌هایی برای طراحی پایدار ارائه کرده است (Pressman, 1996, p. 8)؛ با این حال، چالش‌هایی همچون عدم یکپارچگی داده‌های اقلیمی در برنامه‌ریزی شهری همچنان باقی است (Eliasson, 2000, p. 33). به‌طور کلی، این پژوهش‌ها بر ضرورت ادغام داده‌های اقلیمی در فرآیند برنامه‌ریزی شهری برای بهبود پایداری و آسایش محیطی تأکید دارند. این موضوع نشان می‌دهد که برای دستیابی به شهرسازی حساس به اقلیم، نیاز به همکاری میان رشته‌ای و تدوین استانداردهای شفاف وجود دارد. درمجموع، بررسی پژوهش‌های مختلف در حوزه آسایش اقلیمی نشان می‌دهد به‌طور ویژه در خرده‌اقلیم‌های سرد در کشور ایران، موضوع تأثیر فرم بر آسایش حرارتی نیازمند بررسی‌های دقیق‌تر و عمیق‌تر است. تکرار پژوهش‌ها در زمینه تأثیر فرم‌های شهری بر آسایش حرارتی، همان‌طور که الیاسن به چالش‌های عدم یکپارچگی داده‌های اقلیمی در برنامه‌ریزی شهری اشاره کرده و پرسمن استراتژی‌های طراحی پایدار را برای اقلیم‌های سرد پیشنهاد داده است، می‌تواند ضمن افزایش پایایی، به توسعه راهکارهای عملی و بومی‌سازی استراتژی‌های طراحی شهری متناسب با شرایط اقلیمی خاص مناطق سردسیر ایران کمک کند.

مبانی نظری

 شاخص‌های آسایش اقلیمی

شاخص‌های آسایش اقلیمی شاخص‌هایی هستند که به ارزیابی کیفیت شرایط اقلیمی برای فعالیت‌های انسانی در فضاهای داخلی و خارجی کمک می‌کنند. این شاخص‌ها شامل دما، رطوبت، سرعت باد و تابش خورشیدی هستند. برای ارزیابی آسایش حرارتی، شاخص‌هایی چون دمای معادل فیزیولوژیکی، دمای مؤثر استاندارد و دمای ادراکی به‌کار می‌روند که با مدل‌های تعادل حرارتی محاسبه می‌شوند. دمای معادل فیزیولوژیکی، که براساس مدل تعادل انرژی مونیخ است، شرایط حرارتی بدن انسان را در فضای باز یا داخل توصیف می‌کند و برای مقایسه اقلیم‌های مختلف استفاده می‌شود (Taleghani et al., 2015, P. 66). پارامترهایی مانند سرعت باد و تابش خورشیدی تأثیر زیادی بر آسایش حرارتی دارند، به‌ویژه در اقلیم‌های گرم و معتدل. شاخص‌های PMV (میانگین رأی حرارتی) و PPD  (درصد نارضایتی) نیز برای پیش‌بینی احساس حرارتی جمعیت استفاده می‌شوند. این شاخص‌ها در ابتدا برای ارزیابی آسایش در محیط‌های داخلی طراحی شدند، ولی می‌توانند در فضای باز نیز کاربرد داشته باشند (Roshan et al., 2020, P. 3). برای ارزیابی آسایش حرارتی در فضای باز، میانگین دمای تابشی که شامل تابش موج کوتاه و بلند است، استفاده می‌شود (Gál & Kántor, 2020, P. 2). اختلاف‌های درخور توجهی بین شاخص‌ها و ارزیابی‌های واقعی افراد در فضاهای باز وجود دارد که به‌ویژه در شرایط پویا و متغیر محیط‌های بیرونی قابل توجه است (Jing et al., 2024, P. 4). در طراحی شهری، به دلیل پیچیدگی فرآیندها و نیاز به ابزارهای پیشرفته برای شبیه‌سازی و محاسبه این شاخص‌ها، ارزیابی آسایش حرارتی در فضاهای باز با چالش‌هایی همراه است. این ارزیابی در کنار سایر اهداف پروژه‌های طراحی شهری ممکن است محدودیت‌های عملی داشته باشد (Ebrahimabadi, 2015, P. 15).

راهبردهای طراحی فرم شهری در اقلیم سرد

راهبردهای طراحی فرم شهری در اقلیم سرد بر سه محور متمرکز است:

دسترسی خورشیدی: نور خورشید آسایش حرارتی را بهبود داده و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد (Zhao et al., 2024, P. 6). سایه‌های طولانی زمستانی در شهرهای با عرض جغرافیایی بالا چالش ایجاد می‌کنند؛ اما جهت‌گیری مناسب ساختمان‌ها و استفاده از نور منعکس‌شده، دسترسی خورشیدی را بهبود می‌بخشد (Formolli et al., 2023, P. 8). افزایش فاصله بین ساختمان‌ها، هرچند پرهزینه، به دریافت نور کمک می‌کند (Ebrahimabadi et al., 2018, P. 15).

طراحی غیرفعال خورشیدی: استفاده از انرژی خورشیدی با جهت‌گیری، فرم و محوطه‌سازی مناسب، نیاز به گرمایش و سرمایش را کاهش می‌دهد ( Jabareen, 2006, P. 43; Shishegar, 2016, P. 5).

محافظت در برابر باد: فرم‌های شهری و پوشش گیاهی اثرات باد سرد را کاهش می‌دهند. ساختمان‌های با ارتفاع کم و یکنواخت، سرعت باد را در سطح عابر پیاده کاهش می‌دهند (سیدالعسکری و همکاران، 1396، ص. 129). درختان سوزنی‌برگ آسایش حرارتی را تا 3/ 0 واحد PMV بهبود می‌بخشند (کولیوند، 1401، ص. 354). معابر همسو با باد غالب به برف‌روبی طبیعی کمک می‌کنند (Chapman et al., 2017, P. 578).

شاخص‌های فرم شهری مؤثر بر آسایش اقلیمی در اقلیم سرد

الف) هندسه شهری و تأثیر آن بر شرایط اقلیمی و آسایش حرارتی

مورفولوژی شهری و ویژگی‌های منظر، نقش کلیدی در طراحی و برنامه‌ریزی شهری دارند و می‌توانند به تنظیم ریزاقلیم شهری و توسعه پایدار کمک کنند. فرم شهری تأثیر مستقیمی بر اقلیم شهری و آسایش حرارتی فضای باز دارد و طراحی شهری با در نظر گرفتن اقلیم محلی، به‌ویژه در شهرهای پرتراکم، اهمیت زیادی دارد (Johansson, 2006, P. 1327; Wei et al., 2016, P. 144).

- نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان (H/W): هندسه شهری، به‌ویژه نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان (H/W) و ضریب دید آسمان، تأثیر مستقیمی بر اقلیم سرد شهری دارد. نسبت H/W بر توزیع نور خورشید و سرعت باد اثر می‌گذارد و انتقال حرارت همرفتی و آسایش حرارتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد (Dursun & Yavas, 2015, P. 21; Song et al., 2020, P. 4). دره‌های شهری، ناشی از ترکیب سطوح افقی و عمودی، شرایط اقلیمی خاصی ایجاد می‌کنند و حجم ساختمان‌ها با تأثیر بر بازتاب و جذب تابش خورشیدی، گرمایش محیط را متأثر می‌سازد ( Dursun & Yavas, 2015, P. 22; Milosovicova, 2010, P. 18).

- ضریب دید آسمان: ضریب دید آسمان نشان‌دهنده تأثیر طراحی خیابان‌ها بر دسترسی به نور خورشید و تبادل حرارتی در فصول مختلف است. خیابان‌های با ضریب دید آسمان کوچک‌تر، گرمای شبانه را بهتر حفظ می‌کند و دمای شهر را نسبت به مناطق روستایی بالاتر نگه می‌دارند (Erell, 2008, P. 104). افزایش تراکم شهری، ضریب دید آسمان را کاهش می‌دهد و دسترسی به نور روز در ساختمان‌ها را محدود می‌کند (Mirzaee al., 2018, P. 103).

- جهت‌گیری خیابان: جهت‌گیری خیابان‌ها بر تابش خورشیدی، جریان هوا و آسایش حرارتی تأثیر دارد. خیابان‌های شمالی - جنوبی در اقلیم سرد برای دریافت نور خورشید مناسب‌ترند؛ اما ممکن است در تابستان گرمای زیاد ایجاد کنند؛ در حالی که خیابان‌های شرقی - غربی در ساعات گرم سایه بیشتری فراهم می‌کنند. خیابان‌های مستقیم جریان هوای بهتری ایجاد می‌کنند؛ اما خیابان‌های باریک و پیچ‌دار جریان هوا را کند می‌کنند. طراحی خیابان‌ها با عرض متوسط و عمود بر باد غالب از ایجاد تونل‌های بادی جلوگیری می‌کند (Shishegar, 2016, P. 6; Shaghaghi et al., 2011, P. 126).

ب) تراکم و فشردگی

تراکم بالای شهری و فشردگی بافت در اقلیم‌های سرد با کاهش نفوذ باد و سطح تماس با هوای سرد، آسایش اقلیمی را بهبود می‌بخشد. افزایش تراکم ساختمانی دسترسی خیابان‌ها به نور خورشید و دمای متوسط تابشی را کاهش می‌دهد؛ اما نسبت سطح پوشش ساختمانی شرایط دمایی فصول سرد را بهبود می‌بخشد (شقاقی و مفیدی، 1387، ص. 109). ساختمان‌های متراکم مصرف انرژی و نسبت مساحت کف زمین را کاهش می‌دهند؛ اما سایه‌اندازی ساختمان‌های بلند در اقلیم سرد به دلیل زاویه کم خورشید، دسترسی به نور را محدود می‌کند؛ بنابراین، فواصل مناسب در جهت شمال - جنوب ضروری است (Dursun & Yavas, 2015, P. 25). تراکم و جهت‌گیری شهری بر دریافت تابش خورشید تأثیر داشته و برای گرمایش غیرفعال خورشیدی نیازمند برنامه‌ریزی دقیق فواصل و هندسه است (Erell, 2008, P. 106). در مناطق متراکم، همسویی دره‌های شهری با باد غالب اثر خنک‌کنندگی باد را کاهش می‌دهد (Milosovicova, 2010, P. 23).

ج) پوشش گیاهی

مناطق سبز شهری با جذب آب باران، کاهش آلودگی هوا، کاهش سر و صدا و بهبود تهویه طبیعی، کیفیت هوا، اقلیم شهری و آسایش زیست‌محیطی را بهبود می‌بخشند (Milosovicova, 2010, P. 28). طراحی و موقعیت‌یابی مناسب مناطق سبز برای دستیابی به این اهداف حیاتی است و طراحی سست لبه شهری نفوذ بادهای خنک‌کننده را تسهیل می‌کند (Milosovicova, 2010, P. 30). درختان و کمربندهای سبز به‌عنوان محافظ در برابر بادهای سرد و رانش برف عمل می‌کنند و باید در مکان‌های مناسب کاشته شوند (Hansen et al., 2020, P. 3). در اقلیم سرد، کاشت خطی درختان عمود بر باد سرد، به‌ویژه با استفاده از درختان کاج که در زمستان برگ‌دار باقی می‌مانند، توصیه می‌شود (Shaghaghi et al., 2011, P. 128).

در جدول 1، مهم‌ترین مؤلفه‌ها و شاخص‌های فرم که بر آسایش اقلیمی در اقلیم سرد مؤثر هستند جمع‌بندی شده است.

جدول 1- مهم‌ترین مؤلفه‌ها و شاخص‌های فرم تأثیرگذار بر آسایش اقلیمی

Table 1 - The most important components and indicators of the form affecting climatic comfort

منبع: یافته‌های پژوهش، 1403

روش پژوهش

پژوهش حاضر در دسته پژوهش‌های کاربردی قرار دارد و با هدف بررسی تأثیر فرم شهر بر آسایش اقلیمی فضاهای بیرونی در اقلیم سرد تدوین شده است؛ به این منظور، در گام نخست به کمک روش کتابخانه‌ای، پژوهش‌های این حوزه، بررسی و شاخص‌های اثرگذار فرم شهر بر آسایش حرارتی تدوین شدند. پس از آن ضمن انتخاب بخشی از محدوده بافت قدیم شهرکرد، ضمن مراجعه به اسناد بالادست، نقشه‌های پایه اولیه تدوین و برای شبیه‌سازی و انجام تحلیل‌های پژوهش آماده‌سازی شد.  برای تحلیل‌های آسایش محیطی این پژوهش از نسخه دانشجویی نرم‌افزار انویمت 5.6.1 (ثبت‌شده برای دانشکده هنر و معماری دانشگاه شیراز) استفاده شد. با مطالعه داده‌های هواشناسی و میانگین دمای30 ساله مشخص شد که سردترین روز سال در شهرکرد 2 بهمن است. برای شبیه‌سازی، داده‌های آب‌وهوایی 30 ساله از سایت رسمی Ladybug Tools استخراج و در نرم‌افزار انویمت وارد شد. محدوده‌ای به ابعاد200×400 متر با نرم‌افزار ENVI-met مدل‌سازی شد. پارامترهای هندسه شهری، تراکم، نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان (H/W)، جهت‌گیری ساختمان‌ها و نظام ارتفاعی، با داده‌های هواشناسی ترکیب شدند. شبیه‌سازی‌ها در مقیاس کلان ابتدا برای وضعیت موجود و سپس برای دو مدل اصلاح‌شده براساس طرح تفصیلی و طرح پیشنهادی انجام شد. هدف، یافتن ترکیب بهینه پارامترها برای بهبود شرایط آسایش اقلیمی بود. در میان شاخص‌های آسایش اقلیمی دو شاخص PET و UTCI برای تحلیل، مدنظر قرار گرفت. شاخص‌های اقلیمی در ارتفاع 1.5 متری برای عابران پیاده‌ای با مشخصات پیش‌فرض نرم‌افزار محاسبه شدند. این ارتفاع براساس میانگین قد انسان معمولی در حالت ایستاده و نشسته در نظر گرفته شد. عابران پیاده بررسی‌شده در این پژوهش براساس پیش‌فرض نرم‌افزار، افراد مذکر 35 ساله بودند که فعالیت آنها در حد راه رفتن آهسته با میزان متابولیسم 164 بود و ضریب رسانایی لباس آنان 0.9 در نظر گرفته شده بود. گزارش‌گیری از داده‌های عددی توسط نرم‌افزار Excel انجام و برای نمایش گرافیکی خروجی‌ها از مدول لئوناردو استفاده شد در جدول 2 اطلاعات ورودی نرم‌افزار در مقیاس کلان ارائه شده است.

جدول 2- اطلاعات ورودی نرم‌افزار در مقیاس کلان

Table 2 - Software input data at the macro scale

منبع: یافته‌های پژوهش، 1403

مؤلفه‌های منتخب برای بررسی محدوده

با بررسی منابع کتابخانه‌ای و پیشینه  پژوهش، مؤلفه‌های اثرگذار فرم شهری بر آسایش اقلیمی در اقلیم سرد، جمع‌بندی شدند که در جدول 1 آمده است. محدودیت‌ در انتخاب تعداد سناریوها به‌منظور شبیه‌سازی، اجازه آزمون همه شاخص‌ها در قالب یک پژوهش را نمی‌دهد. در این پژوهش بر مؤلفه‌های فرم شهر در مقیاس محله، یعنی مؤلفه «هندسه شهری» در قالب دو شاخص جهت‌گیری ساختمان و نسبت ارتفاع به عرض معبر و مؤلفه «نظام ارتفاعی توده‌ها» متمرکز شده است. براساس تغییر در این مؤلفه‌ها سه سناریو شبیه‌سازی و خروجی‌های آن تحلیل شده است. در سناریوی اول، وضع موجود، در سناریو دوم، طرح تفصیلی و در سناریوی سوم طرح پیشنهادی پژوهش شبیه‌سازی و تحلیل شده است.

معرفی محدوده  مطالعاتی

جدول 3 ویژگی‌های جغرافیایی و عمومی شهر شهرکرد را ارائه می‌دهد و اطلاعات پایه‌ای درباره موقعیت و خصوصیات کلی این شهر را معرفی می‌کند. همچنین جدول 4 به بررسی ویژگی‌های اقلیمی شهرکرد می‌پردازد و داده‌های مرتبط با شرایط آب‌وهوایی این منطقه را به‌صورت خلاصه نمایش می‌دهد. جدول 5 ویژگی‌ها و مشکلات موجود در بافت فرسوده شهرکرد را بیان و چالش‌های این محدوده را بررسی می‌کند. همچنین، شکل 1 موقعیت جغرافیایی محدوده مطالعاتی را به‌صورت تصویری نشان می‌دهد و جایگاه شهرکرد، بافت فرسوده و محدوده مورد مطالعه را در مقیاس‌های مختلف مشخص می‌کند.

جدول 3- ویژگی‌های جغرافیایی و عمومی شهرکرد

Table 3 - Geographical and General Characteristics of Shahrekord

منبع: خلیلی‌فرد و کرکه‌آبادی، 1395، ص. 2

جدول 4- ویژگی‌های اقلیمی شهرکرد

Table 4 - Climatic Characteristics of Shahrekord

منبع: خلیلی‌فرد و کرکه‌آبادی، 1395، ص. 2

جدول 5- ویژگی‌ها و مشکلات بافت فرسوده شهرکرد

Table 5 - Characteristics and Problems of the Dilapidated Urban Fabric of Shahrekord

منابع: محمدی و دوستی ایرانی، 1389، ص. 62؛ بوچانی، 1383، ص. 74

شکل 1- موقعیت جغرافیایی محدوده مطالعاتی (1: موقعیت استان چهارمحال و بختیاری در نقشه تقسیمات کشوری، 2: موقعیت شهرکرد در نقشه استان، 3: موقعیت بافت فرسوده در نقشه شهرکرد، 4: موقعیت محدوده مطالعاتی در بافت فرسوده، 5- محدوده مطالعاتی) (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 1 - Geographical Location of the Study Area (1: Location of Chaharmahal and Bakhtiari Province in the National Administrative Divisions Map, 2: Location of Shahrekord in the Province Map, 3: Location of the Dilapidated Urban Fabric in the Shahrekord Map, 4: Location of the Study Area within the Dilapidated Urban Fabric, 5: Study Area) (Source: Research Findings, 2024)

معرفی مدل‌ها در مقیاس کلان

الف) مدل شماره 1 (وضع موجود)

در مدل وضع موجود، به‌منظور افزایش آسایش اقلیمی در زمستان، لازم است نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان در معابر مختلف بهینه شود. در معابر باریک (۴ تا ۸ متر)، نسبت H/W بالاتر از حد استاندارد است که منجر به کاهش جریان باد و افزایش محبوس‌شدن گرما می‌شود؛ اما این ویژگی در فصل سرد می‌تواند به حفظ گرمای محیط و کاهش اثرات بادهای سرد کمک کند. در مقابل، در معابر عریض‌تر (تا ۱۲ متر)، نسبت H/W پایین‌تر است که باعث افزایش تأثیر بادهای سرد در زمستان می‌شود؛ بنابراین، تقویت انسجام فضایی و کاهش معابر عریض می‌تواند به کاهش نفوذ بادهای سرد کمک کند. از نظر جهت‌گیری ساختمان‌ها، پراکندگی و بافت ارگانیک آنها موجب شده است که کنترل جهت‌گیری نسبت به نور خورشید و باد محدود باشد؛ با این‌حال، استفاده از محورهای شرقی-غربی و شمالی-جنوبی برای معابر، در صورت اصلاح جانمایی ساختمان‌ها می‌تواند امکان حداکثری دریافت نور خورشید را در زمستان فراهم و از ایجاد سایه‌اندازی بیش ‌از حد در فصول سرد جلوگیری کند. در زمینه نظام ارتفاعی توده‌ها، توزیع نامنظم ساختمان‌های بلند و کوتاه باعث سایه‌اندازی نامتقارن می‌شود که در برخی نقاط، باعث کاهش دریافت نور خورشید و افزایش سرمای موضعی می‌شود. برای بهبود آسایش اقلیمی در زمستان، می‌توان با ایجاد الگوی ارتفاعی منظم‌تر و کاهش ناهمگونی در توده‌گذاری، از ایجاد سایه‌اندازی‌های ناخواسته روی فضاهای عمومی و معابر جلوگیری کرد. علاوه بر این، انسجام بیشتر در ارتفاع ساختمان‌ها می‌تواند موجب کاهش جریان‌های بادی شدید در زمستان شود و از ایجاد تونل‌های باد جلوگیری کند. در مجموع، اصلاح تدریجی ارتفاع ساختمان‌ها، بهینه‌سازی جهت‌گیری آنها برای دریافت بیشینه نور خورشید، و کاهش تأثیر بادهای سرد، راهکارهایی هستند که می‌توانند بهبود آسایش اقلیمی در فصل زمستان را در این بافت به همراه داشته باشند.

ب) مدل شماره 2  (اصلاح محدوده براساس طرح تفصیلی)

 در این مدل، نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان (H/W) در معابر اصلی ۱۲ متری در محدوده ۱:۱ تا ۱.۵:۱ قرار دارد که تعادل مناسبی برای سایه‌اندازی در تابستان و دریافت نور کافی در زمستان ایجاد می‌کند. در معابر فرعی ۸ متری، این نسبت بین ۱.۱:۱ تا ۲.۲:۱ است که در برخی مناطق می‌تواند منجر به کاهش جریان هوای طبیعی شود. افزایش تدریجی ارتفاع در جهت شمال شرق (تا ۱۸ متر) نیز ممکن است در فصول سرد، سایه‌اندازی بلندمدت ایجاد کند. در زمینه جهت‌گیری ساختمان‌ها، معابر مستقیم در جهت‌های شرقی-غربی و شمالی-جنوبی به کنترل نور خورشید و تهویه طبیعی کمک می‌کند و اثرات جزیره حرارتی شهری را کاهش می‌دهد؛ با این حال، در مناطقی با ساختمان‌های بلند، در صورت عدم تنظیم صحیح جهت‌گیری نسبت به باد غالب، احتمال ایجاد تونل‌های باد وجود دارد. از نظر نظام ارتفاعی توده‌ها، افزایش تدریجی ارتفاع از غرب به شرق و مرکز محله موجب کنترل بهتر سایه‌اندازی می‌شود و از گرمایش بیش‌ازحد در تابستان جلوگیری می‌کند؛ با این حال، در بخش‌های جنوبی و شرقی، ساختمان‌های مرتفع ممکن است دریافت نور خورشید را در زمستان کاهش دهند. در مقابل، در ضلع غربی و جنوب غربی، به دلیل ارتفاع کمتر ساختمان‌ها (۸ تا ۹ متر)، شرایط بهتری برای تهویه طبیعی و نورگیری فراهم شده است. در مجموع، مدل ۲ نسبت به مدل ۱ شرایط مطلوب‌تری برای آسایش اقلیمی دارد؛ اما نیازمند بهینه‌سازی در برخی نقاط، به‌ویژه در معابر باریک و مناطق با سایه‌اندازی زیاد در زمستان، است.

ج) مدل شماره 3 (طرح پیشنهادی)

مدل پیشنهادی با هدف بهبود آسایش اقلیمی در زمستان، تغییراتی در مقیاس ارتفاع، تراکم و الگوی معابر ایجاد کرده است. نسبت ارتفاع ساختمان به عرض خیابان  (H/W)در معابر اصلی ۱۲ متری حدود ۱:۰.۵ است که امکان دریافت نور خورشید را فراهم می‌کند؛ درحالی‌که در معابر فرعی ۸ متری این نسبت بین ۱:۱.۵ تا ۱:۲ قرار دارد که تعادل مناسبی بین محصوریت فضایی و تهویه طبیعی ایجاد می‌کند. کاهش تعداد معابر مستقیم و طراحی معابر منحنی در جنوب محله، سرعت جریان بادهای سرد را کاهش داده است. جهت‌گیری ساختمان‌ها براساس محورهای شرقی-غربی و شمالی-جنوبی، دریافت متعادل نور خورشید را ممکن ساخته است؛ هرچند پراکندگی برخی ساختمان‌ها می‌تواند موجب ایجاد سایه‌های ناخواسته شود. در نظام ارتفاعی توده‌ها، ارتفاع ساختمان‌های پیرامونی فضای مرکزی به ۶ متر کاهش یافته که موجب دریافت حداکثری تابش خورشیدی شده است؛ درحالی‌که در شمال شرق و شرق، ارتفاع‌ها تا ۱۸ متر افزایش می‌یابد و نقش حفاظتی در برابر بادهای سرد ایفا می‌کنند. در ضلع غربی و شمال غربی که ارتفاع ساختمان‌ها ۹ متر است، تهویه طبیعی و نورگیری بهتری فراهم شده است. به‌طور کلی، این مدل با تنظیم مناسب ارتفاع، جهت‌گیری و الگوی معابر، شرایط بهتری برای حفظ گرما و کاهش تأثیر بادهای سرد در زمستان ایجاد کرده است.

شکل 2 مدل‌سازی اولیه با استفاده از نرم‌افزار ENVI-met در سه حالت وضع موجود، طرح تفصیلی و طرح پیشنهادی را نشان می‌دهد.

شکل 2- مدل‌سازی اولیه با استفاده از  از نرم‌افزار ENVI-met در سه حالت: الف) وضع موجود ب) طرح تفصیلی ج) طرح پیشنهادی (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 2 - Initial Modeling Using ENVI-met Software in Three Scenarios: a) Current Situation, b) Detailed Plan, c) Proposed Plan (Source: Research Findings, 2024)

جدول 6 مقایسه سه مدل را براساس شاخص‌های آسایش اقلیمی نشان می‌دهد. هدف این جدول، ارزیابی تأثیر طراحی‌های مختلف بر بهبود آسایش اقلیمی در محیط‌های شهری است.

جدول 6- مقایسه 3 مدل براساس شاخص‌های آسایش اقلیمی

Table 6 - Comparison of Three Models Based on Climatic Comfort Indicators

منبع: یافته‌های پژوهش، 1403

یافته‌ها

تحلیل‌های آسایش حرارتی براساس شاخص PET

شکل 3- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص PET در ساعت‌ 9 صبح روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 3 - Thermal Comfort Conditions Based on the PET Index at 9 AM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

شکل 3 نشان می‌دهد که در ساعت 9 صبح، مدل پیشنهادی با اختلافی جزئی نسبت به دو مدل دیگر وضعیت نسبتاً مطلوب‌تری را براساس شاخص دمای معادل فیزیولوژیکی ایجاد کرده‌ است.

شکل 4- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص PET در ساعت‌  14 ظهر روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 4 - Thermal Comfort Conditions Based on the PET Index at 2 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

شکل 4 بیانگر این موضوع است که در ساعت 14 مقادیر ماکزیمم آسایش حرارتی ثبت‌شده براساس شاخص PET در بخش‌هایی از سایت در مدل‌های 2 و 3 نسبت به مدل 1 اعداد بزرگ‌تری بوده‌اند. با بررسی نقشه‌های آسایش حرارتی در ساعت 14 مشخص می‌شود که مدل پیشنهادی، آسایش حرارتی بیشتری را نسبت به دو مدل دیگر در مرکز سایت بوجود می‌آورد؛ اگرچه مقادیر میانه برای آسایش حرارتی در مدل 1 در بخش‌های بیشتری از سایت مشاهده می‌شود.

شکل 5- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص PET در ساعت ­19 عصر 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 5 - Thermal Comfort Conditions Based on the PET Index at 7 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

با بررسی نقشه‌های آسایش حرارتی ارائه شده در شکل 5 مشخص شد در ساعت 19 مدل شماره 2 شرایط آسایش حرارتی نسبتاً بهتری را در مرکز سایت ایجاد می‌کند. اگرچه مدل‌های وضع موجود و  طرح پیشنهادی مقادیر بالاتری را برای آسایش حرارتی در بخش‌هایی از سایت فراهم می‌کنند، شرایط آسایش حرارتی مرکز سایت در مدل طرح تفصیلی مطلوب‌تر است.

نمودار 1- شرایط آسایش حرارتی PET در ساعت‌های 9، 14 و 19 روز 2 بهمن 1401 در سه مدل براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت برای گیرنده مجازی A (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Chart 1 - Thermal Comfort Conditions Based on the PET Index at 9 AM, 2 PM, and 7 PM on January 22, 2023, in Three Models According to Analysis with ENVI-met Software for Virtual Receiver A (Source: Research Findings, 2024)

در نمودار 1 شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص PET برای هر سه مدل در نقطه A ترسیم شده است. در این نقطه از سایت، در ساعات میانی روز با مداخلات ایجادشده براساس دو مدل 2 و 3 از نظر سطح آسایش وضعیت بهتری نسبت به وضع موجود ایجاد می‌شود. رفتار نمودار در دو مدل 2 و 3 تقریباً مشابه است؛ اگرچه در ساعات ابتدایی روز مقدار این شاخص در مدل 2 تا حدودی بالاتر و برای ساعات پایانی روز، وضعیت مدل 3 کمی بهتر است.

نمودار 2- شرایط آسایش حرارتی PET در ساعت‌های 9، 14 و 19 روز 2 بهمن 1401 در سه مدل براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت برای گیرنده مجازی   B(منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Chart 2 - Thermal Comfort Conditions Based on the PET Index at 9 AM, 2 PM, and 7 PM on January 22, 2023, in Three Models According to Analysis with ENVI-met Software for Virtual Receiver B (Source: Research Findings, 2024)

در نمودار 2 نیز شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص PET برای هر سه مدل در نقطه B ترسیم شده است. چنانچه مشاهده می‌شود رفتار نمودار در دو مدل 2 و 3 تقریباً مشابه بوده و بیان‌گر بهبود شاخص با انجام مداخلات در این نقطه است. مقدار این شاخص در مدل 3 کمی بالاتر است.

تحلیل‌های آسایش حرارتی براساس شاخص PET در مقیاس کلان نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی در ساعات اولیه صبح عملکرد بهتری نسبت به دو مدل دیگر دارد؛ هرچند این برتری جزئی است. در ساعت 14 بعدازظهر، هر دو مدل طرح تفصیلی و پیشنهادی شرایط آسایش حرارتی بهتری نسبت به وضع موجود در بخش‌های مختلف سایت فراهم می‌کنند؛ اما مدل پیشنهادی به‌ویژه در مرکز سایت عملکرد مطلوب‌تری نشان می‌دهد. در ساعات شب، مرکز سایت در مدل طرح تفصیلی آسایش حرارتی بهتری را فراهم می‌کند؛ هرچند در برخی بخش‌های سایت، مدل‌های وضع موجود و پیشنهادی مقادیر بالاتری از شاخص PET را ثبت می‌کنند. به‌طور کلی، مقایسه این سه مدل حاکی از آن است که طرح‌های پیشنهادی و تفصیلی با بهبود شرایط آسایش حرارتی در ساعات مختلف روز، تأثیرات مثبتی بر ایجاد شرایط اقلیمی مطلوب‌تر داشته‌اند. این یافته‌ها بر اهمیت مداخلات شهری نظیر تغییر در ارتفاع ساختمان‌ها، طراحی شبکه معابر و بهره‌گیری از فضای باز تأکید می‌کند که می‌تواند نقش مؤثری در ارتقای آسایش حرارتی کاربران در مناطق مختلف سایت داشته باشد.

ب) تحلیل‌های آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در مقیاس کلان

شکل 6- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در ساعت‌ 9 صبح روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 6 - Thermal Comfort Conditions Based on the UTCI Index at 9 AM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

بررسی شاخص UTCI در نقشه‌های ارائه‌شده در شکل 6 نشان می‌دهد انجام مداخله در سایت، در بهبود شرایط آسایش حرارتی در صبح تأثیرگذار است. به‌طور ویژه در مرکز سایت، این شاخص وضعیت بهتری را در مدل 2 نسبت به مدل 3 ایجاد می‌کند.

شکل 7- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در ساعت‌ 14ظهر روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 7 - Thermal Comfort Conditions Based on the UTCI Index at 2 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

به‌طور مشابه، با بررسی شاخص UTCI در نقشه‌های ارائه‌شده در شکل 7 مشخص شد انجام مداخله در سایت، در بهبود شرایط آسایش در ظهر نیز تأثیرگذار بوده و این شاخص در مرکز سایت برای مدل 3 کمی بهتر است.

شکل 8- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در ساعت‌ 19 عصر 2 بهمن 1401 در مدل‌های MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Figure 8 - Thermal Comfort Conditions Based on the UTCI Index at 7 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software (Source: Research Findings, 2024)

بررسی شاخص UTCI در نقشه‌های حرارتی ارائه‌شده در شکل 8 در ساعت 19 بیانگر این موضوع است که اگرچه مداخلات باعث بهبود آسایش حرارتی در ساعات ابتدایی و میانی روز شده است، در هنگام عصر، بافت موجود عملکرد بهتری در حفظ گرما و بهبود شرایط آسایش حرارتی دارد.

نمودار 3- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در ساعت‌های 9، 14 و 19 روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های  MAC1و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت در نقطه A (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Chart 3 - Thermal Comfort Conditions Based on the UTCI Index at 9 AM, 2 PM, and 7 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software at Point A (Source: Research Findings, 2024)

نمودار 4- شرایط آسایش حرارتی براساس شاخص UTCI در ساعت‌های 9، 14 و 19 روز 2 بهمن 1401 در مدل‌های  MAC1 و MAC2 و MAC3 براساس تحلیل با نرم‌افزار انویمت در نقطه B (منبع: یافته‌های پژوهش، 1403)

Chart 4 - Thermal Comfort Conditions Based on the UTCI Index at 9 AM, 2 PM, and 7 PM on January 22, 2023, in Models MAC1, MAC2, and MAC3 According to Analysis with ENVI-met Software at Point B (Source: Research Findings, 2024)

بررسی نمودارهای 3 و 4 که مربوط به شاخص UTCI هستند، نشان می‌دهد مداخلات طراحی در سایت تأثیر مثبتی بر آسایش حرارتی در ساعات مختلف روز داشته‌اند.

بحث

هندسه شهری و آسایش اقلیمی فضای بیرونی در اقلیم سرد

نسبت ارتفاع به عرض خیابان

با توجه به مطالعات یین و ژیائو هنگامی که ارتفاع ساختمان جانبی 15 متر است، معبر با عرض 12 تا 15 متر (یا نسبت ابعاد 1 به 1.25) یک ریزاقلیم راحت ایجاد می‌کند (Yin & Xiao, 2016, P. 236)؛ بنابراین، در مدل شماره ۲، معابر اصلی با عرض ۱۲ متر در جهت‌های شمالی-جنوبی و شرقی-غربی طراحی شده‌اند و نسبت ارتفاع به عرض خیابان بین ۱به۱ تا 1 به 1.2 متغیر است.  این طراحی با ایجاد سایه‌های مناسب در ساعات گرم روز، تابش مستقیم خورشید را کنترل می‌کند و به دلیل چیدمان مستقیم و شبکه‌ای معابر، تهویه طبیعی و توزیع یکنواخت نور خورشید را در طول روز بهبود می‌بخشد. در مقابل، مدل شماره ۳ با کاهش معابر مستقیم و ایجاد مسیرهای منحنی در بخش جنوبی، از حرکت سریع بادهای سرد جلوگیری می‌کند و مانع هدررفت گرما در فصول سرد می‌شود. این ویژگی، ضمن افزایش تنوع فضایی و حس محصوریت در مرکز محله، ممکن است جریان طبیعی هوا را محدود و در شرایط نیاز به تهویه طبیعی چالش‌هایی ایجاد کند.

مدل پیشنهادی و طرح تفصیلی به دلیل تفاوت در نسبت ارتفاع به عرض خیابان و چیدمان معابر، تأثیرات متفاوتی بر آسایش حرارتی در ساعات مختلف روز دارند. در طرح تفصیلی، تعداد معابر مستقیم بیشتر بوده و نسبت ارتفاع به عرض، به‌ویژه در مسیرهای شمالی-جنوبی، افزایش یافته است. این امر ضمن بهبود تهویه طبیعی و ایجاد دمای متعادل‌تر در ساعات صبح و شب، به دلیل عبور جریان هوای سرد، افت دمای بیشتری را در این ساعات به همراه دارد. در مقابل، مدل پیشنهادی با کاهش معابر مستقیم و استفاده از فرم‌های منحنی در بخش جنوبی، از عبور سریع بادهای سرد، جلوگیری و در ساعات ظهر و عصر، شرایط آسایش حرارتی مطلوب‌تری فراهم می‌کند.

تحلیل‌های PET و UTCI نشان می‌دهند که در مدل پیشنهادی، معابر بسته‌تر و نسبت کمتر ارتفاع به عرض در برخی بخش‌ها، حفظ گرما را افزایش می‌دهد و در ساعات ظهر و عصر عملکرد بهتری دارد. در طرح تفصیلی، افزایش تعداد معابر مستقیم و نسبت بالاتر ارتفاع به عرض، تهویه طبیعی را بهبود بخشیده و در ساعات صبح، به‌ویژه در معابر اصلی، شرایط آسایش حرارتی مطلوب‌تری ایجاد کرده است؛ بنابراین، هر دو مدل بسته به شرایط اقلیمی و ساعات مختلف روز، مزایا و محدودیت‌هایی دارند که باید در طراحی نهایی به‌صورت یکپارچه مورد توجه قرار گیرند.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که نسبت ارتفاع به عرض خیابان، چیدمان شبکه معابر و ویژگی‌های کالبدی محیط نقش کلیدی در کنترل آسایش حرارتی در اقلیم‌های سرد دارند. خیابان‌های با نسبت ارتفاع به عرض بالاتر، به دلیل سایه‌اندازی بیشتر، در ساعات گرم روز دمای مطلوب‌تری فراهم می‌کنند؛ اما ممکن است در ساعات شب باعث افت دما شوند. این یافته‌ها با مطالعات یانگ و همکاران همخوانی دارد که نشان داده‌اند خیابان‌های با نسبت ارتفاع به عرض بیشتر، در ساعات ظهر و عصر شرایط بهتری دارند (Yang et al., 2025)؛ با این حال، این مطالعه مشخص کرد که در اقلیم‌های سرد، افزایش بیش از حد این نسبت ممکن است در فصول سرد به احساس سرمای ناخوشایند منجر شود که این نتیجه تا حدی با تحقیقات پیشین متفاوت است.

جهت‌گیری ساختمان‌ها

در مدل شماره ۲، جهت‌گیری ساختمان‌ها به‌گونه‌ای تنظیم شده است که در فصل‌های سرد، حداکثردریافت شود و هم‌زمان، در ساعات گرم‌تر روز سایه‌ مؤثری بر فضاهای باز ایجاد شود. این الگوی طراحی، با کاهش بروز نقاط بسیار گرم یا بسیار سرد، موجب تعادل حرارتی در مقیاس محله شده است؛ یافته‌ای که با نتایج پژوهش  یانگ و همکاران هم‌خوانی دارد. آنها نشان دادند که جهت‌گیری صحیح خیابان‌ها و فضاهای باز در اقلیم سرد می‌تواند به افزایش دمای محسوس در زمستان و بهبود ریزاقلیم محلی کمک کند (Yang et al., 2025).

در مدل شماره ۳ نیز ساختمان‌هایی با ارتفاع یکنواخت ۶ متر پیرامون فضای مرکزی باعث جلوگیری از سایه‌اندازی بیش‌از‌حد و فراهم‌سازی امکان دریافت مستقیم نور خورشید شده‌اند؛ وضعیتی که به‌ویژه در فصل‌های سرد مفید است؛ اما ممکن است در تابستان منجر به افزایش دمای بیش‌ازحد در فضاهای باز شود. این مسئله در راستای یافته‌های مطالعه‌ای است که تأکید می‌کند جهت‌گیری ساختمان‌ها و میزان سایه‌افکنی، نقش مهمی در کنترل دمای هوای محیطی دارد (Liu et al., 2024, P. 9,12,17). علاوه بر کنترل تابش خورشید، تنظیم دقیق جهت‌گیری ساختمان‌ها در مدل پیشنهادی موجب کاهش نفوذ بادهای سرد نیز شده و به حفظ دمای محیط کمک کرده است. این رویکرد با نتایج مطالعه شریف و ابوحجله هماهنگ است که نشان دادند اصلاح جهت‌گیری و تراکم در بافت‌های مسکونی مناطق خشک می‌تواند آسایش حرارتی فضای باز را به طرز محسوسی بهبود بخشد (Shareef & Abu-Hijleh, 2020, P. 123).

مدل‌های مورد بررسی از نظر جهت‌گیری، تفاوت‌هایی در نحوه دریافت تابش خورشید، توزیع سایه و جریان باد دارند. در مدل طرح تفصیلی، جهت‌گیری فضاها به‌گونه‌ای طراحی شده است که سایه‌اندازی در ساعات ابتدایی روز بیشتر باشد؛ مسئله‌ای که به کاهش دمای محیط در صبح منجر شده است. این الگو مشابه الگوی پیشنهادی در پژوهش ژو و همکاران است که بر اهمیت تناسب جهت‌گیری حیاط‌ها و فضاهای باز با الگوهای خورشیدی و حرارتی تأکید دارد (Zhu et al., 2023). در مقابل، در مدل پیشنهادی، یکنواختی بیشتر در جهت‌گیری باعث شده است که در ظهر و عصر، جذب و حفظ گرما افزایش یابد و دمای محیط در محدوده مطلوب‌تری باقی بماند. نتایج تحلیل‌های PET نیز این روند را تأیید می‌کنند و نشان می‌دهند که توزیع یکنواخت‌تر تابش و کاهش سایه‌اندازی نامتقارن در مدل پیشنهادی، به شرایط حرارتی مطلوب‌تری در ساعات گرم‌تر روز منجر شده است (Palomo-Amores et al., 2023, P. 5). از سوی دیگر، تحلیل‌های UTCI در مدل طرح تفصیلی نشان داده‌اند که سایه‌های متناوب در ساعات سردتر (صبح و شب) به افزایش آسایش حرارتی کاربران منجر شده است.

مجموع این نتایج تأیید می‌کند که جهت‌گیری ساختمان‌ها، با اثرگذاری بر الگوی تابش، سایه و باد، عاملی کلیدی در بهینه‌سازی شرایط آسایش حرارتی فضاهای باز شهری است؛ و بسته به زمان روز و فصل، می‌تواند به‌صورت متفاوتی بر کیفیت تجربه حرارتی کاربران تأثیر بگذارد.

نظام ارتفاعی توده‌ها و آسایش اقلیمی فضای بیرونی در اقلیم سرد

در مدل شماره ۲، ارتفاع ساختمان‌ها به‌صورت پلکانی طراحی شده است؛ به‌ گونه‌ای که در مرکز محله ارتفاع ۹ متر و در شمال‌شرق سایت ارتفاع به ۱۸ متر می‌رسد. این طراحی به کنترل جریان بادهای سرد، کمک و تعادل دمایی را در کل محله برقرار می‌کند. مطالعات نشان داده‌اند که افزایش ارتفاع ساختمان‌ها می‌تواند به بهبود شرایط آسایش حرارتی در فضاهای باز شهری کمک کند (Rezaei Rad et al., 2023, P. 142).

در مقابل، در مدل شماره ۳، ارتفاع ساختمان‌های پیرامونی فضای مرکزی ۶ متر در نظر گرفته شده است که باعث افزایش دریافت نور خورشید در این فضا می‌شود و دمای محیطی را در طول روز بهبود می‌بخشد. با دورشدن از مرکز محله، ارتفاع ساختمان‌ها افزایش می‌یابد و در بخش شمال‌ شرق به ۱۸ متر می‌رسد. در ضلع شرقی، ارتفاع ساختمان‌ها بین ۹ تا ۱۸ متر متغیر است؛ درحالی‌که در جنوب محله ارتفاع بیشتر ساختمان‌ها ۱۵ متر است و در جنوب ‌شرق به ۱۲ متر کاهش می‌یابد. این تنوع ارتفاعی موجب کنترل بهتر جریان بادهای سرد می‌شود و از نفوذ مستقیم آنها به مرکز محله جلوگیری می‌کند. مطالعات نشان داده‌اند که تنوع در ارتفاع ساختمان‌ها می‌تواند به بهبود تهویه طبیعی و کاهش دمای محیطی کمک کند (Jani et al., 2021, P. 7)؛ با این حال، کاهش ارتفاع در مرکز محله می‌تواند در ساعات شب منجر به از دست رفتن گرمای ذخیره‌شده در طول روز شود. تحقیقات نشان می‌دهند که در مناطقی با ارتفاع ساختمان کمتر، گرمای ذخیره‌شده در طول روز سریع‌تر از دست می‌رود که می‌تواند بر آسایش حرارتی شبانه تأثیر منفی بگذارد (Jani et al., 2021, P. 8).

نظام ارتفاعی توده‌ها نقش مهمی در کنترل جریان هوا، سایه‌اندازی و میزان جذب گرما دارد. در مدل طرح تفصیلی، تنوع ارتفاعی ساختمان‌ها بیشتر است و به‌ویژه در مناطق جنوبی سایت، ساختمان‌های بلندتر قرار گرفته‌اند. این ویژگی باعث شده است که در ساعات صبح و شب، برخی بخش‌های سایت آسایش حرارتی بهتری تجربه کنند. در مدل پیشنهادی، ساختمان‌های پیرامونی مرکز سایت دارای ارتفاع یکنواخت (۶ متر) بوده و در بخش‌های شمال شرقی و شرقی، ارتفاع ساختمان‌ها به ۱۵ تا ۱۸ متر افزایش یافته است. این طراحی باعث شده که در ساعات ظهر و عصر، گرمای بیشتری در فضاهای مرکزی حفظ شود. مطالعات نشان داده‌اند که طراحی پلکانی و تنوع در ارتفاع ساختمان‌ها می‌تواند به بهبود شرایط آسایش حرارتی در فضاهای باز کمک کند (Shareef & Abu-Hijleh, 2020, P. 126).

تحلیل‌های PET نشان می‌دهند که در مدل پیشنهادی، نظام ارتفاعی به‌گونه‌ای عمل کرده‌اند که در ساعات ظهر و عصر، دمای محیطی متعادل‌تری نسبت به مدل طرح تفصیلی ایجاد شود. از سوی دیگر، تحلیل‌های UTCI نشان می‌دهند که در مدل طرح تفصیلی، تنوع ارتفاعی منجر به ایجاد سایه‌های متناوب در برخی معابر شده که این ویژگی در ساعات صبح و شب، شرایط مطلوب‌تری را فراهم کرده است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که کنترل دقیق ارتفاع ساختمان‌ها می‌تواند در بهینه‌سازی آسایش حرارتی نقش بسزایی ایفا کند و بسته به شرایط اقلیمی، تغییراتی در نحوه توزیع ارتفاع می‌تواند به بهبود شرایط آسایشی کمک کند ( Rezaei Rad et al., 2023, P. 143; Jani et al., 2021, P. 7).

تحلیل‌ها نشان می‌دهند که در طراحی شهری اقلیم سرد، تناسب میان نسبت ارتفاع به عرض خیابان، جهت‌گیری ساختمان‌ها و نظام ارتفاعی توده‌ها تأثیر مستقیمی بر آسایش اقلیمی فضای بیرونی دارد. مدل پیشنهادی با کاهش تعداد معابر مستقیم و ایجاد فرم‌های منحنی، توانسته از عبور سریع بادهای سرد، جلوگیری و در ساعات ظهر و عصر دمای متعادل‌تری ایجاد کند. در مقابل، مدل طرح تفصیلی به‌واسطه افزایش تعداد معابر مستقیم و تنوع ارتفاعی ساختمان‌ها، تهویه طبیعی بهتری را فراهم کرده و در ساعات صبح و شب آسایش اقلیمی مطلوب‌تری ارائه داده است. نتایج PET و UTCI نشان می‌دهند که هر دو مدل بسته به زمان روز و شرایط اقلیمی، عملکرد متفاوتی دارند و در طراحی نهایی باید به‌صورت یکپارچه به‌ کار گرفته شوند تا حداکثر آسایش حرارتی برای کاربران فراهم شود. در اقلیم سرد، طراحی شهری باید تعادلی میان تابش خورشید، تهویه طبیعی و حفظ گرما برقرار کند. در مدل پیشنهادی، نسبت ارتفاع به عرض خیابان و جهت‌گیری ساختمان‌ها به‌گونه‌ای تنظیم شده‌اند که در ظهر و عصر دمای محیط متعادل‌تر باشد؛ درحالی‌که مدل طرح تفصیلی با ایجاد سایه‌اندازی بیشتر، در صبح و شب شرایط آسایش بهتری فراهم کرده است. همچنین، نظام ارتفاعی در مدل پیشنهادی موجب حفظ گرما در فضای مرکزی شده است؛ اما مدل طرح تفصیلی با تنوع ارتفاعی، کنترل بهتری بر جریان هوا و دمای محیطی داشته است؛ بنابراین، هر دو مدل بسته به زمان روز و شرایط اقلیمی، مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

 نتیجه‌گیری

این پژوهش نشان داد که شاخص‌های فرم شهری در مقیاس کلان، شامل نسبت ارتفاع به عرض خیابان (H/W)، جهت‌گیری معابر و نظام ارتفاعی توده‌ها، تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر آسایش اقلیمی فضاهای بیرونی در اقلیم سرد دارند. تحلیل‌های انجام‌شده با نرم‌افزار ENVI-met در بافت فرسوده شهرکرد نشان داد که مدل پیشنهادی با کاهش معابر مستقیم و تنظیم ارتفاع ساختمان‌ها، در ساعات ظهر و عصر دمای متعادل‌تری ایجاد می‌کند و آسایش حرارتی بهتری فراهم می‌آورد. در مقابل، طرح تفصیلی با بهره‌گیری از معابر مستقیم و تنوع ارتفاعی، در ساعات صبح و شب عملکرد بهتری در بهبود آسایش حرارتی داشت. یافته‌های پژوهش با مطالعات پیشین هم‌خوانی دارد و تفاوت‌هایی ناشی از اقلیم محلی را نشان می‌دهد. نسبت ارتفاع به عرض خیابان در ایجاد ریزاقلیم راحت، مشابه یافته‌های یین و ژیائو با نسبت 1 به 1.25 برای معابر 15 متری است (Yin & Xiao, 2016, P. 236)؛ اما در اقلیم سرد، این نسبت باید بالاتر باشد تا از نفوذ باد سرد جلوگیری شود که با اقلیم معتدل آنها متفاوت است. جهت‌گیری ساختمان‌ها برای بهینه‌سازی تابش خورشید و کاهش سایه، با مطالعات لیو و همکاران هم‌راستا است (Liu et al., 2024, P. 17)؛ ولی در بافت ارگانیک شهرکرد، ترکیب جهت‌گیری با فرم‌های منحنی حفظ گرما را بهبود می‌بخشد که کمتر بررسی شده است. نظام ارتفاعی توده‌ها با رضایی‌راد و همکاران و جنی و همکاران هم‌خوانی دارد که تنوع ارتفاعی را برای تهویه و کنترل باد مفید می‌دانند؛ اما کاهش ارتفاع در مراکز فضایی در اقلیم سرد ایران ممکن است برخلاف اقلیم‌های خشک، در شب افت دما ایجاد کند ( Rezaei Rad et al., 2023, P. 143; Jani et al., 2021, P. 7). ادغام این شاخص‌ها، طبق پژوهش ژانگ و تیان، آسایش حرارتی را بهبود می‌بخشد (Zhang & Tian, 2023, P. 26)؛ اما نیاز به بومی‌سازی برای اقلیم سرد و خشک شهرکرد دارد؛ با این حال، محدودیت‌هایی نظیر ناکافی‌بودن داده‌های نرم‌افزاری، طولانی‌بودن زمان شبیه‌سازی، الزامات طرح تفصیلی و مسائل مالکیتی، مانع بررسی جامع همه مؤلفه‌های طراحی شهری شدند. همچنین، عدم ارزیابی عوامل روانی، اجتماعی و فرهنگی کاربران به دلیل محدودیت‌های زمانی، تحلیل دقیق‌تر آسایش اقلیمی را محدود کرد. این پژوهش بر ضرورت طراحی اقلیم‌محور با تأکید بر هماهنگی با ویژگی‌های بومی تأکید دارد و پیشنهاد می‌کند که پژوهش‌های آتی، ضمن تمرکز بر ادغام عوامل اقلیمی در برنامه‌ریزی شهری، موانع طراحی، نگرشی و سازمانی را بررسی کند و چارچوبی جامع برای طراحی فضاهای شهری در اقلیم سرد ارائه دهند که تعادل بهتری بین آسایش حرارتی و سرزندگی شهری ایجاد کند.