برودت تابشی
تمام اجسامی که در طول روز نور و گرمای خورشید را جذب میکنند، در طول شب، چون دمایی بیشتر از جو دارند، آغاز به ازدست دادن انرژی گرمایی به روش تابش میکنند. معماران از همین اصل برای خنک شدن ساختمانها در طول شب استفاده میکنند و این فرایند را برودت تابشی مینامند. البته این روش در مناطق مرطوب که هوا پر از رطوبت است و اختلاف دمای هوا در طول شب و روز زیاد نیست، کاربردی ندارد. اما در مناطق خشک آب و هوایی که روزهای گرم و شبهای خنک دارند و معمولا آسمان در آنجا صاف و بیابر است، این روش برای خنک کردن شبانه ساختمان مناسب است.
رابطه استفان-بولتزمان میزان انرژی تابششده توسط یک جسم را به اینصورت بیان میکند:
که در آن $\epsilon$ ضریبی مربوط به جنس سطح، $\delta$ مقداری ثابت، $A$ برابر با اندازه سطح و $T$ دمای سطح بر حسب مقیاس کلوین است. به این ترتیب با افزایش سطح، انرژی تابشی افزایش مییابد و سطح بیشتر خنک میشود.
شیروانیهای شیبدار، با افزایش سطح سقف بنا، سطح تابشی را در شب افزایش میدهد. همچنین زاویه شیروانی سبب میشود که سطح آفتابگیر سقف کم شود و در طول روز، گرمای کمتری از طریق سقف جذب شود.
در معماری نواحی گرم و خشک ایران، گنبدها، نقشی نظیر شیروانی ایفا میکنند.
سطح بیرونی یک طاق نیمکرهای شکل تقریبا سه برابر سطح قاعدهاش میباشد. یعنی استفاده از طاق به جای سقف افقی و صاف، سطح را تا سه برابر افزایش میدهد. این امر در طول روز سبب میشود که شدت تابش آفتاب بر سطح کمتر شود. محاسبات ریاضی نشان میدهد که اگر تمام سطح گنبد در معرض تابش آفتاب قرار میگرفت، بزرگشدن سطح و کمشدن شدت تابش، یکدیگر را خنثی میکردند. اما نکته اینجاست که بخشی از سطح گنبد در سایه خودش قرار میگیرد. به این ترتیب گنبد در طول روز کمتر از سقف افقی گرم میشود.
همین افزایش سطح سبب میشود که سقف گنبدی در طول شب گرمای بیشتری نسبت به سقف صاف از دست بدهد و بیشتر خنک شود.
از سوی دیگر، بامهای گنبدی بهسبب برجستگی که دارند همواره در معرض وزش نسیم و باد هستند. شکل زیر نشان میدهد که گنبد، مانعی در سرراه عبور جریان هواست. پس مطابق قانون برنولی، سرعت جریان هوا در بالای گنبد افزایش مییابد. همین امر سبب میشود که تبادل گرما از گنبد به بیرون، بیشتر و راحتتر صورت گیرد و سطح گنبد با وزش بادهای ملایم خنک شود.
