روش CFD

تامین هوای پاک و تازه برای دانش آموزان در کلاس درس، خصوصا در فصل گرم، بسیار ضروری است. بر اساس شواهد و مطالعات، سیستمهای تهویه مکانیکی، ضمن گرانی، مصرف انرژی نسبتا بالایی دارند و تولید نوفه مینمایند. این مسئله در اقلیم مازندران، خصوصا در هوای شرجی، بسیار مطرح است خصوصا اینکه این مدارس با کولر آبی خنک میشوند؛ درحالیکه در بخش قابل توجهی از سال امکان استفاده از فرایند تهویه طبیعی وجود دارد و در فصل گرم مدارس تعطیل است. لذا هدف اصلی این مقاله ارائه راه حلی اجرایی در معماری کلاسهای درس است که بتواند موجب بهبود جریان هوای داخل تحت تاثیر باد خارج (تهویه طبیعی) شده، به نحوی که جریان هوای مطلوب و قابل کنترلی طبق استاندارد اشری در فضای داخلی برقرار باشد. پژوهش حاضر که یک تحقیق کاربردی است و ماهیتی میان رشته ای دارد، با اتکا به اندازه گیریهای تجربی در یک مدرسه موردی در آمل، بدست آمده است. روش تحقیق در این پژوهش، یک روش ترکیبی است: در مرحله اول با استفاده از یک راهبرد تجربی، متغیرهای مستقل تأثیرگذار، شناسایی و متغیر وابسته (سرعت و جهت جریان هوای داخل) توسط دستگاه های دقیق دیجیتال و انجام آزمایش دود اندازه گیری شد. سپس داده ها با استفاده از راهبرد شبیه سازی، تحلیل شدند. شبیه سازی در این پژوهش با روش دینامیک سیال محاسباتی (CFD) و با استفاده از نرم افزارهای Gambit و Fluent صورت پذیرفت. ابتدا روایی و پایای شبیه سازیها از طریق تطبیق با شواهد تجربی به اثبات رسید و سپس اقدام به تجزیه و تحلیل داده ها و متعاقبا مداخله در معماری از طریق شبیه سازی شد. نتایج نشان دادند که ترکیب بندی صحیح بازشوها و ایجاد نمای پلکانی در راستای باد موافق و نیز پیش بینی مکنده های موثر در دیوار رو به باد، میتواند با کنترل موثر ورود، خروج و پخشایش هوا در فضای داخلی (طبق استاندارد اشری)، تهویه طبیعی را تحت کنترل قرار داده و جریان مطلوبی را در تمام فضای داخل برقرار نماید.

بیان مسئله: بوشهر درکرانه شمالی خلیج فارس یکی از بحرانی ترین اقلیم های گرم و مرطوب ایران است. همواره، تهویه طبیعی یکی از روش های متداول تأمین آسایش حرارتی ساکنان بوده است. معماری بافت تاریخی بوشهر به دلیل درون گرایی و برون گرایی توأمان و بهره گیری از انواع فضاهای نیمه باز درونی و بیرونی نمونه ای شاخص در معماری ایران است. یکی از فضاهای نیمه باز مؤثر در تهویه طبیعی، طارمه است. این پژوهش درصدد است با مبنا قرار دادن طارمه و پارامترهای آن به بررسی تهویه، در فضای مسکونی بوشهر بپردازد. هدف پژوهش: این پژوهش با هدف بررسی تهویه طبیعی ناشی از پتانسیل های طارمه صورت گرفته است. روش پژوهش: به منظور تحقق اهداف پژوهش با روش تحقیق ترکیبی، ابتدا با استفاده از بررسی میدانی، مطالعات کتابخانه ای و بررسی اسناد و مدارک بناهای تاریخی، داده های 29 بنای طارمه دار که واجد ارزش تاریخی و ثبت در میراث فرهنگی بوشهر هستند را جمع آوری کرده است. در ادامه، با استفاده از راهبردی تجربی، متغیرهای مستقل تأثیرگذار بر کیفیت تهویه طبیعی شناسایی و متغیرهای وابسته توسط دستگاه های دقیق دیجیتال در یک نمونه موردی (عمارت دهدشتی) اندازه گیری و سپس داده های آن برای اعتبارسنجی نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است. پس از اعتبارسنجی نرم افزار، شبیه سازی مدل ها در نرم افزار cfd Autodesk 2018 و با تکیه بر روش 1CFD صورت گرفته است. سنجش شبیه سازی مدل های طارمه به صورت درونی، میانی و بیرونی برای مؤلفه های سرعت جریان و عمر هوا و نیز کلیات گردش باد، با لحاظ کردن اجزای پایه ای معماری شامل: ابعاد و اندازه (طول، عمق)، تأثیر اتاق و بازشو (با بازشو و بدون بازشو)، مکان بازشو اتاق، تعداد و فاصله بین ستون ها و فرم قرارگیری آن ها در بنا (خطی،L-شکل ، Uشکل و 4طرفه)، انجام شده است. نتیجه گیری: نتایج نشان می دهد، «طارمه درونی» به فرم خطی در  حالتی که جزئی از مساحت حیاط است ، بیشترین و طارمه 4طرفه، کمترین سرعت جریان هوا در حیاط و فضای نیمه باز را دارد. اهمیت و تأثیر تغییرات توده به مراتب بیش از سایر مؤلفه ها است. گردش باد در محدوه میانی کمتر و به سمت جداره ها بیشتر می شود. و طارمه درونی Uشکل بیشترین سرعت را در اتاق ایجاد کرده است. با کاهش تعداد ستون ها و افزایش ابعاد ستون ها در طارمه، سرعت جریان هوا در فضای طارمه کاسته می شود. با افزایش ارتفاع از طبقه همکف به اول و دوم در تمامی حالت ها سرعت جریان هوا در طارمه بیشتر می شود. در «طارمه میانی» عمق  مهم ترین عنصر کالبدی مؤثر بر تهویه است و افزایش عرض طارمه سرعت جریان هوا تا حدودی کاهش می یابد. افزودن «طارمه های بیرونی» باعث بهبود قابل توجه در کیفیت هوای فضای نیمه باز بیرونی شده است. از منظر عمق ، عمق متناسب برای طارمه5/ 3 و فرمL-شکل  بهینه ترین تهویه را از بابت سرعت جریان و کمترین عمر هوا و فرم خطی بدترین تهویه شامل کمترین سرعت جریان و بیشترین عمر هوا را دارد.