طراحی پارامتریک

اهداف: بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها که بخش بزرگی از کل انرژی مصرف شده در کشور را شامل می شوند، اهمیت زیادی دارد. پنجره نیز به عنوان رابط محیط داخل و خارج ساختمان بخش تاثیرگذاری بر این مساله است. هدف از این پژوهش، بهینه سازی بازشو در فضای اداری در شهر تهران از نظر دریافت نور کافی و کاهش مصرف انرژی است. روش ها: شبیه سازی و بهینه سازی بازشو به صورت پارامتریک در گرسهاپر و آنالیز اهداف با استفاده از پلاگین هانیبی و لیدیباگ صورت گرفت. اتونومی فضایی نور روز و شدت مصرف انرژی برای تناسبات و موقعیت های متنوع پنجره در هشت جهت متغیر محاسبه شد. یافته ها: پنجره در جبهه شمال شرقی و بعد از آن در شرق، بهترین نتایج را داشته اند. نسبت پنجره به دیوار ۲۰ تا ۲۸% با طول و عرض به ترتیب به طور میانگین ۵۳/۶ و ۹/۰متر برای مدل پژوهش ایده آل ترین پاسخ ممکن بود. فاصله جداره پنجره ها از لبه دیوار و فاصله لبه بالای پنجره از کف به ترتیب به طور میانگین ۶۵/۰ و ۲۲/۲متر بود. نتیجه گیری: استفاده از روش های نوین شبیه سازی مقداری طراحان را قادر سازد تا با رویکردهای علمی، انتخاب های آگاهانه تری در فرآیند طراحی داشته باشند. چارچوب قابل تکرار ارایه شده در این پژوهش می تواند برای ساختمان هایی با کاربری یا موقعیت و تناسباتی متفاوت به کار گرفته شود و درنهایت طراحان را قادر سازد که با افزایش بهره وری فضا، نقشی موثر در توسعه پایدار داشته باشند.

بهره گیری از نور طبیعی در فضا های داخلی، افزون بر کاهش مصرف انرژی، تأثیرات مثبت فیزیکی و روانی بر کاربران را نیز در پی دارد. در کنار فواید استفاده از نور طبیعی باید توجه داشت که زیاده از حد بودن مقدار نور در فضا، منجر به بروز نارضایتی بصری و خیرگی می شود. در این مطالعه بهره وری روشنایی یک پوسته متحرک با طرح اسلیمی مورد بررسی قرار گرفته است. شش ضلعی های این طرح به عنوان بازشو در نظر گرفته شده اند و حرکت آن ها وابسته به موقعیت خورشید می باشد. هدف از طراحی این پوسته و سناریوی حرکتی آن، تأمین آسایش بصری در یک فضای اداری با نمای جنوبی در شهر تهران است. همچنین در مقابل پوسته، پانل های افقی با هدف کاهش تابش مستقیم نور خورشید در نظر گرفته شده اند. برای مدل سازی از نرم افزار گرس هاپر برای راینو، استخراج داده های آب و هوایی و موقعیت خورشید از پلاگین لیدی باگ، آنالیز نور از پلاگین هانی بی و برای یافتن حالات بهینه از نرم افزار دیزاین اکسپلورر استفاده شده است. آنالیز های خیرگی در ساعات بحرانی در 4 روز بحرانی سال انجام شده اند. نتایج آنالیز های روشنایی سالانه نشان داد که اعمال پوسته متحرک، نقش قابل توجهی در افزایش بهره وری روشنایی دارد و با معیار های آسایش بصری سیستم ارزشیابی لید مطابقت می کند و در اغلب ساعاتی که آنالیز خیرگی صورت گرفته، میزان خیرگی در حد نامحسوس است.

رشد سریع جمعیت منجر به افزایش نیاز به ساخت ساختمان های جدید می شود. با توجه به محدودیت زمین های شهری، ناگزیر ساختمان های بلند توسعه پیدا خواهندکرد. متغیرهای زیادی از جمله مشخصات معماری ساختمان بر میزان نیاز انرژی ساختمان و تامین آسایش حرارتی کاربران تاثیر گذارند. در این پژوهش بهینه سازی متغیرهای معماری به منظور تامین حداقل مصرف انرژی و حداکثر آسایش حرارتی با دو روش تحلیل پارامتریک و الگوریتم ژنتیک در سه اقلیم تهران، بندرعباس و تبریز بررسی شده است. همچنین حساسیت نتایح به دست آمده نسبت به تراکم بافت شهری ارزیابی شده است. نتایج نشان داده اند که در روش پارامتریک ساختمانی با فرم  مستطیل در  جهت گیری جنوبی با 40% سطح پنجره در دو شهر تهران و تبریز مناسب است. از طرف دیگر تنها در شهر بندرعباس تراکم بافت شهری زیاد در هر دو بخش انرژی وآسایش مناسب است و در دو شهر تهران و تبریز تراکم بافت شهری کم به عنوان الگوی شهری برگزیده انتخاب می شود. متغیرهای معماری: درصد پنجره، ساختار پنجره، فرم ساختمان به ترتیب با 4/15، 9/9 و 8/8 (درصد)  بیشترین میزان حساسیت را با استفاده از روش پارامتریک در بخش انرژی نمایش داده اند. این در حالی ست که در بخش بهینه سازی مصرف انرژی، شهرهای تهران، بندرعباس و تبریز به ترتیب با میزان 16، 6 و 23 (درصد) حساسیت در متغیرهای معماری در روش  الگوریتم ژنتیک را نشان می دهند. با بررسی هر دو  روش بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک نسبت به پارامتریک در بخش ارزیابی مصرف انرژی و عملکرد حرارتی دارای  شاخص حساسیت بالاتر به میزان 9.4 و 23.3 درصد به ترتیب است. از طرف دیگر روش پارامتریک با ایجاد روندی مرحله به مرحله، نتایج تصمیمات طراح را در گام های نخستین از وضعیت حرارتی و مصرف انرژی  به واسطه ی  تغییر در هر یک از متغیر های معماری ساختمان  آشکار می سازد.

افزایش عوامل موثر بر طراحی لوور، روند طراحی آنها را پیچیده تر از قبل کرده است. نه تنها عوامل موثر بر زیبایی لوور بلکه عوامل دیگری مانند مصرف انرژی و آسایش بصری نیز باید در روند طراحی لوور مورد نظر قرار گرفته شود. این تحقیق با در نظر گرفتن تاثیرگذارترین عوامل در طراحی لوور، گزینه های طراحی مناسب برای اقلیم های مورد مطالعه را نیز معرفی میکند تا بتوانیم بهترین گزینه های طراحی سازگار با هر اقلیم از نظر مصرف انرژی و دریافت نور روز را شناسایی کنیم. در این پژوهش میزان مصرف انرژی و آسایش بصری را بر اساس روش های کمی ارزیابی خواهیم کرد. به این منظور ابتدا پارامتر های متغیر عناصر تشکیل دهنده ی لوور را تعریف میکنیم و در قدم بعدی شهرهای بندرعباس و تبریز انتخاب شده اند تا شبیه سازی میزان مصرف انرژی و دریافت نور روز با در نظر گرفتن لوورها در این شهرها انجام بگیرد. نهایتا با توجه به اینکه چندین پاسخ ممکن بدست آمده است، با استفاده از نمودار پارتو به بهترین جواب های گرفته شده از بهینه سازی که از الگوریتم ژنتیک بهره میبرد، دست پیدا میکنیم. بنابراین، براساس طراحی های بدست آمده بهترین گزینه ی ممکن را انتخاب میشود تا در شهر و اقلیم انتخاب شده به کار گرفته شود.

اهداف: بررسی عملکرد و میزان تاثیر پوسته ساختمان بر مولفه های روشنایی طبیعی و دریافت تابش، به عنوان مولفه های موثر بر کیفیت فضای داخلی، درقالب طراحی یک پوسته با الگوریتم ورونوی، هدف اصلی مقاله است. ابزار و روش: با استفاده از الگوریتم ژنتیک و شاخص های روشنایی مفیدنور روز و انرژی دریافتی ازتابش خورشید، حالتهای بهینه از بین گزینه های طراحی پوسته ارایه شده اند. روش کار به صورت بهینه یابی چندهدفه -با استفاده ازالگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب و مدل سازی پارامتریک در پلتفرم راینو و افزونه گرسهاپر با بهره گیری از ابزارهای آنالیز محیطی همچون انرژی پلاس و رادیانس برای محاسبات عددی- بوده است. طراحی پوسته دوم برای تمامی جهه هاحالات ممکن بررسی شدو برای هر جبهه به حالت بهینه نهایی دست یافتیم ودر انتها پوسته های طراحی انتخاب شده درسه حالتِ 1- بدون پوسته دوم، 2- لوورهای افقی و 3- ایجاد پوسته ورنوی؛ موردآنالیز و مقایسه قرار گرفتند. یافته ها: در حالت بهینه نهایی پوسته ورنوی به عنوان پوسته دوم میزان افزایش روشنایی مفید نور روز نسبت به حالت بدون پوسته دوم برابر با۶۳.۲۹ درصد افزایش و نسبت به حالت استفاده از لوور های افقی ۲۱.۰۲ درصد افزایش داشته است. همچنین استفاده از این ایده طراحی، میزان دریافت تابش خورشیددر مقایسه با حالت بدون پوسته دوم برابر با ۶۳.۸۶درصد کاهش و نسبت به حالت استفاده از لوورهای افقی به عنوان پوسته دوم ۱۵.۳۸ درصد کاهش یافته است. نتیجه گیری: پوسته طراحی شده حاصل فرایند بهینه سازی و استفاده از هندسه ورونویی عملکرد مناسبی در بهبود شاخص روشنایی مفید نور روز و کاهش دریافت تابش خورشید دارد.

به کارگیری نورگیرهای سقفی در فروشگاه های بزرگ، با توجه به تقاضای بالای انرژی این کاربری و پتانسیل بهره مندی آن از نور طبیعی، می تواند باعث کاهش مصرف انرژی و انتقال نور روز به فضاهای عمیق تر شود. این پژوهش به بهینه سازی مشخصات نورگیر سقفی و جانبی با هدف تأمین روشنایی مناسب و کاهش مصرف انرژی در کاربری فروشگاهی و به طور خاص شعبه آل احمد فروشگاه شهروند در شهر تهران می پردازد. به منظور دستیابی به این هدف، پس از تعریف پارامترهای تأثیرگذار بر عملکرد انرژی و روشنایی در دو مدل دارای نورگیر سقفی و نورگیر جانبی به کمک فرایند بهینه سازی دو هدفه، مشخصات بهینه نورگیرها مشخص شد. در نهایت جهت بررسی میزان تأثیرگذاری متغیرهای بررسی شده بر خروجی، تحلیل حساسیت انجام شد. مطابق نتایج به دست آمده، نورگیر سقفی در نسبت مساحت سطح نورگذر خود به مساحت ساختمان در بازه 4.97% تا 6.09% با کمترین ارتفاع دیواره ها و شیشه دوجداره با ضریب گسیلندگی 0.10، و نورگیر جانبی با ارتفاع زیاد در جبهه شمالی و جنوبی و ارتفاع کم در جبهه شرقی و غربی با شیشه دوجداره با ضریب گسیلندگی 0.10 بهترین عملکرد را از نظر نور و انرژی داراست. همچنین نورگیر سقفی در مقایسه با نورگیر جانبی در شرایط یکسان، با 35% سطح شیشه کمتر اما با 12 کیلووات ساعت بر مترمربع شدت مصرف انرژی بیشتر، سطح مشابهی از نور روز با یکنواختی بیشتر فراهم می کند.