دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

با افزایش روزافزون استفاده از وسایل نقلیه موتوری در شهرها میزان آلاینده های ناشی از ترافیک رو به رشد است و کیفیت هوای داخل را تحت تاثیر قرار می دهد. یکی ازعوامل تاثیرگذار بر نفوذ آلاینده ها به بافت و تغییر سرعت انتشار آن (وابسته به سرعت هوا) فرم ساختمان است. بنابراین در پژوهش حاضر تاثیر فرم ساختمان بر غلظت آلاینده و سرعت هوای داخل ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور 3 فرم رایج شهری در منطقه یک شهر شیراز مورد بررسی قرار گرفته اند. این فرم ها با چهار چرخش 90 درجه در بافت شهری نقطه ای منظم، 12 نمونه بافت شهری متفاوت ایجاد می کنند. هر بافت در مجاورت یک اتوبان شهری به عنوان منبع آلاینده قرار گرفته است. بررسی نمونه ها از طریق شبیه سازی CFD انجام پذیرفته است. جریان ثابت سه بعدی (steady 3dimentional flow) با استفاده از مدل آشفتگی SST-Kω جهت شبیه سازی نمونه ها مورد استفاده قرار گرفته است که به صورت عددی بر اساس معادلات رینولدز میانگین ناویر استوکس (RANS) حل شده است. اعتبارسنجی نرم افزار CFD مورد استفاده در این تحقیق در مقایسه با آزمایشات تونل باد انجام گرفته است و نتایج قابل قبولی به همراه داشته است. نتایج نشان داد که فرم ساختمان تاثیر قابل توجهی بر کیفیت هوای درون ساختمان دارد. همچنین بر اساس نتایج روش تصمیم گیری چند معیاره تاپسیس، بهترین و بدترین الگوی فرمی ساختمان به منظور افزایش سرعت هوا و کاهش غلظت آلاینده های درون بنا به ترتیب مربوط به فرم با پیشامدگی بالکن مانند، رو به جهت باد و پیشامدگی بالکن مانند، پشت به جهت باد است.

با توجه به افزایش شهرنشینی در زندگی مدرن، آلودگی هوا یکی از معضلات مهم در دهه های اخیر بوده است که در رابطه با سلامت انسان به یک چالش مهم بدل گردیده است. این موضوع با پیشرفت شهرها و کاهش کیفیت هوا روز به روز به یک تهدید جدی برای زندگی انسان ها تبدیل شده است. به همین منظور کیفیت هوای شهری مساله مهم زیست محیطی در دنیا است که باعث جلوگیری از مرگ و میر انسان ها می شود. آلودگی هوا در شهرها براثر عواملی همچون صنایع و کارخانه ها، تردد خودروها، استفاده از سوخت های فسیلی برای سرمایش و گرمایش و مواردی از این قبیل ایجاد می شود. یکی از مهم ترین عوامل تولید و انتشار آلودگی در هوا، آلاینده های ترافیکی ناشی از تردد خودروها می باشد که بر محیط داخل ساختمان تاثیر دارند. با این حال معماری ساختمان ها می تواند نقش موثری بر کمیت و کیفیت ورود این آلاینده ها به فضای درون ساختمان ها داشته باشد که از جمله آن ها می توان به انواع بازشوها و اندازه و محل آن ها، چیدمان دکوراسیون داخلی، ارتفاع ساختمان، فرم بالکن و ... اشاره نمود. بر همین اساس از میان عناصر بیان شده، در مقاله حاضر به تاثیر فرم بالکن بر کاهش آلاینده های ترافیکی و افزایش کیفیت هوای داخلی پرداخته می شود. برای این منظور 10 مدل بالکن از نظر ویژگی های هندسه، جانپناه و دیوار بال در ساختمان میان مرتبه در شهر تهران در مجاورت بزرگراه شهید چمران (به عنوان مرکز انتشار آلاینده ترافیکی) به عنوان نمونه های موردی انتخاب و میزان ورود آلاینده های ترافیکی به درون بنا با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد شبیه سازی قرار گرفت. اعتبارسنجی نرم افزار در مطالعه حاضر براساس پژوهش سین و همکاران (2023) انجام گرفته است. تمام تنظیمات استفاده شده در مقاله مطابق با اعتبارسنجی می باشد؛ با این تفاوت که در این پژوهش از پارامتر غلظت آلاینده نیتروژن دی اکسید (NO₂) (منبع آلودگی) برای سنجش کیفیت هوا استفاده شده است. بر این اساس هدف اصلی در این پژوهش تعیین بهترین مدل هندسه و شکل ساختاری بالکن بر کاهش ورود آلاینده های ترافیکی به درون ساختمان و افزایش کیفیت هوای داخلی (IAQ) در ساختمان میان مرتبه است. نتایج پژوهش حاکی از آن است که بالکن با فرم مثلث بیشترین میزان غلظت و بالکن با فرم منحنی کمترین میزان غلظت ورودی آلاینده را در بخش هندسه بالکن به خود اختصاص داده اند. همچنین میزان غلظت آلاینده در بالکن هایی که جانپناه نرده ایی دارند به مراتب بسیار کمتر از بالکن هایی است که دارای دیوار بال می باشند. از سویی در این پژوهش می توان چنین برداشت نمود که با افزایش محصوریت بالکن در ساختمان های میان مرتبه که در مجاورت بزرگراه های شهری قرار دارند، غلظت آلاینده های ورودی به بنا افزایش می یابد. در حالی که با کاهش محصورت در بالکن، میزان انباشت آلودگی در داخل ساختمان کاهش می یابد.