عملکرد حرارتی

مدل سازی عددی جریان سیال درون آب گرمکن های خورشیدی نوع لوله خلاء ارائه شده است. برای این مدل سازی از نرم افزار فلوئنت استفاده شده است و در آن یک لوله خلاء به همراه مقطع مخزن متناسب با آن مدل شده اند. برای سنجش اعتبار این مدل سازی عددی از آزمایشات تجربی استفاده شده است. نتایح حاصل از این مدل سازی عددی با نتایج آزمایش های تجربی مقایسه شده و از همخوانی مطلوبی برخوردار می باشد. از نتایج حاصل از این مدل سازی عددی می توان برای بررسی تاثیر پارامترهای هندسی مختلفی چون نسبت ابعادی لوله ها، شیب لوله ها، حجم مخزن، فاصله ی بین لوله های موازی، استفاده از بازتابنده پخشی در پشت لوله ها، فاصله ی این بازتابنده تا لوله هاو شرایط محیطی بر روی عملکرد گرمایی این نوع آب گرمکن ها استفاده نمود. از جمله نتایج حاصل از این مدل سازی نمودارهای توزیع سرعت و توزیع دما درون دامنه ی حل می باشد. این نمودارها نشان می دهند که در انتهای لوله ناحیه ای ساکن قرار دارد که دمای آن بیشتر از سایر نواحی است. در قسمت زیرین مخزن نیز یک ناحیه ساکن قرار دارد که وارد چرخه ی سیال نمی شود و دمایش کمتر از سایر نقاط دامنه حل می باشد. تاثیر میزان میانگین سطحی انرژی تابشی خورشید روی سطح لوله جاذب بر عملکرد گرمایی این نوع آب گرمکن ها نیز بررسی گردید. نتایج نشان داد که، با افزایش میانگین سطحی انرژی تابشی خورشید روی سطح لوله جاذب، عملکرد حرارتی لوله های خلاء تقریبا بصورت خطی افزایش می یابد.

از دیرباز انرژی خورشید در میان انرژی های تجدیدپذیر، نقش فعالی در تامین نیازهای گرمایشی و روشنایی ساختمان ها داشته است، گرمای حاصل از نور خورشید در فصل زمستان سبب کاهش بار گرمایشی ساختمان و این دریافت در فصل گرم، سبب افزایش بار سرمایشی ساختمان و مصرف سوخت می شود. یکی از عوامل مهم برای بهبود بهره وری انرژی در ساختمان، کنترل تابش خورشیدی است و با توجه به این که پنجره، تنها بخش در ساختمان است که به طور مستقیم تابش خورشیدی را وارد فضا می کند، بنابراین استفاده از سایه بان جهت کنترل نفوذ تابش خورشیدی به داخل فضا، ضروری است. پوشش محافظ پنجره نوعی سایه بان است که در طول سال ها در معماری ایران از آن بهره برده اند و در معماری خانه های دوره پهلوی شهر تهران نیز پوشش های محافظ پنجره ی چوبی با کرکره ثابت مشاهده می شود ولی با وجود این که این سایه بان ها بر عملکرد حرارتی و روشنایی فضا تاثیر گذارند، متاسفانه به دلیل عدم آگاهی معماران امروز، به فراموشی سپرده شده است. این تحقیق با مطالعات میدانی در رابطه با جزییات ساختاری پوشش های محافظ پنجر ه ی استفاده شده در خانه های شهر تهران، به بررسی تاثیر ویژگی های ساختاری این نوع سایه بان بر بهبود عملکرد حرارتی در ساختمان مسکونی پرداخته است. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار انرژی پلاس، تاثیر مکان قرارگیری، نوع، نحوه ی کنترل و جنس پوشش های محافظ پنجره بر بار سرمایشی و گرمایشی ماهانه و سالانه فضا بررسی شده است. نتیجه ی بررسی های صورت گرفته در این پژوهش نشان می دهد که پوشش محافظ پنجره ی چوبی و با کرکره های متحرک که به صورت هوشمند کنترل شده و در جداره ی خارجی پنجره نصب شده اند، در مقایسه با دیگر وضعیت های بررسی شده و شرایط بدون سایه بان، کاهش بیشتری در بار سرمایشی و گرمایشی فضا ایجاد کرده اند.

اهداف: در معماری خانه های تاریخی محیط توسط انسان در تعاملی دوجانبه با طبیعت شکل می گرفت. با ایجاد بحران های زیست محیطی معاصر، ادغام فرآیندهای طبیعی و انسانی مهمترین مسئله اکولوژی در حوزه پایداری گردید. هدف از مطالعه حاضر، شناسایی معیارهای اکولوژیکی در خانه های تاریخی با امکان بهره وری در معاصر است تا به ارائه راه حلهای اکولوژیکی با توجه به رفتار حرارتی در مناطق سردسیر پرداخته شود. روش ها: شناسایی این عوامل در دو نمونه از خانه های تاریخی اردبیل با استفاده از روشهای توصیفی، برداشت های میدانی و تحلیل داده های کمی صورت پذیرفته است. یافته ها: بررسی بحرانی ترین شرایط اقلیمی منطقه، نشان از مقاومت حرارتی اتاقها در برابر نوسانات دمایی دارد. همچنین شناسایی ویژگیهای معماری برگرفته از محیط طبیعی (توپوگرافی، اقلیم) و محیط انسان ساخت (فرم ساختمان، سازمان فضایی، مصالح، منظر، زیرساخت ها) علاوه بر تعامل بهینه بین این مولفه ها، ارائه دهنده راه حلهای اکولوژیکی است. نت یجه گ یری: سنجش معیارهای اکولوژیکی هم نشان دهنده سازگاری با محیط زیست است در واقع با استفاده از منابع طبیعی بر تاثیرات اقلیمی سرد فائق آمده اند به نحوی که اتاقهای با کارکرد فصلی نظیر شاه نشین و سرداب در مقابل نوسانات دمایی، عملکرد بهینه ای دارند برای مثال در نمونه ای با ابعاد کوچکتر شاه نشین حداقل اختلاف دمای داخل و خارج به 13 درجه سانتی گراد می رسد.

اهداف: در معماری خانه های تاریخی محیط توسط انسان در تعاملی دوجانبه با طبیعت شکل می گرفت. با ایجاد بحران های زیست محیطی معاصر، ادغام فرآیندهای طبیعی و انسانی مهمترین مسئله اکولوژی در حوزه پایداری گردید. هدف از مطالعه حاضر، شناسایی معیارهای اکولوژیکی در خانه های تاریخی با امکان بهره وری در معاصر است تا به ارائه راه حلهای اکولوژیکی با توجه به رفتار حرارتی در مناطق سردسیر پرداخته شود. روش ها: شناسایی این عوامل در دو نمونه از خانه های تاریخی اردبیل با استفاده از روشهای توصیفی، برداشت های میدانی و تحلیل داده های کمی صورت پذیرفته است. یافته ها: بررسی بحرانی ترین شرایط اقلیمی منطقه، نشان از مقاومت حرارتی اتاقها در برابر نوسانات دمایی دارد. همچنین شناسایی ویژگیهای معماری برگرفته از محیط طبیعی (توپوگرافی، اقلیم) و محیط انسان ساخت (فرم ساختمان، سازمان فضایی، مصالح، منظر، زیرساخت ها) علاوه بر تعامل بهینه بین این مولفه ها، ارائه دهنده راه حلهای اکولوژیکی است. نت یجه گ یری: سنجش معیارهای اکولوژیکی هم نشان دهنده سازگاری با محیط زیست است در واقع با استفاده از منابع طبیعی بر تاثیرات اقلیمی سرد فائق آمده اند به نحوی که اتاقهای با کارکرد فصلی نظیر شاه نشین و سرداب در مقابل نوسانات دمایی، عملکرد بهینه ای دارند برای مثال در نمونه ای با ابعاد کوچکتر شاه نشین حداقل اختلاف دمای داخل و خارج به 13 درجه سانتی گراد می رسد.

امروزه، گسترش سطوح مصنوع نسبت به فضاهای طبیعی شهرها، یک چالش اساسی است. توسعه ناپایدار شهرها متاثر از رشد تکنولوژی و بر هم خوردن تعادل زیستی میان محیط و انسان، نیازمند چاره اندیشی است. پژوهش حاضر با هدف، بررسی عملکرد حرارتی بام سبز در مقایسه با بام معمولی در شهر مشهد است. به این منظور، دو مدل آزمایشگاهی یکی دارای بام سبز و دیگری بد ون بام سبز با شرایط یکسان در دو بازه زمانی تابستان و زمستان، مورد بررسی قرار گرفته است. دمای سطوح بام ها اندازه گیری شده و شارحرارتی از طریق اختلاف دمای سطح خارجی و داخلی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد، دامنه نوسانات بام سبز در فصل تابستان در شهر مشهد 70 درصد و در فصل زمستان 85 درصد کمتر از دامنه نوسانات بام معمولی است و از آنجاییکه شهر مشهد دارای اقلیم سرد بوده و بیشتر سال نیاز به گرمایش دارد، بام سبز می تواند بر کاهش مصرف انرژی ساختمان های این شهر بسیار موثر واقع شود. همچنین بام سبز از طریق ایجاد سایه و سرمایش تبخیری در تابستان و به حداقل رساندن پرت حرارتی در زمستان می توانند نیاز سرمایشی در تابستان و نیاز گرمایشی در زمستان را به ترتیب 11٪ و 19٪ کاهش دهد. لذا می توان بیان نمود که بام های سبز چیزی بیش از یک فضای زیبا و دلنشین هستند و آنها می توانند موجب افزایش بهره وری انرژی در ساختمان ها شوند.

پیوند بین هندسه معابر شهری (H/W) و مصرف انرژی ساختمان، تعامل پیچیده ای بین عوامل اقلیمی، الگوهای مکانی، نحوه قرارگیری فضاهای باز و همجواری ساختمان هایی است که آنها را تشکیل می دهند.  این تحقیق، با استفاده از مفهوم خرد اقلیم ایجاد شده متأثر از هندسه معابر شهری به بررسی عملکرد حرارتی ساختمان های مسکونی شهرهمدان پرداخته است. ارزیابی اثر هندسه معابر شهری(H/W)  بر میزان مصرف انرژی، هدف اصلی است. در این مطالعه مجموعه جامعی از شبیه سازی های حرارتی مبتنی بر آب و هوای منطقه همدان و تحلیل آماری، برای بررسی چگونگی تأثیر تغییرات ضابطه ارتفاع نسبت به عرض معبر بر میزان مصرف انرژی انجام شده است. روش تحقیق به صورت ترکیبی از روش های کیفی و کمی(داده های عددی شبیه سازی) است. در مرحله شبیه سازی برای شناخت تأثیر(H/W)، بر میزان مصرف انرژی دو حالت در نظر گرفته شده است. ابتدا برای بررسی اثر شاخص عرض معبر، ارتفاع ثابت و عرض معبر متغیر و سپس برای بررسی شاخص ارتفاع، عرض معبر ثابت و ارتفاع متغیر در مدلسازی ها در نظر گرفته شده و در تحلیل یافته ها از روش های آماری، ضریب همبستگی، مقایسه با مدل مرجع و رگرسیون چندگانه بهره گرفته شده است. نتایج بیان می دارد که در تمام قطعات مسکونی الگوهای شمالی، بین ( متغّیر(6الی36متری) W/ ثابت H) و میزان انرژی سالانه، رابطه همبستگی مستقیم و با شدت زیاد و در الگوهای جنوبی، بدون همبستگی است. همچنین بین ( ثابت W/ متغیر(3الی10طبقه)H) و انرژی سالانه در قطعات شمالی، همبستگی مستقیم و در قطعات الگوهای جنوبی رابطه همبستگی معکوس ولی با تاثیر بسیار کم برقرار است. بنابراین شاخص هندسی معابر شهری در الگوهای شمالی مؤثر بوده و افزایش ارتفاع با افزایش فاصله افقی بین ساختمان ها در کاهش مصرف انرژی تأثیرگذار است. هرچه مقدار شاخص ((H/W در معابر شهری اقلیم سرد همدان عدد کمتری باشد(دره های کم عمق)، با افزایش جذب تابش خورشیدی، میزان مصرف انرژی ساختمان کاهش می یابد. با تحلیل رگرسیون چندگانه مشخص شد، شاخص های هندسی ((H/W و مقدار سطوح درمعرض آفتاب(Ssu) و سایه(Ssh) نسبت به زیربنا(A) و سطح کل(S)، بیشترین تبیین کننده مصرف انرژی در الگوهای قطعات شمالی هستند. الگوی پیشنهادی (تغییر در استقرار سطح اشغال الگوی اول) بهینه ترین عملکرد حرارتی را با کاهش 9/42 درصد انرژی سرمایشی و 73/4 درصدی انرژی نهایی دارد.

تغییرات اقلیمی یکی از شاخص ترین واکنش های محیطی است که با افزایش جمعیت و رشد شهرنشینی بر محیط زیست پیرامونی خود تاثیر گذاشته است. لذا آسایش حرارتی در چنین محیط انسان سازی تحت تاثیر شرایط اقلیمی پیرامونی خودقرار گرفته است. بازجست راهبردهای بوم گرایانه از مهمترین اهداف این تحقیق در کاهش دمای محیطی بوده است. تناسبات عناصر اقلیمی در بدنه نما همچون ایوان ها، تاثیرات بارزی بر کاهش دما بر محیط اطرافشان داشته اند. در این راستا 4 ایوان با 4 جهت جغرافیایی در 3 خانه بافت تاریخی شیراز انتخاب شدند . این پژوهش با رویکردی کمی از روش میدانی جهت برداشت داده های آب و هوایی ، مولفه های فیزیکی و شبیه سازی توسط نرم افزار بهره برده است. نتایج مستخرج از آزمایش های تجربی که توسط دستگاه هایی هم چون ترموهیگرومتر و ترموپیرومتر بر روی نقاط مدنظر انجام شده، توسط نرم افزار Envi-met صحت سنجی شده است. در انتها با نرم افزار Bio-met شاخص آسایش حرارتیPET تعیین شد. نتایج پژوهش حاکی از آن بود که با توجه به تفاوت میانگین شاخص PET ایوان و حیاط خانه ها ، تعدیل گر ایوان بر این شاخص تاثیر بیشتری نسبت به حیاط داشته است، لذا متغیرهایی نظیر عرض ایوان، مساحت گشایش فضایی در نما و ارتفاع از سطح حیاط با توجه به جهت جغرافیایی حائز اهمیت بوده اند. با افزایش عرض بازشوها و افزایش ارتفاع از سطح حیاط و به دنبال آن دوری جستن از بازتاب های دمایی، در ایوان ها شرایط دمایی بهینه تری تجربه شده است.

امروزه با توجه به ضرورت حفظ محیط زیست و منابع تجدید ناپذیر، کاهش مصرف منابع انرژی امری ضروری است. در ابنیه سنتی ایران، حیاط مرکزی همواره یکی از تاثیرگذارترین راهکارهای اقلیمی در راستای ایجاد خرد اقلیم بوده است. چرا که با افزایش سایه اندازی از طریق درختان وجداره های بنا، مانع تابش مستقیم آفتاب به بنا می شود. در همین راستا هدف پژوهش حاضر تغییر شیوه فعلی استقرار بنا در زمین به گونه ایست، که حیاط های میانی در بلوک های شهری ایجاد گردد و از عملکرد خرد اقلیمی این حیاط ها جهت کاهش مصرف منابع انرژی ساختمان استفاده شود. نمونه مورد مطالعه در این پژوهش آپارتمان های مسکونی تهران می باشد. روش تحقیق در این مقاله ترکیبی از روش های شبیه سازی، تجربی و استدلال منطقی است. متغیر مستقل در این پژوهش نسبت سطح به حجم خارجی بنا می باشد. در پژوهش حاضر مدل خطی (وضع موجود) و 3 مدل دارای حیاط میانی در نرم افزار دیزاین بیلدر شبیه سازی شد. نتایج نشان داد فرم حیاط میانی با کمترین نسبت سطح به حجم (حیاط میانی 3)، باعث کاهش بار سرمایشی در تابستان به میزان 18/35 kWh/m2 نسبت به وضع موجود شده است. کاهش بار گرمایشی در زمستان نیز 6/67 kWh/m2 است.

آسایش حرارتی در فضاهای شهری به دلیل نقش چشمگیر آن در کیفیت این فضاها از اهمیت به سزایی برخوردار است. بنابراین، ضروری است طراحی فرم فضاهای شهری با در نظر گرفتن اصول آسایش حرارتی صورت گیرد. پژوهش حاضر به کمک شاخص های آسایش حرارتی، چارچوبی برای سنجش جامع اثرات فرم شهری بر عملکرد حرارتی (آسایش و استرس حرارتی) در فصول گرم سال ارائه. همچنین، فرایند تدوین الگوی فضایی-زمانی آسایش حرارتی به مثابه ابزاری برای سنجش سناریوهای طراحی بافت های مسکونی در راستای کاهش جزایر حرارتی معرفی می شود. در تحقیق حاضر، مؤلفه های فرم بافت شهری از قبیل نسبت فضای باز و نیز مؤلفه های مربوط به پروفایل معابر، از قبیل ارتفاع ساختمان ها، جهت و درجه محصوریت در نمونه های منتخب شهر تهران بررسی گردیده است. ارزیابی نقش این دو دسته مؤلفه در عملکرد آسایش حرارتی سبب می شود تا نقش توأمان مؤلفه های فرم ساختمان ها و معابر در بافت های شهری باهمدیگر دیده شود. بر این اساس، عملکرد هر یک از گونه بافت های شهری در تأمین آسایش حرارتی و نیز ایجاد استرس حرارتی تعیین و تحلیل می گردد. چنین تحلیل های فضایی-زمانی در محیط شهری، طراح را قادر به ارزیابی طرح خود کرده و راهکارهایی برای بهبود وضعیت موجود ارائه دهد تا کیفیت فضاهای شهری در اقلیم های گرم ارتقا یابد.