ارزیابی تأثیرات طراحی آتریوم مرکزی بر بارهای حرارتی ساختمان‌های اداری شهر اصفهان به‌منظور استخراج الگوریتم عملکرد انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه معماری، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

2 گروه معماری، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

3 گروه معماری، مرکز تحقیقات افق‌های نوین در معماری و شهرسازی، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

افزایش مصرف انرژی در ساختمان‌های اداری اقلیم گرم و خشک، ضرورت توجه به راهکارهای معماری به‌ویژه طراحی آتریوم مرکزی را دوچندان کرده است. بر همین اساس، این پژوهش با هدف ارزیابی تأثیر طراحی آتریوم بر بارهای حرارتی و استخراج الگوریتم پیش‌بینی عملکرد انرژی، به بررسی مجموعۀ اداری امیرکبیر اصفهان به‌عنوان نمونۀ موردی پرداخته است. پرسش اصلی تحقیق آن است که کدام ترکیب از ویژگی‌های هندسی و کالبدی آتریوم می‌تواند بهینه‌ترین عملکرد انرژی را در ساختمان‌های اداری اقلیم گرم و خشک ایجاد کند. روش تحقیق مبتنی‌بر شبیه‌سازی انرژی با استفاده از نرم‌افزار DesignBuilder  و تحلیل آماری با استفاده از رگرسیون چندمتغیره در محیط SPSS  است. متغیرهای مورد بررسی شامل نوع پلان (باز و ترکیبی)، نسبت ابعاد ساختمان و آتریوم (R1, R2, R3)، درصد سطح آتریوم (۱۰%، ۲۰%، ۳۰%) و نوع آتریوم (بدون بازشو، دارای بازشوی نورگیر، دارای سایبان سقفی با زوایای مختلف) در قالب ۵۴ سناریو شبیه‌سازی شده‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهد که سایبان سقفی با زاویۀ ۵ درجه، مؤثرترین عامل در کاهش بار سرمایش و مصرف انرژی سالیانه است، درحالی‌که آتریوم‌های فاقد سایبان یا بازشو بیشترین بار حرارتی را ایجاد کرده‌اند. همچنین، ترکیب فرم حجمی R3 (نسبت طول به عرض 3 به 2) با پلان باز و طراحی سایبان مناسب در برخی سناریوها عملکرد بهینۀ حرارتی را فراهم ساخته است. درنهایت، الگوریتم‌های حاصل از تحلیل رگرسیونی امکان پیش‌بینی بار گرمایش، سرمایش و مصرف انرژی سالیانه را فراهم کرده و می‌تواند به‌عنوان ابزاری کاربردی برای تصمیم‌سازی معماران در مراحل اولیۀ طراحی ساختمان‌های اداری در اقلیم گرم و خشک به‌ کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Lu, Y., Xiang, Y., Chen, G., Liu, J., Wang, Y., "On-site measurement and zonal simulation on winter indoor environment and air infiltration", Energy and Buildings, Vol. 213, p. 110160, 2020, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110160.
[2] Vujošević, M., Krstić-Furundžić, A., "The influence of atrium on energy performance of hotel building", Energy and Buildings, Vol. 154, pp. 309–321, 2017, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.09.068.
[3] Pan, Y., Li, Y., Huang, Z., Wu, G., "Study on simulation methods of atrium building cooling load", Energy and Buildings, Vol. 42, No. 8, pp. 1223–1230, 2010, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.04.008.
[4] Horan, J. M., Finn, D. P., "Sensitivity of air change rates in a naturally ventilated atrium space", Energy and Buildings, Vol. 40, No. 2, pp. 157–167, 2008, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.02.013.
[5] Wang, F., Pichatwatana, K., Roaf, S., Zhao, L., Zhu, Z., Li, J., "Developing a weather responsive internal shading system for atrium spaces of a commercial building in tropical climates", Building and Environment, Vol. 78, pp. 96–109, 2014, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.10.003
[6] Ratajczak, M., Jarzebska, A., Jaskulska, M., Siuta-Olcha, A., "Atrium as a component of HVAC system", Energy and Buildings, Vol. 255, p. 111717, 2022,  https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111717.
[7] Shafiei Fini, A., Moosavi, S., "The influence of atrium wall angularity on ventilation", Energy and Buildings, Vol. 92, pp. 139–153, 2016, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.01.056.
[8] Ray, S. D., Gong, N.-W., Glicksman, L. R., Paradiso, J. A., "Experimental characterization of full-scale naturally ventilated atrium", Energy and Buildings, Vol. 66, pp. 79–91, 2014, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.018.
[9] Zhao, Y., Zhao, K., Ge, J., "Predicting the temperature distribution of a non-enclosed atrium and adjacent zones based on the Block model", Building and Environment, Vol. 221, p. 108952, 2022, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.108952.
[10] Fan, Z., Yang, Z., Yang, L., "Daylight performance assessment of atrium skylight with integrated semi-transparent photovoltaic for different climate zones in China", Building and Environment, Vol. 180, p. 107299, 2021, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107299.
[11] Dong, L., He, Y., Qi, Q., Wang, W., "Optimization of daylight in atrium in underground commercial spaces: A case study in Chongqing, China", Energy and Buildings, Vol. 253, p. 111739, 2021, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111739.
[12] Qin, R., Yan, D., Zhou, X., Jiang, Y., "Research on a dynamic simulation method of atrium thermal environment based on neural network", Building and Environment, Vol. 46, No. 10, pp. 2027–2036, 2012, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.11.001.
[13] Aldawoud, A., "The influence of the atrium geometry on the building energy performance", Energy and Buildings, Vol. 54, pp. 225–230, 2012, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.038.
[14] Wang, L., Huang, Q., Zhang, Q., Xu, H., Yuen, R. K. K., "Role of atrium geometry in building energy consumption", Energy and Buildings, Vol. 143, pp. 118–130, 2017, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.06.064.
[15] Aldawoud, A., & Clark, R., "Comparative analysis of energy performance between courtyard and atrium in buildings", Energy and Buildings, Vol. 39, No. 9, pp. 1043–1050, 2007, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.02.017.
[16] Xu, F., Li, C., Tang, H., "Influence analysis of space configuration on cooling load of a large semi-closed atrium in hot and humid region", Building and Environment, Vol. 221, p. 109670, 2022, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109670.
[17] Liu, P.-C., Lin, H.-T., Chou, J.-H., "Evaluation of buoyancy-driven ventilation in atrium buildings using computational fluid dynamics and reduced-scale air model", Building and Environment, Vol. 44, No. 9, pp. 1918–1929, 2009, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2009.01.013.
[18] Hussain, S., Oosthuizen, P. H., "Validation of numerical modeling of conditions in an atrium space with a hybrid ventilation system", Building and Environment, Vol. 46, No. 5, pp. 1102–1115, 2012, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.12.016.
[19] Acred, A., Hunt, G. R., "Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach", Building and Environment, Vol. 66, pp. 65–76, 2013, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.10.007.
[20] Lynch, P. M., Hunt, G. R., "The night purging of a two-storey atrium building", Building and Environment, Vol. 45, No. 6, pp. 1373–1383, 2011, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2010.07.009.
[21] Liu, J., Xu, P., Yu, B., Guo, H., Wang, T., Liu, Y., "Fast 3D temperature prediction of entrance-atrium in commercial complex", Energy and Buildings, Vol. 263, p. 112032, 2022, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112032.
[22] Albuquerque, D. P., Mateus, N., Avantaggiato, M., Carrilho da Graça, G., "Full-scale measurement and validated simulation of cooling load reduction due to nighttime natural ventilation of a large atrium", Energy and Buildings, Vol. 224, p. 110233, 2020, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110233.
[23] Moosavi, L., Mahyuddin, N., Ghafar, N., "Atrium cooling performance in a low energy office building in the tropics, a field study", Building and Environment, Vol. 94, pp. 565–575, 2015, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2015.06.020.
[24] Khalaji Assadi, M., Dalir, F., Hamidi, A. A., "Analytical model of atrium for heating and ventilating an institutional building naturally", Energy and Buildings, Vol. 43, No. 11, pp. 3040–3047, 2011, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.05.009.
[25] Berardi, U., Wang, T., "Daylighting in an atrium-type high performance house", Building and Environment, Vol. 75, pp. 33–45, 2014, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.02.008
 [26] Ayala, P., Cantizano, A., Gutiérrez-Montes, C., Rein, G., "Influence of atrium roof geometries on the numerical predictions of fire tests under natural ventilation conditions", Energy and Buildings, Vol. 64, pp. 185–196, 2013, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.06.010
[27] Danielski, I., Nair, G., Joelsson, A., Fröling, M., "Heated atrium in multi-storey apartment buildings, a design with potential to enhance energy efficiency and to facilitate social interactions", Building and Environment, Vol. 106, pp. 144–155, 2016, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.06.038
[28] Wu, X., Oldfield, P., Heath, T., "Spatial openness and student activities in an atrium: A parametric evaluation of a social informal learning environment", Building and Environment, Vol. 183, p. 107141, 2020, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107141
[29] Ministry of Roads and Urban Development, Plan and Budget Organization, and Road, Housing and Urban Development Research Center, "Topic 19: Energy conservation in buildings (3rd ed.)", National Building Regulations Office, 2013.