مهندسی و مدیریت انرژی

مهندسی و مدیریت انرژی

تبیین نقش مصالح در مدیریت انرژی ساختمان در اقلیم گرم و خشک (مطالعه موردی: طرح خدمات‌رفاهی دانشگاه‌کاشان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 پژوهشکده انرژی، آب و محیط‌زیست، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
2 دانشکده معماری و هنر گروه مهندسی معماری، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
چکیده
بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها، به‌ویژه در اقلیم‌های گرم و خشک، از مهم‌ترین رویکردهای دستیابی به معماری پایدار به شمار می‌رود. هدف این پژوهش بررسی و تحلیل کمی تأثیر راهکارهای طراحی غیرفعال بر کاهش مصرف انرژی در مجموعه خدمات رفاهی دانشگاه کاشان است. روش تحقیق مبتنی بر مدل‌سازی و شبیه‌سازی عملکرد انرژی ساختمان با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌ساز پایگاه طراحی و موتور محاسباتی انرژی پلاس بوده است. در این پژوهش پارامترهای فرم اولیه، ارتفاع کرسی‌چینی، مصالح قاب و نوع شیشه پنجره‌ها، عمق و زوایای سایبان‌ها بر اساس مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان، مصالح دیوارهای خارجی و داخلی و سقف بام موردبررسی قرار گرفتند. داده‌های ورودی شامل شرایط اقلیمی شهر کاشان (فایل داده‌های آب‌و‌هوایی استاندارد)، مشخصات حرارتی مصالح و الگوی بهره‌برداری فضایی بوده و عملکرد سالانه برحسب کیلووات ساعت بر مترمربع در سال شبیه‌سازی گردید. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که در میان فرم‌های اولیه، فرم مربع با مصرف ۲2/267 کیلووات ساعت بر مترمربع بیشترین کارایی را دارد. همچنین، به‌کارگیری سایبان‌های ترکیبی (افقی و عمودی) با عمق ۱۰۰ سانتی‌متر سهم بسزایی در کاهش بار سرمایشی ایفا کرده و مصرف را به 75/189 کیلووات ساعت بر مترمربع رساند. در بخش پوسته نیز استفاده از ترکیب سنگ روشن و عایق پشم‌شیشه در دیوارهای خارجی و پوشش بازتاب‌دهنده سفید در بام، به ترتیب منجر به بهبود ۹1/۹ و 27/8 درصدی عملکرد حرارتی شدند. درنهایت، اعمال هم‌زمان این تدابیر غیرفعال، مصرف سالانه کل ساختمان را از حالت اولیه (۲2/267 کیلووات ساعت بر مترمربع) به حالت بهینه (81/167 کیلووات ساعت بر مترمربع) کاهش داد که این امر منجر به کاهش کل 2/37 درصدی مصرف انرژی سالانه ساختمان نسبت به حالت مبنا گردید. این دستاورد پتانسیل بالای طراحی اقلیمی را در کاهش وابستگی مجموعه‌های دانشگاهی به سیستم‌های فعال مکانیکی اثبات می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Ghobadian, V, “Climatic Analysis of the Traditional Iranian Buildings,” Tehran: University of Tehran Press, 2018. (In Persian) Available for purchase/download: https://www.amazon.com/SUSTAINABLE-TRADITIONAL-BUILDINGS-CLIMATIC-ANALYSIS-ebook/dp/B082VWY3GL
[2] Memarian, G. H. “Sun, Iranian Residential Architecture: Extroverted Typology,” Tehran: Iran University of Science and Technology, 1996. (In Persian), Available for purchase
[3] Zomorodian, Z. S. Aminian, S. Tahbaz, M. “Thermal Comfort Assessment in Classrooms in Hot and Dry Climate; Field Study: An Elementary School in Kashan,” Honar-Ha-Ye-Ziba: Memari-Va-Shahrsazi, Vol. 21, No. 4, pp. 17–28, 2016, https://doi.org/10.22059/jfaup.2017.61653. (In Persian)
[4] Souayfane, F. Fardoun, F. Biwole, P.-H. Phase Change Materials (PCM) for Cooling Applications in Buildings: A Review,” Energy and Buildings, Vol. 129, pp. 396–431, 2016, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.04.006.
[5] Khashei, Z. “The Role of Passive Systems in Providing Comfort in Traditional Houses in Isfahan” WIT Transactions on Ecology and the Environment, Vol. 128, pp. 231–240, 2010, https://doi.org/10.2495/ARC100231.
[6] Pérez-Lombard, L, Ortiz, J. Pout, C. “A Review on Buildings Energy Consumption Informatio,” Energy and Buildings, Vol. 40, No. 3, pp. 394–398, 2008, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.03.007
[7] Ghorbani Naeini, H. Norouziasas, A. Piraei, P. Kazemi, M. Kazemi, M. Hamdy, M. “Impact of Building Envelope Parameters on Occupants’ Thermal Comfort and Energy Use in Courtyard Houses” Architectural Engineering and Design Management, Vol. 20, No. 6, pp. 1725-1751 2023, https://doi.org/10.1080/17452007.2023.2254294.
[8] Al-Sanea, S. A. Zedan, M. F. “Improving Thermal Performance of Building Walls by Optimizing Insulation Layer Distribution and Thickness for Same Thermal Mass,” Applied Energy, Vol. 88, No. 9, pp. 3113–3124, 2011, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.02.036.
[9] Ascione, F. De Masi, R. F. de Rossi, F. Ruggiero, S. Vanoli, G. P. “Optimization of Building Envelope Design for nZEBs in Mediterranean Climate: Performance Analysis of Residential Case Study” Applied Energy, Vol. 183, pp. 938–957, 2016, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.09.027.
[10] Attia, S. Hensen, J. L. Beltrán, L. and De Herde, A. “Selection Criteria for Building Performance Simulation Tools” Journal of Building Performance Simulation, Vol. 5, No. 3, pp. 155–169, 2012, https://doi.org/10.1080/19401493.2010.549573.
[11] Hamzenejad, M. Fadaei, F. Ilderabadi, P. “Assessment of Thermal Comfort Indices (PMV and PPD) Based on Daylight and House Orientation in Traditional Houses of Yazd” Journal of Architecture in Hot and Arid Climates, Vol. 8, No. 11, pp. 1–16, 2020, https://doi.org/10.29252/ahac.8.11.1. (In Persian)
[12] Sadineni, S. B. Madala, S. Boehm, R. F. “Passive Building Energy Savings: A Review of Building Envelope Components” Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 15, No. 8, pp. 3617–3631, 2011, https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.014.
[13] Akbari, H. Hosseini Nejad, F. S. “Optimization of Building Orientation for Solar Radiation Utilization in Hot and Dry Climate (Case Study: Isfahan, Semnan, Kerman, and Yazd)” Journal of Architecture in Hot and Arid Climates, Vol. 7, No. 2, pp. 252–266, 2019, https://doi.org/10.29252/ahac.7.2.252. (In Persian)
[14] Foruzanmehr, A. Vellinga, M. “The Vernacular Mind: An Investigation into the Contemporary Use of Vernacular Passive Cooling Techniques in Iran,” Building Research & Information, Vol. 39, No. 3, pp. 294–301, 2011, https://doi.org/10.1080/09613218.2011.564757.
[15] Majidi, F. S. Aminian, S. Azimi, H. R. “Evaluation and Comparison of Thermal Comfort in Residential Neighborhoods of Isfahan” Studies on Iranian-Islamic City, Vol. 8, No. 15, pp. 47–66, 2019, https://doi.org/10.22034/siic.2019.102144. (In Persian)
[16] Sözen, M. S. Gedik, G. Z. “Evaluation of Thermal Comfort Conditions in Local Vernacular Architecture: Diyarbakir Case,” Building and Environment, Vol. 42, No. 8, pp. 3001–3009, 2007. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.02.018.
[17] Ascione, F. Bianco, N. De Masi, R. F. Mauro, G. M. “Design of the Building Envelope: A Multiobjective Optimization Approach for Residential Buildings” Applied Energy, Vol. 174, pp. 359–374, 2016, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.04.093.
[18] Crawley, D. B. Hand, J. W. Kummert, M. Griffith, B. T. “Contrasting the Capabilities of Building Energy Performance Simulation Programs” Building and Environment, Vol. 43, No. 4, pp. 661–673, 2008, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.10.027.
[19] Ozel, M. “Thermal Performance Analysis of Insulated Building Walls in Hot Climates” Energy and Buildings, Vol. 43, No. 9, pp. 2115–2121, 2011, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.04.018
[20] Santamouris, M. “Cooling the Cities—A Review of Reflective and Green Roof Mitigation Technologies to Fight Heat Island and Improve Comfort in Urban Environments” Solar Energy, Vol. 103, pp. 682–703, 2014, https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.07.003.
[21] Hosseini, S. H. Ghobadi, P. Ahmadi, T. Calautit, J. K. “Numerical Investigation of Roof Heating Impacts on Thermal Comfort and Air Quality in Urban Canyons” Applied Thermal Engineering, Vol. 123, pp. 310–326, 2017, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.05.074.
[22] Kibert, C. J. “Sustainable Construction: Green Building Design and Delivery” 4th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016.
Available for purchase: https://www.amazon.com/Sustainable-Construction-Building-Design-Delivery/dp/1119055172
or https://www.wiley.com/en-us/Sustainable+Construction%3A+Green+Building+Design+and+Delivery%2C+4th+Edition-p-9781119055174
[23] Road, Housing Urban Development Research Center (BHRC), “Iranian National Building Regulations, Topic 19: Energy Conservation,” 5th ed. Tehran: Nashr-e Tose’e Iran, 2019. (In Persian) Free download (nearby editions):
[24] Ministry of Roads and Urban Development, “National Building Regulations, Part 19: Energy Conservation,” 4th ed. Tehran, Iran, 2019. (In Persian) Free download: https://atnasr.ir/downloads/mabhas-19/