مدل‌یابی جریان هوای داخل حیاط مرکزی تحت تاثیر تغییرات عوامل کالبدی در خانه‌های سنتی اقلیم گرم و خشک یزد
محورهای موضوعی : معماری
امید رهایی
1
,
امیرحسین شیردل
2
*
,
میلاد امیدی
3
1 - استادیار، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.
2 - پژوهشگر معماری، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.
3 - دانشجوی دکتری معماری، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.
کلید واژه: تهویه طبیعی, حیاط مرکزی, خانه لاری ها, خانه گلشن, دیزاین بیلدر,
چکیده مقاله :
در خانه‌های سنتی يزد، حياط مركزی نقش مهمی در تهويه طبيعی و جريان هوا دارد كه با بررسی اين جريان تحت تاثير ساختار كالبدی، معيارهايی برای طراحی‌های جديد در اين اقليم استخراج گرديد. اين پژوهش به بررسی متغيرهای كالبدی حياط‌های مركزی و الگوی گردش هوا در اين خانه‌ها می‌پردازد. با استفاده از روش‌های تركيبی، تجربی و شبيه‌سازی، خانه‌های دارای حياط مركزی يزد به عنوان نمونه موردی انتخاب شدند. پس از مشاهدات ميدانی، سرعت جريان هوا به عنوان متغير وابسته اندازه‌گيری شده، نرم‌افزار ديزاين‌بيلدر برای تحليل داده‌ها به كار رفته و مداخلاتی در متغير مستقل (طول حياط) انجام شد. نتايج نشان می‌دهد كه تغيير طول حياط بر الگوی گردش هوا و تهويه طبيعی تأثير دارد. در حياط خانه گلشن، افزايش طول از ١٧به ٢٠متر، سرعت هوا را ۲۱٪ افزايش می‌دهد و در خانه لاری‌ها، افزايش طول از ٢٠به ٢٣متر، سرعت هوا را ۷/۵٪ افزايش می‌دهد.
Given the increasing consumption of fossil fuels and the architectural consequences of climate change resulting from it, it
is essential to create solutions to reduce energy consumption through optimal and climate-friendly design of buildings and
the exploitation of traditional foundations. Traditional Iranian architecture, which is known as one of the most successful
examples in the world, has overcome environmental problems over the ages by using various methods and measures and
has used precise and intelligent methods in coordinating the use of natural environments in the case of discovered hands.
Distrust of natural ventilation. The central courtyard is an important element in traditional Iranian architecture that, while
being simple and diverse in physical patterns, plays a role in the ventilation of surrounding spaces, considering the principle
of compatibility with the environment. The aim of the research is to identify the air circulation pattern inside the courtyard
and examine the status of natural ventilation during the study of physical changes in the central courtyards of traditional
houses in Yazd. This article, by its nature, has a mixed method and includes experimental, simulation, and research strategies.
The statistical population, houses with central courtyards in Yazd and houses in Lariha and Golshan, are selected as a
sample. After field observations with experimental measurements, the airflow speed was recorded as a dependent variable.
Then, the DesignBuilder software is used and simulated. After proving validity and reliability, interventions were made
in the independent change (yard length). The results show that changing the length of the yard, assuming that the width
is constant, affects the air circulation pattern of the central courtyard and natural ventilation of nature. In the courtyard
of the Golshan house, with an increase in length from 17 meters to 20 meters, the air speed increases by 21%, and in the
case of an increase in length from 20 meters to 23 meters, the air speed increases by 7.5%. In other words, the longer the
yard, the higher the wind speed, but it is not significant. The same increase will be noticeable in the yard, and it will be
ventilated. On the other hand, reducing the length has a proportional effect on the airspeed. This means that with increasing
length, the wind speed increases at a slower rate. Changing the length of the courtyard can be applied to improve the
ventilation of the central courtyard more easily than other factors, so these changes will be among the changes that are
effective in improving ventilation. In previous studies, architectural elements and physical changes have been investigated
in natural research on ventilation, but the physical changes of the central courtyard in traditional architecture, especially
the height and length of the courtyard, require further investigation and analysis. The results of this research can help
develop climate design patterns and create the possibility of using these patterns in contemporary architecture, so that by
combining traditional and modern structures, it can be designed in an environmentally friendly and energy-efficient way.
اکبری، حسن، رشید کلویر، حجت اله (1401)، بهینه‌سازی فرم، نسبت ابعادی و جهت‌گیری ساختمان بر اساس تابش خورشید و جهت باد (مطالعه‌ی موردی: شهرهای تبریز، یزد و بندرعباس). مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، دوره9، شماره34، صص 1-13. https://jargs.hsu.ac.ir/article_161479.html
تابان، محسن، پورجعفر، محمدرضا، بمانیان، محمدرضا، حیدری، شاهین (1392)، تعیین الگوی بهینه حیاط مرکزی در مسکن سنتی دزفول با تکیه بر تحلیل سایه دریافتی سطوح مختلف حیاط، باغ نظر، دوره10، شماره27، صص 39-48. https://www.bagh-sj.com/article_3966.html?lang=fa
حائری مازندرانی، محمدرضا (1388)، خانه، فرهنگ، طبیعت: بررسی معماری خانه‌های تاریخی و معاصر به منظور تدوین فرآیند و معیارهای طراحی خانه، تهران، نشر مرکز مطالعاتی و تحقیقاتی شهرسازی و معماری.
حزبئی، مرتضی، ادیب، زهرا، نصراللهی، فرشاد (1393)، تهویه طبیعی در شوادون‌های شهر دزفول با بهره‌گیری از مدل‌سازی CFD. نشریه باغ نظر، دوره11، شماره30، صص 37-48. https://www.bagh-sj.com/article_6496.html
رزاقیان، فرزانه، رهنما، محمدرحیم (1399)، تحلیل شاخص‌های شهر اکولوژیک در ساختمان‌های بلندمرتبه کلان‌شهر مشهد. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، دوره11، شماره40، صص 88-103. https://jargs.hsu.ac.ir/article_161520.html
رهایی، امید (1393)، بررسی فرآیند جریان هوای داخل و مدل‌های تحلیلی آن در سوله‌های صنعتی کوچک با روشCFD، نشریه معماری و شهر پایدار، دوره2، شماره2، پاییز و زمستان، صص 55-64. https://dorl.net/dor/20.1001.1.25886274.1393.2.2.5.0
رهایی، امید (1400)، بررسی تغییرات کالبدی حیاط‌های مرکزی بر الگوی جریان هوای داخل آن‌ها در خانه‌های دوران قاجار اصفهان با روش CFD (موردپژوهی: خانه لباف)، نشریه معماری و شهرپایدار، دوره9، شماره2، صص 25-46. https://dorl.net/dor/20.1001.1.25886274.1400.9.2.2.6
رهایی، امید، عظمتی، حمیدرضا (1399)، ارتقای کیفیت تهویه طبیعی در کلاس‌های مدارس استان مازندران بر اساس وضعیت بازشوها با روش CFD، نشریه معماری و شهرسازی ایران (JIAU)، دوره11، شماره1، صص 57-71. https://doi.org/10.30475/isau.2020.161257.1140
سلطاندوست، محمدرضا (1390)، اقلیم، معماری ،تهویه مطبوع. تهران: نشریزدا.
صائبی صفا، بهار، حیدری، فاطمه، سلیمان‌پور، نگار (1399)، ممیزی میزان هدر رفت انرژی از طریق جداره‌های خارجی ساختمان و تاثیر عایق حرارتی با شبیه‌سازی در نرم‌افزار دیزاین‌بیلدر (نمونه موردی: ساختمان اداری در شهر تهران)، نشریه نخبگان علوم و مهندسی، دوره5، شماره3، صص 169-179. https://elitesjournal.ir/fa/page.php?rid=489
عمیدپور، مجید (1388)، بررسی اثرات استفاده از بخاري‌هاي بدون دودکش بر روي کیفیت هواي داخل، پروژه تحقیقاتی، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مکانیک، کارفرما: شرکت بهینه‌سازي مصرف سوخت ایران.
قنبران، عبدالحمید، حسین‌پور، امین (1392)، بررسی رفتار حرارتی نماهای دوپوسته در اقلیم شهر تهران، نشریه معماری و شهر پایدار، دوره1، شماره2، صص43-53. https://dorl.net/dor/20.1001.1.25886274.1392.1.2.4.2
کسمایی، مرتضی (1392)، اقلیم و معماری. تهران، نشر خاک.
مرادی، ساسان، متین‌راد، مهرداد، فیاض، ریما، دهباشی شریف، مزین (1397)، گونه‌شناسی خانه‌های سنتی حیاط‌دار تبریز بر اساس معیارهای کالبدی موثر بر عملکرد اقلیمی حیاط مرکزی، نشریه مدیریت شهری، دوره17، شماره51، 87-105. https://www.sid.ir/paper/92050/fa
مردانی، علی، روسایی، امین (1400). تاثیر الگوی هندسی حیاط مرکزی بر جریان هوا در خانه های سنتی شوشتر. فصلنامه مطالعات شهر ایرانی اسلامی، 11 (43)، 71-102.
مسعودی نژاد, مصطفی , طاهباز, منصوره و مفیدی شمیرانی, سید مجید . (1400). بررسی رفتار حرارتی شوادان، نمونۀ موردی: خانۀ سوزنگر دزفول. مطالعات معماری ایران, 7(13), 49-70.
وکیلی‌نژاد، رزا (1395)، تاثیر ترکیبی ویژگی‌های کالبدی پوسته بنا و الگوهای تهویه طبیعی بر میزان مصرف انرژی در ساختمان‌های مسکونی (نمونه موردی ساختمان‌های تهویه یک‌طرفه در اقلیم گرم و خشک شیراز)، رساله دکتری، به راهنمایی دکتر مجید مفیدی و دکتر فاطمه مهدی‌زاده سراج، دانشگاه علم و صنعت ایران.
یزدی، یاسمن، مفیدی شمیرانی، سیدمجید، اعتصام، ایرج (1398)، معیارهای طراحی در ساختار حیاط مرکزی و تالار تابستان‌نشین خانه‌های قاجار یزد، نشریه مطالعات هنر اسلامی، دوره15، شماره34، صص 93-111. https://doi.org/10.22034/ias.2019.93928
Agrawal, S., Wong, J.K., Song, J., Mercan, O., Kushner, P.J. (2022). Assessment of the aerodynamic performance of unconventional building shapes using 3D steady RANS with SST k-ω turbulence model, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, V.225. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2022.104988
Aguilar, A.J., de la Hoz-Torres, M., Costa, N., Arezes, P., D. Martínez-Aires, M., Ruiz, D.P., (2022). Assessment of ventilation rates inside educational buildings in Southwestern Europe: Analysis of implemented strategic measures. Journal of Building Engineering. 51, 104204. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104204
Azarbayjani, M., (2013). Comparative Perfor mance Evaluation of a Multistory Double Skin Façade Building in Humid Continental Climate. The Visibility of Research, UNCC. DOI: https://doi.org/10.17831/rep:arcc%25y194
Banhidi, L.J., (1991). Radiant Heating Systems-Design and Applications, Pergamon Press.
Bay, E., Martinez-Molina, A., Dupont, W., (2022). Assessment of natural ventilation strategies in historical buildings in a hot and humid climate using energy and CFD simulations, Journal of Building Engineering, V.51. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104287
Blocken, B. (2014). 50 years of Computational Wind Engineering: Past, present and future, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, V.129, 69-102. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2014.03.008
Burgess, W.A., (1995). Recognition of HealthHazards in Industry. New York: Wiley Ltd.
Chung, L.P., Ahmad ,M.H.,Ossen ,D.R., Hamid, M ., (2015). Effective solar chimney cross section ventilation performance in Malaysia terraced house. Procedia-Social and Behavioral Sciences, Volume179, pp 276-289. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2015.02.431
De la Torre, S., Yousif, C., (2014). Evaluation of Chimney Stack Effect in a New Brewery Using DesignBuilder-energyPlus Software, Energy Procedia, Volume62, 230-235. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.12.384
Díaz-Calderón, D.F., Castillo, J.A., Huelsz, G. (2023). Evaluation of different window heights and facade porosities in naturally cross-ventilated buildings: CFD validation, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, V.232. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2022.105263
Figueroa-Lopez, A., Arias, A., Oregi, X., Rodríguez, I., (2021). Evaluation of passive strategies, natural ventilation and shading systems, to reduce overheating risk in a passive house tower in the north of Spain during the warm season, Journal of Building Engineering, V.43. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102607
IEA (2018), The Future of Cooling: Opportunities for energy-efficient air conditioning, IEA, Paris, https://doi.org/10.1787/9789264301993-en.
Indraganti , M., Boussaa, D. (2017). Comfort temperature and occupant adaptive behavior in offices in Qatar during summer. Energy and building. 150, pp23-36. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.05.063
Indraganti, M., Ooka, R., Rijal, H.B., Brager, G.S., (2014). Adaptive model of thermal comfort for offices in hot and humid climates of India. Building and Environment Journal. 74, 39-53. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.01.002
Izadyar, N., Miller, W., Rismanchi, B., Garcia-Hansen, V. (2020). A numerical investigation of balcony geometry impact on single-sided natural ventilation and thermal comfort, Building and Environment Journal. V. 177, 106847. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.106847
Jomehzadeh, F., Hussen, H.M., Calautit, J.K., Nejat, P., Ferwati, M.S. (2020). Natural ventilation by windcatcher (Badgir): a review on the impacts of geometry, microclimate and macroclimate. Energy and Buildings. 226, 110396. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110396
Jomehzadeh, F., Nejat, P., Calautit, J.K., Yusof, M.B.M., Zaki, S.A., Hughes, B.R., Yazid, M.N.A.W.M. (2017). A review on windcatcher for passive cooling and natural ventilation in buildings, Part 1: indoor air quality and thermal comfort assessment. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 70, 736–756. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.254
Jon, K.S., Luo, Y., Sin, C.H., Cui, P., Huang, Y., Tokgo, J. (2023). Impacts of wind direction on the ventilation and pollutant dispersion of 3D street canyon with balconies, Building and Environment, V.230. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110034
Karbasforoushha MA, Habib F, Zabihi H. The Effects of Central Courtyard’s Geometric Form of the Hot and Dry Settlements in Kashan on the Airfl ow Passing by the Walls and Floor: Case Study-Kashan City. 2023 Mar 12; 4(3): 394-400. doi: 10.37871/jbres1688
Koch-Nielsen, Halger (2017), Natural Ventilation: A Design Guide for Hot Climates, translated by Ahmadinejad, Mohammad, Khak Publishing.
Karbasforoushha, Mohammadali, HABIB, FERESHTEH, & ZABIHI, HOSSEIN. (2023). Behavior Analysis of Wind Hydrodynamics in the Central Courtyard of Hot and Dry Climate Settlement Based on the Length to Height Ratio (Case Study: Kashan City). INTERNATIONAL JOURNAL OF ARCHITECTURE AND URBAN DEVELOPMENT, 13(1 (47)), 5-14.
Nomura, M., Hiyama, K. (2017). A review: natural ventilation performance of office buildings in Japan. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 74, 746–754. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.083
Omrani, S., Garcia-Hansen, V., Capra, B., Drogemuller, R. (2017). Natural ventilation in multi-storey buildings: design process and review of evaluation tools. Building and Environment. 116, 182–194. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.02.012
Rahsepar Monfared, R., Azemati, S. (2021). Analysis of Wind Behavior in Natural Ventilation and Reduction of Energy Consumption in Residential Building Based on Vernacular Architecture: A Case Study of Effects of Dimensions and Layout of Opening on Natural Ventilation in Amol City, Iran. Armanshahr Architecture & Urban Development, Volume14, Issue35, pp103-114 .https://doi.org/10.22034/aaud.2020.210648.2058
Schulze, T., Gürlich, D., Eicker, U. (2018). Performance assessment of controlled natural ventilation for air quality control and passive cooling in existing and new office type buildings. Energy and Buildings. 172, 265–278. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.023
Soflaei, F., Shokouhian, M., Zhu, W. (2017). Socio-environmental sustainability in traditional courtyard houses of Iran and China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, V.69, 1147-1169. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.130
Vassella, C.C., Koch, J., Henzi, A., Jordan, A., Waeber, R., Iannaccone, R., Charri`ere, R. (2021). From spontaneous to strategic natural window ventilation: improving indoor air quality in Swiss schools. International Journal of Hygiene and Environmental Health, 234, 113746. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2021.113746
Yin, H., Liu, C., Zhang, l. (2019). Measurement and evaluation of indoor air quality in naturally ventilated residential buildings, Indoor Built Environment journal. No13, p.1-17. https://doi.org/10.1177/1420326X19833118
Zhang, T., Zhao, Y., Zhao, Y., Wang, Sh., Wang, J., (2022). A passive pivoted window for stabilizing the natural ventilation rate, Energy and Buildings, 267, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.112151
Zhang, X., Weerasuriya, A., Wang, J., Li, C., Chen, Z., Tse, K., Hang, J. (2022). Cross-ventilation of a generic building with various configurations of external and internal openings, Building and Environment, 207(A). https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.108447
Zhong, H., Sun, Y., Shang, J., Qian, F., Zhao, F., Kikumoto, H., Jimenez-Bescos, C., Liu, X., (2022). Single-sided natural ventilation in buildings: a critical literature review, Building and Environment, V.212. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.108797
Zhong, W., Xiao, W., Zhang, T., (2023). Numerical Investigations on Natural Ventilation in Atria of China's Southern Yangtze Vernacular Dwellings, Sustainable Cities and Society, V.89. https://doi.org/10.1016/j.scs.2022.104341