ارائه مدل سایبان متحرک جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی با الهام از الگوریتم حرکتی گل آفتابگردان
محورهای موضوعی : توسعه پایدارزهرا یارمحمودی 1 , حامد مضطرزاده 2
1 - پژوهشگر دکتری، گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران. *(مسوول مکاتبات)
2 - استادیار، گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران.
کلید واژه: سایبان متحرک, بهینه‌سازی مصرف انرژی, گل آفتابگردان, آلیاژ حافظه‌دار.,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: وجود ساختارهای هوشمند در جهت استفاده‌ی غیرفعال از سیستم‌های تعدیل‌کننده‌ی انرژی مصرفی ساختمان‌ها در عصر امروز در راستای بهینه‌سازی مصرف انرژی، یکی از دغدغه‌های استفاده‌کنندگان از بناهای حاضر است. الگوگیری از سیستم‌های حرکتی موجود در طبیعت، یکی از روش‌های کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های غیرفعال می‌باشد که با کمترین میزان مصرف انرژی، بیشترین بازده را در برخواهد داشت. هدف از پژوهش حاضر، ارائه مدل سایبان متحرک، سازگار با اقلیم گرم و خشک در جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی است. مکانیزم حرکتی گل آفتابگردان به‌عنوان منبع الهام این پژوهش مورد تحلیل قرار گرفته و باتوجه به خصوصیات حرکتی گل آفتابگردان، آلیاژ حافظه‌دار به عنوان مصالح اصلی سایبان انتخاب شده است.
روش و بررسی: روش تحقیق مدلسازی - شبیه‌سازی است که به ارائه مدل الگوی حرکتی مناسب با نرم‌افزار راینو6 و افزونه‌ی گرس‌هاپر و تحلیل انرژی توسط افزونه‌ی لیدی‌باگ از ساعت 7تا19، 15مردادماه در اقلیم شیراز پرداخته است.
یافته‌ها: یافته‌های پژوهش نشان می‌دهد که، به دلیل بهره‌گیری از مصالح هوشمند و عدم استفاده از سیستم داینامیک در روند حرکتی گل آفتابگردان، می‌توان علاوه‌بر کاهش مصرف انرژی، میزان دریافتی تابش را در ساعات پرتابش، کاهش و در ساعات تابشی کمتر، افزایش داد.
بحث و نتیجه‌گیری: نتایج حاصل حاکی از آن است که پوسته متحرک الهام گرفته شده از مکانیزم حرکتی گل آفتابگردان، می‌تواند در جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی و کنترل ورود نور خورشید به عنوان سایبان یا پوسته‌ی نمای ساختمان در اقلیم‌های گرم و خشک یا گرم و نیمه‌خشک مورد استفاده قرار گیرد.
Background and Objectives: The existence of intelligent structures for the passive use of energy-regulating systems for energy consumption of buildings in today's era to optimize energy consumption, is one of the main concerns of users of existing buildings. Patterning of kinetic systems in nature is one of the best ways to reduce energy consumption in passive systems that will have the highest efficiency with the least amount of energy consumption. The aim of this research is modeling movable shading device that is compatible with Shiraz climate to optimize energy consumption. Sunflower has been selected as an inspiration source for this research and the plants movement mechanism has been analyzed.
Material& Methodlogy: The method of the study is simulation-modeling and kinetic facade performed parametrically in the Grasshopper and analysis of the objectives using the Ladybug plugins. The south facades shading device of a building in the Shiraz climate has been analyzed.
Findings: Due to the use of intelligent materials, the lack of dynamic system in shading device movement, in addition to reduce energy consumption, the amount of radiation receiving during launch hours can be reduced and increased during radiation hours. In research, in addition to analyzing the structure of the shading device during radiation hours, the amount of sunlight entering the window sill was also examined to determine the optimal opening of the shading device during launch hours.
Discussion and Conclusion: Modeled shading device can be used as a kinetic external sun shading device that can optimize energy consumption compatible with Shiraz climate.
1. Nasr T, Yarmahmoodi Z. Comparison of the Fixed External Sun Shading Devices Performance in order to Daylight Control (Case Study: Southern Facade in Yazd Climate). J. Env. Sci. Tech. 2023;24(5).
2. Yarmahmoodi Z, Nasr T, Moztarzadeh H. Modeling a Kinetic Smart Shell to Optimize Daylight in a Hot and Semi-Arid Climate (Inspired by the Movement Algorithm of Carnivorous Plant). Life Space Journal. 2023;1(3).
3. Heidari A, Taghipour M, Yarmahmoodi Z. The effect of fixed external shading devices on daylighting and thermal comfort in residential building. Journal of Daylighting. 2021;8(2):165-80.
4. Yarmahmoodi Z, Nasr T. Designing Convertible Structure for building façade to control daylight (Case study: Snaspdragon). Journal of Sustainable Architecture & Environment (JSAE). 2023;1(1).
5. Hosseini SM, Mohammadi M, Rosemann A, Schröder T, Lichtenberg J. A morphological approach for kinetic façade design process to improve visual and thermal comfort. Build Environ. 2019;153:186–204.
6. Hammer A. Climate Adaptive Building Shells for Plus-Energy-Buildings, Designed on Bionic Principles. Int J Archit Environ Eng. 2016;10(2):202–13.
7. Al Dakheel J, Tabet Aoul K. Building Applications, opportunities and challenges of active shading systems: A state-of-the-art review. Energies. 2017;10(10):1672.
8. Rahbar M, Mahdavinejad M, Bemanian M, Davaie Markazi AH, Hovestadt L. Generating Synthetic Space Allocation Probability Layouts Based on Trained Conditional-GANs. Appl Artif Intell. 2019;33(8):689–705.
9. Santos RA, Flores-Colen I, Simões NV, Silvestre JD. Auto-responsive technologies for thermal renovation of opaque facades. Energy Build. 2020;109968.
10. Ghaffari A. Evaluation of Visual Comfort Variables Affecting Educational Spaces (Case Study: Polytechnic University of Shahrood). Naqshejahan-Basic Stud New Technol Archit Plan. 2020;10(3).
11. Mahdavinejad M, Shahri S. Contemporization of Tehran Traditional Architecture by Parametric Algorithm. Hoviatshahr. 2015;8(20):35–48.
12. Jafari L, Khyrossadat A, Mirhosseini SM. Performance Assessment of Double Skin Façade in Optimizing Building Energy Consumption (Case Study in Shiraz). Int J Appl Arts Stud. 2017;2(3).
13. Rasuli M, Shahbazi Y, Matini M. Horizontal and Vertical Movable Drop-Down Shades Performance in Double Skin Facade of Office Buildings; Evaluation and Parametric Simulation. Naqshejahan-Basic Stud New Technol Archit Plan. 2019;9(2):135–44.
14. Nasr T, Yarmahmoodi Z. The Effect of Kinetic Shell’s Geometry on Energy Efficiency Optimization Inspired by Kinetic Algorithm of Mimosa Pudica. Naqshejahan-Basic Stud New Technol Archit Plan. 2020;10(3).
15. Karimpour A, Diba D, Etessam I. Economic Analysis and Assessing Energy Performance of Simulation-Powered Optimal Window Type and Window to Wall Ratio for Residential Buildings in Tehran. Hoviatshahr. 2017;11(2):17–30.
16. Elzeyadi I. The impacts of dynamic façade shading typologies on building energy performance and occupant’s multi-comfort. Archit Sci Rev. 2017;60(4):316–24.
17. Moghani Rahimi B, Porbar Z. Climate and architecture of Shiraz. Sci Res Q Geogr Data. 2013;22(87):64–7.
18. Al-Masrani SM, Al-Obaidi KM. Dynamic shading systems: A review of design parameters, platforms and evaluation strategies. Autom Constr. 2019;102:195–216.
19. Briggs WR. How do sunflowers follow the Sun—and to what end? Science (80). 2016;353(6299):541–2.
20. Matini M, Kakouee E. Compliant Mechanisms; an Approach Leading to Functional Deficiencies Reduction in Kinetic Skins. Honar-Ha-Ye-Ziba Memary Va Shahrsazi. 2019;24(2):39–48.
21. Matini mr. Pliable Convertible Structures in Architecture Inspired by Natural Role Models. 2015.
22. Rezvani Tavakol M. Behavior and mechanical properties of shape memory alloys in smart materials and its application in various industries. J Mech Eng Vib. 2014;5(3):35–40.