مدلسازی مصرف انرژی در ساختمان‌های بلندمرتبه شهری تحت سناریوهای چندگانه و با تاکید بر نما در معماری سبز

محورهای موضوعی : انرژی و محیط زیست

تبسم طبسی ¹ , امیر فرج‌الهی‌راد ^{2 *} , وحید احمدی ³ , حمید رضا شعاعی ⁴

1 - دانشجوی دکتری معماری، گروه معماری، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
2 - گروه هنر و معماری، واحد تهران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
3 - استادیار گروه معماری، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران
4 - استادیار گروه معماری، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، شاهرود، ایران

تاریخ دریافت : 1402/12/03 تاریخ پذیرش : 1403/03/28 تاریخ انتشار : 1403/03/30

کلید واژه: مدلسازی انرژی, معماری سبز, معماری پارامتریک, ساختمان‌های بلندمرتبه, نمای ساختمان,

چکیده مقاله :

چکیده مبسوط مقدمه: امروزه، از معماری سبز به عنوان ابزاری برای ارتقای کیفیت محیط شهری، مصرف بهینه انرژی و نیز کاهش آلودگیها نامبرده میشود.هدف از این تحقیق، مدلسازی میزان مصرف انرژی در ساختمانهای بلندمرتبه تحت سناریوهای چندگانه و با تاکید بر نمای ساختمان در معماری سبز میباشد. مواد و روشها: ابتدا مولفههای مرتبط با نمای ساختمانهای بلندمرتبه که در مصرف بهینه انرژی موثر هستند، در دو سبک معماری پارامتریک و سبز استخراج شدند. سپس، با استفاده از پنل خبرگان 15 نفره اقدام به اولویتبندی مولفهها گردید. در گام سوم، با استفاده از دادههای پرسشنامه و نرمافزار 22, SPSS و ضریب همبستگی تحلیل آماری گردید. در گام چهارم، برای شبیهسازی از یک مدل فرضی ساختمان بلندمرتبه در نرم افزار راینو ) (Software RHINOکهبهوسیله افزونه گرس هاپر ) (Grasshopperبه طور پارامتریک ساخته شده بود، استفاده شد. در انتها، در قالب سناریوهای چندگانه و شبیهسازی میزان مصرف انرژی تحلیل گردید. واژههای کلیدی: مدلسازی انرژی، معماری سبز، معماری پارامتریک، ساختمانهای بلندمرتبه، نمای ساختمان نتایج و بحث: از بین 18 مولفه شناساییشده مرتبط با اوریگامی، 4 عامل "رنگ"، "فرم بنا"، "موقعیت بازشوها" و "جنس مصالح" در مصرف بهینه انرژی نقش دارند. نتایج شبیه سازی نشان میدهد، میزان دریافت تابش سالیانه در مدل اولیه )حالت پایه( برابر با 18،2029 کیلووات ساعت میباشد. الگوی معماری پارامتریک، 34.8 درصد بیشتر از مدل اولیه تابش جذب کرده است. در الگوی معماری سبز میزان افزایش جذب انرژی خورشیدی 98/9 درصد بیشتر از حالت پایه بوده است. به عالوه، نرخ صرفهجویی مصرف انرژی نیز در الگوی معماری سبز 24/28 درصد بوده که نسبت به معماری پارامتریک )17/11 درصد( بوده است. از میان مولفههای موثر بر مصرف بهینه انرژی که در نماسازی سازههای بلند شهری کاربرد دارند، مولفه "جنس مصالح" با ضریب 130 بیشترین سهم را داشته و پس از آن مولفههای "رنگ مصالح" و "آلبدو" به ترتیب با ضرایب 120 و 110 قرار دارند. در انتهای این ردهبندی نیز مولفه "تعداد بازشوها" با ضریب 40 قرار دارد. نتیجهگیری: توجه بر مواردی نظیر جنس مصالح، رنگ مصالح، نوع پنجرهها، تعداد و موقعیت بازشوها، جنس و زاویه سایبانها و ... میتواند میزان مصرف انرژی داخلی ساختمان را کاهش دهد و از طرف دیگر، با جذب انرژی حرارتی در فصل سرد سال، نیاز به انرژی را کاهش دهد.

چکیده انگلیسی:

Introduction: Today, green architecture is referred to as a tool for improving the quality of the urban environment, optimizing energy consumption and reducing pollution. The purpose of this study is to model the amount of energy consumption in high-raise buildings under multiple scenarios and emphasize the facade of the building in green architecture. Materials and Methods: First, components related to the facade of high -rise buildings that are effective in optimizing energy consumption were extracted in two parametric and green architectural styles. Then, using the 15 -person expert panel, prioritized the components. In the third step, the statistical analysis was analyzed using questionnaire data and software. In the fourth step, it was used to simulate a hypothetical model of the Rhino Software, which was parametric by the Grassshopper plugin. Finally, they were analyzed in the form of multiple scenarios and energy consumption simulation.
Results and Discussion: Among the 18 components identified as Origami, 4 are factors "color", "form form", "opening position" and "material of materials" are involved in optimal energy consumption. The simulation results show that the annual radiation receipt in the initial model (base mode) is 2029.18 kWh. The parametric architectural pattern is 8.34 % more than the initial model of radiation. In the green architecture pattern, the increase in solar energy absorption was 9.98 percent higher than the base. In addition, the energy -saving rate in the green architecture pattern was 28.24 %, which was 11.11 % compared to parametric architecture. Among the components of optimal energy consumption used in the facade of high urban structures, the "material of materials" component with the coefficient of 130 has the highest share, followed by "color" and "albeado" components with coefficients of 120 and 110 respectively have. At the end of this ranking is the "number of openings" with a coefficient of 40.
Conclusion: Paying attention to materials such as the material of materials, the color of the materials, the type and position of the pop -up, the sex and angle of the canopies, etc. can reduce the amount of internal energy consumption of the building and on the other hand, by absorbing thermal energy in the cold season, the need To reduce energy.

منابع و مأخذ:

1. خدیوی. سمیرا، عباسپور. مجید، کرباسی. عبدالرضا، 1395، ارزیابی اجرای اقدامات مدیریت انرژی در بخش خانگی و تجاری در کلانشهرها با استفاده از روش SWOT، فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره هجدهم، ویژه‌نامه شماره 2، 11 ص.
2. بهبودی. داوود، اصلانی‌نیا. نسیم، سجودی. سکینه، 1394، تجزیه شدت انرژی و بررسی عوامل موثر بر آن در اقتصاد ایران، فصلنامه مطالعات اقتصاد انرژی، سال نهم، شماره 40، 10 صص.
3. بهرامی. حسین، داوودی. طهماسب، 1390،‌ مدیریت انرژی با تابلو برق هوشمند، نشریه انرژی ایران، سال دوازدهم، شماره 18.
4. بهمن‌پور. هومن، مافی. امیر، سلاجقه. بهرنگ، دربیکی. مزدک، 1399، تغییر اقلیم، بسته آموزشی سواد محیط زیستی؛ ویژه آموزشگران و تسهیلگرانع انتشارات سازمان حفاظت محیط زیست،‌ چاپ اول، تهران، 288 ص.
5. حسامی. زهره، 1397، کارگاه کارآفرینی بهینه‌سازی مصرف انرژی و محیط زیست، مرکز مدیریت محیط زیست و توسعه پایدار شهرداری تهران، دانشگاه صنعتی شریف. تهران.
6. سازمان حفاظت محیط زیست، 1398، ترجمه سند اهداف توسعه پایدار پاریس، تهران، 112 ص.
7. سماواتی. الهام، 1395، مدیریت انرژی ساختمان هوشمند با تغذیه منابع تجدیدپذیر، فصلنامه علمی – ترویجی انرژی‌های تجدیدپذیر و نو، سال سوم، شماره اول، 50-45 صص.
8. شعبانزاده. هادی، جوان. افشین، 1382، استانداردها و برچسب کارآیی انرژی، کتاب راهنما برای وسایل و تجهیزات روشنایی، انتشارات دانشگاه تهران، 36 ص.
9. طارطار. محمد، معرفت. مهدی، 1392، راهکارهای نوین کاهش مصرف انرژی در ساختمان از طریق اصلاح پوسته خارجی، مهندسی مکانیک، شماره 61، سال بیست و دوم.
10. غفاری جباری. شهلا، غفاری جباری. شیوا، صالحی. الهام، 1392، راهکارهای طراحی مسکن در بهینه‌سازی مصرف انرژی شهر تهران، مجله پژوهش‌های برنامه‌ریزی و سیاست‌گذاری انرژی، سال دوم، شماره 51. 132-115.
11. فاضلی. عبدالرضا، حیدری. شاهین، 1392، بهینه‌سازی مصرف انرژی در مناطق مسکونی شهر تهران با استفاده از رویکرد برنامه‌ریزی انرژی روتردام،‌ پژوهش‌های برنامه‌ریزی و سیاستگزاری انرژی، سال اول، شماره 3، 96-83 صص.
12. وریج کاظمی. محمد، 1396، ارایه راهکارهای عملیاتی به منظور بهینه‌سازی مصرف انرژی و مدیریت انرژی در ساختمانهای اداری و مسکونی ایران، دومین همایش ملی ساختمان آینده، تهران.
13. Abasi M, Tahbaz M, Vafaee R. Introducing an innovative variable building layers system (V.B.L.S), Naqshe Jahan, 2015; Vol. 5, No. 2, pp. 55-64. [In Persian] https://doi.org/10.30475/isau.2021.161914.1144
14. Abdul Ahad M. Paiva S. Tripathi G. Feroz N. Enabling Technologies and Sustainable Smart Cities. Sustainable Cities and Society. 2020.
15. Amirsardari, Yaser, and Manouchehr Fortun, and Manouchehr Moazzami, and Maryam Mohammadi, The meaning of the exterior appearance of the residential tower; Analyzing the discourse semiotics of tall residential buildings in Tehran. Journal of architecture and urban planning, 2021; Vol. 27, 5-25. [In Persian]. Doi: 10.30480/aup.2020.796
16. Balkhari Qahi H. About beauty: aesthetics in Islamic wisdom and Western philosophy. Tehran: University of Tehran. 2021. [In Persian]. file:///C:/Users/pctec/Downloads/4034114360201.pdf
17. Behzadpour M, khakzand M. Achieving green architecture through the use of BIM Environmental studies haft hesar. 2021
18. Biyik E, Araz M, Hepbasli A, Shahrestani M, Yao R, Shao L, Atlı YB. A key review of building integrated photovoltaic (BIPV) systems, Engineering Science and Technology International Journal, 2017; Vol. 20, No. 3, pp. 833–858. DOI: 10.1016/j.jestch.2017.01.009
19. Bokharaee S. Oppressive Environments: An Analytical Investigation of the Role of Buildings and Set-tings. Soffeh, 2017; 27(77), 5-20. [In Persian]. 20.1001.1.1683870.1396.27.2.1.3
20. Borzouei A, Zandieh M, Heidari S. Analyzing the Use of Origami to Increase the Solar Radiation on Photovoltaic Panels through Software Simulation. Iranian Architecture and Urbanism [Internet]. 2021; 11(2):189-203. [In Persian]. doi.org/10.30475/isau.2021.161914.1144
21. Chen S, Zhang G, Xia X, Setaung S, Shi S. A review of internal and external influencing factors on energy efficiency design of buildings, Energy & Buildings 216 (2020) 10994
22. Dong H, Qin B. Exploring the Link between Neighborhood Environment and Mental Wellbeing:A Case Study in Beijing, China. Landscape and Urban Planning, 2017; 164,
71-80. https://doi.org/10.1016/j.landurb-plan.2017.04.005 23. Ebrahimzadeh J, Qadermarzi J. An analysis of housing in urban areas; A solution to improve the quality of life of citizens; Case study: neighborhoods of Dehgolan city. Geography and Development, 2016; Volume 13, Number 40, 156-139. [In Persian]. 10.22111/gdij.2015.2103
24. Fahim Huseien G, Wei Shah K. A review on 5G technology for smart energy management and smart buildings in Singapore. Energy and AI. 2022
25. Hassanzadeh Firoozi M, Kalani Moghadam M, Bakshi H. Origami as a new construction technology in sustainable architecture. The first national conference of new ideas and technologies in architecture, Tabriz. 2011. [In Persian]
26. Heydari O, Zebardast L, Asgarirad Fahime. Study and evaluation of outdoor advertising in urban spaces (Case study: distance between Enqelab square and Valiasr intersection in Tehran city). Journal of Environmental Science and Technology [Internet]. 2019; 21; 3 (82):265-278. [In Persian]. 10.22034/jsc.2020.234241.1252
27. Khanifar H, Muslimi N. Principles and basics of qualitative research methods. Tehran: Negha Danesh. 2019. [In Persian]. https://uswr.ac.ir/uploads/2_57961.pdf
28. Lindal PJ, Hartig T. Architectural Variation, Building Height, And the Restorative Quality of Urban Residential Streetscapes. Journal of Environmental Psychology, 2013. 33, 26-36. https://doi.org/10.1016/j.jenvp.2012.09.003
29. Mariano-Hernandez D, Hernandez- Calejo L, Zorita-Lamadrid A, Duque-Perez O, Santos-Garcia F. A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis, Journal of Building Engineering 33 (2021) 10169
30. Mariano-Hern D, Andez L, Hernandez-Callejo A, Zorita-Lamadrid O, Duque-Perez F, Santos García. A review of strategies for building energy management system: Model predictive control, demand side management, optimization, and fault detect & diagnosis. 2020.
31. Mirheydar Turan B, Ostadi M, Niaye Qaraee f, Ehsaee A. A New Approach to the Analysis of Visual-Perception Illusion on the Spatial Layout of Urban Elements. Geographical Research [Internet]. 2021; 36(4):142:407-417. [In Persian]. URL: http://georesearch.ir/article-1-1088-en.html
32. Pashmfroosh S, Kohzadi Seifabadi I. Investigating the impact of high-rise buildings on the city landscape with an emphasis on legibility; Case example of Tehran. Geography, civil engineering and urban management studies, second period, 2016. vol. 4, 78-90. [In Persian]. https://www.armanshahrjournal.com
/article_79972.html?lang=en
33. Pilehchiha P. Optimization methods and algorithms in architectural design and urban planning, basic mathematical solutions. Naqsh Jahan, 2014. Volume 10, Volume 3, 205-216. [In Persian]. 20.1001.1.23224991.1399.10.3.4.4
34. Sahebsara F, Taghvaeipour A, Ghafarirad H. Kinematic Modelling of Origami-Inspired Continuum Robotic Arm by Constant-Curvature Elements. Modares Mechanical Engineering [Internet]. 2019; 19(11): 2729-2735. http://dorl.net/dor/20.1001.1.10275940.1398.19.11.11.5
35. Salvia M, Simoes SG, Herrando M, Cavar M, Cosmi G. Improving policy making and strategic planning competencies of public authorities in the energy management of municipal public buildings: The PrioritEE toolbox and its application in five mediterranean areas, Renewable and Sustainable Energy Reviews 135 (2021) 110106
36. USGBC. U.S.Green Building Council. (2016). LEED for building design and construction. Retrieved from http://leed. usgbc.org/bd-c.html
37. Vaid U, Evans GW. Housing Quality and Health: An Evaluation of Slum Rehabilitation in India. Environment and Behavior, 2016; 49(7), 771–790. https://doi.org/10.1177/0013916516667975
38. Zhang Z, Zhang J. Perceived Residential Environment of Neighborhood and Subjective Well-Being among the Elderly in China: A Mediating Role of Sense of Community. Journal of Environmental Psychology, 2017; 51, 82-94. https://doi.org/10.1016/j.jenvp.2017.03.004