بهینه سازی انرژی در فصول سرد و گرم با بهره گیری از دیوار ترومب در ساختمان های اداری
محورهای موضوعی : معماری
سینا ملک احمدی
1
,
حمید ماجدی
2
,
راضیه لبیب زاده
3
1 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
2 - دانشیار/ دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
3 - عضو هیات علمی معماری دانشگاه علوم و تحقیقات
کلید واژه: معماری پایدار, طراحی معماری, اقلیم گرم و خشک, مدل کاربردی, شهر اصفهان.,
چکیده مقاله :
امروزه صرفه جویی در مصرف انرژی یکی از ارکان ضروری برای کاهش گرمایش جهانی، کنترل تغییرات آب و هوایی، کاهش سطح گازهای گلخانه ای در جو زمین و کربنزدایی به شمار میرود. با توجه به اینکه بخش ساختمان نیمی از انرژی جهان را مصرف میکند، این سؤال مطرح می شود که چگونه می توان با پردازش مدل کاربردی و ضمن استفاده از منابع تجدیدپذیر در پوسته خارجی ساختمان، مصرف انرژی را در فصول سرد و گرم کاهش داد. هدف از این پژوهش معرفی مدل کاربردی است که از تلفیق سازوکار مربوط به ساختمانهای انرژی نزدیک به صفر، شبیه سازی رفتار انرژی در محیط نرمافزار دیزاین بیلدر و طراحی معماری مبتنی بر ویژگیهای اقلیمی حاصل شده است. این مدل میتواند به راحتی در ساختمانهای موجود با کاربری اداری واقع در اقلیم گرم و خشک استفاده شود و علاوه بر فصول سرد، در فصول گرم نیز به بهینه سازی انرژی در ساختمان بیانجامد. این پژوهش ترکیبی کمی و کیفی و از نوع کاربردی است. برای جمع آوری و تحلیل داده های اقلیمی از نرم افزار مشاور اقلیمی و برای تحلیل رفتار انرژی در ساختمان از دیزاین بیلدر به عنوان نرمافزاز شبیه ساز انرژی استفاده شده است. نتایج پژوهش حاکی از این است که ساختمانهای انرژی نزدیک به صفر در کاهش مصرف انرژی مؤثر است. نتایج شبیه سازی تأیید کرد که بهکارگیری دیوار ترومب با ضخامت 25 سانتیمتر به میزان 43.29 درصد از بار گرمایش ساختمان در فصول سرد میکاهد. در عین حال این عنصر عملکرد مطلوبی در فصول گرم ندارد و لازم است تا با اتخاذ راهکارهای معماری شامل دودکش حرارتی و بازشوها و استفاده از جریان طبیعی هوا حرارت و انرژی دریافتی در فصول گرم را تعدیل کرد.
Today, saving energy is one of the essential elements for reducing global warming, controlling climate change, reducing the level of greenhouse gases in the atmosphere, and decarbonizing. Considering that the building sector consumes half of the world's energy, the question arises as to how to reduce energy consumption in hot and cold seasons by processing the functional model and using renewable resources in the outer shell of the building. Reduced The purpose of this research is to introduce a practical model that is obtained from the combination of the mechanism related to near-zero energy buildings, the simulation of energy behavior in the environment of Design Builder software, and the architectural design based on climatic characteristics. This model can be easily used in existing buildings with office use located in hot and dry climates, and in addition to cold seasons, it can lead to energy optimization in the building. This research is a combination of quantitative and qualitative and of an applied type. To collect and analyze climate data, climate consultant software was used, and to analyze energy behavior in the building, Design Builder was used as an energy simulator software. The results of the research indicate that energy buildings close to zero are effective in reducing energy consumption. The simulation results confirmed that the use of a Trombe wall with a thickness of 25 cm reduces the heating load of the building by 29.43% in cold seasons. At the same time, this element does not perform well in hot seasons and it is necessary to adjust the heat and energy received in hot seasons by adopting architectural solutions including thermal chimneys and openings, and using natural airflow.
1. توسلی، محمود. (1391). ساخت شهر و معماری در اقلیم گرم و خشک ایران. تهران: انتشارات پیام و پیوند نو.
2. حسن¬قلی¬نژاد یاسوری، کبری، و مفیدی شمیرانی، سید مجید. (1398). استاندارهای پایداری در شکل¬گیری ساختار و عناصر معماری اقلیم گرم و خشک. نشریه علمی-پژوهشی مطالعات هنر اسلامی، 15 (34)، 187-214.
3. معماریان، غلامحسین. (1375). آشنایی با معماری مسکونی ایران (گونه¬شناسی درون¬گرا)، انتشارات دانشگاه علم و صنعت، 20-32.
4. یاران، علی، و جعفری، پرستو. (1401). تجزیه¬وتحلیل نقش انرژی غیرفعال در ارزیابی خانه¬های کاشان. مجلۀ منظر، 14(59 )، 40-57.
5. یزدی، یاسمن، مفیدی شمیرانی، سید مجید، و اعتصام، ایرج. (1400). بررسی رابطۀ اجزای کالبدی خانه‌های بومی اقلیم گرم و خشک ایران (مطالعۀ موردی: خانه‌های قاجاری یزد). نشریۀ علمی باغ نظر، 18 (96)، 59-76.
6. Amaripadath, D., Rahif, R., Zuo, W., Velickovic, M., Voglaire, C., & Attia, S. (2023), Climate change sensitive sizing and design for nearly zero-energy office building systems in Brussels, Energy and Buildings, (286).
7. Aşikoğlu, A., Altin, M., & Bayram, N. S. (2021). Pasif Ev Sertifika Sisteminin Mevcut Binalarda Uygulanmasi: EnerPHit Sertifika Sistemi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(5), 1146-1156.
8. Attia, Sh., Kurnitski, J., Kosiński, P., Borodiņecs, A., Deme Belafi, Z., István, K., Krstić, H., Moldovan, M., Visa, I., Mihailov, N., Evstatiev, B., Banionis, K., Čekon, M., Vilčeková, S., Struhala, K., Brzoň, R., & Laurent, O. (2022). Overview and future challenges of nearly zero-energy building (nZEB) design in Eastern Europe, Energy and Buildings, (267).
9. Barrutieta, X., Gainza, J., Irulegi, O. & Hernández, R. 2023. The zero building: an exemplary nearly zero energy office building (NZEB) and its potential to become a positive energy building (PEB). Architectural Science Review, 66 (3), 214-225.
10. Ben Romdhane, S., Mahjoub, H., Mahjoub Said, N., Jemni, A. (2023). Computational modelling and simulation of Trombe walls as a passive ventilation system under an oceanic climate. Journal of Taibah University for Science, 17 (1).
11. Borrallo-Jiménez, M., LopezDeAsiain, M., Esquivias, P.M. & Delgado-Trujillo, D. (2022). Comparative study between the Passive House Standard in warm climates and Nearly Zero Energy Buildings under Spanish Technical Building Code in a dwelling design in Seville, Spain. Energy and Buildings, (254).
12. Bruno, R., Bevilacqua, P., Cirone, D., Perrella, S., & Rollo, A. (2021). A Calibration of the Solar Load Ratio Method to Determine the Heat Gain in PV-Trombe Walls. Energies, 15(328), 1-15.
13. Chan, T., Thi Hai Ha, P., & Thi Khanh Phuong, N. (2022). Method of calculating solar heat transmitted through shaded windows for OTTV in consideration of diffuse radiation diminished. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 22 (2), 1-16.
14. Chen, Y., Chen, Z., Wang, D., Liu, Y, & et. al. (2023). Co-optimization of passive building and active solar heating system based on the objective of minimum carbon emissions, Energy, (275).
15. Cui, M. (2018). A feasibility study of Trombe wall design in the cold region. International Conference on Indoor Air Quality Ventilation & Energy Conservation in Buildings. China.
16. EU, Directive 2018/844/EU. (2018). 22 Temmuz 2021, https://eurlex.europa.eu/legalcontent/EN/TXT/?uri=uriserv%3AOJ.L_.2018.156.01.0075.01.ENG.
17. European Commission, «Energy, transport and environment indicators. Eurostat», 2012.
18. European Commission, «2020 Climate and energy package». 2017. [En línea]. Disponible en: 2020 Climate and energy package—European Commission, https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2020_en.
19. European Commission, «2030 Climate and energy framework». 2018. [En línea]. Disponible en: https://ec.europa.eu/clima/policies/strategies/2030_en.
20. Gong, Q., Kou, F., Sun, X., Zou, Y., Mo, J., & Wang, X. (2022). Towards zero energy buildings: A novel passive solar house integrated with flat gravity-assisted heat pipes. Applied Energy, (306).
21. Li, L., Chen, G., Zhang, L., & Zhou, J. (2021). Research on the application of passive solar heating technology in new buildings in the Western Sichuan Plateau. Energy Reports, (7), 906-914.
22. Ling, L., & Zhou, J. (2021). Research and Application of Solar Energy Heating System for Individual Household in Western Sichuan Plateau. E3S Web of Conferences 261.
23. Magrini, A., Lentini, G., Cuman, S., Bodrato, A. & Marenco, L. (2020). From nearly zero energy buildings (NZEB) to positive energy buildings (PEB): The next challenge - The most recent European trends with some notes on the energy analysis of a forerunner PEB example. Developments in the Built Environment, (3).
24. Marszal, A. J., Heiselberg, P., Bourrelle, J. S., Musall, E., Voss, K., Sartori, I., & Napolitano, A. (2011). Zero Energy Building–A review of definitions and calculation methodologies. Energy and Buildings, 43 (4), 971-979.
25. Mu˜noz-Liesa, J., Royapoor, M., Cuerva, E., Gass´o-Domingo, S., Gabarrell, X., & Josa, A. (2022). Building-integrated greenhouses raise energy co-benefits through active ventilation systems, Building and Environment, (208).
26. Sheikholeslami, M., & Al-Hussein, H. (2023). Modification of heat storage system involving Trombe wall in existence of paraffin enhanced with nanoparticles. Journal of Energy Storage, (58).
27. Si, P., Lv, Y., Rong, X., Shi, L., Yan, J., & Wang, X. (2020). An innovative building envelope with variable thermal performance for passive heating systems. Applied Energy, (269).
28. Sobczyk, W., & Sobczyk, EJ. (2019). Thermal comfort in a passive solar building. 2nd International Conference on the Sustainable Energy and Environmental Development. IOP Conf.
29. Vignola, G., Kiracofe, R., Dietrich, U. (2019). Passive Strategies for Buildings in Hot and Dry Climates: Optimisation of Informal Apartment Blocks in Cairo. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.
30. Wang, D., Hu, L., Du, H., Liu, Y., Huang, J., Xu, Y., & Liu, J. (2020). Classification, experimental assessment, modeling methods and evaluation metrics of Trombe walls. Renewable and Sustainable Energy Reviews, (124).
31. Yang, S., Dewancker, B J., & Chen, S. (2021). Study on the Passive Heating System of a Heated Cooking Wall in Dwellings: A Case Study of Traditional Dwellings in Southern Shaanxi, China, International Journal of Environmental Research and Paublic Health, 18 (7).
32. Zacà, I., D’Agostino, D., Congedo, P.M, Baglivo, C. (2015). Assessment of cost-optimality and technical solutions in high performance multi-residential buildings in the Mediterranean area, Energy and Buildings, (102), 250–265.
33. Zhao, J., Liu, D., & Lu, S. (2022). Research on the Indoor Thermal Environment of Attached Sunspace Passive Solar Heating System Based on Zero-State Response Control Strategy. Applied Sciences, 12 (855), 1-22.