بررسی نقش و عملکرد سیستم‌های سایه انداز در جهت بهینه سازی نورطبیعی در فضاهای آموزشی
الموضوعات :
محمدصابر حیدری
1
,
محمدرضا بمانیان
2
*
,
امیرحسین شیردل
3
,
مهرانه شاکریان
4
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
2 - استاد تمام، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.
3 - پژوهشگر معماری، دانشکده معماری و شهرسازی،دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران.
4 - دانشجوی کارشناسی ارشد معماری، دانشکده عمران،معماری و شهرسازی، دانشگاه سجاد، مشهد، ایران.
الکلمات المفتاحية: نور روز, سایه انداز, بهینه سازی مصرف انرژی, خیرگی, بهره‌وری انرژی, فضاهای آموزشی.,
ملخص المقالة :
نور روز به عنوان یکی از مؤلفه‌های اصلی در طراحی فضاهای آموزشی، تأثیر مستقیمی بر یادگیری کاربران، آسایش و بهره‌وری انرژی نیز دارد. استفاده از سیستم‌های سایه‌انداز بهینه می‌تواند کیفیت محیط‌های داخلی را از طریق بهبود توزیع نور، کاهش خیرگی و ارتقای آسایش بصری و حرارتی افزایش دهد. با وجود تحقیقات متعدد در حوزه نور روز، توجه کافی به نقش سیستم‌های سایه‌انداز تطبیقی و پویای خاص فضاهای آموزشی، به ویژه در کلاس‌های درس، نشده است. این پژوهش با هدف تحلیل جامع عملکرد سیستم‌های سایه‌انداز در بهبود کیفیت نور روز در تلاش است با ارائه راهکارهای عملی، بهینه‌ترین حالت‌های ممکن جهت بهره‌گیری از نور روز را مشخص نماید تا معماران معاصر در طراحی فضاهای آموزشی از این راهبردها بهره گیرند. این پژوهش از لحاظ ماهیت کیفی است که نگارندگان با رویکرد توصیفی-تحلیلی و مرور جامع ادبیات پژوهش، تحقیق را آغاز، و با بررسی داده‌های نظری و مطالعات موردی موفقیت‌آمیز در استفاده از سیستم‌های سایه‌انداز در داخل و خارج از کشور به نتایج حاصل شده دست یافته‌اند. نتایج تحقیق گویای آن است که سیستم‌های سایه‌انداز اعم از ثابت، متحرک و پویا با کاهش وابستگی به نور مصنوعی، بهبود توزیع نور و کاهش مصرف انرژی، کیفیت یادگیری و آسایش کاربران را افزایش می‌دهند. همچنین، سیستم‌های سایه‌انداز پیشرفته می‌توانند راهکاری مؤثر برای ایجاد محیط‌های آموزشی پایدار و هوشمند باشند که موجب بهبود کیفیت فضایی می‌شوند. این پژوهش با ارائه راهبردهایی عملی در طراحی سیستم‌های سایه‌انداز، گامی در جهت ارتقای معماری پایدار و بهره‌برداری هوشمندانه از نور طبیعی در فضاهای آموزشی برداشته است، لازم به ذکر است بهره‌گیری از سیستم‌های سایه‌انداز و تکنولوژی‌های وابسته به آن، معماران را در هدف رسیدن به فضاهای آموزشی پایدار و دوستدار محیط زیست نزدیک می‌کند. علاوه بر این، تحقیق حاضر بر اهمیت هماهنگی طراحی با شرایط اقلیمی، جهت‌گیری ساختمان و رفتارهای کاربری تأکید دارد تا پایداری عملکردی در بلندمدت تضمین شود. تلفیق رویکردهای نوین کنترلی، از جمله سیستم‌های هوشمند، می‌تواند به تنظیم خودکار شرایط نوری و حرارتی منجر شده و تجربه کاربری مطلوب‌تری ایجاد نماید. بدین ترتیب، نتایج این تحقیق می‌تواند به عنوان منبعی ارزشمند برای معماران، طراحان و سیاست‌گذاران در راستای خلق فضاهای آموزشی انعطاف‌پذیر، سبز و کارآمد مورد استفاده قرار گیرد.
بردی حق نیا، ح و بردی حق نیا، ر، (1395)راهکارهای بهینه سازی فضاهای آموز شی مدارس کشور، فصلنامه مطالعات علوم اجتمامی، دوره 2 ،شماره 2، 50-55.
ترکمان، م ، جلاليان، س ، دژدار، ا (1395)نقش معماری و عوامل کالبدی محيط آموزشی بر تسهيل یادگيری کودکان، ماهنامه شباك (شبکه اطلاعات کنفرانس های کشور،) سال دوم- شماره 11.
حافظی، ا (1396) مدیریت رنگ ونور برای فضای آموزشی ، اولین همایش بین المللی و سومین همایش ملی پژوهش های مدیریت و علوم انسانی ، تهران ، ایران.
خالصی، ع،(1382)بهداشت محیط، ایمنی و ارگونومی در مدارس، چاپ دوم، تهران، ورای دانش.
مهدی نژاد گودرزی، زهرا.(1401). رساله دکتری، تبیین اصول راهبردی طراحی جهت کاهش تضاضای بار سرمایشی مبتنی بر مورفولوژی نماهای معماری مسکونی بومی در اقلیم گرم و مرطوب (نمونه مورد مطالعه: شهر بوشهر)، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری.
مهدی نژاد، جمال الدین و شیردل، امیرحسین.(1401). بررسی تاثیرات نور بر یادگیری دانش آموزان در فضاهای آموزشی ،نهمین همایش ملی مطالعات و تحقیقات نوین در حوزه علوم جغرافیا، معماری و شهرسازی ایران، تهران.
Al-Arja, O., & Awadallah, T. S. (2016). Energy consumption optimization in schools sector in Jordan. Architectural Science Review, 59(5), 400-412. https://doi.org/10.1080/00038628.2015.1051564
Al-Masrania, S. M., Al-Obaidi, K. M., Zalin, N. A., & Isma, M. I. A. (2018). Design optimisation of solar shading systems for tropical office buildings: Challenges and future trends. Solar Energy, 170, 849–872. https://doi.org/10.1016/j.solener.2018.05.035
Altomonte, S. (2008). Daylight for energy savings and psycho-physiological well-being in sustainable built environments. Journal of Sustainable Development, 1(3), 3-16. https://doi.org/10.5539/jsd.v1n3p3
Alwi, N. M., Flor, J. F., Anuar, N. H., Mohamad, J., Hanafi, N. N. H., Muhammad, N. H., Zain, M. H. K. M., & Nasir, M. R. M. (2022). Retrofitting measures for climate resilience: Enhancing the solar performance of Malaysian school buildings with passive design concepts. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1067(1), 012028. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1067/1/012028
Bakmohammadi, P., & Noorzai, E. (2020). Optimization of the design of the primary school classrooms in terms of energy and daylight performance considering occupants’ thermal and visual comfort. Energy Reports, 6, 1590-1607. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.06.012
Balador, Z., & Gjerde, M. (n.d.). Evaluation of different shading devices for a Tehran primary school classroom. [Unpublished manuscript.
Balali, A., & Valipour, A. (2021). Prioritization of passive measures for energy optimization designing of sustainable hospitals and health centres. Journal of Building Engineering, 35, 102029. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.102029
Bayram, G., & Kazanasmaz, T. (2016). Simulation-Based Retrofitting Of An Educational Building In Terms Of Optimum Shading Device And Energy Effıcient Artificial Lighting Criteria. [Conference Paper]. Bazazzadeh, H., Świt-Jankowska, B., Fazeli, N., Nadolny, A., Najar, B. S. A., Safaei, S. S. H., & Mahdavinejad, M. (2021). Efficient shading device as an important part of daylightophil architecture; a designerly framework of high-performance architecture for an office building in Tehran. Energies, 14(20), 6649. https://doi.org/10.3390/en14206649
Bertani, D., De Novellis, A. M. P., Farina, R., Latella, E., Meloni, M., Scala, C., Valeo, L., Galeazzi, G. M., & Ferrari, S. (2021). “Shedding Light on Light”: A Review on the Effects on Mental Health of Exposure to Optical Radiation. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(4), 1670. https://doi.org/10.3390/ijerph18041670
Boubekri, M., & Cheung, D. A. (2014). The impact of daylighting on building energy performance: A review. Energy and Buildings, 70, 353-362. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.055
De Santoli, L., Fraticelli, F., Fornari, F., & Calice, C. (2014). Energy performance assessment and a retrofit strategies in public school buildings in Rome. Energy and Buildings, 68, 196–202. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.09.020
Dubois, M.-C. (2003). Shading devices and daylight quality: An evaluation based on simple performance indicators. Lighting Research & Technology, 35(1), 61–76. https://doi.org/10.1191/1365782803li059oa
Edwards, L., & Torcellini, P. (2002). A literature review of the effects of natural light on building occupants. National Renewable Energy Laboratory. https://doi.org/10.2172/15000841
Elzeyadi, I., & Abboushi, B. (2019). Daylighting Performance In Schools Between Simulation Predictions And Field Verifications – A Factor of Reality Analysis. In Proceedings of the 2019 Building Performance Analysis Conference and SimBuild (pp. 4361–4368). ASHRAE.
Esquivias, P. M., Muñoz, C. M., Acosta, I., Moreno, D., & Navarro, J. (2016). Climate-based daylight analysis of fixed shading devices in an open-plan office. Lighting Research & Technology, 48(4), 482–501. https://doi.org/10.1177/1477153515576136
Fabbri, K., & Costanzo, V. (2020). Drone-assisted infrared thermography for calibration of outdoor microclimate simulation models. Sustainable Cities and Society, 52, 101855. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101855
Garcia-Fernandez, B., & Omar, O. (2023). Sustainable performance in public buildings supported by daylighting technology. Solar Energy, 264, 112068. https://doi.org/10.1016/j.solener.2023.112068
Gharouni Jafari, K., Ghazi Sharyatpanahi, N. S., & Noorzai, E. (2020). BIM-based integrated solution for analysis and management of mismatches during construction. Journal of Engineering, Design and Technology, 18(6), 1633-1653. https://doi.org/10.1108/JEDT-01-2020-0010
Golabchi, M., Noorzai, E., Golabchi, A., & Gharouni Jafari, K. (2016). Building Information Modeling. Tehran University Press.
Hakkarainen, T., & Kokko, K. (2017). Roller blinds as shading devices: A study of thermal performance. Building and Environment, 112, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.11.020
Heschong, L., Wymelenberg, V. D., Andersen, M., Digert, N., Fernandes, L., Keller, A., et al. (2012). Approved Method: IES Spatial Daylight Autonomy (sDA) and Annual Sunlight Exposure (ASE). Illuminating Engineering Society
Ibrahim, M., Shafique, M. U., & Khan, A. (2021). The impact of automated shading on indoor comfort and energy consumption: A review. Journal of Building Performance, 12.
Ismail, M. M. R., Nessim, A., & Fathy, F. (2024). Daylighting and energy consumption in museums and bridging the gap by multi-objective optimization. Ain Shams Engineering Journal, 15(10), 102944. https://doi.org/10.1016/j.asej.2024.102944
Kalogirou, S. A. (2020). Solar Energy Engineering: Processes and Systems (2nd ed.). Academic Press. https://doi.org/10.1016/C2017-0-03264-5
Kaminska, A., & Ozadowicz, A. (2018). Lighting control including daylight and energy efficiency improvements analysis. Energies, 11(11), 3169. https://doi.org/10.3390/en11113169
KAYMAZ, E. (n.d.). A STUDY OF THE DAYLIGHT ANALYSIS AND SHADING DEVICE PROPOSAL FOR RETROFITTING A CLASSROOM. [Manuscript].
Khedari, J., & Chiras, J. (2000). Energy-saving potential of adjustable shading devices. Solar Energy, 68(1), 57-66. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(99)00057-7
Khedari, J., Chiras, J., & Hirunlabh, S. (2001). Energy-efficient building design using automated shading systems. Energy and Buildings, 33(4), 369-376. https://doi.org/10.1016/S0378-7788(00)00095-7
Knittel, C., Burlig, F., Rapson, D., Reguant, M., & Wolfram, C. (2017). Machine learning from schools about energy efficiency. National Bureau of Economic Research. https://doi.org/10.3386/w23932
Krüger, E. L., & Dorigo, A. L. (2008). Daylighting analysis in a public school in Curitiba Brazil. Renewable Energy, 33(7), 1695–1702. https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.09.002
Kruger, E. L., & Zannin, P. H. T. (2004). Acoustic, thermal and luminous comfort in classrooms. Building and Environment, 39(9), 1055–1063. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2004.01.030
Kumar, A., & Jain, A. (2021). Integration of smart shading devices with building management systems for energy efficiency. Energy and Buildings, 235, 110758. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.110758
Kunwar, N., Cetin, K. S., Passe, U., Zhou, X., & Li, Y. (2019). Full-scale experimental testing of integrated dynamically-operated roller shades and lighting in perimeter office spaces. Solar Energy, 186, 17–28. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.04.083
Lechner, N. (2001). Heating, cooling, lighting: Design methods for architects. John Wiley & Sons.
Lee, K. S., Han, K. J., & Lee, J. W. (2017). The impact of shading type and Azimuth orientation on the daylighting in a classroom–focusing on effectiveness of Façade shading, comparing the results of DA and UDI. Energies, 10(5), 635. https://doi.org/10.3390/en10050635
Li, D. H. W., Lau, C. C. S., & Lam, J. C. (2004). Predicting daylight illuminance by computer simulation techniques. Lighting Research & Technology, 36(2), 113–128. https://doi.org/10.1191/1365782804li108oa
Liu, M., Wittchen, K. B., & Heiselberg, P. K. (2015). Control strategies for intelligent glazed façade and their influence on energy and comfort performance of office buildings in Denmark. Applied Energy, 145, 43-51. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.02.007
Ma’bdeh, S. N., & Al-Khatatbeh, B. (2019). Daylighting retrofit methods as a tool for enhancing daylight provision in existing educational spaces—A case study. Buildings, 9(7), 159. https://doi.org/10.3390/buildings9070159
Mandalaki, M., Zervas, K., Tsoutsos, T., & Vazakas, A. (2012). Assessment of fixed shading devices with integrated PV for efficient energy use. Solar Energy, 86(9), 2561–2575. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.05.029
Mardaljevic, J. (2000). Simulation of annual daylighting profiles for internal illuminance. Lighting Research & Technology, 32(3), 111–118. https://doi.org/10.1177/136578280003200307
Meresi, A. (2016). Evaluating daylight performance of light shelves combined with external blinds in south-facing classrooms in Athens, Greece. Energy and Buildings, 116, 190–205. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.01.006
Nabil, A., & Mardaljevic, J. (2005). Useful daylight illuminance: A new paradigm for assessing daylight in buildings. Lighting Research & Technology, 37(1), 41–59. https://doi.org/10.1191/1365782805li128oa
Nyambaka Ingabo, S., Chirarattananon, S., & Chaiwiwatworakul, P. (2021). Application of external horizontal shading slats for daylighting through north-facing windows. Journal of Building Engineering, 42, 102454. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102454
Pellegrino, A., Cammarano, S., & Savio, V. (2015). Daylighting for Green schools: A resource for indoor quality and energy efficiency in educational environments. Energy Procedia, 78, 3162–3167. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.774
Pilechiha, P., Mahdavinejad, M., Rahimian, F. P., Carnemolla, P., & Seyedzadeh, S. (2020). Multi-objective optimisation framework for designing office windows: quality of view, daylight and energy efficiency. Applied Energy, 261, 114356. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114356
Pinilla, S. M., Moliní, D. V., Fernández-Balbuena, Á. A., Raboso, G. H., Herráez, J. A., Azcutia, M., & Botella, Á. G. (2016). Advanced daylighting evaluation applied to cultural heritage buildings and museums: Application to the cloister of Santa María El Paular. Renewable Energy, 85, 1247-1260. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.086
Reinhart, C. F., & Walkenhorst, O. (2001). Validation of dynamic RADIANCE-based daylight simulations for a test office with external blinds. Energy and Buildings, 33(7), 683–697. https://doi.org/10.1016/S0378-7788(01)00058-5
Schmidt, M., Becker, K., & Herkel, S. (2020). The role of automated shading systems in energy-efficient buildings. Energy Reports, 6, 123-130. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.10.046
Shen, E., Hu, J., & Patel, M. (2014). Energy and visual comfort analysis of lighting and daylight control strategies. Building and Environment, 78, 155–170. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.04.010
Singh, R., Buddhi, D., Thapa, S., Prakash, C., Singh, R., Sharma, A., Sheoran, S., & Saxena, K. K. (2022). Sensitivity Analysis for Decisive Design Parameters for Energy and Indoor Visual Performances of a Glazed Façade Office Building. Sustainability, 14(19), 12519. https://doi.org/10.3390/su141912519
Stazi, F., Marinelli, S., Di Perna, C., & Munafò, P. (2014). Comparison on solar shadings: Monitoring of the thermo-physical behaviour, assessment of the energy saving, thermal comfort, natural lighting and environmental impact. Solar Energy, 105, 512–528. https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.03.040
Uribe, D., Vera, S., Bustamante, W., McNeil, A., & Flamant, G. (2019). Impact of different control strategies of perforated curved louvers on the visual comfort and energy consumption of office buildings in different climates. Solar Energy, 190, 495–510. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.08.053
Vera, S., Uribe, D., Bustamante, W., & Molina, G. (2017). Optimization of a fixed exterior complex fenestration system considering visual comfort and energy performance criteria. Building and Environment, 113, 163-174. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.09.029
Walsh, J. W. T. (1951). The early years of illuminating engineering in Great Britain. Transactions of the Illuminating Engineering Society, 16(3), 49–60. https://doi.org/10.1177/147715355101600301
Wang, L., Zhang, Y., & Liu, Y. (2019). Smart shading systems: A review of applications and technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 101, 712-723. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.11.036
Yu, X., & Su, Y. (2015). Daylight availability assessment and its potential energy saving estimation–A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 52, 494–503. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.125
Yu, X., Su, Y., & Chen, X. (2014). Application of RELUX simulation to investigate energy saving potential from daylighting in a new educational building in UK. Energy and Buildings, 74, 191-202. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.01.045
Zhang, A., Bokel, R., van den Dobbelsteen, A., Sun, Y., Huang, Q., & Zhang, Q. (2017). Optimization of thermal and daylight performance of school buildings based on a multi-objective genetic algorithm in the cold climate of China. Energy and Buildings, 139, 371–384. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.01.042
Zhou, X., Li, Y., & Zhang, D. (2019). Smart shading strategies for energy-saving in buildings. Renewable Energy, 139, 1003-1011. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.016
