سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار (GRASSHOPPER) به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر

الموضوعات :

تارا حیدری ارجلو ¹ , افشین قربانی پارام ² , فرامرز حسن پور ³

1 - دانشجوی دکتری تخصصی،گروه معماری،دانشکده فنی و مهندسی،واحد زاهدان،دانشگاه ازاد اسلامی،زاهدان، ایران
2 - استادیار،گروه معماری،دانشکده هنر و معماری،واحد دماوند،دانشگاه ازاد اسلامی،دماوند،ایران
3 - استادیار،گروه معماری،دانشکده هنر و معماری،دانشگاه زابل،زابل،ایران

تاريخ الإرسال : 25 الأحد , رمضان, 1444 تاريخ التأكيد : 11 الأربعاء , ذو القعدة, 1444 تاريخ الإصدار : 23 الأحد , رجب, 1445

الکلمات المفتاحية: انرژی خورشیدی, سیاست‌گذاری, بهینه‌سازی, مسکن,

ملخص المقالة :

امروزه تحدید انرژی فسیلی و انحطاط محیط‌زیست متأثر و تکثیر غلظت مقدار دی‌اکسید کربن حاصل از کاربرد آن و از بعدی دیگر دشواری‌ها و کمبودهای برق همراه با ازدیاد مطالبه انرژی مخصوصاً در کشورهای درحال‌توسعه، ادله معتبر و بایسته‌ای هستند که اقتضای بهره‌گیری از منابع قابل وصول و در دسترس، پاک، مانند انرژی خورشیدی را به‌وفور مطلوب و اساسی می‌کند. هدف اصلی این پژوهش سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار (GRASSHOPPER) به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر می‌باشد. ایران با توجه به موقعیت قرارگیری بر کمربند خورشیدی کره زمین، عامل بالقوه گسترده‌ای جهت کاربرد از انرژی خورشیدی را دارد. روش‌های استفاده و بهره‌گیری از انرژی خورشیدی و تولید برق ازجمله تکنولوژی CSP نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی و یا سیستم‌های فتوولتاییک وجود دارد. در این پژوهش، با استفاده از نرم‌افزار GRASSHOPPER، به بررسی تأثیر سایه و دیگر شاخص‌های تأثیرگذار در بهینه‌سازی مصرف انرژی، با بررسی وضعیت خانه‌های سنتی و معاصر با در نظر گرفتن مصالح مورداستفاده در این خانه‌ها در شهر شیراز پرداخته‌ایم و نتایج انرژی برای آن در ماه‌های مختلف ارزیابی و مقایسه شده است.

المصادر:

Abbasi Godarzi, A., & Maleki, A. (2017). Renewable Energy policy in I.R.Iran. Strategic Studies of public policy, 7(23), 159-174.
Behzadianmehr, A., Alijani, B., & Rahnama, M. R. (2018). Climate Design and Determination of the Optimal Orientation of Buildings and Streets with Respect to Radiation in Mashhad. Journal of Geography and Regional Development, 15(2), 197-216.
Bolouhari, S. Barbera, L. V، Etessam I. (2020). Learning Traditional Architecture for Future Energy-Efficient Architecture in the Country; Case Study: Yazd City. Naqshejahan- Basic studies and New Technologies of Architecture and Planning. 10(2): 85-93.
Borgstein, E. R. Lamberts، and Hensen, J. (2016). Evaluating energy performance in non-domestic buildings: A review. Energy and Buildings. 128: 734-755.
Emrani-Rahaghi P, Hashemi-Dezaki H. Optimal Operation of Residential Energy Hubs Considering Optimized Capacity of Photovoltaic-based Renewable Energy Systems. ieijqp 2021; 10 (2) :40-56
Ghorbani, A., Fartash, K., & Khayatian, M. (2020). Interpretive-structural modeling of challenges affecting the policy-making process of renewable energy technologies development in Iran. Quarterly journal of Industrial Technology Development, 18(41), 13-26.
Hajali Zadeh, G. (2023). Investigation of energy consumption of traditional houses in approach to sustainable architecture (Case Study: Ardebil, Sanandaj, Hamedan and Tabriz cities of Iran). Journal of Urban Management and Energy Sustainability, 5(1), 130-146.
He, X. (2018). Study of Interior Public Spaces for the Promotion of Social Interaction in High-rise Residential Buildings، Thesis. Rochester Institute of Technology. Accessed from https://scholarworks. rit. edu/theses/9974
Honarvar, S. M. H., Golabchi, M., & Ledari, M. B. (2022). Building circularity as a measure of sustainability in the old and modern architecture: A case study of architecture development in the hot and dry climate. Energy and Buildings, 275, 112469.
Kuşkaya, S., Bilgili, F., Muğaloğlu, E., Khan, K., Hoque, M. E., & Toguç, N. (2023). The role of solar energy usage in environmental sustainability: Fresh evidence through time-frequency analyses. Renewable Energy, 206, 858-871.
Lehmann, S. (2016). An environmental and social approach in the modern architecture of Brazil: The work of Lina Bo Bardi، Journal of City، Culture and Society، 7(3): 169-18.
Li Weihong. (2011). Sustainable design for low carbon architecture. Procedia Environmental Sciences; 177(5): 173.
Monavariyan, A., Vatankhah Moghaddam, S., Shah Hoseini,, M. A., Vaezi, S. K., & Noorollahi, Y. (2020). Designing of Policy Making Model of Renewable Energy Development in Iran. Iranian Journal of Public Policy, 6(2), 115-134.
Nakhaee Sharif, A., Keshavarz Saleh, S., Afzal, S., Shoja Razavi, N., Fadaei Nasab, M., & Kadaei, S. (2022). Evaluating and identifying climatic design features in traditional Iranian architecture for energy saving (case study of residential architecture in northwest of Iran). Complexity, 2022.
Nouhi, Hamid, (2005). Reflections on Art and Architecture, Tehran: Gam Noo Publication.
Ordouei, M., Broumandnia, A., Banirostam, T., & Gilani, A. (2023). Optimization of energy consumption in smart city using reinforcement learning algorithm. International Journal of Nonlinear Analysis and Applications, (Articles in Press), -. doi: 10.22075/ijnaa.2022.29258.4102
Roth، M.، (2017). Updating the ASHRAE Climate Design Data for 2017. ASHRAE Transactions، 123.
Roudsari، M. S.، M. Pak, Ye، Y.، Ding،Y. (2019). Measuring Social impacts of tall buildings lower public space، international journal of high-buildings، 8(1): 173-180.
Zhou. X.، Ye،Y.، Wang،Z. (2019). Tall Buildings as Urban Habitats: A Quantitative Approach for Measuring Positive Social Impacts of Tall Buildings' Lower Public Space، International Journal of High-Rise Buildings، 80(1): 57-69.
http://www. hamshahrionline. ir
http://www. saba. org. ir/saba_content/media/image/2012/03/3512_orig. pdf
https://www. sid. ir/fa/journal/ViewPaper. aspx?id=568531
http://www. saba. org. ir/saba_content/media/image/2012/03/3512_orig. pdf

نص كامل:



 

 

سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار (GRASSHOPPER) به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر

 

 

تارا حیدری‌ارجلو

د دانشجوی دکتری تخصصی، گروه معماری، دانشکده فنی و مهندسی، واحد زاهدان، دانشگاه ازاد اسلامی، زاهدان، ایران. رایانامه: [e-mail]

افشین قربانی‌پارام

* نویسندۀ مسئول، استادیار، گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد دماوند، دانشگاه ازاد اسلامی، دماوند، ایران. رایانامه: [e-mail]

فرامرز حسن‌پور

استادیار گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه زابل، زابل، ایران. رایانامه: [e-mail]

چکیده

 

امروزه تحدید انرژی فسیلی و انحطاط محیط‌زیست متأثر و تکثیر غلظت مقدار دی‌اکسید کربن حاصل از کاربرد آن و از بعدی دیگر دشواری‌ها و کمبودهای برق همراه با ازدیاد مطالبه انرژی مخصوصاً در کشورهای درحال‌توسعه، ادله معتبر و بایسته‌ای هستند که اقتضای بهره‌گیری از منابع قابل وصول و در دسترس، پاک، مانند انرژی خورشیدی را به‌وفور مطلوب و اساسی می‌کند. هدف اصلی این پژوهش سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی  عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار (GRASSHOPPER) به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر می‌باشد. ایران با توجه به موقعیت قرارگیری بر کمربند خورشیدی کره زمین، عامل بالقوه گسترده‌ای جهت کاربرد از انرژی خورشیدی را دارد. روش‌های استفاده و بهره‌گیری از انرژی خورشیدی و تولید برق ازجمله تکنولوژی CSP نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی و یا سیستم‌های فتوولتاییک وجود دارد. در این پژوهش، با استفاده از نرم‌افزار GRASSHOPPER، به بررسی تأثیر سایه و دیگر شاخص‌های تأثیرگذار در بهینه‌سازی مصرف انرژی، با بررسی وضعیت خانه‌های سنتی و معاصر با در نظر گرفتن مصالح مورداستفاده در این خانه‌ها در شهر شیراز پرداخته‌ایم و نتایج انرژی برای آن در ماه‌های مختلف ارزیابی و مقایسه شده است.

 

کلیدواژه‌ها: انرژی خورشیدی، سیاست‌گذاری، بهینه‌سازی، مسکن.

استناد: حیدری‌ارجلو، تارا، قرانی‌پارام، افشین، حسن‌پور، فرامرز (1402). سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر. سیاست‌گذاری شهری و منطقه‌ای، 2(8)، ۲۷-41. 

---

سیاستگذاری شهری و منطقه‌ای، 1402، دوره 2، شماره 8، صص. ۲۷-۴۱	تاریخ دریافت: ۲۷/01/1402
نوع مقاله: پژوهشی	تاریخ ویرایش: 03/02/1402
ناشر: دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز	تاریخ پذیرش: 10/03/1402
© نویسندگان	تاریخ انتشار: 25/12/1402

مقدمه

امروزه فقدان سوخت‌های فسیلی و آلودگی‌های زیان‌بار ناشی از کاربرد آن‌ها، انسان را به‌سوی بهره‌گیری از دیگر منابع انرژی‌های پاک جهت تأمین رفاه و آسایش خود در آینده سوق می‌دهد. انرژی خورشیدی از انرژی‌های پاک تجدید پذیر فراوان و قابلیت دسترسی راحت و آسان، دارای اهمیت و جایگاه خاصی است. تولید جریان برق با بهره‌گیری از انرژی خورشیدی هم‌زمان با فشار و خطر بحران انرژی باارزش و موردتوجه قرار گرفت و در بسیاری از کشورها برای تولید برق مورداستفاده قرار گرفت. استفاده از انرژی خورشیدی، به طرق مختلف صورت می‌پذیرد.

امروزه با گسترش فن ساخت‌وساز، ضرورت گزاردن به معماری استوار و ساختمان‌سازی در جهت بهره‌گیری مطلوب از منابع تجدید پذیر از اهمیت خاصی برخوردار است. به‌درستی معماری بومی معماری دوجانبه انسان و طبیعت است. بررسی‌ها بیانگر اهمیت نقش اقلیم و تأثیرپذیری آن درافزایش میزان کیفیت، به‌واسطه‌ی طراحی مناسب و مطلوب معماری ساختمان‌ها و رعایت اصول اقلیمی تبیین کرد. بدون شک مصرف بی‎قاعده‎ی منابع تجدیدناپذیر، در آینده معضلی است که آدمی را به مخاطره خواهد انداخت. به همین خاطر حفاظت از محیط‌زیست مهمترین نیاز برای ادامه حیات است. بیش از یک‌سوم انرژی مصرفی مربوط به مبحث ساختمان است و همین قضیه در این مورد ضرورت توجه به مسئله میزان مصرف انرژی و کوشش برای رسیدن به معماری پایدار و بهینه‌سازی مصرف انرژی را تأیید می‌کند. 

ایده طراحی مسکن معاصر با رویکرد انرژی خورشیدی و سهم‌گیری از عناصر معماری سنتی در جهت برآورده نمودن نیازهای انرژی، و تأمین آسایش حرارتی در ساختمان‌ها شکل‌گرفته است. از نمونه‌های معماری پایدار، معماری سنتی ایران است که بیانگر این‌که معماری سنتی و بومی برای استفاده بایسته از انرژی‌های تجدیدناپذیر، از قاعده و قانون کارسازی در هر شرایط آب‌وهوایی و اقلیمی بهره می‌بردند. با طراحی‌های بناهای سنتی در شرایط آب‌وهوایی و اقلیمی متفاوت در هر ناحیه و تلفیق با انرژی‌های طبیعی الگوهای معماری سنتی پدید آمده است. امروزه هم می‌توان با بهره‌گیری از پیشینه گذشتگان و حیات‌بخشی الگوهای سنتی که پاسخگوی بایستگی اقلیمی هر منطقه هستند و امروزه به فراموشی سپرده‌شده‌اند، مصرف سوخت‌های فسیلی را با به‌کارگیری انرژی‌های تجدیدپذیر در طراحی و ساختار سازه‎ای ساختمان‌ها کاهش داد. بررسی‌ها نشان‌دهنده این است که به‌کارگیری مصالح پسندیده و درست و شناخت خاصیت‎های اقلیمی هر ناحیه و شرایط وابسته به آن توانا به برپایی محیطی مطلوب و پاسخگو به نیاز آسایش گرمایشی انسان منجر شود و کاهش مصرف انرژی‌های تجدیدناپذیر را به دنبال داشته باشد.‌بررسی اثرات انرژی خورشیدی و راهکارهای اقلیمی و غیرتاسیساتی و تجدید پذیر به‌منظور الگوبرداری و استفاده در ساختمان‌ها به جهت بهینه‌سازی مصرف انرژی دارای اهمیت است. بنابراین هدف اصلی این پژوهش سیاست‌گذاری و شبیه‌سازی  عملکرد سیستم خورشیدی با استفاده از نرم‌افزار (GRASSHOPPER) به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز با مقایسه خانه‌های سنتی و معاصر می‌باشد.

 

پیشینه پژوهش

در رابطه با موضوع پژوهش، پژوهش‌های گوناگونی در خارج و داخل کشور انجام شده است. در این راستا ابتدا به پژوهش‌های خارجی و سپس به پژوهش‌های داخلی پرداخته شده است:

لهمان (2016) در مقاله‌ای با عنوان” رویکرد زیست‌محیطی و اجتماعی در معماری مدرن برزیل: اثر لینا بو باردی” به این نتیجه دست یافت که بیشتر شهرها و نقاط سکونتگاهی در برزیل تحت تأثیر اقلیم حاکم بوده و این اثرگذاری در نوع معماری و مصالح بکار رفته قابل‌مشاهده است. نوع معماری موجود بر پایه مصالح محلی، نوع شناسی، تنوع مناطق و اجتماعات است. علاوه بر این نتیجه تحقیق نشان می‌دهد معماری هر منطقه به‌گونه‌ای نوع هویت اجتماعی آن منطقه را نیز نشان می‌دهد که در حقیقت تلفیقی از سبک‌های معماری سنتی و مدرن یا به‌صورت جداگانه است.

هی (2018) در بررسی تعاملات اجتماعی در ساختمان‌های بلندمرتبه نشان داد که در بیشتر طراحی برج‌ها در چین، به تعاملات­ اجتماعی توجهی­نشده و فضاهای موجود مطلوب نیستند. در حالی ‌که فضاهای بسیاری وجود­دارد که می‌توان در راستای توسعه تعاملات اجتماعی ایجاد نمود.

دانگ (2019) در سنجش تأثیرات اجتماعی برج‌های بزرگ نتیجه گرفتند که بین تعاملات اجتماعی، محیط‌زیستی و طراحی برج‌ها رابطه معناداری وجود ندارد.

ژئو و وانگ (2019) نتیجه گرفتند که در شهرهای موردمطالعه، نوع طراحی ساختمان‌ها به بهبود تعاملات و رفتارهای اجتماعی مثبت کمکی نکرده است و بسیاری از فضاهای گنگ می‌باشد. در حقیقت شاخص‌های حس تعلق، ارتباط و همبستگی در طراحی‌ها دیده نمی‌شود.

فرهان و همکاران (2020) در مقاله‌ای با عنوان” دگرگونی ویژگی‌های تاریخی و معماری تاریخی و معماری شهر قدیمی النجف و دیدگاه‌های احتمالی حفظ آن” به این نتیجه دست یافتند که با ادامه پیشرفت شهر، معماری و ساختار منحصربه‌فرد شهری به طرز چشمگیری تغییر شکل داده است. میراث فرهنگی و معماری این شهر به‌طورجدی تهدید می‌شود. چندین عامل در شکل‌گیری و تحول ساختارهای خاص معماری و شهری شهر نقش اساسی داشتند. مهمترین عوامل تأثیرگذار عمدتاً به دین، محیط و سیاست مربوط بودند. البته در این شهر هنوز هم آثار سبک معماری سنتی را می‌تواند دید، هرچند نمادهای مدرنیسم قابل‌مشاهده است.

اوردویی و همکاران (2023) در پژوهش خود تحت عنوان «بهینه سازی مصرف انرژی در شهر هوشمند با استفاده از الگوریتم یادگیری تقویتی» اشاره کرده‌اند که با استفاده از شبیه‌سازی، نشان می‌دهد که مصرف انرژی سالانه در شهر هوشمند ممکن است با بهینه‌سازی مصرف انرژی با استفاده از رویکرد یادگیری تقویتی پیشنهادی، بیش از ۳۵ تا ۴۰ درصد کاهش یابد.

بهزادیان و همکاران (1396) به اهمیت جهت‌گیری بناها به‌عنوان یکی از شاخص‌های مهم فضایی در طراحی اشاره و این شاخص را در بازسازی بافت‌های­فرسوده مورد تأکید قرار دادند.

قربانی و همکاران (1399) در پژوهش خود تحت عنوان «مدل سازی ساختاری-تفسیری چالش های تاثیرگذار بر فرآیند سیاست گذاری توسعه فناوری های انرژی تجدیدپذیر در ایران» اشاره کرده‌اند که «پشتیبانی از نوآوران موفق»، «ظرفیت جذب سرمایه»، «هزینه های راه اندازی نامشخص» و «اثبات اثربخشی سیاست ها» از اساسی ترین چالش های تاثیرگذار بر فرآیند سیاست گذاری توسعه فناوری های تجدیدپذیر در ایران می باشند.

عمرانی رهقی و هاشمی دزکی (1400) در پژوهش خود تحت عنوان «بهره برداری بهینه هاب انرژی خانگی همراه با بهینه سازی ظرفیت سیستم های تولید انرژی تجدیدپذیر خورشیدی»، روش نوینی برای پاسخ به خلاء تحقیقاتی بهینه سازی همزمان ظرفیت سیستم خورشیدی و بهره برداری هاب انرژی خانگی ارایه کرده‌اند که دلالت بر کارآیی روش پیشنهادی برای کاهش هزینه های بهره برداری و افزایش بهره وری هاب انرژی خانگی با حفظ سطح راحتی مشترک در بالاترین سطح را دارند.

 

مبانی نظری

خط‌مشی‌گذاری در بخش انرژی جنبه‌های اساسی تولید و بهره‌وری انرژی را دربرمی‌گیرد که به شدت توسعه اقتصادی، پایداری و پذیرش اجتماعی را تحت تأثیر می‌گذارد به‌طوری‌که در جامعه‌ی جهانی این خط‌مشی‌ها به سمت انرژی پایدار و اقتصاد کم کربن با حذف مستقیم سوخت‌های فسیلی، هدفگذاری بر منابع انرژی‌های تجدید‌پذیر، ترویج بهره‌وری انرژی و به طور راهبردی حرکت به سوی شبکه هوشمند است(منوریان و همکاران، 1399: 117). توسعه انرژی‌های تجدید‌پذیر در یک فرآیند چند دهه‌ای به جریان اصلی در میان دولت‌ها، کسب‌و‌کارها، مشتریان و شرکت‌های تأمین آب و برق بدل شده است به ‌طوری‌که رشد این نوع از انرژی‌ها در سراسر جهان از دهه 1990 میلادی آغاز و در دهه‌های ابتدایی قرن 21‌ام به شدت توسعه آن افزوده شده است. دلیل این شدت ‌گرفتن را می‌توان در توسعه‌ی حمایت‌های مالی، سیاست‌های دولتی، افزایش قیمت تمام شده انرژی و کاهش هزینه‌های فناوری تولید انرژی تجدید‌پذیر، وضعیت نامناسب زیست محیطی و گرمایش جهانی اشاره کرد. در این راستا انجام سیاست‌گذاری مناسب در زمینه بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر، بدون توجه کردن به موانع و مشکلات توسعه این نوع از انرژی‌ها عملاً غیرممکن است(گودرزی و ملکی، 1396).

امروزه سیاست‌گذاری‌ها در سطوح ملی، ‌منطقه‌ای، ناحیه‌ای و محلی می‌تواند نقش مهمی در استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر داشته باشد به‌طوری‌که با اتخاذ استراتژی‌هایی در سطح محلی می‌توان به صورت زنجیره‌ای در سطح کلان نیز استفاده از انرژی تجدید‌پذیر را ترویج داد. در این راستا در کشور ایران دارای شرایط آب‌وهوایی و اقلیم متفاوتی است، معماری سنتی جهت فراهم نمودن شرایط و میزان کیفیت در تأمین آسایش انسان راه‌حل‌ها و شیوه‌هایی بخردانه را شناسایی کرده است. از نمادها و شاخص‌های معماری پایدار، معماری سنتی است که با بحث‌های زیست‌محیطی، اقلیمی و میزان بهره‌وری از انرژی خورشیدی، مایۀ تنزل بهاء اولیه و بهاء رایج و ساختار و بهره‌وری ساختمان، شده است که دارای اهمیت است (Nakhaee et al,2022). در پژوهش‌ها بناهای سنتی، بهره‌گیری از انرژی‌های تجدید پذیر به‌سان باد، میزان جذب گرما، روشنایی خورشید، روشنایی و غیر آن در ساختار بناها موردتوجه و مقبولیت طراحان و مجریان بناها بوده است و کوشش بر این بوده است که ساخت بنا، بهینه‌ترین حالت سازگاری با محیط‌زیست و اقلیم را داشته باشد. از مباحث موردتوجه در معماری عصر حاضر کاربرد بیشینه از منابع غیرقابل‌تجدید است، از عوامل مهم آن می‌توان استفاده از مصالح نامرغوب و جابه‎جایی آن‌ها و طراحی غیر معقولانه با استفاده از سازوبرگ برودتی و حرارتی و با توجه به مسائل اقلیمی است(Hajali Zadeh, 2023).

ارزش‌های معماری سنتی و اهمیت اقلیم و سازگاری بناها با اقلیم معماری سنتی، حائز اهمیت بی‌حدواندازه‌ای در سبک و سیاق متفاوت در بهره‌گیری بهینه از انرژی و بهره‌وری زیست‌محیطی و اقلیمی از اشکال مختلف انرژی‌ و به‌ویژه مصرف انرژی‌های تجدید پذیر است. تمامی عناصر اقلیمی و منطقه‌ای (آب، هوا، خورشید و خاک) حائز بهره‌وری متعالی و ممتازی از محیطِ‏زیست و اقلیم در معماری قدیم ایران بوده است (نوحی، 1397). در دوره‌های مختلف، معماری سنتی و شاخص‌های اقلیمی و فضایی مورد تأکید بوده است؛ ولی با ورود به دورۀ صنعتی و مدرنیته، این شاخص‌ها کمتر شده و جنبه‌های تقلیدی از غرب در بناها بیشتر تماشا می‌شود(Hajali Zadeh, 2023). باوجوداین در بناهای کهن در شهرها، ریشه‌های معماری سنتی و تأکید بر شاخص‌های مختلف اقلیمی مشاهده می‌شود که دارای طراحی سنجیده و مطلوب در جهت بهینه‌سازی انرژی و به‌کارگیری سیستم سرمایشی و حرارتی متعادل باوجود مسائل اقلیمی بوده است.

 

روش پژوهش

روش پژوهش حاضر به لحاظ هدف کاربردی و براساس نحوه‌گردآوری داده‌های پژوهش توصیفی-تحلیلی می‌باشد. گردآوری داده‌ها در این پژوهش به صورت میدانی و کتابخانه‌ای می‌باشد به‌طوری‌که در ابتدا مبانی نظری و پیشینه پژوهش از منابع معتبر علمی نظیر کتاب و مقالات علمی-پژوهشی گردآوری شده است. تجزیه و تحلیل داده‌ها به صورت کمی و کیفی صورت گرفته است که با بهره‌گیری از مدل‌سازی (SIMULATION) از نرم‌افزار GRASSHOPPER به تحلیل داده‌های پژوهش پرداخته شده است. در نهایت بر اساس نتایج پژوهش سیاست‌های پیشنهادی برای پژوهش ارائه شده است. از نتایج این پژوهش می‌توان می‌توان در طراحی ساختمان‌ها و افزایش میزان کیفیت فضای زندگی به لحاظ زیست‌محیطی و اقلیمی و درجهت کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌ها بهره‌مند شد.

 

محدوده پژوهش

ایران کشوری است با 4 اقلیم متفاوت که غالباً در اقلیم گرم و خشک قرارگرفته و به جهت دریافت انرژی‎ خورشید از بهترین کشورها محسوب می‌شود. با توجه به طولانی بودن تولید منابع فسیلی و آلودگی‌ آن و رشد نیاز انرژی، استفاده از تجهیزاتی برای کاربرد بهینه از سرچشمه انرژی خورشیدی در کشور دارای اهمیت است. ایران 240 الی 250 روز آفتابی در سال که حدوداً 80% از مساحت آن، دارای میانگین سالانۀ تابش خورشیدی در 4. 5 تا 5. 4 کیلووات ساعت بر مترمربع است. فناوری‌های انرژی خورشیدی، یک منبع انرژی خورشیدی، تجدید پذیر و بومی هستند. انرژی خورشیدی به سهولت در تمام نقاط جهان بدون اتلاف در فرآیند انتقال به واحدهای مصرف‌کننده، انجام می‌پذیرد (Kuşkaya, et al, 2023).

استان فارس از استان‌های جنوبی و چهارمین استان بزرگ ایران است. این استان با مساحتی بالغ‌بر 122608 کیلومترمربع و 4/7 درصد مساحت کل ایران را به خود اختصاص داده است. استان فارس یکی استان‎های چهارفصل است. (دفتر برنامه‌وبودجه معاونت برنامه‌ریزی و توسعه سرمایه‌ انسانی شهرداری شیراز، 1399).

 

جدول 1 – طول و عرض جغرافیایی شهرستان شیراز و استان فارس

شرح	طول شرقی از نصف‌النهار گرینویچ				عرض شمالی از خط استوا
	حداقل		حداکثر		حداقل		حداکثر
	دقیقه	درجه	دقیقه	درجه	دقیقه	درجه	دقیقه	درجه
استان فارس	34	50	44	55	1	27	42	31
شهر شیراز	49	51	38	53	2	29	57	29

 

یافته‌ها

پارامتر‌های اقلیمی شهر شیراز

دمای هوا

نمودار تغییرات دمایی ایستگاه شیراز طی دوره 2004 تا 2018 موردبررسی را نشان می‌دهد. حداکثر و حداقل دمای خشک ماهانه ثبت‌شده در طی دوره آماری موردبررسی برای ایستگاه شیراز به ترتیب اندکی بیشتر از 40 درجه سانتی‌گراد برای ماه جولای و منفی 6 درجه سانتی‌گراد برای ماه دسامبر و ژانویه می‌باشد. پارامتر مربوط به تغییرات دما‌های طراحی سالانه جهت محاسبه مقادیر از دست رفتن حرارت و همین‌طور افزایش حرارت درون ساختمان مورداستفاده قرار می‌گیرد. دامنه دمای طراحی به‌عنوان درصدی از ساعاتی که جهت ایجاد بالاترین و پایین‌ترین دمای طراحی بیرونی استفاده می‌شود تعریف می‌گردد. 

 

 

 

شکل 1 - نمودار تغییرات دمایی ایستگاه شیراز (منبع: نگارنده، 1400)

 

رطوبت نسبی

میزان رطوبت نسبی شهر شیراز را نشان می‌دهد. شیراز به جهت فاصله از دریا در سطح متوسط قرار دارد. تسلط ماه‌های خشک در نیمه‌ی تابستانی سال و بارندگی کم در این ماه‌ها منجر به تقلیل رطوبت نسبی، طوری که کمترین رطوبت در گرم‌ترین ماه‌های سال یعنی خرداد - تیر و مرداد 10 درصد و حداکثر آن 33 درصد است و حداکثر مقدار رطوبت نسبی در ماه‌های زمستانی آذر و دی به 81 درصد می‌رسد؛ و به سبب رشد و نمو گیاهی خوب که به علت بارندگی کافی در طول سال وجود دارد، بخشی از رطوبت هوا از طریق تبخیر و تعریق گیاهی تأمین می‌گردد.

 

 

شکل 2 - نمودار رطوبت نسبی (منبع: نگارنده، 1400)

گلباد

از پلاگین لیدی باگ برای پردازش و نمایش نمودار گلباد برای میانگین سرعت باد، جهت باد و حداکثر شلاق با اندازه‌گیری در ارتفاع 10 متر بالاتر از سطح زمین مسطح به‌دست‌آمده ، استفاده می‌شود. همان‌طور که گلباد ایستگاه شیراز نشان می‌دهد، جهت باد غالب غربی و شمال غربی است و شدیدترین باد‌ها دارای جهتی جنوب غربی می‌باشند که سرعت‌هایی بیش از 18 متر بر ثانیه را در منطقه ایجاد می‌نمایند. متوسط سرعت باد غالب حدود 4 متر بر ثانیه می‌باشد. در نمودار گلباد می‌توان دما، رطوبت و دیگر پارامترهای باد منطقه را مشاهده و در نحوه استقرار ساختمان و نمای آن مؤثر است.

 

 

شکل 3 - نمودار گلباد ایستگاه شیراز (منبع: نگارنده، 1400)

گلتاب

می‌توان مفهوم تازه‌ای به نام گلتاب ارائه داد. که شامل تحلیل تابش نور خورشید در جهات مختلف با استفاده از اطلاعات استخراجی از انرژی پلاس و پرداز و نمایش آن‌ها هستند؛ اینکه در چه­جهتی قادر به بهره‌گیری­حداکثری تابش نور خورشید، جهت‌گیری ساختمان جهت دریافت حداکثر انرژی خورشیدی و یا ممانعت از دریافت زیاد پرداخت. در نمودار گلتاب شهر شیراز نشان داده‌شد. شیراز در جهت 30 درجه غربی یا 60 درجه جنوب شرقی که عامل تعیین‌کننده جهت و میزان تابش خورشید به فضای داخلی و محدوده سایه‌اندازی در فضای خارجی ساختمان است. این جهت‌گیری در تعیین میزان ورود باد به داخل بافت و ایجاد تهویه در داخل بنا‌ها است.

 

 

شکل 4 - گلتاب شهر شیراز (منبع: نگارنده، 1400)

 

نمودار سایکرومتریک

بسیاری از فرایند‌های تهویه مطبوع از تحولات انرژی ناشی می‌شود. این تغییرات در اثر تغییر درجه حرارت و رطوبت هوا به وجود می‌آید. روابط بین دما، رطوبت و انرژی تحت نمودار سایکرومتریک به‌راحتی قابل‌درک است؛ و به‌راحتی می‌تواند مشکلات را در تهویه مطبوع را پاسخگو باشد. با استفاده از داده‌های اطلاعاتی حاصل از اقلیم همچون دمای خشک، دمای مرطوب و فشار بخار می‌توان نمودار سایکرومتریک را ترسیم و سپس با استفاده از این داده‌ها به تجزیه‌وتحلیل آن‌ها می‌توان درنهایت شرایط اقلیمی و اصولی را که برای طراحی باید استفاده شود مشخص کرد. باید توجه داشت که این نمودار را می‌توان به‌طور جداگانه برای هر شهر تنظیم نمود تا دقت اصول تعیین‌شده بالا رود (ASHRAE Transactions,2017, p.123). با استفاده از داده‌های اطلاعاتی حاصل از اقلیم همچون دمای خشک، دمای مرطوب و فشار بخار می‌توان نمودار سایکرومتریک را ترسیم کرد و سپس با استفاده از این داده‌ها به تجزیه‌وتحلیل آن‌ها می‌توان درنهایت شرایط اقلیمی و اصولی را که برای طراحی باید استفاده شود مشخص کرد. باید توجه داشت که این نمودار را می‌توان به‌طور جداگانه برای هر شهر تنظیم نمود تا دقت اصول تعیین‌شده بالا رود. در نمودار سایکرومتریک شهر شیراز نشان داده‌شده است.

 

 

شکل 5 - نمودار سایکرومتریک شهر شیراز (منبع: نگارنده، 1400)

 

شبیه‌سازي و تحلیل تأثیر طراحی معماري بر میزان مصرف انرژي در ساختمان‌هاي مسکونی شهر شیراز

به‌منظور شبیه‌سازي و تحلیل اثرگذاری طراحی معماري و شرایط اقلیمی و همچنین ساختار، بر میزان تقاضاي انرژي مسکن و برحسب وسعت و پهناوری شهر شیراز، دو گروه بناهای سنتی و معاصر درواقع جهش ناگهانی از معماری سنتی به معماری معاصر برحسب موضوع پژوهش موردبحث است. درواقع می‌توان به این موضوع نیز اشاره نمود که در معماری معاصر، اجزای معماری سنتی دگرگون و به فراموشی سپرده‌شده است؛ و قابل‌ذکر است که، مصرف انرژی در با گذر زمان از نفت به گاز و برق تغییریافته است. شاخص‌هایی که در نمونه‌ها موردمطالعه قرارگرفته است، ویژگی و طراحی معماری که بر میزان مصرف انرژی تأثیرگذار است، هستند. مواردی چون: مصالح دیوار، سقف و کف، شکل ساختمان، تعداد طبقات، اندازه و موقعیت پنجره‌ها، نفوذپذیری و ارتباط با زمین و دیگر موارد طراحی شامل زیبایی، هندسه و تزیینات فضایی، نوع و عملکرد و غیره که در راستای دستیابی به هدف تحقیق نقش مؤثری ایفا نمی‌کنند، موردتوجه قرار نگرفته‌اند.  برخی از شاخص‌های طراحی شامل استقرار بنا در اقلیم با توجه به نور خورشید، بازشوها، ارتفاع، طول و غیره به‌عنوان کمیت‌های مستقل و میزان متغیر وابسته كه یک مقدار عددي است، محاسبه و عوامل مؤثر در طراحی جهت ارائه آن باهدف بهینه‌سازی مصرف انرژی، مشخص خواهد شد.

شبیه‌سازی ساختمان‌ها با مؤلفه‌های مختلف معماری

جهت شناخت از تأثیر طراحی معماري بر مصرف انرژي، در اقلیم هر منطقه به‌وسیله نرم‌افزار راینو مدل‌سازی و با نرم‌افزار گرس‌هاپر، هانی‌بی و لیدی‌باگ تحلیل‌های انرژي انجام می‌شود. نمونه‌های منتخب در شرایط اقلیمی شهر شیراز و با اعمال شاخص‌های اجرایی در آن‌ها انرژی حرارتی و همچنین روشنایی تحت بررسی قرار می‌گیرد. سپس در ساختمان معاصر تحت شرایط مشابه و با تغییر در برخی شاخص‌های طراحی معماري، نظیر مصالح و لایه‌های دیوار انرژي آن تحت بررسی قرار می‌گیرد.  در این بخش از پژوهش تقاضاي انرژي گرمایشی و سرمایشی نمونه‌های موردی محاسبه‌شده و نتایج حاصل از آن راهکارهاي مناسبی برای تقلیل مصرف انرژي سرمایشی و گرمایشی است.

بررسی جذب انرژی ساختمان

میزان برخورد تابش نور خورشید که به سطوح مختلف، به‌شدت اشعه‌ی تابشی خورشید و زاویه‌ی تماس اشعه بستگی دارد. هرچه توان تابش خورشید بیش‌تر و زاویه‌ی تابش نسبت به سطح قائم باشد، میزان دریافت تابش و درنتیجه گرمای تولیدشده روی سطح بیش‌تر و هرچه زاویه‌ی تابشِ اشعه‌ی خورشید به سطح مایل‌تر باشد، میزان گرمای تولیدشده در سطح کم‌تر خواهد بود، زیرا نسبت شدت تابش به سطحِ توزیعِ اشعه کاهش یافته، درنتیجه به هر واحدِ سطح گرمای­کم‌تری می­رسد. در طراحی، دو عامل میزانِ تابشی را که به­سطح می‌رسد، کنترل می‌کنند:

اول، جهت استقرار سطوح نسبت به خورشید

دوم، مساحت سطوح تحت تأثیر نور خورشید

مناسب‌ترین ‌جهت استقرار ساختمان نسبت به خورشید در طراحی آن است که حداکثر گرما را در روز‌های سرد و حداقل گرما را در روز‌های گرم دریافت، این جهت را می‌توان جهت بهینه خواند. ازجمله مزایای جهت‌گیری بهینه ساختمان کم‌هزینه بودن آن بوده که در مراحل اولیه طرح قابل‌اجرا است. همچنین استفاده بهینه از انرژی خورشیدی، نیاز استفاده از سیستم‌های غیرفعال پیچیده را کاهش می‌دهد. درحالی‌که عملکرد سیستم‌های غیرفعال و مکانیکی را افزایش می‌دهد. بررسی بهره‌برداری نمای ساختمان از نور مستقیم خورشید در جذب انرژی در طول روز با استفاده از پلاگ این لیدی باگ محاسبه‌شده و در تصاویر ذیل قابل‌مشاهده می‌باشد.

 

 

شکل 6 - جذب انرژی ساختمان از تابش خورشید در طول سال نمای پرسپکتیو و نمای بالای خانه سنتی (منبع: نگارنده،1400)

 

 

 

شکل 7 - جذب انرژی ساختمان از تابش خورشید در طول سال نمای پرسپکتیو و نمای بالای خانه معاصر (منبع: نگارنده،1400)

 

بررسی سایه‌اندازی بنا

آنالیز ساعات دریافت نور حاصل از خورشید: برای نمونه‌های منتخب، آنالیز نور خورشید برحسب ساعت انجام و این آنالیز، توسط کامپوننت Analysis Ladybug_ Sunlight از پلاگین از Ladybug کامپوننت Path Sun –Ladybug و فایل EPW شهر شیراز، میزان ساعاتی که نور مستقیم خورشید را دریافت، انجام می‌شود که این پرتو‌ها برحسب نقاله‌ی خورشیدی شیراز که توسط Ladybug- path Sun تولید و در برآیند ساعات سایه و روشنایی، بکار برده می‌شوند.

بررسی سایه‌اندازی ساختمان در بحرانی‌ترین روز سال 1 دی و 1 تیر در تصاویر زیر قابل‌مشاهده می‌باشد. نشانگر سطوح فرم و سطح زمین اشغالی ساختمان، چه اندازه در طول روز نور خورشید دریافت و در سایه قرار دارند.

 

 

شکل 8 - سایه‌اندازی ساختمان به ترتیب سمت راست 1 دی و سمت چپ 1 تیر خانه سنتی 

(منبع: نگارنده،1400)

 

 

شکل 9 - سایه‌اندازی ساختمان به ترتیب سمت راست 1 دی و سمت چپ 1 تیر خانه معاصر 

(منبع: نگارنده،1400)

 

شاخص‌های انتخابی ارزیابی عملکرد ساختمان در پژوهش

سنجش کارایی انرژی، برآورد و نحوه سنجش مقیاس شاخص‌های کارای انرژی ساختمان که مبتنی بر شاخص‌های مرجع شامل ویژگی‌های وابسته به انرژی و روشنایی ساختمان، شدت مصرف انرژی انجام شوند (2016، Borgstein).

شدت مصرف انرژی 85F

برای بررسی مصرف انرژی از شاخص EUI استفاده که مقدار مصرف انرژی را در واحد سطح بیان می‌کند، با واحد اندازه‌گیری کیلووات ساعت بر مترمربع و معیار مناسبی برای مقایسه مصرف انرژی می‌باشد. برای آنالیز انرژی توسط نرم‌افزار از موتور انرژی پلاس استفاده شد بدین‌صورت که توسط رابط کاربری راینو مدل اتاق در محیط گرس هاپر به پلاگین هانی بی منتقل‌شده و پس از تعریف مشخصات حرارتی مصالح فایل آب‌وهوایی منطقه و... برای آنالیز مصرف انرژی به موتور معتبر انرژی پلاس فرستاده‌شده و دوباره نتایج در هانی بی قابل‌مشاهده است.

مدل‌سازی ساختمان نمونه موردی در راینو

دو ساختمان سنتی و معاصر در شیراز برای مقایسه مصرف انرژی به‌عنوان نمونه موردی انتخاب، مدل‌سازی و شبیه‌سازی عملکرد حرارتی بر روی این ساختمان انجام‌شده. در تصاویر زیر نحوه مدل‌سازی ساختمان سنتی و معاصر در نرم‌افزار مدل‌سازی سه‌بعدی راینو نشان داده‌شده است.

 

 

شکل 1 - مدل‌سازی سه‌بعدی ساختمان سنتی در راینو 

(منبع: نگارنده،1400)

 

 

شکل 11 - مدل‌سازی سه‌بعدی ساختمان معاصر در راینو (منبع: نگارنده،1400)

 

 

 

جدول 2 - جزییات لایه‌بندی دیوار و کف و سقف مورداستفاده در بهینه‌سازی نمونه موردی خانه معاصر

گرمای ویژه j/kgk	ضریب انتقال حرارتw/mk	وزن واحد جرم یا چگالیKg/m3	ضخامت cm	نام لایه
650	1. 65	2100	2	موزاییک	سقف دال بتنی مجاور فضای خارج (سقف آخر)
880	1. 8	2100	2	ملات ماسه سیمان
	0. 23	1100	0. 5	ایزوگام
950	1. 8	2100	2	شیب بندی
880	1. 8	2100	2	ملات ماسه سیمان
		1600	5	عبور لوله تأسیساتی جهت چیلر 5 اینچی و پرشدن ‌فضا با ماسه بادی
1300	2. 5	2500	15	دال بتنی
880	1. 8	2100	2	ملات ماسه سیمان
900	0. 57	1300	1	سفیدکاری
	3. 5		2	سنگ مرمر	سقف دال بتنی (طبقات)
880	1. 8	2100	2	ملات ماسه سیمان
1300	2. 5	2500	15	دال بتنی
2300	1. 1	1600	2	گل و گچ و رابیتس
900	0. 57	1300	1	سفیدکاری
900	3. 5	1300	2	سنگ مرمر
880	1. 8	2100	2	ملات ماسه سیمان
1000	2. 3	2500	2	سنگ تراورتن	دیوار خارجی
900	1. 8	2100	5	مش و ملات ماسه سیمان
1800	0. 8	1800	20	بلوک سیمانی
900	1. 8	2100	5	مش و ملات ماسه سیمان
	52	7850	15	آهن‌کشی و ایجاد فضای خالی بین ملات و سنگ نما
880	1. 8	2100	3	ملات ماسه سیمان و رابیتس
1000	2. 3	2500	3	سنگ تراورتن
900	0. 57	1300	1	اندود گچ	دیوار داخلی
2300	1. 1	1600	2	گل و گچ
1500	0. 5	1500	10	بلوک سیمانی
900	1. 1	1600	2	گل و گچ
2300	0. 57	1300	1	اندود گچ
استفاده از پنجره‌های چوبی با شیشه دوجداره با 3 سانتی‌متر هوای پرشده با گاز آرگون

 

 

 

جدول 3 - جزییات لایه‌بندی دیوار و کف و سقف مورداستفاده در بهینه‌سازی نمونه موردی خانه سنتی

گرمای ویژه j/kgk	ضریب انتقال حرارت w/mk	وزن واحد جرم یا چگالی Kg/m3	ضخامت cm	نام لایه
840	1. 1	1500	1	کاه‌گل	(سقف)
840	1. 1	1770	2	خاک‌کشی
840	1. 1	1770	1. 2	غوره گل
2390	0. 19	700	0. 3	بوریا
2390	0. 19	700	3	پروازبندی و تیر
			30	لایه هوا
2390	0. 19	700	2	توفال‌کوبی
1000	0. 4	1000	2	پلاستر گچ	دیوار خارجی
840	0. 72	1920	47	اجر
1000	0. 4	1000	2	پلاستر گچ
1000	0. 4	1000	2	پلاسترگچ	دیوار داخلی
840	1. 1	1770	6. 1	خشت
1000	0. 4	1000	2	پلاستر گچ
استفاده از پنجره‌های چوبی با شیشه گره چینی و شیشه های رنگی

 

نتایج شبیه‌سازی

با استفاده از شبیه‌سازی توان حرارتی ساختمان برای نمونه‌های موردی بررسی‌شده در شهرستان شیراز نتایج شبیه‌سازی موردبررسی قرار می‌گیرد. بر همین اساس نمودار‌های مصرف انرژی و عملکرد حرارتی برای تمامی فضا‌ها محاسبه‌شده است.

 

 

شکل 12 - مصرف انرژی سالانه ساختمان سنتی (منبع: نگارنده،1400)

 

بر اساس شبیه‌سازی ساختمان سنتی: با بازبینی بنیاد سازه‌ای خانه‌های سنتی شیراز دیوار‌ها متشکل از خشت و کاه‌گل بوده که با آب‌وهوای منطقه متناسب و سازگارند و به علت عدم راه‌یابی سرما و محافظت از ایمنی و آسایش عمدتاً از ارتفـاع و ضخامت بیشتری برخوردار هستند. در معماری سنتی بام‌ و سقف‌ها اغلب از جنس تیرهای چوبی و بوریا و گل و کاه‌گل و به شیوه صاف و مسطح بوده‌اند که این مصالح به دلیل دارا بودن از ضریب هدایت حرارتی بالا و نفوذپذیری کمتر موجب جلوگیری از اتلاف انرژی داخل ساختمان می‌شدند. در بنا‌ها به‌خصوص ساختمان‌های رو به جنوب دارای ایوان بودند. ایوان به دلیل زاویه‌ی تابشی نور خورشید در فصل زمستان، آن را به درون خانه‌ها هدایت و در فصل تابستان با تغییر زاویه‌ی، مانع از نفوذ نور خورشید به داخل ساختمان می‌شود. متأسفانه فقدان ارزش و جایگاه ایوان در معماری معاصر دیده می‌شود. بنابراین با بررسی خانه سنتی مصرف انرژی در حالت پایه 142286 کیلووات ساعت می‌باشد. دراین‌بین سهم مصرف سرمایش با میزان 79623 کیلووات ساعت بر مترمربع و مصرف انرژی گرمایش 40381 کیلووات ساعت بر مترمربع به خود اختصاص داده است. مصرف روشنایی دستگاه روشنایی 3036 و تجهیزات برقی 19245 کیلووات ساعت بر مترمربع می‌باشند؛ که در نمودار مصرف کل شکل 12 را به تفکیک کاربری نشان می‌دهد.

بر اساس شبیه‌سازی ساختمان معاصر: مصرف انرژی در حالت پایه که دیوار‌ها از جنس بلوک معمولی با نمای سنگ و پنجره‌های دوجداره و عدم به‌کارگیری از عایق و ایزوله در دیوار‌ها و سقف و کف است، 723618 کیلووات ساعت است. دراین‌بین سهم مصرف سرمایش با میزان 15390 کیلووات ساعت بر مترمربع و مصرف انرژی گرمایش 659111 کیلووات ساعت بر مترمربع به خود اختصاص داده است. مصرف روشنایی دستگاه روشنایی 8581 و تجهیزات برقی 54386 کیلووات ساعت بر مترمربع می‌باشند؛ که در نمودار شکل 13 مصرف کل ذیل را به تفکیک کاربری نشان می‌دهد.

 

 

شکل 13 - مصرف انرژی سالانه ساختمان معاصر (منبع: نگارنده،1400)

 

نمودار پایین مصرف انرژی ماهانه ساختمان را به تفکیک نیاز انرژی نشان داده‌شده است. نمودار رنگ آبی بیانگر نیاز تأمین بار سرمایش می‌باشد بار گرمایش با رنگ فیروزه‌ای نشان داده‌شده است. بار‌های روشنایی و تجهیزات به‌صورت تقریباً ثابتی در تمامی ایام سال می‌باشد به ترتیب با رنگ زرد و قرمز نشان داده‌شده است.

 

 

شکل 14 - مصرف انرژی سالانه ساختمان سنتی (منبع: نگارنده،1400)

 

 

شکل 15 - مصرف انرژی سالانه ساختمان معاصر (منبع: نگارنده،1400)

 

میزان مصرف انرژی سرمایشی در ماه‌های از آبان تا اسفند صفر و در ماه مهر و فروردین بسیار اندک است. همچنین بیشینه‌ترین مصرف انرژی مربوط به ماه‌های مرداد، شهریور و تیر است. نتایج حاصل در این بخش می‌تواند تأثیر زیادی بر کاهش کل انرژی مصرفی در توده‌های ساختمانی در پی داشته باشد.

بیشینه‌ترین مقدار در مصرف انرژی برای فراهم نمودن گرمایش در فصل سرد سال، در ماه‌های دی تا اسفند قابل‌مشاهده است. مصرف انرژی گرمایشی در ماه‌های خرداد تا آبان صفر و در فروردین کمینه‌ترین مقدار قابل روئیت است. همان‌طور که اشاره‌شده برای مقایسه مصرف انرژی، معیار مصرف انرژی ساختمان بر اساس معیار مصرف انرژی نرمال در تمام ساختمان همانند کثرت مصرف انرژی انجام شوند برای همین منظور نتایج شبیه‌سازی مصرف انرژی کل و به تفکیک نوع به‌صورت نرمال شده در نمودارهای زیر نشان داده‌شده است.

 

 

شکل 16 - شدت مصرف انرژی ساختمان سنتی (منبع: نگارنده،1400)

 

 

شکل 17. شدت مصرف انرژی ساختمان معاصر (منبع: نگارنده،1400)

در شکل‌های زیر شدت مصرف انرژی فضاهای مختلف ساختمان از نما‌های مختلف نشان داده‌شده است.

 

 

شکل 18 - شدت مصرف انرژی هر فضا در ساختمان سنتی

 (منبع: نگارنده،1400)

 

شکل 19 - شدت مصرف انرژی هر فضا در ساختمان معاصر

 (منبع: نگارنده،1400)

 

در جدول زیر خلاصه مجموعه مصرف انرژی را نشان می‌دهد.

 

جدول 4 - خلاصه نتایج کیلووات ساعت (منبع: نگارنده،1400)

تجهیزات الکتریکی	روشنایی	گرمایش	سرمایش	مورد
19245	3036	40381	79623	ساختمان سنتی
54386	8581	15390	659111	ساختمان معاصر

 

نتیجه‌گیری

در مقایسه‌ی مصرف انرژی در بناهای سنتی و مدرن به این نتیجه رسیده شد که نمودارهای متعلق به مصرف انرژی‌ با بررسی میزان مصرف انرژی سرمایشی که در نمونۀ ساختمان معاصر اجرا‌شده با میزان 15390 کیلووات ساعت بر مترمربع و مصرف انرژی گرمایش 659111 کیلووات‌ ساعت بر مترمربع به خود اختصاص داده است، نسبت به خانه‌ی سنتی بررسی‌شده به میزان سهم مصرف سرمایش با میزان 79623 کیلووات ساعت بر مترمربع و مصرف انرژی گرمایش 40381 کیلووات‌ ساعت بر مترمربع؛ به این نتیجه می‌توان رسید که خانۀ سنتی دارای میزان مصرف انرژی کم‌تری بوده و در حالت بهینه‌تری قرار دارد. بنابراین در جهت کاهش مصرف انرژی و به‌منظور بهینه‌سازی انرژی برای شهر شیراز پیشنهادهایی داده شده است که سازگار با آب‌وهوا، اقلیم منطقه و محیط‌زیست باشد؛ و ازلحاظ اقتصادی کم‌هزینه و سودآور و از همه مهم‌تر با توجه به بحران انرژی کنونی، سوخت کمتری مصرف شود. بر این اساس، پیشنهادهایی در زیر در جهت بهینه‌سازی انرژی در ساختمان‌ها در شهر شیراز ارائه شده است:

1. با توجه به مطالعات پذیرفته در ساختمان سنتی با حیاط مرکزی و کمترین دید بصری با محیط خارجی بنا (اصل محرمیت)، دیوارهای حجیم، استفاده از مصالح روشن در نما و استفاده از مصالح بومی، چون کاه‌گل و... و همچنین شاخص‌های فضایی و کالبدی و اقلیمی بهینه‌ترین میزان دریافت انرژی حاصل از نور فراهم؛ و اینکه ساختمان‌های امروزی از آجر و سیمان و تعداد پنجره‌های متعدد در زوایای مختلف ساختمان بدون درنظرگرفتن تابش خورشید و مسائل اقلیمی محیطی ساخته‌شده که برای ساکنان و بهره‌وران غیرقابل‌تحمل بوده و باید انرژی زیادی مصرف شود تا به شرایط آسایش برسد.

2. سنجش میزان جذب انرژی خورشیدی در جبهه‌های مختلف و اولویت‌بندی فضایی این امکان را فراهم می‌سازد تا فضاهای­مسکونی از ضلع منور از نورآفتاب و سایه‌انداز بنا سود و تأثیر بگیرند. لذا فضاهای مستقر در ضلع‌شمالی بنا آفتاب‌گیر در زمستان و فضای واقع در ضلع جنوبی سایه‌انداز در تابستان و استفاده از جریان هوا موجب پیدایش و خلق پلان ساختمان می‌گردد.

3. قرارگیری فضاهای نشیمن و اتاق‌خواب‌ها بدلیل بیشترین ارتباط با انرژی با افزایش مساحت شدت میزان انرژی افزایش می‌یابد؛ ولی افزایش مساحت دیگر فضاها، چون حمام و سرویس بهداشتی و... فضاهای کنترل‌نشده‌ای هستند و تأثیر چندانی در میزان شدت انرژی ندارند. در نتیجه هراندازه مقیاس فضاها خردتر باشند، گرمایش و سرمایش در آن بهینه‌تر خواهد بود.

4. قرارگیری ‌نشیمن و آشپزخانه در ضلع جنوبی و اتاق‌خواب‌ها در ضلع ‎شمالی باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری از منابع انرژی به‌صورت رایگان و ایجاد فضاهایی با آسایش و امنیت حرارتی و مطلوب جهت ساکنان می‌شود.

5. مصالح تشکیل‌دهنده جدارهای ساختمان در دیوارهای خارجی اهمیت زیادی دارد که در بنای سنتی با بررسی‌ ساختار سازه‌ای دیوارهای خارجی با خشت خام و ملات ‌کاهگل با ضخامت حدود یک‌ متر و بام‌ها و سقف از جنس تیرهای چوبی و بوریا و کاه‌گل بوده و به‌صورت مسطح و صاف شکل‌گرفته‌اند؛ در بنای­معاصر دیوارهای­خارجی با بلوک معمولی و نمای­سنگ و نازک ‌کاری گچ از داخل و سقف و بام با دال بتنی بدون عایق تشکیل‌شدند موردبررسی قرار گرفت.

6. پنجره‌ها نقش عنصر ارتباط‌دهنده فضای داخلی و خارجی ساختمان بر معیار و ملاک آسایش حرارتی فضای داخلی ساختمان با مبادله پرتو خورشید و هوای خارج از ساختمان را به عهده‌دارند و کارساز هستند. پنجرۀ مناسب قابلیت جلوگیری از هدر رفت انرژی را دارد. در جبهه‌های جنوبی به دلیل تابش مکرر نیمی از جداره‌های اصلی را تشکیل می‌دهند.

7. طبق بررسی‌های انجام‌شده پنجره در معماری سنتی ایران عنصری ساده برای تأمین نیازهای اولیه نیست بلکه نقش عنصری در تزیین نمای داخل و خارجی دارد. پنجره‌ها کشيده و بلند و طول آنها نسبت به عرضشان دارای نسبت 1به2 است. تعدد پنجره‌ها در کنار هم به علت تأمين ديد مناسب و نورکافی بوده و طول کم در مقابل ارتفاع آنها به سبب تأمين تهويه مناسب فضای داخلی خانه است که از تناسبات تعیین‌شده‌ای پيروی می‎کند. وجود گره چینی و شیشه‌های رنگی بیانگر نوعی تزیینات بکار­رفته در پنجره‌های بناهای سنتی است؛ ولی بااین‌وجود گره چینی‌ها طبق بررسی انجام‌شده موجب کنترل میزان نور و حرارت دریافتی به فضای داخلی بناشده است و بر میزان تأمین آسایش حرارتی تأثیرگذار بوده، همچنین استفاده از شیشه‌های رنگی در پنجره باعث جذب بیشتر و تابش کمتر حرارت به فضای داخلی بناشده و تأثیر مطلوبی بر میزان آسایش حرارتی دارد. پنجره‌ها به‌طور مستقیم در معرض تابش خورشید نبوده و از سایبان بهره‌مند بودند.

 

پیشنهادهای سیاستی

با توجه به نتایج پژوهش، سیاست‌های پیشنهادی پژوهش به شرح ذیل ارائه می‌گردد:

- در معماری بناهای مسکونی طراحان باید ابتدا میزان سطح اشغالی هر فضا از کل بنا را مشخص کرده و با توجه به تأثیر میزان جذب نور خورشید در جبهه‌های مختلف ترتیب قرارگیری و چیدمان فضایی را اولویت‌بندی و طراحی نمایند.

- طراحان باید میزان جذب انرژی خورشیدی در جبهه‌های مختلف را سنجیده و اولویت‌بندی فضایی در طراحی ساختمان‌ها برای استفاده حداکثری از نور خورشید را انجام دهند.

- طراحان باید در طراحی پلن‌های مسکونی سعی کنند تا ‌نشیمن و آشپزخانه در ضلع جنوبی و اتاق‌خواب‌ها در ضلع ‎شمالی قرار گیرند.

- طراحان باید از پنجره‌ها به خصوص در جبهه‌های جنوبی استفاده بهینه داشته و باید در متریال پنجره‌ها از فناوری‌های نوین در جهت کاهش میزان هدررفت انرژی استفاده کنند.

- طراحان باید از ظرفیت‌های دانش بومی و سنتی در طراحی پنجره‌ها در جهت کاهش میزان هدررفت انرژی استفاده نمایند.

- طراحان باید ضخامت دیوارهای خارجی را در نظر گرفته و با استفاده از مصالح بومی در جهت جهت کاهش میزان هدررفت انرژی اقدام نمایند.

 

References

Abbasi Godarzi, A., & Maleki, A. (2017). Renewable Energy policy in I.R.Iran. Strategic Studies of public policy, 7(23), 159-174.

Behzadianmehr, A., Alijani, B., & Rahnama, M. R. (2018). Climate Design and Determination of the Optimal Orientation of Buildings and Streets with Respect to Radiation in Mashhad. Journal of Geography and Regional Development, 15(2), 197-216.

Bolouhari, S. Barbera, L. V، Etessam I. (2020). Learning Traditional Architecture for Future Energy-Efficient Architecture in the Country; Case Study: Yazd City. Naqshejahan- Basic studies and New Technologies of Architecture and Planning. 10(2): 85-93.

Borgstein, E. R. Lamberts، and Hensen, J. (2016). Evaluating energy performance in non-domestic buildings: A review. Energy and Buildings. 128: 734-755.

Emrani-Rahaghi P, Hashemi-Dezaki H. Optimal Operation of Residential Energy Hubs Considering Optimized Capacity of Photovoltaic-based Renewable Energy Systems. ieijqp 2021; 10 (2) :40-56 

Ghorbani, A., Fartash, K., & Khayatian, M. (2020). Interpretive-structural modeling of challenges affecting the policy-making process of renewable energy technologies development in Iran. Quarterly journal of Industrial Technology Development, 18(41), 13-26.

Hajali Zadeh, G. (2023). Investigation of energy consumption of traditional houses in approach to sustainable architecture (Case Study: Ardebil, Sanandaj, Hamedan and Tabriz cities of Iran). Journal of Urban Management and Energy Sustainability, 5(1), 130-146.

He, X. (2018). Study of Interior Public Spaces for the Promotion of Social Interaction in High-rise Residential Buildings، Thesis. Rochester Institute of Technology. Accessed from https://scholarworks. rit. edu/theses/9974

Honarvar, S. M. H., Golabchi, M., & Ledari, M. B. (2022). Building circularity as a measure of sustainability in the old and modern architecture: A case study of architecture development in the hot and dry climate. Energy and Buildings, 275, 112469.

Kuşkaya, S., Bilgili, F., Muğaloğlu, E., Khan, K., Hoque, M. E., & Toguç, N. (2023). The role of solar energy usage in environmental sustainability: Fresh evidence through time-frequency analyses. Renewable Energy, 206, 858-871.

Lehmann, S. (2016). An environmental and social approach in the modern architecture of Brazil: The work of Lina Bo Bardi، Journal of City، Culture and Society، 7(3): 169-18.

Li Weihong. (2011). Sustainable design for low carbon architecture. Procedia Environmental Sciences; 177(5): 173.

Monavariyan, A., Vatankhah Moghaddam, S., Shah Hoseini,, M. A., Vaezi, S. K., & Noorollahi, Y. (2020). Designing of Policy Making Model of Renewable Energy Development in Iran. Iranian Journal of Public Policy, 6(2), 115-134.

Nakhaee Sharif, A., Keshavarz Saleh, S., Afzal, S., Shoja Razavi, N., Fadaei Nasab, M., & Kadaei, S. (2022). Evaluating and identifying climatic design features in traditional Iranian architecture for energy saving (case study of residential architecture in northwest of Iran). Complexity, 2022.

Nouhi, Hamid, (2005). Reflections on Art and Architecture, Tehran: Gam Noo Publication.

Ordouei, M., Broumandnia, A., Banirostam, T., & Gilani, A. (2023). Optimization of energy consumption in smart city using reinforcement learning algorithm. International Journal of Nonlinear Analysis and Applications, (Articles in Press), -. doi: 10.22075/ijnaa.2022.29258.4102

Roth، M.، (2017). Updating the ASHRAE Climate Design Data for 2017. ASHRAE Transactions، 123.

Roudsari، M. S.، M. Pak, Ye، Y.، Ding،Y. (2019). Measuring Social impacts of tall buildings lower public space، international journal of high-buildings، 8(1): 173-180.

Zhou. X.، Ye،Y.، Wang،Z. (2019). Tall Buildings as Urban Habitats: A Quantitative Approach for Measuring Positive Social Impacts of Tall Buildings' Lower Public Space، International Journal of High-Rise Buildings، 80(1): 57-69.

http://www. hamshahrionline. ir

http://www. saba. org. ir/saba_content/media/image/2012/03/3512_orig. pdf

https://www. sid. ir/fa/journal/ViewPaper. aspx?id=568531

http://www. saba. org. ir/saba_content/media/image/2012/03/3512_orig. pdf