بررسی تاثیر تغییر تکنیک مصالح بر صرفه جویی در مصرف انرژی ساختمان مدارس (شهرهای مورد مطالعه :شیراز و اصفهان)
محورهای موضوعی : معماری و شهرسازی
مهدی رخشنده رو
1
,
پری ناز کشتکاران
2
*
1 - گروه معماری و شهرسازی، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران.
2 - گروه معماری و شهرسازی، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران. * (مسوول مکاتبات)
کلید واژه: کاهش مصرف انرژی, انتقال حرارت, بهینه سازی جداره ها, معماری مدرسه, ایران.,
چکیده مقاله :
زمینه و هدف: ساختمان مدرسه بدین دلیل که دانش آموزان و معلمان بیش از 8 ساعت در طول روز را در ساختمان مدرسه سپری می کنند، حایز اهمیت است. با توجه به این که ساختمان مدرسه از مهمترین بناهای عمومی است که مصرف انرژی آن در ایران بیش از 160 kWh/m2 می باشد، بحث صرفه جویی در مصرف انرژی در ساختمان مدارس مهم می گردد . انتقال حرارت از جداره های ساختمان نقش مهمی در بحث صرفه جویی در مصرف انرژی دارد و در کشورهای پیشرفته با بهینه سازی جداره های ساختمانها میزان قابل توجهی از مصرف انرژی را کاهش داده اند، لذا در این مقاله به بررسی تاثیر بهینه سازی جداره های ساختمان یک مدرسه در دو شهر شیراز و اصفهان ،که دارای اقلیم مشابه اما با کمی تفاوت هستند، با هدف بررسی و کاهش انتقال حرارت از جداره های ساختمان مدارس، جهت کاهش مصرف انرژی، پرداخته شده است . این پژوهش، به دنبال پاسخ به این سوال است که : آیا طراحی پلان مشابه و تکنیک طراحی مشابه در دو شهر متفاوت اقلیم گرم و خشک ایران به لحاظ مصرف انرژی عملکرد مشابه دارند؟
روش بررسی : روش تحقیق کمی، بر اساس نتایج محاسبات نرم افزار انرژی پلاس v8-4.0 است . در این پژوهش دو مدرسه با پلان مشابه در دو شهر ایران ؛ شیراز و اصفهان ، به روش نمونه گیری غیر احتمالی هدفمند انتخاب شد. پلان مدارس در نرم افزار اسکچاپ 16 (Sketchup16) مدل سازی و جهت محاسبات به نرم افزار انرژی پلاس انتقال داده شد. محاسبات انتقال حرارتی جداره های ساختمان مدرسه با توجه به داده های اقلیمی و مصالح وضع موجود دو بنا انجام گرفت. سپس چهار تکنیک : عایق سازی دیوارها ، عایق سازی سقف ، ایجاد سایبان افقی و ایجاد نمای دو جداره ، جهت بهینه سازی جداره ها پیشنهاد شد و جهت بهینه سازی مصالح جداره های افقی و عمودی از ضریب انتقال حرارت بهینه استفاده شد.
یافته ها: مقایسه نتایج قبل و بعد از اعمال تکنیک های بهینه سازی، نشان داد که پس از اعمال هر چهار تکنیک در ساختمان مدرسه در شهر اصفهان و شیراز به ترتیب 8/60 و 2/48 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی شد.همچنین نشان داد که به لحاظ تشابه اقلیمی نمی توان از تکنیک یکسان در ساختمان مدارس استفاده کرد.
بحث و نتیجه گیری: در شیراز تکنیک عایق سقف و در اصفهان تکنیک نمای دو جداره بیشترین صرفه جویی در مصرف انرژی را ایجاد کرد. کمترین میزان صرفه جویی در مصرف انرژی مربوط به تکنیک های عایق دیوارهای خارجی و سایبان پنجره جنوبی به ترتیب برای شهرهای شیراز و اصفهان بود .
Background and Objective: The school building is among the most important public buildings, and the matter of energy saving in school buildings is serious because students and teachers spend more than 8 hours of their time in the school buildings during the day. energy consumption in Iran is more than 160 kWh/m2Heat transfer from building envelopes has an important role in the energy saving aspect, and a considerable amount of energy consumption is declined in developed countries by retrofitting the buildings’ envelopes. This article surveyed the effect of retrofitting buildings envelopes of a school in Iran (Shiraz and Isfahan) with the same climate but with a little difference.
Material and Methodology: The quantitative research method is based on the results of calculations of software Energy plus v8-4.0. In this research, two schools with the same plan in two cities of Iran, Shiraz and Isfahan were selected by purposeful improbable sampling method. The school plan was modelled in the software SketchUp 16 and transferred to the software energy plus for calculations. The calculations of heat transfer of the envelopes of the school building were performed based on climate data and used materials from two buildings. Then four techniques: insulation of envelopes, insulation of ceiling, making the horizontal canopy and making double-envelope façade were proposed for retrofitting of envelopes.
Findings: The comparison of results before and after applying retrofit techniques showed that after applying every four techniques in the school building in the city of Isfahan and Shiraz, 60.8 and 48.2 per cent were saved respectively in energy consumption. It also showed that we cannot use the same technique in school building because of the similarity of climate.
Discussion and Conclusion: The roof insulation in Shiraz school and the double -glazed façade technique in Isfahan school, created the greatest energy consumption saving. The lowest amount of energy saving is related to external wall insulation techniques, and south window canopy for Shiraz and Isfahan, respectively
1. de Santoli, L., F. Fraticelli, F. Fornari, and C. Calice, Energy performance assessment and a retrofit strategy in public school buildings in Rome. Energy and Buildings, 2014. 68: p. 196-202.
2. Burcu Gulay Tascı, Project Based Learning from Elementary School to College, Tool: Architecture, Procedia - Social and Behavioral Sciences, Volume 186, 2015, Pages 770-775.
3. Aibaghi Esfahani, H., Momeni K., Hassan pour, F. Impact of Building Orientation on Annual Energy Consumption in Schools in Hot Arid Regions in Iran, Using Climate Modeling, Case Study: A Double-class School. ARMANSHAHR [Internet]. 2021; 14(34 ):23-40. Available from: https://sid.ir/paper/982393/en. (In Persian)
4. Nair, P., & Fielding, R. The Language of School Design: Design Patterns for 21st Century Schools. DesignShare.com: Prakash Nair & Randall Fielding. 2005.
5. Honardan, A. Farsi, T,. The role of spatial planning (section separation and plan design) of educational uses in energy consumption. Second national conference of architecture and urban landscape. Mashhad, Iran. 2015.(In Persian)
6. www.dres.ir
7. National Standard of Iran. no 14254-3-1. (2022). (In Persian)
8. Kang, H.J., & Rhee, E.K. Development of a Sustainable Design Guideline for a School Building in the Early Design Stage. Journal of Asian Architecture and Building Engineering, 2014; 13, 467 - 474.
9. Gagiliano.A,Pataniaa.F,Capizzi.G, A case study of energy efficiency retrofit in social housing units, Energy Procedia 42 .2013; 289-298.
10. Fallah H. Determining the Most Efficient Window-to-Wall Ratio in Southern Faç ade of Educational Buildings in Kerman. Naghshejahan[Internet]. 2019; 9(2 ):105-115. Available from: https://sid.ir/paper/249059/en. (In Persian)
11. Loft Ata, A. Effect of environmental factors on behaviors and learning, in educational spaces (especially elementary schools). Urban management [Internet]. 2008;6(21):73-90. Available from: https://sid.ir/paper/91958/en. (In Persian)
12. Carmen Díaz-López, Antonio Serrano-Jiménez, Konstantin Verichev, Ángela Barrios-Padura, Passive cooling strategies to optimise sustainability and environmental ergonomics in Mediterranean schools based on a critical review, Building and Environment,Volume 221,2022,109297,ISSN 0360-1323, https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109297.
13. Laila Sokar, Abderrahim Brakez, Issam Sobhy, A scientific process for a sustainable architectural design: A case study of a rural pavilion in a hot semi-arid climate, Journal of Building Engineering,Volume 79, 2023,107816, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107816.
14. Yizhe Xu, Chengchu Yan, Dong Wang, Jun Li, Jingfeng Shi, Zefeng Lu, Qingsong Lu, Yanlong Jiang, Coordinated optimal design of school building envelope and energy system, Solar Energy,Volume 244,2022,Pages 19-30,ISSN 0038-092X, https://doi.org/10.1016/j.solener.2022.08.035.
15. Hikmat Ali, Rifqa Hashlamun, Envelope retrofitting strategies for public school buildings in Jordan, Journal of Building Engineering, Volume 25, 2019,100819, ISSN 2352-7102, https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100819.
16. Maite Gil-Baez, Ángela Barrios Padura, Marta Molina Huelva,Passive actions in the building envelope to enhance sustainability of schools in a Mediterranean climate, Energy, Volume 167, 2019, Pages 144-158, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.094.
17. Asadpour, H., Taherian, B., Asadpour, A. Application of Green School Site Selection Criteria to Increase Environmental Sustainability; Case Study: Fahadan Neighborhood of Yazd. Armanshahr[Internet]. 2022; 14(37):215-229. Available from: https://sid.ir/paper/977421/en. (In Persian)
18. Majedi H., sadat siadati F. Green roof development in sustainable urban design solutions and suggestions, case study: garden - school. Urban management [Internet]. 2015; 14(38):215-240. Available from: https://sid.ir/paper/92136/en. (In Persian)
19. Safari, Z,. Malekmahmoodi, R. Green School as a sustainable view in educational spaces. Second National Conference in Sustainable Architecture. Hamedan.Iran. 2011. (In Persian)
20. Zakeri, S, M,. Honarmand, S. Measuring students' environmental satisfaction with school environmental components, a case study of four new and dilapidated elementary schools in Shiraz. Soffeh. 25 (70). 2015; 19-33. (In Persian)
21. Soflaei, F., & Shokouhian, M., & Mofidi-Shemirani, S-M. Investigation of Iranian traditional courtyard as passive cooling strategy (a field study on BS climate). International Journal of Sustainable Built Environment. 5. 10.1016. 2015./j.ijsbe.2015.12.001
22. www.climate-chart.org