Investigating the geometry of the courtyards of girls' primary schools in Isfahan city with the aim of providing the most hours of thermal comfort

Subject Areas : architecture

Ghazaleh Chehrazi ¹ , Narges Dehghan ² , Haniyeh Sanaieian ³ , amir gandomkar ⁴

1 - PhD Candidate, Department of Architecture, Advancement in Architecture and Urban Planning Research Center, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
2 - Assistant professor, Department of Architecture, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.
3 - Assistant Professor, Architecture Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
4 - Associate Professor, Department of Geography, Najafabad Branceh, Islamic Azad University, Najafabad, Iran.

Received: 2023-05-31 Accepted : 2024-02-03 Published : 2024-02-03

Keywords: yard geometry, girls&#039, elementary school, Isfahan, outdoor thermal comfort, Envi-met,

Abstract :

Schoolyards are places where students spend about 20 to 25% of their time there. When the schoolyard is designed to meet students' needs, it can become a dynamic place for entertaining and educating students. To maintain active participation in the schoolyard, students need thermal comfort. This research aims to determine the optimal geometry of the courtyards of girls' primary schools in Isfahan City to ensure students' comfort. For this purpose, the pattern of public schools for girls in Isfahan was examined. Moreover, previous studies and criteria of the School Renovation Organization were reviewed, as well as the dominant geometry of girls' schools in Isfahan City and the geometric pattern of the tests. The thermal simulation of the geometric patterns was carried out using Envi-met software in two 8-hour periods on June 21 (summer solstice) and December 21 (winter solstice). By comparing the thermal performances of the models, it was determined that the optimal model for students was determined by the number of hours of thermal comfort provided by each model. A model that obtains the maximum amount of heat from the sun and the surrounding environment in winter while obtaining the least amount of heat in summer provides the optimal shape and form of the open space in a building to provide the most hours of thermal comfort. Thus, Considering the importance of providing thermal comfort in the school yard for the active participation of students and turning the schoolyard into an educational space, the optimal geometry of the yard in this research of girls' primary schools in Isfahan city to determine the maximum hours' Thermal comfort was obtained. When the building is placed centrally or in a summerhouse, open spaces have good thermal performance in summer since they have a small width on the south side, so they are exposed to sunlight and receive heat for fewer hours. In addition, since the prevailing wind direction in Isfahan City in summer is from the east, the eastern side of the yard is more exposed to the wind, resulting in greater cooling. The simulation results indicate that models with a ratio of 2.5 to 1, which are U-shaped buildings (those with north, east, and south fronts) and L-shaped buildings (those with north and west fronts or north and west fronts), have good thermal performance. In the cold season, they have an east-west elongation with a ratio of 2.5 to 1, which indicates the extent of the south side of the building, which receives the most heat in the cold season and can provide comfortable conditions for students in schoolyards. Since the prevailing wind in the cold season blows from the west, the small size of the west side causes the open space of the proposed models to be less exposed to the wind. It is also suggested to prevent the wind from entering the open space in the cold season by using obstacles, such as planting trees or building artifacts on the west side.

References:


1. اداره کل هواشناسی استان اصفهان. (1394). نمایه اقلیمی اصفهان. http://esfahanmet.ir/dorsapax/userfiles/file/Ozonsanji.pdf
2. اسلامی، محمدامین؛ نوذری فردوسیه، احمد؛ و طاهباز، منصوره. (1395). راهکار‌های طراحی اقلیمیِ معابر فضای باز (مطالعه موردی: پیاده‌راه‌های دانشگاه کاشان). هویت شهر، 10(2)، 20.1001.1.17359562.1395.10.2.4.1
3. اکبری، حسن؛ محمدی مقدم، سمیرا؛ رشیدکلویر، حجت¬الله؛ و حاتمی¬خانقاهی، توحید. (1400). بررسی شرایط آسایش حرارتی خانه‌های حیاط مرکزی در اقلیم گرم و خشک (نمونة موردی: خانه‌های شهر اصفهان). مطالعات جغرافیایی مناطق خشک، 11(44)، 21-36. https://jargs.hsu.ac.ir/article_161541.html
4. چهرازی، غزاله؛ دهقان، نرگس؛ صنایعیان، هانیه؛ و گندمکار، امیر. (1400). تعیین محدوده آسایش حرارتی در فضای باز دبستان‌های دخترانه شهر اصفهان. صفه، 31(3)، 43-58. https://doi.org/10.52547/sofeh.31.3.43
5. حیدری، شاهین؛ و منعام، علیرضا. (1393). ارزیابی شاخصه‌های‌ آسایش حرارتی در فضای باز. جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای، 11(20)،216-197. https://doi.org/10.22067/geography.v11i20.30753
6. خاکی‌قصر، آزاده. (1397). مدیریت مدارس سبز: الگوی همنشینی دبستان‌ها و بوستان‌ها. مدیریت مدرسه،2 (6)، 100-121. https://www.noormags.ir/view/fa/articlepage/1780695
7. خوشبخت، یاسر؛ مدی، حسین، و آزموده، مریم. (1399). بررسی هندسه بلوک‌های شهری در میزان آسایش حرارتی فضای باز در دوره گرم سال (مطالعه موردی: شهر همدان). مطالعات طراحی شهری و پژوهش‌های شهری، 11(3), 28-39. magiran.com/p2114760
8. دهناد، نازنین؛ کریمی، باقر؛ و مهدی‌نژاد، جمال¬الدین. (1400). بررسی تأثیر مورفولوژی مجتمع‌های مسکونی بر آسایش حرارتی فضای باز. مطالعات مدیریت شهری، 13(46), 21–33. 10.30495/ums.2021.19261
9. زمردیان، زهرا السادات؛ امینیان، سعید؛ و طاهباز، منصوره. (1395). ارزیابی آسایش حرارتی در کلاس درس در اقلیم گرم و خشک مطالعات میدانی: دبستان دخترانه در شهر کاشان. هنرهای زیبا؛ معماری و شهرسازی، 21(4), 17-28. 10.22059/jfaup.2017.61653
10. شعله، مهسا؛ صادقی، علیرضا؛ و عبادی، مریم. (1400). سنجش تغییرات هندسه بافت شهری بر شرایط آسایش حرارتی بیرونی مطالعه موردی: بافت مسکونی قدیمی و میانی شیراز. فصلنامه شهر پایدار. 4(2). 22-1. https://dorl.net/dor/20.1001.1.24766631.1400.4.2.1.5
11. صبوری، صابر، و رحیمی، لیلا. (1396). تحلیل زمانی آسایش اقلیمی شهرها با رویکرد کاهش مصرف انرژی: مطالعه موردی شهرهای تهران، تبریز، اصفهان، شیراز، یزد و بندرعباس. پژوهش‌های برنامه‌ریزی و سیاست‌گذاری انرژی، 3(6), 7-35. ttp://epprjournal.ir/article-1-285-fa.html
12. صمدپور شهرک، مهسا؛ و طاهباز،منصوره. (2018). بررسی راهکارهای ارتقای فضای باز مدارس ابتدایی دخترانه از نگاه دانش‌آموزان (نمونۀ موردی: شهر تبریز). فناوری آموزش، 12(2), 95-108. https://doi.org/10.22061/jte.2018.2921.1740
13. طاهباز، منصوره، جلیلیان، شهربانو، و موسوی، فاطمه. (1391). آموزه هایی از معماری اقلیمی گذرهای کاشان تحقیق میدانی در بافت تاریخی شهر. مطالعات معماری ایران، 1(1)، 59-83. SID. https://sid.ir/paper/219478/fa
14. عظمتی، حمیدرضا؛ صباحی، سمانه؛ و عظمتی، سعید. (1391). عوامل محیطی موثر بر رضایتمندی دانش آموزان از فضاهای آموزشی. نقش جهان، 2(1)، 31-42. SID. https://sid.ir/paper/500613/fa
15. علاقمند، سپیده؛ صالحی، سعید؛ و مظفر، فرهنگ. (1396). مطالعه تطبیقی معماری و محتوای مدارس ایران از دوره سنتی تا نوین. باغ نظر، 14(49)، 5-18. SID. https://sid.ir/paper/125361/fa
16. فتاحی، کارن؛ نصراللهی، نازنین؛ انصاری¬منش، مریم؛ خداکرمی، جمال¬الدین؛ و عمرانی پور، علی. (1400). بررسی نقش هندسه و نوع فضای باز شهری بر آسایش حرارتی و کیفیت محیطی (مطالعه موردی بافت تاریخی کاشان). فصلنامه مطالعات شهری، 10(39)، 69-82. 10.34785/J011.2021.138
17. مجیدی، فاطمه السادات؛ حیدری، شاهین؛ قلعه‌نویی، محمود؛ و قاسمی سیچانی، مریم (1397). تفاوت فصلی حدود آسایش حرارتی در محلات قدیم و جدید شهر اصفهان (مطالعه موردی: محلات جلفا و مرداویج)، هنرهای زیبا؛ معماری و شهرسازی. دوره بیست و سوم (2)،42-31. 10.22059/jfaup.2018.255768.672006
18. ملکی، سید¬محمد¬رضا؛ محمدکاری، بهروز؛ و معرفت، مهدی. (1396). بررسی عملکرد حیاط و خصیصه‌های طراحی آن برای بهبود عملکرد گرمایی و آسایش حرارتی در شرایط آب‌وهوایی تهران. مهندسی مکانیک مدرس، 17(4)، 369-380. http://mme.modares.ac.ir/article-۱۵-۹۱۶۳-fa.html
19. منتظری، مرجان؛ جهانشاهلو، لعلا؛ و ماجدی، حمید. (1397). تأثیر مؤلفه‌های فرم کالبدی شهری بر آسایش حرارتی فضاهای باز شهری (مطالعه موردی: اراضی پشت سیلو شهر یزد). مطالعات محیطی هفت حصار، 6(23)، 49-66. http://hafthesar.iauh.ac.ir/article-۱-۵۴۳-fa.html
20. نشریه 697. (1395). ضوابط طراحی ساختمان‌های آموزشی (برنامه‌ریزی معماری همسان مدارس ابتدایی و متوسطه). سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور. http://www.omransoft.ir/3400/%D9%86%D8%B4%D8%B1%DB%8C%D9%87-%D8%B4%D9%85%D8%A7%D8%B1%D9%87-697/
21. Al Haddid, H., & Al-Obaidi, K. M. (2022). Examining the impact of urban canyons morphology on outdoor environmental conditions in city centres with a temperate climate. Energy Nexus, 8, 100159. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2022.100159
22. Aljawabra, F., & Nikolopoulou, M. (2010). Influence of hot arid climate on the use of outdoor urban spaces and thermal comfort: Do cultural and social backgrounds matter?. Intelligent Buildings International, 2(3), 198-217. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.3763/inbi.2010.0046
23. Al-Rashidi, K., Alazmi, R., & Alazmi, M. (2015). Artificial neural network estimation of thermal insulation value of children’s school wear in Kuwait classroom. Advances in Artificial Neural Systems, 2015. https://doi.org/10.1155/2015/421215
24. Almhafdy, A., Ibrahim, N., Ahmad, S. S., & Yahya, J. (2013). Courtyard design variants and microclimate performance. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 101, 170-180. 10.1016/j.sbspro.2013.07.190
25. Zhang, L., Wei, D., Hou, Y., Du, J., Liu, Z. A., Zhang, G., & Shi, L. (2020). Outdoor thermal comfort of urban park—a case study. Sustainability, 12(5), 1961. https://doi.org/10.3390/su12051961
26. Berkovic, S., Yezioro, A., & Bitan, A. (2012). Study of thermal comfort in courtyards in a hot arid climate. Solar Energy, 86(5), 1173-1186. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.01.010
27. Canan, F., Golasi, I., Ciancio, V., Coppi, M., & Salata, F. (2019). Outdoor thermal comfort conditions during summer in a cold semi-arid climate. A transversal field survey in Central Anatolia (Turkey). Building and Environment, 148, 212-224. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.11.008
28. Chen, L., Zhang, Y., Luo, Z., & Yao, F. (2022). Optimization design of the landscape elements in the Lhasa residential area driven by an orthogonal experiment and a numerical simulation. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(10), 6303. 10.3390/ijerph19106303
29. Ghaffarianhoseini, A., Berardi, U., & Ghaffarianhoseini, A. (2015). Thermal performance characteristics of unshaded courtyards in hot and humid climates. Building and Environment, 87, 154-168. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2015.02.001
30. Hasehzadeh Haseh, R., Khakzand, M., & Ojaghlou, M. (2018). Optimal thermal characteristics of the courtyard in the hot and arid climate of Isfahan. Buildings, 8(12), 166. https://doi.org/10.3390/buildings8120166
31. Horrison, E., & Stephi, H. (2023, July). Impact of green cover on improving outdoor thermal comfort in Urban Residential Clusters. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1210, No. 1, p. 012037). IOP Publishing. 10.1088/1755-1315/1210/1/012037
32. Johansson, E. (2006). Influence of urban geometry on outdoor thermal comfort in a hot dry climate: A study in Fez, Morocco. Building and environment, 41(10), 1326-1338. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.05.022
33. Kariminia, S., Ahmad, S. S., & Saberi, A. (2015). Microclimatic Conditions of an Urban Square: Role of built environment and geometry. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 170, 718-727. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2015.01.074
34. Lai, D., Liu, W., Gan, T., Liu, K., & Chen, Q. (2019). A review of mitigating strategies to improve the thermal environment and thermal comfort in urban outdoor spaces. Science of the Total Environment, 661, 337-353. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.062
35. Nicosia, N., & Datar, A. (2018). Neighborhood environments and physical activity: a longitudinal study of adolescents in a natural experiment. American journal of preventive medicine, 54(5), 671-678. DOI: 10.1016/j.amepre.2018.01.030
36. Ojaghlou, M., & Khakzand, M. (2018). Comparative Study of Form and Features of Courtyards in Terms of Outdoor Thermal Comfort in Two Contrasting Climates of Iran. Journal of Sustainable Development, 11(2). DOI:10.5539/jsd.v11n2p112
37. Parker, J. (2021). The Leeds urban heat island and its implications for energy use and thermal comfort. Energy and Buildings, 235, 110636. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110636
38. Saleem, A., Abel-Rahman, A., Ali, A. H., & Ookawara, S. (2014). Experimental study on thermal comfort conditions in existing public primary schools buildings in Upper Egypt. Sustainability in Energy and Buildings: Research Advances ISSN 2054-3743(3), 58. https://www.researchgate.net/publication/303299429_Experimental_Study_on_Thermal_Comfort_Conditions_in_Existing_Public_Primary_Schools_Buildings_in_Upper_Egypt
39. Sedira, S., & Mazouz, S. (2023). The effect of urban geometry on outdoor thermal comfort. Application of the UTCI index in hot and arid climates. https://doi.org/10.47577/technium.v2021i.8140
40. Völker, S., Baumeister, H., Claßen, T., Hornberg, C., & Kistemann, T. (2013). Evidence for the temperature-mitigating capacity of urban blue space—A health geographic perspective. Erdkunde, 355-371. https://www.jstor.org/stable/23595377