ارزیابی عددی شاخص تعادل حرارتی بلوک های فرم بتن عایق (ICF) در جداره خارجی ساختمان (نمونه موردی: تیپولوژی مسکونی در شهر تهران)
محورهای موضوعی : انرژی و معماری
شوکا خوشبخت بهرمانی
1
,
اشکان حسنی
2
1 - معماری، دانشکده معماری وشهرسازی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی ،تهران ،ایران .
2 - دانشجو
کلید واژه: فرم بتن عایق, بلوک فرم بتن, بلوک ICF, شبیه سازی انتقال حرارتی, انتقال حرارتی, دیوار خارجی ساختمان,
چکیده مقاله :
مقدمه : یکی از روش های قابل توجه در زمینه کاهش اتلاف انرژی گرمایی در ساختمان های مسکونی، توجه به ظرفیت انتقال حرارتی دیوار های ساختمانی است که بر اساس ویژگی های حرارتی لایه بندی آنها معین می گردد. در پژوهش های بسیاری، مطالعه این جداره ها و لایه بندی آنها صورت پذیرفته است. بیان مسئله: علیرغم آنکه در زمینه دیوار های ساختمانی و نوع مصالح آنها با رویکرد انتقال حرارتی، پژوهش های زیادی صورت گرفته است، عدم توجه کافی به خاصیت حرارتی این دیوار ها در حالتی که به وسیله مصالح پیش ساخته و صنعتی سازی شده طراحی و ساخته می شوند، به عنوان یک نقصان پژوهشی و عملکردی است که به عنوان مسئله اصلی این پژوهش مطرح می گردد. روش تحقیق: با توجه به مقدمه و نیز مسئله مطرح شده، در پژوهش حاضر، تمرکز به مطالعه و تحلیل عددی ویژگی های انتقال حرارتی دیوار های ساختمانی یک نمونه تیپولوژی ساختمانی مسکونی در شهر تهران بر پایه بلوک های عایق فرم بتن (ICF) که توسط شرکت های مختلفی طراحی و ساخته می شوند، قرار داشته است که به پاسخی مناسب برای مسئله مطرح شده از طریق شبیه سازی نرم افزاری (نرم افزار دیزاین بیلدر) و نیز فرمول نگاری ریاضیاتی، دست یابیم. نتایج: در نتیجه فرآیند پژوهشی که بر اساس مسئله اصلی و مطالعات منابع صورت پذیرفت، ویژگی تعادل حرارتی در دو حالت مجزا در بلوک های فرم بتن عایق استخراج گردید که بر اساس آن مقایسه عددی میان این دو حالت صورت گرفت. سپس فرمول نگاری ریاضیاتی بر اساس نتایج استخراج شده صورت گرفت که به معماران و طراحان ساختمانی این امکان را می دهد تا در زمان طراحی فاز نخست ساختمان، توجه دقیق را بر انتقال حرارتی جدار ه های ساختمانی (در حالتی که به صورت بلوک های پیش ساخته و صنعتی سازی شده) داشته باشند.
Introduction: One of the significant methods in the field of reducing thermal energy loss in residential buildings is to pay attention to the heat transfer capacity of building walls, which is determined based on the thermal characteristics of their layering. In many studies, the study of these walls and their layering has been done. Statement of the problem: Despite the fact that a lot of research has been done in the field of building walls and their types of materials with a heat transfer approach, insufficient attention has been paid to the thermal properties of these walls when they are designed and built with prefabricated and industrialized materials. as a lack of research and performance, which is raised as the main problem of this research. Research methodology: according to the introduction as well as the problem raised, in the current research, the focus is on the study and numerical analysis of the heat transfer characteristics of the building walls of a residential building typology example in the city of Tehran based on insulated concrete form (ICF) blocks that are different companies are designed and built. We are supposed to get a suitable answer to the problem raised through software simulation (Design Builder software) and mathematical formulation. Results: As a result of the research process based on the main problem and source studies, the characteristic of thermal balance in two separate states was extracted in insulated concrete form blocks. Then a numerical comparison was made between these two states. In the next step, a mathematical formulation was made based on the extracted results, which allows architects and building designers to pay close attention to the heat transfer of building walls (in the form of prefabricated and industrialized blocks).
1. Peippo, K., P. Kauranen, and P.D. Lund, A multicomponent PCM wall optimized for passive solar heating. Energy and Buildings, 1991. 17(4): p. 259-270.
2. Kuznik, F., J. Virgone, and J. Noel, Optimization of a phase change material wallboard for building use. Applied Thermal Engineering, 2008. 28(11): p. 1291-1298.
3. Shilei, L., et al., Experimental study and evaluation of latent heat storage in phase change materials wallboards. Energy and Buildings, 2007. 39(10): p. 1088-1091.
4. Alongi, A., et al. In Situ Measurement of Wall Thermal Properties: Parametric Investigation of the Heat Flow Meter Methods through Virtual Experiments Data. Energies, 2023. 16, DOI: 10.3390/en16104247.
5. Balaji, N., M. Mani, and B. Reddy, Thermal Performance of the Building Walls. 2013.
6. Insulated Concrete Forms (ICF) As Blast-Resistant Barriers, in Structures Congress 2012. p. 35-45.
7. Blast Analysis of Integrated Framing Assemblies at Openings in Insulated Concrete Form Wall Construction, in Structures Congress 2012. p. 1-11.
8. Arun Solomon, A. and G. Hemalatha, Characteristics of expanded polystyrene (EPS) and its impact on mechanical and thermal performance of insulated concrete form (ICF) system. Structures, 2020. 23: p. 204-213.
9. Mantesi, E., et al., Assessment of ICF Energy Saving Potentials in Whole Building Performance Simulation Tools. 2015.
10. Hatami, A. and G. Morcous. Job-Built Insulated Concrete Forms (ICF) for Building Construction. 2011.
11. Emamjome Kashan, M., A.S. Fung, and A. Hossein Eisapour, Insulated concrete form foundation wall as solar thermal energy storage for Cold-Climate building heating system. Energy Conversion and Management: X, 2023. 19: p. 100391.
12. Mantesi, E., et al., Empirical and computational evidence for thermal mass assessment: The example of insulating concrete formwork. Energy and Buildings, 2019. 188-189: p. 314-332.
13. Arthur, J.H. and R.J. Ribando. Use of Insulated Concrete Form (ICF) Construction for Energy Conservation in Residential Construction. in ASME 2004 International Solar Energy Conference. 2004.
14. Ekrami, N., A. Garat, and A.S. Fung, Thermal Analysis of Insulated Concrete Form (ICF) Walls. Energy Procedia, 2015. 75: p. 2150-2156.
15. Saber, H., et al., Benchmarking 3D Thermal Model against Field Measurement on the Thermal Response of an Insulating Concrete Form (ICF) Wall in Cold Climate. 2010.
16. Nunes, G.H. and J.L. Miotto, THERMO-ENERGETIC PERFORMANCE OF INSULATED CONCRETE FORMS: IMPROVEMENTS IN LOW-INCOME HOUSES IN THE CLIMATE OF SÃO PAULO. HOLOS, 2022. 8(0).
17. Amiri Fard, F., A. Jafarpour, and F. Nasiri, Comparative assessment of insulated concrete wall technologies and wood-frame walls in residential buildings: a multi-criteria analysis of hygrothermal performance, cost, and environmental footprints. Advances in Building Energy Research, 2019. 15: p. 1-33.
18. Emamjome Kashan, M., A.S. Fung, and A. Hossein Eisapour, Insulated Concrete Form Foundation Wall as Solar Thermal Energy Storage for Cold-Climate Building Heating System. Energy Conversion and Management: X, 2023.
19. Mirdad, M.A.H. and Y.H. Chui, Stiffness prediction of Mass Timber Panel-Concrete (MTPC) composite connection with inclined screws and a gap. Engineering Structures, 2020. 207: p. 110215.
20. Jia, H., et al., Thermal Insulation Properties and Simulation Analysis of Foam Concrete Regulated by Mechanical and Chemical Foaming. ACS Omega, 2023. 8.
21. Fogiatto, G.H.d. Santos, and N. Mendes. Thermal transmittance evaluation of concrete hollow blocks. 2016.
22. Henrique dos Santos, G., M.A. Fogiatto, and N. Mendes, Numerical analysis of thermal transmittance of hollow concrete blocks. Journal of Building Physics, 2017. 41: p. 24 - 7.
