سنجش اثر جهت و زاویه بام شیبدار بر مصرف انرژی ساختمان‌های معاصر در اقلیم گرم و خشک (مطالعه موردی: شهر قم)
محورهای موضوعی : معماریسید محمود معینی 1 , مهدی شعبانیان 2
1 - گروه معماری، واحد ملایر، دانشگاه آزاد اسلامی، ملایر، ایران.
2 - گروه معماری، واحد همدان، دانشگاه آزاد اسلامی، همدان، ایران.
کلید واژه: اقلیم گرم و خشک, بام شیبدار, شبیه‌سازی, زاویه, جهت,
چکیده مقاله :
در اقلیم گرم و خشک، شدت تابش و نوسانات دمایی باعث می‌شود جهت و شیب بام تأثیر چشمگیری بر مصرف انرژی ساختمان داشته باشد. با توجه به اینکه در پروژه‌های ساختمانی، این موضوع کمتر بررسی شده، هدف این پژوهش تحلیل انرژی محور این موضوع می‌باشد. برای شناسایی ترکیب بهینه جهت و شیب بام، نمونه ساختمانی بر اساس مدل 900 اشری انتخاب شد. سپس با ترکیب هشت جهت جغرافیایی و پنج زاویه شیب، 40 سناریو طراحی و در نرم‌افزار دیزاین بیلدر با استفاده از داده‌های اقلیمی شهر قم شبیه‌سازی و تحلیل شدند. یافته‌ها نشان داد بهینه‌ترین سناریو، جهت جنوب شرقی با زاویه ۳۰ درجه بود که مصرف انرژی سالانه را به ۱۳۸۲۰ کیلووات‌ساعت رساند. این مقدار نسبت به نامطلوب‌ترین حالت، حدود %29/5 کاهش نشان داد. نتایج بیان می‌کند که انتخاب صحیح جهت و زاویه بام می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای در کاهش بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان مؤثر باشد.
In hot and dry climates, the roof plays an important role in heat transfer, solar radiation reception, and ultimately energy consumption. In semi-desert areas such as Qom, where solar radiation is intense and the temperature difference between day and night is large. Buildings, as one of the most energy-intensive sectors globally, account for a significant share of energy consumption; especially in hot and dry climates, cooling loads in summer and heating loads in winter nights place additional pressure on energy resources. The roof, as a horizontal or inclined surface that is most exposed to solar radiation, can be an essential source of heat energy absorption or dissipation. The orientation of the roof relative to the sun's path, the angle of inclination, and the ratio of direct to diffuse radiation all affect the intensity of heat transfer from this surface. In this study, with the aim of measuring the combined effect of roof direction and slope angle on building energy consumption, a sample room with dimensions of eight by six meters and a height of 2.7 meters, along with two windows with a length of three meters and a height of two meters, for a total area of 12 square meters, was considered as a basic reference based on the Asher Standard Model No. 900. By combining eight geographical directions, including north, northeast, east, southeast, south, southwest, west, and northwest, and five slope angles of 0, 15, 30, 45, and 60 degrees, 40 scenarios were modeled. The analyses were performed using Design Builder software and EPW climatic data of Qom city. Cooling load, as the main contributor to energy consumption in the hot and dry climate of Qom, showed the greatest sensitivity to direct solar radiation and heat absorption from the roof surface. Simulation results indicated that the western, southwestern, and, to some extent, southern directions, in the case of flat or low-slope roofs, produced the greatest cooling load. Unlike cooling, the heating load increased in scenarios where the roof received the least radiation in winter. For example, the north orientation with a 0-degree slope (flat roof) showed an annual heating load of 6650 kWh. While in the southeast orientation with a 30-degree slope, this value reached 3920 kWh. The total annual energy load (Total HVAC Load) was derived from the sum of the cooling and heating loads. This indicator was the main criterion for the final comparison of the scenarios. The results obtained are fully consistent with the climatic characteristics of the city of Qom. Qom has long, hot, and sunny summers and short, dry winters with low average temperatures at night. The results showed that the southeast roof orientation with a 30-degree slope had the best energy performance. This scenario achieved a cooling load of 9,780 kWh, a heating load of 3,920 kWh, and a total load of 13,820 kWh per year. This significant saving demonstrates the importance of accurately determining the direction and angle of the roof in the climatic design of buildings in hot and dry regions
1. تکباش، مرتضی؛ حاتمیان حقیقی، محمدرضا؛ و فرشچی، حمید رضا. (1403). تاثیر طراحی فرم بام بر عملکرد اقلیمی آن در مکان گرم و خشک تحلیل نرم افزاری در اقلیم شهر کاشان. کارافن، 21(4)، 169-192. https://karafan.tvu.ac.ir/article_220691.html
2. خانمحمدی، و لسان. (1395). مقایسه ی رفتار حرارتی مصالح بام شیبدار درمتوسط دمای داخلی بنادر اقلیم معتدل و مرطوب- نمونه ی موردی اقلیم بابلسر. چهارمین کنگره بین المللی عمران ، معماری و توسعه شهری. دی 7، (ص1-9). تهران. https://civilica.com/doc/619265
3. اسدالهی، شکوه سادات؛ و طاهباز، منصوره. (1400). بام سرد استراتژی مثبت جهت بهبود پارامترهای جزایر گرمایی شهری، مدیریت انرژی و آسایش حرارتی. معماری سبز، 7(2)، 1-10. http://www.greenarchitecture.ir/post.aspx?id=707
4. شرقی، علی؛ و عظیمی فریدنی، نازنین. (1395). نقش فرم سقف درکاهش هدر رفت انرژی با معیار انرژی تابشی دریافتی. معماری و شهرسازی پایدار، 4(2)، 65-74. https://jsaud.sru.ac.ir/article_667.html
5. عرب سلغار، علیرضا؛ ربیعی، میلاد.؛ ایرانمنش، افشین؛ و شفیعی دهج، محمد. (1402). بررسی رفتار حرارتی انواع سقف‌های متداول در ساختمان‌ها با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی. مهندسی و مدیریت انرژی. 13(1)، 122-135. https://energy.kashanu.ac.ir/article_113609.html
6. فرخی، پویا. (1401). بررسی تاثیر هندسه بام بر کاهش مصرف انرژی ساختمان در اقلیم گرم و مرطوب (مطالعه موردی, جزیره کیش). هجدهمین کنفرانس ملی شهرسازی، معماری، عمران و محیط زیست. بهمن4، (ص1-9). شیروان. https://civilica.com/doc/1597209
7. کشتکاران، پری ناز؛ موحد، خسرو؛ و برزگرمروستی، زهرا. (1401). کاهش مصرف انرژی در ساختمان به وسیله بهینه سازی جدار سقف (نمونه موردی: ساختمان مسکونی سه طبقه در شهر شیراز). علوم و تکنولوژی محیط زیست، 24(3 (پیاپی 118) )، 205-220. https://sanad.iau.ir/fa/Article/838671
8. مهدوی نژاد، محمدجواد. (1392). تبیین الگوی انرژی دوستی در ساختمان ها بر اساس رفتار حرارتی انواع بام ها. نقش جهان-مطالعات نظری و فناوری های نوین معماری و شهرسازی، 3(2)، 35-42. https://bsnt.modares.ac.ir/article_708.html
9. نصراللهی، نازنین؛ و قبادی، پریسا. (1393). تاثیر فرم و پیکربندی بام ها بر روی رفتار حرارتی، الگوی تلاطم لایه ها و کیفیت هوا درفضاهای شهری. اولین کنفرانس ملی شهرسازی، مدیریت شهری و توسعه پایدار. خرداد17، تهران. https://civilica.com/doc/361906/
10. AlAnzi, A., Seo, D., & Krarti, M. (2009). Impact of building shape on thermal performance of office buildings in Kuwait. Energy Conversion and Management, 50(3), 822–828. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009ECM....50..822A/abstract
11. Al-Tamimi, N. A., & Fadzil, S. F. S. (2011). The potential of shading devices for temperature reduction in high-rise residential buildings in the tropics. Procedia Engineering, 21, 273-282. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705811048491
12. Askar, A. H., Omle, I., & Kovács, E. (2025). The role of roof angle and geographic location on the thermal performance of buildings. International Journal of Thermofluids, 27, 101192. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666202725001399
13. Bamdad, K. (2023). Cool roofs: A climate change mitigation and adaptation strategy for residential buildings. Building and Environment, 236, 110271. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360132323002986
14. Crawley, D. B., Lawrie, L. K., Winkelmann, F. C., Buhl, W. F., Huang, Y. J., Pedersen, C. O., ... & Glazer, J. (2001). EnergyPlus: creating a new-generation building energy simulation program. Energy and buildings, 33(4), 319-331. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2001EneBu..33..319C
15. Faghih, A. K., & Bahadori, M. N. (2011). Thermal performance evaluation of domed roofs. Energy and Buildings, 43(6), 1254-1263. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378778811000119
16. Givoni, B. (1998). Climate considerations in building and urban design. John Wiley & Sons. https://www.wiley.com/en-us/Climate+Considerations+in+Building+and+Urban+Design-p-9780471291770
17. Kistelegdi, I., Horváth, K. R., Storcz, T., & Ercsey, Z. (2022). Building geometry as a variable in energy, comfort, and environmental design optimization—A review from the perspective of architects. Buildings, 12(1), 69. https://www.mdpi.com/2075-5309/12/1/69
18. Mao, Q., & Yang, M. (2020). Experimental and numerical investigation on heat transfer performance of a solar double-slope hollow glazed roof. Applied Thermal Engineering, 180, 115832. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359431120333147
19. Mirabi, E., & Akrami Abarghuie, F. (2021). Investigating the climate-adaptive design strategies of residential earth-sheltered buildings in Iran. International Journal of Building Pathology and Adaptation, 41(5), 1029-1048. https://www.researchgate.net/publication/357353237
20. Morsali, S., Akbarian, S., & Hamed Zar Gari, Z. (2021). Simulation of the roof shapes and building orientation on the energy performance of the buildings. Journal of Building Pathology and Rehabilitation, 6(1), 36. https://avesis.gazi.edu.tr/yayin/7ea3fd1e-054a-40bb-9bd0-e7053c9e6566
21. Özel, M., & Pıhtılı, K. (2008). Determination of optimum insulation thickness by using heating and cooling degree-day values. J. Eng. Nat. Sci, 26, 191-197. https://sigma.yildiz.edu.tr/article/1041
22. Pérez-Lombard, L., Ortiz, J., & Pout, C. (2008). A review on buildings energy consumption information. Energy and Buildings, 40(3), 394–398. https://www.researchgate.net/publication/223885675
23. Runsheng, T., Meir, I. A., & Etzion, Y. (2003). An analysis of absorbed radiation by domed and vaulted roofs as compared with flat roofs. Energy and buildings, 35(6), 539-548. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003EneBu..35..539R
24. Renuka, S. M., Maharani, C. M., Nagasudha, S., & Priya, R. R. (2022). Optimization of energy consumption based on orientation and location of the building. Materials Today: Proceedings, 65, 527-536. https://www.researchgate.net/publication/359181531
25. Tae, W. J. (2005). A Study on the Optimum Slope of the Roof for Minimum Cooling Load. Journal of the Korean Solar Energy Society, 25(4), 119-123. https://koreascience.kr/article/JAKO200533338223546.do
