تطبیق مزایا و کاربرد آتریم ها و سقف های مدور سنتی‌ با تاکید بر بهینه سازی مصرف انرژی در مراکز تجاری تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری معماری، گروه معماری، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران.

2 دکتری تخصصی، استادیار، گروه معماری، دانشکده فنی و مهندسی، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران.

10.22034/ias.2020.250686.1368

چکیده

امروزه یکی از دغدغه­ های مهم در مسئله طراحی، چگونگی مدیریت انرژی است. آتریم ­ها یکی از مؤلفه های تأثیرگذار در مصرف انرژی است. روش تحقیق در این پژوهش با توجه به ماهیت آن، شبیه‌سازی و با رویکرد مطالعه موردی و تحلیلی و از نظر نوع کاربردی است. در این تحقیق، ابتدا مدل پایه با توجه به قبوض مصرفی مرکز تجاری موردنظر، اعتبارسنجی می‌گردد. سپس با مقایسه 11 فاز مختلف در نرم‌افزار مورد تجزیه‌و تحلیل قرار  می‌گیرد. پس از اعمال راهکارهای بهینه‌سازی مصرف انرژی و هوشمند سازی ساختمان، مشخص می‌گردد که آتریوم مرکزی به ترتیب در مراکز تجاری کوتاه مرتبه (3 طبقه)، میان مرتبه (5 طبقه) و سپس بلندمرتبه (13 طبقه)، راندمان بهتری نسبت به مدل پایه (بدون اعمال راهکارها) داشته و حذف جداره‌های جانبی در این آتریم‌ها، تهویه طبیعی را در ساختمان بهبود می‌بخشد. از این مطالعات که با دقت محاسباتی بالا و توسط مدل‌سازی دینامیکی با نرم‌افزار دیزاین‌بیلدر انجام می‌گردد، نشان می‌دهد که پتانسیل افزایش بهره‌وری و صرفه‌جویی انرژی در این ساختمان‌ها بسیار بالاست. همچنین این تحقیق نشان می‌دهد که مجموع کاهش مصرف انرژی سالیانه پس از اعمال راهکارهای بهینه‌سازی مصرف انرژی نسبت به عدم اجرای این راهکارها، در مقایسه دو ساختمان آتریمی 13 طبقه (11 درصد) و در مقایسه دو ساختمان 5 طبقه (بدون آتریم و با آتریم با اعمال راهکارها) به میزان (11.7 درصد) و در مقایسه دو ساختمان آتریمی 5 طبقه  (۱۶ درصد) و در مقایسه دو ساختمان آتریمی 3 طبقه (۱۹درصد) و در مقایسه دو ساختمان آتریمی 3 طبقه با 5 طبقه (50.8 درصد) است. در نهایت نیز موجب کاهش قابل‌توجه گاز دی‌اکسید کربن و بهبود ضریب آسایش حرارتی در ساختمان‌های تجاری می‌گردد.

اهداف پژوهش:
1. کاهش مصرف انرژی با تأکید بر نقش حرارتی آتریم‌ها در مراکز تجاری بخش مرکزی تهران.
2. تأمین آسایش حرارتی و کاهش انتشار گازهای دی‌اکسید کربن در مراکز تجاری بخش مرکزی تهران.

سؤالات پژوهش:
1. بهینه‌ترین نوع جداره جانبی آتریم‌ها جهت تأمین آسایش حرارتی در مراکز تجاری بخش مرکزی تهران چیست؟
2. بهینه‌ترین ارتفاع آتریم‌ها جهت افزایش بهره‌وری انرژی در مراکز تجاری بخش مرکزی تهران چیست؟

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Performance of Atriums in Optimizing Energy Consumption in Commercial Complexes in Central Tehran

نویسندگان [English]

  • Amir Shayanian 1
  • Fatemeh Mozaffari Qhadikolaei 2
1 PhD Candidate in Architecture, Department of Architecture, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran.
2 PhD, Assistant Professor, Department of Architecture, Faculty of Engineering, Sari Branch, Islamic Azad University, Sari, Iran.
چکیده [English]

Today, one of the most important concerns in the issue of design is how to manage energy. Atriums are one of the most influential components in energy consumption. According to its nature, the research method in this research is simulation and with the approach of case study and analysis and in terms of applied approach. In this research, first, the basic model is validated according to the consumer bills of the commercial center in question. Then it is analyzed by comparing eleven various phases in the software. After applying energy consumption optimization solutions and building smartness, it is found that the central atrium has a better efficiency than the basic model in low-rise (3 floors), mid-rise (5 floors) and finally high-rise (13 floors) commercial centers; this had a better efficiency than the basic model (without implementing solutions) and removing the side walls in these atriums improves natural ventilation in the building. From these studies, which are carried out with high computational accuracy and by dynamic modeling with Design Builder software, it shows that the potential of increasing productivity and saving energy in these buildings is also very high. Likewise, this research demonstrates that the total reduction in annual energy consumption after applying energy consumption optimization strategies compared to not implementing these strategies, in a comparison of two 13-story atrium buildings (11 percent) and two 5-story buildings (without atrium and with atrium with the application of solutions) is 11.7% and in the comparison of two 5-story atrium buildings is 16% and in the comparison of two 3-story atrium buildings is 19%  and in the comparison of two 3-story and 5-story atrium buildings is 50.8%. Finally, the use of atriums will significantly reduce carbon dioxide gas and improve the thermal comfort factor in commercial buildings.

Research objectives:
1. Reducing energy consumption by emphasizing the thermal role of atriums in commercial centers in central Tehran.
2. Providing thermal comfort and reducing the emission of carbon dioxide gases in the commercial complexes of Tehran.

Research questions:
1. What is the most optimal type of side wall of atriums to provide thermal comfort in commercial complexes in central Tehran?
2. What is the most optimal height of atriums to increase energy efficiency in the mentioned commercial centers?

کلیدواژه‌ها [English]

  • Optimization
  • Energy
  • Atrium
  • Commercial Centers
  • Tehran
Bansal, N. K., Mathur, R., & Bhandari, M. S. (1993). Solar chimney for enhanced stack ventilation. Building and environment28(3), pp. 373-377. https://doi.org/10.1016/0360-1323(93)90042-2.  Google Scholar, Scopus
Berardi, U., & Wang, T. (2014). Daylighting in an atrium-type high performance house. Building and Environment76, pp. 92-104. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.02.008.  Google Scholar, Scopus
Fath'alian, A., & Kargar, Sh. (2017). Simulation of office building energy with builder design software and its validation with energy bills, 3rd Iranian Conference on Heat and Mass Transfer, Noshirvani University of Technology, Babol, Iran. [in Persian]
Hangan, H., McKenty, F., Gravel, L., & Camarero, R. (2001). Case study: Numerical simulations for comfort assessment and optimization of the ventilation design for complex atriums. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics89(11-12), pp. 1031-1045. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(01)00097-6. Google Scholar, Scopus
Hussain, S., & Oosthuizen, P. H. (2012, July). A numerical study of the effect of thermal mass on the transient thermal performance of a simple three storied atrium building. In Heat Transfer Summer Conference (Vol. 44786, pp. 943-952). American Society of Mechanical Engineers. https://doi.org/10.1115/HT2012-58132. Google Scholar, Scopus
Hussain, S., Oosthuizen, P. H., & Kalendar, A. (2012). Evaluation of various turbulence models for the prediction of the airflow and temperature distributions in atria. Energy and Buildings48, 18-28. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.01.004.  Google Scholar, Scopus
Iran Energy Efficiency organization, <www.saba.org>, 2021/11/04.
Nasrollahi, F. (2011). "National building regulations and reduction of energy consumption in the building and residential sector", the second conference and exhibition of energy management and optimization, Industry Conference Institute in Tehran. [in Persian]
Rostami, G., & Javidinejad, M., & Mansouri, B. (1398). Coordination of technique, materials and environment and its application in the beauty and performance of traditional buildings in desert cities of Iran, Journal of Islamic Art Studies, Year 15, No. 34, Summer Season 98 [in Persian].
Sepehri, M., & Masnavi, M. (2016). Optimization of energy consumption with the solution of building form selection by Design Builder software in Tehran climate (with case design), 4th International Congress, Civil Engineering, Architecture and Urban Development, Shahid Beheshti University, Tehran [in Persian]
Unnamed. (2007). Tehran Master Plan, Ecological Consulting Engineers, Tehran: Ministry of Housing and Urban Development. [in Persian]
Unnamed. (2012). Topic 19 National Building Regulations, Tehran: Office of National Building Regulations, Iran Development Publishing. [in Persian]
Unnamed. (2016). Specifications of meteorological stations, General Meteorological Office of Tehran Province, Deputy of Statistics and Information, Tehran: Management and Planning Organization, [in Persian]
Wall, M. (1996). Climate and energy use in glazed spaces, Doctoral Monography, Building Science, Lund University, pp: 408. Google Scholar, Scopus
Modirrousta, S., & Boostani, H. (2016). Analysis of atrium pattern, Trombe wall and solar greenhouse on energy efficiency. Procedia Engineering145, pp. 1549-1556. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.04.195. Google Scholar, Scopus
Navvab, M., & Selkowitz, S. (1984). Daylighting data for atrium design, In: Proceedings of Ninth National Passive Solar Conference, American solar energy society, Columbus, Ohio, pp. 495-500. Google Scholar
Yang, L., & Li, Y. (2008). Cooling load reduction by using thermal mass and night ventilation. energy and buildings40(11), pp. 2052-2058. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.05.014.  Google Scholar, Scopus