بهبود بهره وری انرژی ساختمان

طراحی غیرفعال در ساختمان ها از معماری ساختمان و محیط اطراف استفاده می کند تا مصرف انرژی را به حداقل برساند و آسایش حرارتی ساکنان را بهبود بخشد و در عین حال تولید کربن را کاهش دهد. به گفته میلکر و همکاران. [1 ]، همبستگی اقلیم محلی با شکل و عملکرد حرارتی ساختمان‌ها یکی از ملاحظات اصلی رویکرد طراحی غیرفعال برای کاهش مصرف انرژی ساختمان و افزایش آسایش حرارتی ساکنین است. به طور کلی، اساس طراحی غیرفعال به منابع طبیعی انرژی بستگی دارد که نیاز به سیستم های مکانیکی برای سرمایش، گرمایش و روشنایی ساختمان ها را کاهش می دهد.2 ،3 ]. استفاده از محیط اطراف نیز یکی از عوامل کلیدی در به حداقل رساندن بارهای انرژی ساختمان ها در عین داشتن هزینه های عملیاتی و نگهداری پایین است.4 ،5 ]. مطالعات نشان داد که استراتژی‌های طراحی غیرفعال در ساختمان‌ها می‌توانند دوره‌های عدم گرمایش و سرمایش را افزایش دهند. همچنین توصیه می شود که استراتژی های طراحی اقلیمی را در مرحله طراحی در نظر بگیرید [6 افزایش استفاده از سیستم انرژی های تجدیدپذیر در کنار روش های طراحی غیرفعال برای ایجاد ساختمان های کم انرژی [7 ]. استفاده از سیستم‌های انرژی مکانیکی با راندمان بالا و فناوری انرژی‌های تجدیدپذیر در کنار استفاده از طراحی غیرفعال می‌تواند مصرف انرژی را حتی بیشتر کاهش دهد.8 ].

علاوه بر این، کاهش مصرف انرژی باید یک اولویت برای همه مشاغل و سازمان ها باشد زیرا این امر به کاهش هزینه های انرژی و در عین حال مقابله با تغییرات آب و هوایی کمک می کند. لازم به ذکر است که بخش مدارس نسبت به سایر بخش ها انرژی قابل توجهی مصرف می کند. با این حال، راه حل های ساده و مقرون به صرفه مانند طراحی غیرفعال و محیطی می تواند باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه ها شود. همچنین دانش آموزان در طول سال های تحصیلی زمان قابل توجهی را در مدارس می گذرانند که نشان دهنده اهمیت کیفیت محیط داخلی برای افزایش عملکرد یادگیری آنهاست.9 ،10 ]. استراتژی های طراحی غیرفعال مناسب مانند کنترل خورشیدی برای آب و هوای گرم و عایق حرارتی برای مناطق سرد می تواند عملکرد ساختمان را بهبود بخشد و در نتیجه انرژی مورد نیاز مدارس را کاهش دهد که معمولاً از انرژی بیش از حد برای حفظ محیط داخلی در شرایط حرارتی قابل قبول استفاده می کنند [ 10 ,11 ].

به منظور ایجاد محیط های آموزشی راحت و سالم برای دانش آموزان، یکی از موضوعات اصلی که در فرآیند طراحی باید مورد توجه قرار گیرد، آسایش حرارتی است. بر اساس نیکول و همفری [12 ]، مطالعات آسایش حرارتی می تواند به تدوین استانداردهای طراحی پایدار برای ساختمان ها کمک کند. ساختمان‌های مدارس پایدار نه تنها مصرف انرژی و هزینه‌های جاری ساختمان‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه آسایش حرارتی ساکنان را افزایش می‌دهد و به حفظ منابع انرژی تجدیدناپذیر کمک می‌کند.13 ]. بررسی آسایش حرارتی در مدارس بسیار حائز اهمیت است، زیرا کودکان نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند و توجه به آسایش فیزیکی آنها از مسائل مهم است.14 ]. به منظور افزایش آسایش حرارتی و پیش‌بینی مرزهای آسایش، مطالعات زیادی در کشورهای مختلف برای ساختمان‌های دارای تهویه مکانیکی و طبیعی انجام شده است. حیدری [15 ] مطالعات آسایش حرارتی گسترده ای را برای بیش از پانزده سال در ایران انجام داد. حدود 5000 مجموعه داده در طول 10 سال مطالعه در مناطق مختلف اقلیمی ایران برای ساختمان های مسکونی و اداری جمع آوری شد. بر اساس این مطالعه، دمای خنثی داخلی به دمای بیرون بستگی دارد. حیدری [ 15 ] اظهار داشت که مردم ایران می توانند در دمای بیش از 30 درجه سانتیگراد در یک دوره گرما و کمتر از 20 درجه سانتیگراد در فصل سرد به راحتی دست یابند. علاوه بر این، بیان شده است که در آب و هوای گرم و خشک ایران، افراد با حفظ دمای داخل خانه بین 16.5 تا 22 درجه سانتیگراد در فصل سرد و بین 28 تا 34 درجه سانتیگراد در یک فصل می توانند خود را راحت کنند. فصل گرم با تنظیم لباس، سطح فعالیت و سرعت هوا.

علاوه بر این، مطالعات و تحقیقات زیادی برای ارائه ساختمان‌های مدارس با کارایی بالا در سراسر جهان انجام شد. بسیاری از برنامه‌ها همچنین تلاش کردند تا ساختمان‌های مدرسه را بر اساس استراتژی‌های طراحی پایدار و غیرفعال مانند ساخت مدرسه برای آینده در بریتانیا بسازند و بازسازی کنند. Building Schools for the Future (BSF) برنامه ای برای بازسازی یا نوسازی تمام مدارس متوسطه در انگلستان تا سال 2020 بود. هدف آن فراهم کردن امکانات قرن بیست و یکم برای همه دانش آموزان در مدارس متوسطه و کمک به تحصیل در محیط های سالم و راحت تر بود.16 ]. با این حال، این طرح لغو شد [17 ] و بسیاری از پروژه ها متوقف شد. یکی از دلایل اصلی بدست آوردن بهترین ارزش برای پول بود [18 ]. با این وجود، دستورالعمل‌ها و استانداردهای مفید زیادی در مورد طراحی‌های ساختمان مدرسه در این برنامه وجود داشت که گسترده هستند و می‌توان آن‌ها را تغییر داد تا نیازهای فردی برای یک طراحی خاص را برآورده کند، در حالی که می‌تواند درس‌های خوبی برای برنامه‌های ساختمان مدرسه آینده ارائه دهد.

در کشور ایران کیفیت طراحی مدارس در سال‌های اخیر بهبود یافته است، اما اکثر مدارس موجود با حداقل دغدغه برای آسایش حرارتی دانش‌آموزان و سازگاری ساختمان‌ها با اقلیم محلی احداث شده‌اند.19 ،20 ]. همانطور که قبلا ذکر شد، کیفیت محیط داخلی تاثیر زیادی بر عملکرد یادگیری دانش آموزان در کلاس های درس دارد [ 14 ] که اهمیت فراهم کردن محیط داخلی راحت و سالم برای ساکنان را تایید می کند. برای تدوین دستورالعمل‌های طراحی مدارس محیطی در ایران با استفاده از استراتژی‌های طراحی غیرفعال، لازم است روش‌های طراحی فعلی مورد استفاده مسئولان آموزشی در ایران ارزیابی شود و عملکرد مدارس موجود که یکی از مصرف‌کنندگان اصلی انرژی در ساختمان‌های غیر خانگی هستند، بررسی شود. [21 ،22 ]. بر اساس گزارش سالانه بانک مرکزی ایران [ 22 ]، بیش از 112500 مدرسه در ایران از جمله حدود 13234 هزار دانش آموز در سال 1390 تا 1391 وجود داشته است. این آمار نشان می دهد که ارتقای کیفیت مدارس در کشور برای فراهم کردن محیط داخلی راحت تر و سالم تر با حداقل مصرف انرژی چقدر اهمیت دارد. اگرچه مطالعات محدودی برای طراحی مدارس در ایران انجام شده است، اما هنوز منابع عملی برای طراحی محیطی ساختمان مدارس در ایران با توجه به آسایش حرارتی و بهره وری انرژی وجود ندارد .23 ]. لازم به ذکر است که چند دستورالعمل برای طراحی مدارس اقلیمی در ایران موجود است، اما این دستورالعمل ها نیاز به به روز رسانی دارند، در حالی که رضایت حرارتی هر دو جنس از محیط داخلی در نظر گرفته می شود. سازمان دولتی نوسازی، توسعه و بسیج مدارس ایران، پهنه بندی اقلیمی ساختمان های آموزشی را پیشنهاد کرده و دستورالعمل های طراحی اقلیمی را در مناطق مختلف آب و هوایی ایران ارائه کرده است [ 20 ]. کسمایی [24 ] همچنین یک سری مطالعات تحقیقاتی در مورد تأثیر شرایط مختلف اقلیمی بر طراحی مدارس ایرانی انجام داد. وی اسناد موجود در مورد عملکرد حرارتی ساختمان مدارس و همچنین ویژگی های اقلیمی مانند دما و رطوبت را به منظور تقسیم ساختمان های آموزشی به انواع مختلف در مناطق مختلف و ارائه نقشه پهنه بندی اقلیمی برای ساختمان مدارس بررسی کرد. با این حال، هر دو مطالعه فاقد دستورالعمل‌های طراحی برای ساختمان‌های کم مصرف بر اساس آسایش حرارتی دانشجویان هستند.

این مقاله به بررسی تاثیر استراتژی‌های طراحی غیرفعال بر بازده انرژی و آسایش حرارتی داخل ساختمان در یک مدرسه متوسطه دخترانه در شهر تهران در فصل زمستان می‌پردازد. هدف از این مطالعه ارتقای عملکرد حرارتی ساختمان مدرسه و افزایش آسایش حرارتی داخلی ساکنان با استفاده از استراتژی‌های طراحی غیرفعال و بر اساس رضایت حرارتی دانش‌آموزان دختر است. در این مطالعه، یک سری مطالعات میدانی از جمله بررسی آسایش حرارتی و اندازه‌گیری میدانی متغیرهای آسایش حرارتی برای پیش‌بینی رضایت حرارتی دانشجویان و شرایط حرارتی داخل ساختمان انجام شد. تحلیل شبیه‌سازی حرارتی نیز برای ارزیابی و بهبود عملکرد حرارتی و بهره‌وری انرژی ساختمان با استفاده از استراتژی‌های طراحی غیرفعال با توجه به آسایش حرارتی دانش‌آموزان انجام شد.

لازم به ذکر است که تهران دارای تابستان های گرم با رطوبت کم و زمستان های سرد است [ 24 ]. میزان بارندگی سالانه کم و میانگین بارندگی در دشت حدود 218 میلی متر است. میانگین دما در گرمترین دوره 29.6 درجه سانتیگراد در ژوئیه / آگوست و در سردترین دوره 3.1 درجه سانتیگراد در ژانویه / فوریه است.25 ]. به طور کلی سردترین دوره در ماه های دسامبر، ژانویه و فوریه و گرم ترین دوره از ژوئن تا آگوست است.

2 روش شناسی

در این مقاله یک سری مطالعات میدانی به مدت یک هفته در بهمن ماه انجام شد که نشان دهنده سردترین دوره سال تحصیلی است. مطالعات میدانی شامل بررسی مبتنی بر پرسشنامه و پایش میدانی متغیرهای آسایش حرارتی داخل ساختمان از جمله دمای هوای داخلی بود. دمای هوای داخل ساختمان با استفاده از دیتالاگرهای HOBO در دو کلاس اندازه‌گیری شد، در حالی که دانش‌آموزان پرسش‌نامه‌هایی را بر اساس درک و رضایت حرارتی خود تکمیل کردند.26 ]. کلاس ها در طبقه اول (1) و دوم (2) به ترتیب رو به شمال (N) و جنوب (S) قرار داشتند.

علاوه بر این، این مطالعه عملکرد حرارتی کلاس های درس اندازه گیری شده را با استفاده از ابزار تحلیل محیطی ساختمان، DesignBuilder [27] در فصل زمستان. داده‌های جمع‌آوری‌شده از مطالعات میدانی نیز به منظور اعتبارسنجی ابزار شبیه‌سازی با مقایسه داده‌های پایش با داده‌های پیش‌بینی‌شده، در مدل شبیه‌سازی ساختمان گنجانده شد. پس از اعتبارسنجی نرم‌افزار، وضعیت حرارتی داخلی کلاس‌های معمولی ارزیابی شد و بعداً استراتژی‌های مختلف طراحی غیرفعال از جمله جهت‌گیری، جرم حرارتی، لعاب و عایق حرارتی برای مدل شبیه‌سازی اعمال شد. این از مدل پایه ساختمان مدرسه شروع می شود و استراتژی های مختلف را برای پیش بینی شرایط بهینه برای ساختمان بر اساس نیازهای حرارتی دانش آموزان دختر بررسی می کند. نتایج شبیه‌سازی چگونگی بهبود عملکرد حرارتی و بهره‌وری انرژی ساختمان‌های مدارس برای دانش‌آموزان دختر شهر تهران و ارائه محیط داخلی راحت‌تر با استفاده از استراتژی‌های طراحی غیرفعال را تعیین کرد.

3 ساختمان مطالعه موردی

مطالعه موردی یک مدرسه متوسطه نمونه دخترانه در شهر تهران است. این بنا دارای چهار طبقه شامل زیرزمین و طبقه همکف با بنایی است. مصالح ساختمانی و خواص حرارتی ساختمان، مصالح ساختمانی معمولی است که برای ساختمان‌های بنایی استفاده می‌شود، مانند آجر به عنوان ماده جرمی حرارتی و پشم شیشه به عنوان ماده عایق حرارتی ( صفحه 1 ). لازم به ذکر است که 90 درصد از مدارس موجود در ایران دارای سازه بنایی هستند.28 ،29 ].

در این مطالعه، دو کلاس درس برای آزمایش میدانی و تجزیه و تحلیل شبیه‌سازی انتخاب شدند که تمام کلاس‌های درس رو به جنوب (S) و تمام کلاس‌های درس رو به شمال (N) را نشان می‌داد. کلاس های درس در طبقات 1 و 2 قرار داشتند ( شکل 1 ). این کلاس‌ها بیشترین تعداد دانش‌آموز را داشتند، 23 و 21، نزدیک به میانگین کشوری تعداد دانش‌آموز به کلاس درس در کشور که 22 نفر است [ 22 ]. لازم به ذکر است ساعت کار مدارس از ساعت 7:30 صبح الی 12:30 شب و سیستم گرمایشی ساختمان رادیاتور آب گرم بوده که در ایام هفته به صورت شبانه روزی در حال بهره برداری بوده است. با این حال، دمای ترموستات در طول شب کم بود زیرا مدرسه خالی بود.

4 اندازه گیری میدانی

در این تحقیق دمای هوای داخل ساختمان با دیتالاگر HOBO در دوره سرد فوریه 2011 به مدت یک هفته که شامل یک روز نظرسنجی بود اندازه گیری شد. اندازه‌گیری‌ها شرایط حرارتی کلاس‌های درس را قبل از دوره امتحان و تعطیلات زمستانی ارزیابی کردند ( شکل 2 ).

بر اساس نتایج اندازه‌گیری میدانی، میانگین دمای هوای داخلی در کلاس درس S کمتر از 21 درجه سانتی‌گراد و در کلاس N در حدود 23 درجه سانتی‌گراد بود که کمی در محدوده آسایش تعریف‌شده توسط حیدری [15] قرار داشت ( معادل ( 1) ). منطقه آسایش تعریف شده حیدری بر اساس یک دهه مطالعات میدانی آسایش حرارتی بر روی مردم ایران در ساختمانهای مسکونی و اداری در پانزده شهر و در چهار منطقه مختلف آب و هوایی کشور است .]. این نشان داد که سرنشینان قادر به تحمل طیف وسیعی از دما بودند و بیش از 14 کلوین را در فصل گرم و 7 درجه کلوین را در فصل سرد پوشش می دادند. یافته‌ها نشان داد که افراد می‌توانند در دمای هوای داخلی سردتر در زمستان و دمای بالاتر در تابستان در مقایسه با استانداردها و توصیه‌های بین‌المللی قبلی، آسایش داشته باشند.

به منظور شناسایی دمای آسایش داخلی ( Tc ) در ساختمان مدرسه موردی و برای پیش‌بینی محدوده _دمایی اولیه آسایش، از رابطه زیر (معادل (1) ) استفاده شد که بر اساس پیش‌بینی‌های حیدری [ 15 ] بود.

(1)T _mo میانگین ماهانه دمای خارج از منزل است، Tc دمای آسایش داخل خانه است.

همچنین در این مطالعه میانگین دمای تابشی برابر با دمای هوای داخل در کلاس های درس اندازه گیری شده در نظر گرفته شد. به گفته فنگر [30 ] و سانتاموریس [31 ]، زمانی که سرنشینان فعالیت کم تحرک کمتر از 1.5 متر داشته باشند و سرعت هوا زیر 0.1 متر بر ثانیه باشد، یا هوا هنوز در محیط داخلی باشد، می توان میانگین دمای تابشی را برابر با دمای هوای داخل در نظر گرفت [ 30 ، 31 ]، که شرط در مطالعه موردی بود.

5 بررسی پرسشنامه

نظرسنجی مبتنی بر پرسشنامه در کلاس های درس S و N انجام شد، در حالی که دمای هوای داخل خانه با دیتالاگر اندازه گیری شد. بررسی پرسشنامه در 9 فوریه 2011 انجام شد. حدود 45 پرسشنامه در دو کلاس توزیع شد و از دانش آموزان خواسته شد تا پرسشنامه هایی را که دربرگیرنده سؤالات مربوط به احساسات گرمایی و رضایت حرارتی خود با استفاده از مقیاس 7 درجه ای ASHRAE بود تکمیل کنند.32 ] و مقیاس مک اینتایر 3 درجه ای [33 ]. سؤالات اصلی در مورد راحتی ساکنین که در نظرسنجی گنجانده شده است در جدول 2 ارائه شده است .

نتایج بررسی پرسشنامه نشان داد که اکثر پاسخ های دانش آموزان در سه دسته مرکزی مقیاس ASHRAE، کمی خنک (1-)، خنثی (0) و کمی گرم (1+) قرار می گیرند (شکل 3 را ببینید ) . بر اساس استاندارد ASHRAE 55 [ 32 ]، یک پاسخ در سه دسته مرکزی مقیاس ASHRAE بیانگر رضایت است و بیش از 80 درصد مقبولیت در سه دسته مرکزی کافی است تا محیط داخلی را راحت در نظر بگیریم که در این مورد چنین بود. علاوه بر این، حدود 60 درصد از دانش‌آموزان در کلاس S خواهان تغییری در محیط حرارتی خود نبودند و بیش از 50 درصد در کلاس N محیط خنک‌تری را ترجیح می‌دادند ( شکل 3).). میانگین دمای هوای داخل ساختمان در ساعات تدریس در روز نظرسنجی در کلاس درس S کمتر از 21 درجه سانتیگراد و در کلاس N بیش از 25 درجه سانتیگراد بود. تعدادی از دانش‌آموزان وقتی دمای هوای داخل خانه حدود 25 درجه سانتی‌گراد بود، محیط خنک‌تری را ترجیح می‌دادند و در دمای حدود 21 درجه سانتی‌گراد هیچ تغییری نمی‌خواستند. لازم به ذکر است که سیستم های گرمایشی در فصل سرد همیشه روشن بودند و در نتیجه اکثر دانش آموزان کلاس N خواهان محیط خنک تری بودند که البته اکثر آنها در سه دسته مرکزی مقیاس ASHRAE احساس می کردند. هوابندی کلاس S نیز کمی کم بود زیرا پنجره ها به اندازه کافی آب بندی نشده بودند که باعث نشت هوا شد و در نتیجه میانگین دمای هوای داخل در کلاس S کمتر از کلاس N بود.

لازم به ذکر است که تفاوت زیادی بین دمای هوای داخل کلاس درس واقع در ضلع جنوبی (S) و کلاس واقع در ضلع شمالی (N) در فصل زمستان، دمای دریچه های ترموستاتیک اتاق ها بود. نتایج نشان داد که اگرچه کلاس سمت شمال در مقایسه با کلاس سمت جنوب هیچ تابش خورشیدی دریافت نمی‌کند، اما دمای داخلی بالاتر است. پیش‌بینی شده بود که از آنجایی که کلاس N هیچ تشعشع خورشیدی دریافت نمی‌کند، دمای هوای داخل به طور کلی کمتر از کلاس S است. با این حال، برای رساندن دمای هوای داخل به یک شرایط راحت، ساکنان دریچه‌های ترموستاتیک رادیاتورها را به بالاترین میزان افزایش دادند، در حالی که در کلاس S دمای دریچه‌های ترموستاتیک در سطح پایین‌تری نگه داشته می‌شود زیرا دمای هوای داخل در طول روز به دلیل تابش خورشیدی بالاتر بود.

6 تجزیه و تحلیل شبیه سازی

به منظور ارزیابی و بهبود عملکرد حرارتی داخلی کلاس‌های درس بر اساس استراتژی‌های طراحی غیرفعال و رضایت از آسایش حرارتی دانش‌آموزان، تحلیل شبیه‌سازی حرارتی با استفاده از ابزار شبیه‌سازی ساختمان‌های DesignBuilder انجام شد. تجزیه و تحلیل شبیه سازی بر روی کلاس های درس رو به شمال (N) و جنوب (S) واقع در طبقات اول و دوم ساختمان به مدت یک هفته در فوریه 2011 انجام شد. نتایج مطالعات میدانی در مدل شبیه سازی گنجانده شد تا ارزیابی شود. عملکرد حرارتی فعلی ساختمان مدرسه بعداً استراتژی‌های مختلف طراحی غیرفعال برای مدل شبیه‌سازی اعمال شد و تأثیرات این استراتژی‌ها، از جمله جهت‌گیری، جرم حرارتی، لعاب و عایق حرارتی بر دمای هوای داخلی به طور جداگانه برای شناسایی راه‌حل بهینه برای هر استراتژی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در دنباله این، راه حل های طراحی بهینه برای مطالعه موردی با ترکیب همه راه حل های طراحی بهینه شناسایی شدند. لازم به ذکر است که برنامه های اشغال واقعی و مصرف انرژی گرمایشی در مدل شبیه سازی اعمال شده است.جدول 3 برنامه های پیشنهادی برای اشغال و بهره برداری از سیستم گرمایش مطالعه موردی مورد استفاده در مدل شبیه سازی را بر اساس برنامه زمانی واقعی ارائه می دهد.

با توجه به فایل آب و هوای اعمال شده در مدل شبیه سازی، تصمیم گرفته شد از فایل ITMY (سال هواشناسی نمونه ایران) در قالب EnergyPlus Weather (EPW) ارائه شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده و برگرفته از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن (BHRC) ایران استفاده شود. که دوره ای بین 30 تا 43 سال را ثبت کرد [34 ]. فایل آب و هوا یکی از الزامات اصلی است که باید در تحلیل شبیه سازی ساختمان در نظر گرفته شود. شبیه سازی دینامیک و محاسبه مصرف انرژی ساعتی در برخی از برنامه های شبیه سازی به داده های ساعتی آب و هوا برای یک سال کامل نیاز دارد. از آنجایی که شرایط آب و هوایی هر سال تغییر می کند، فایل های داده های آب و هوای مختلفی برای برنامه های شبیه سازی مختلف بر اساس نیازمندی ها توسعه داده شده است.35 ].

به طور کلی، انواع مختلفی از فایل های داده آب و هوا وجود دارد، از داده های آب و هوای ثبت شده محلی گرفته تا داده های آب و هوای معمولی سال ها، که در موتورهای شبیه سازی ساختمان های مختلف استفاده می شود.36 ]. مجموعه های مختلف داده های آب و هوا نیز توسط محققان مختلف ایجاد شده است. رایج‌ترین فرمت‌های فایل‌های هواشناسی عبارتند از: سال مرجع آزمایش (TRY)، سال هواشناسی معمولی (TMY، TMY2، TMY3) و آب‌وهوای بین‌المللی برای محاسبات انرژی (IWEC) [35 ] . برخی از این فرمت ها توسط ابزارهای شبیه سازی EnergyPlus و DesignBuilder پشتیبانی می شوند، مانند فرمت های TMY و TRY [37 ]. TMY بر اساس گزارش ساعتی داده های آب و هوایی است و پس از جمع آوری داده های آب و هوا برای چندین سال توسعه یافته است.38 ]. TRY بر اساس مشاهده ساعتی متغیرهای آب و هوایی است که توسط مجموعه داده های آب و هوای ساعتی توسعه یافته است [ 36 ]. DesignBuilder از فرمت EnergyPlus EPW استفاده می کند که از فرمت هواشناسی سال 2 معمولی هواشناسی (TMY2) مشتق شده است [39 ].

در این مطالعه، برای تأیید صحت تحلیل شبیه‌سازی، دمای هوای داخلی محاسبه‌شده توسط DesignBuilder با اندازه‌گیری‌های پایش میدانی در طول فصل زمستان با محاسبه درصد تفاوت بین داده‌های پایش میدانی و تحلیل شبیه‌سازی ساختمان مقایسه شد، در حالی که داده‌های متغیر آب و هوای واقعی را اعمال کرد. مدل شبیه سازی درصد تفاوت (PD) بین اندازه‌گیری‌های DesignBuilder، با استفاده از داده‌های آب و هوای واقعی (AWD) و اندازه‌گیری‌های میدانی (FM) برای دمای هوای داخلی با استفاده از رابطه زیر (معادل (2)) محاسبه شد :

(2)مشخص شد که میانگین PD بین نتایج شبیه‌سازی و پایش برای دمای هوای داخل در کلاس‌های اندازه‌گیری شده حدود 6 درصد است که قابل قبول است و نشان می‌دهد که DesignBuilder یک ابزار شبیه‌سازی رضایت‌بخش است که می‌تواند برای تحلیل شبیه‌سازی محیطی ساختمان در این مطالعه استفاده شود.

6.1 جهت گیری

جهت گیری مناسب ساختمان می تواند استفاده از سیستم های گرمایشی و سرمایشی مکانیکی را کاهش داده و در نتیجه مصرف انرژی کلی ساختمان ها را کاهش دهد. در نظر گرفتن ارتباط بین ویژگی های جغرافیایی یک سایت و خود ساختمان ها به منظور ایجاد یک ساختمان غیرفعال دقیق [ 2 ] مهم است. جهت گیری ساختمان در نتیجه تنوع تابش خورشید در زوایای مختلف بر افزایش حرارت ساختمان ها تأثیر می گذارد.40 ]. برای تحلیل تأثیر جهت‌گیری بر محیط داخلی ساختمان مدرسه موردی، تحلیل شبیه‌سازی با در نظر گرفتن جهت‌گیری‌های مختلف انجام شد. هشت جهت اصلی (N، NW، W، SW، S، SE، E و NE) برای نمونه اولیه ساختمان مدرسه، از 0 درجه تا 315 درجه در نظر گرفته شد. ساختمان در هشت جهت اصلی در خلاف جهت عقربه‌های ساعت چرخانده شد که با صفر درجه در شمال شروع شد. شکل 4تغییرات دمای هوای داخل در کلاس های درس S و N را بر اساس هشت جهت اصلی جغرافیایی نشان می دهد. مشاهده می‌شود که دمای هوای داخل در بالاترین محدوده زمانی که نمای جنوبی به ترتیب رو به غرب و جنوب غربی بود، در کلاس S بود، اما زمانی که نما به سمت شمال و شمال شرق بود، دمای هوای داخلی کاهش یافت. با این حال، دمای هوای داخل در کلاس N در همه جهات افزایش یافت. به این دلیل که نمای اصلی کلاس در قسمت پایه رو به شمال بوده و نسبت به سایر جهت ها کمترین تابش خورشیدی را دریافت می کند.

بر اساس کسمایی [ 24 ]، دیوارهای جنوبی به مدت 10 هکتار در روز در فصل زمستان در شهر تهران در عرض جغرافیایی 35 درجه شمالی تابش مستقیم خورشیدی می گیرند. با این حال، دیوارهای شمالی در فصل زمستان تابش خورشیدی دریافت نمی کنند. دیوارهای شرقی و غربی نیز در فصل زمستان حداقل 4 هکتار در روز آفتاب می گیرند. مقایسه تغییرات دمای هوای داخل در تمام جهات نشان می دهد که جهت جنوب و جنوب غرب باعث ایجاد حداکثر دمای هوای داخل در زمستان می شود. با این حال، زمانی که کلاس‌ها رو به شمال و شمال شرق بودند، کمترین دمای هوای داخلی را نسبت به سایر جهت‌ها داشتند.

6.2 لعاب

بهبود راندمان حرارتی پنجره ها با هواگیری بیشتر، تأثیر بسزایی بر تقاضای گرمایش ساختمان در فصل زمستان دارد. برای کاهش تقاضای گرمایش ساختمان ها، توصیه می شود تا حد امکان U-value سطح شیشه را بهبود بخشد.41 ]. ویژگی‌های حرارتی ناحیه شیشه‌کاری بخش مهمی از طراحی پنجره است که تأثیر قابل‌توجهی بر عملکرد حرارتی فضاهای داخلی دارد. ویژگی های حرارتی شامل مقادیر U و عایق بودن پنجره ها، نوع چارچوب و مساحت کلی پنجره ها است [ 1 ]. برای بهبود عملکرد حرارتی سطح شیشه، پیشنهاد شده است که تعداد شیشه ها را تا شیشه سه جداره افزایش دهید که منجر به کاهش U-value پنجره ها می شود [ 41 ].

در این تحقیق تاثیر پنجره ها بر دمای هوای داخل ساختمان نیز با اعمال انواع شیشه بر روی پنجره ها مانند پنجره های دوجداره و سه جداره بررسی شد. شکل 5 تأثیر انواع مختلف لعاب بر دمای هوای داخل ساختمان را نشان می دهد. نوع واقعی شیشه مورد استفاده در مطالعه موردی یک پنجره شفاف تک جداره 6 میلی متری بود. دو پنجره دو جداره مختلف نیز برای تحلیل شبیه‌سازی انتخاب شدند. اولین نوع شیشه دوجداره، پنجره ای با شیشه های 3 و 6 میلی متری بود که هوا به صورت گاز بین دو جداره بود. نوع دوم شیشه دوجداره دارای شیشه های 6 میلی متر و 13 میلی متر با هوا به عنوان گاز بین آنها بود. گزینه دیگر پنجره های سه جداره با شیشه های 3 و 13 میلی متر با هوای بین شیشه ها بود.

دمای هوای داخل هر دو کلاس با اعمال پنجره‌های دوجداره و سه جداره در مدل شبیه‌سازی افزایش یافت، اما این افزایش در کلاس درس S بسیار معنی‌دارتر بود. زیرا تفاوت بین نسبت پنجره‌ها به دیوار خارجی در کلاس‌های S و N بسیار ناچیز بود. به ترتیب 0.06 و 0.05، توضیح احتمالی برای افزایش بیشتر دما در کلاس S می تواند ساخت ضعیف این کلاس باشد. به طور کلی پیشنهاد می‌شود به جای پنجره‌های سه جداره از پنجره‌های دوجداره استفاده کنید، زیرا تأثیر هر دو روی دمای هوای داخل خانه تقریباً مشابه است، اما پنجره‌های دوجداره ارزان‌تر هستند.

6.3 عایق حرارتی

مواد عایق حرارتی بر دمای هوای داخل ساختمان ها تأثیر می گذارد. یک ساختمان با عایق بندی خوب منجر به رسانایی کمتر از طریق پارچه های پوششی ساختمان می شود که سرعت جریان گرما را کاهش می دهد و در نتیجه می تواند با حداقل مصرف انرژی یک محیط داخلی راحت را فراهم کند [ 2 ,42 ]. مقدار اتلاف حرارت از اجزای ساختمان معمولاً با مقادیر U یا انتقال حرارتی اندازه گیری می شود. مقدار U کمتر به معنای تلفات حرارتی کمتر پارچه های ساختمانی و عایق بندی بهتر ساختمان ها است. در این تحقیق انواع عایق با ضخامت های مختلف برای دیوارهای خارجی و سقف به منظور بررسی تاثیر آن ها بر دمای هوای داخلی در مدل شبیه سازی اعمال شد. مواد عایق حرارتی انتخاب شده بر اساس توصیه های مقررات ملی ساختمان ایران بوده که از معمول ترین عایق های مورد استفاده در کشور می باشد.43 –45 ].

6.3.1 عایق حرارتی در دیوارهای خارجی

ساختمان اصلی مدرسه فاقد هرگونه مواد عایق حرارتی برای دیوارهای خارجی است. سه نوع مختلف از مواد عایق برای دیوارهای خارجی در مدل شبیه سازی شامل پشم شیشه، پلی استایرن اکسترود شده (XPS) و پلی استایرن منبسط شده (EPS) استفاده شد. آنها برای بررسی تأثیر موقعیت و ضخامت بر روی دمای هوای داخل ساختمان به طور جداگانه در دو طرف بیرونی و داخلی دیوارهای خارجی با ضخامت‌های 5 و 10 سانتی‌متر اعمال شدند. شکل 6نتیجه تجزیه و تحلیل شبیه سازی با استفاده از مواد عایق مختلف در فوریه 2011 را نشان می دهد. مشاهده می شود که استفاده از انواع عایق های حرارتی انتخابی با ضخامت های 5 سانتی متر و 10 سانتی متر باعث افزایش دمای هوای داخلی در هر دو کلاس شده است. استفاده از مواد عایق حرارتی باعث کاهش انتقال حرارت از دیوارهای خارجی شده و در نتیجه دمای هوای داخلی بالاتری را به دلیل U-value کمتر در مقایسه با دیوارهای خارجی کیس پایه که شامل مواد عایق حرارتی نمی‌شود، فراهم می‌کند.

علاوه بر این، افزودن مواد عایق با ضخامت 10 سانتی متر باعث افزایش بیشتر دمای هوای داخل نسبت به عایق حرارتی با ضخامت 5 سانتی متر شد. استفاده از مواد عایق حرارتی در سمت بیرونی دیوارهای خارجی تقریباً همان تأثیری را بر دمای هوای داخل خانه داشت که در قسمت داخلی دیوار قرار داشت. بر اساس نتایج تحلیل شبیه‌سازی، اعمال عایق XPS با ضخامت 10 سانتی‌متر در ضلع خارجی دیوارهای خارجی، دمای هوای داخل را به 25.3 درجه سانتی‌گراد افزایش داد و اعمال همان ماده در قسمت داخلی دیوار، دمای هوای داخل را افزایش داد. تا 25.1 درجه سانتی گراد در ساعت 12 بعد از ظهر. با این حال، استفاده از مواد عایق حرارتی در سطوح بیرونی دیوارهای خارجی با ساخت انبوه برای مزیت جرم حرارتی بیشتر در فصل زمستان پیشنهاد می‌شود. مواد عایق ضخیم تر نیز باعث کاهش U-value شده و در نتیجه تأثیر بیشتری بر افزایش دمای هوای داخل ساختمان دارد. U-value دیوارهای خارجی با استفاده از مواد عایق حرارتی با ضخامت 10 سانتی متر از 1.61 وات کاهش یافت./ m ² K تا 0.32، 0.28 و 0.32 W/m ² K هنگام استفاده از پشم شیشه، پلی استایرن اکسترود شده (XPS) و پلی استایرن منبسط شده (EPS) به ترتیب ( صفحه 4 ). علاوه بر این، عایق حرارتی XPS در مقایسه با سایر انواع عایق حرارتی، U-value کمتری داشت، اما تفاوت بسیار کم بود.

6.3.2 عایق حرارتی در سقف

ساختمان کیس پایه قبلاً دارای 5 سانتی متر پشم شیشه در لایه سقف به عنوان ماده عایق حرارتی نصب شده است. در مرحله شبیه‌سازی در این مطالعه، سه نوع معمولی از مواد عایق بر روی لایه‌های سقف به روشی مشابه آزمایش دیوار خارجی که در بخش 6.3.1 توضیح داده شد، اعمال شد . مواد عایق مورد استفاده شامل پشم شیشه، XPS و EPS بود. آنها برای بررسی تاثیر موقعیت و ضخامت مواد عایق بر دمای هوای داخل ساختمان به طور جداگانه در دو طرف بیرونی و داخلی سقف با ضخامت 10 سانتی متر اعمال شدند. شکل 7اثرات مواد مختلف عایق حرارتی بر دمای هوای داخل ساختمان را ارائه می دهد. مواد عایق فقط در ضلع بیرونی و ضلع داخلی سقف کلاس رو به شمال به‌عنوان کلاس درس رو به جنوب که در طبقه اول قرار دارد، اعمال شد، در حالی که کلاس رو به شمال در طبقه بالا قرار دارد. مشاهده می‌شود که استفاده از انواع عایق‌های حرارتی با ضخامت 10 سانتی‌متر باعث افزایش کمی دمای هوای داخل در فوریه 2011 شد. دمای هوای داخل در این کلاس فقط حدود 0.3 درجه سانتی‌گراد افزایش یافت که نشان می‌دهد ضخامت 5 سانتی‌متر برای حرارتی است. عایق برای حفظ دمای هوای داخل در محدوده راحتی قابل قبول کافی است.

جدول 5 مقادیر U-مقدار سقف را با استفاده از عایق های حرارتی مختلف نشان می دهد. مواد عایق حرارتی اعمال شده شامل پشم شیشه، XPS و EPS بود که U-vale کیس پایه را بهبود بخشید و آن را به ترتیب از 0.53 W/m ² K به 0.32، 0.28 و 0.32 W/m ² K کاهش داد. همانطور که مشاهده می شود، استفاده از XPS با ضخامت 10 سانتی متر، U-value سقف را بیش از سایر انواع عایق های حرارتی بهبود بخشید.

6.4 جرم حرارتی در دیوارها

جرم حرارتی توانایی پارچه برای صرفه جویی در گرما است. می توان آن را به عنوان بخشی از اجزای ساختمان در دیوارها و کف در ساختمان ادغام کرد. مواد با جرم حرارتی بالا، مانند بتن، آجر، سنگ و خاک، می توانند گرما را جذب و نگه دارند و بعداً زمانی که اختلاف دما بین مواد و محیط اطراف وجود دارد، آن را به آرامی آزاد می کنند [2 ] . پیشنهاد می شود از مواد با جرم حرارتی بالا در اجزای ساختمان در مناطق گرم استفاده شود، زیرا با کاهش دمای هوای داخلی و جلوگیری از گرمای بیش از حد در تابستان، محیط داخلی راحت را فراهم می کند [24 ] . بر اساس کروگر و گیوونی [46 ]، استفاده از مواد با جرم حرارتی بالا در دیوارهای خارجی، دمای هوای داخل را در شرایط قابل قبولی در دوره زمستان نگه می‌دارد زیرا این مواد گرمای محیط را در طول روز جذب می‌کنند و در شب به آرامی آزاد می‌کنند [46 ] . در این مطالعه، مواد مختلف جرم حرارتی با ضخامت‌های مختلف برای مدل شبیه‌سازی اعمال شد ( تب 6 ).

شکل 8 تغییرات دمای هوای داخلی را در کلاس های N و S با استفاده از مواد جرمی حرارتی مختلف در اجزای ساختمان نشان می دهد. مشاهده می شود که استفاده از جرم حرارتی سنگین وزن ضخیم تر منجر به کاهش کمتر دمای هوای داخل در هر دو کلاس درس شد. بر اساس متون، تاثیر جرم حرارتی را می توان با افزایش چگالی حرارتی و کاهش ضخامت ماده افزایش داد که ظرفیت گرمایی ثابت بیشتری را فراهم می کند. یک ماده با جرم نازکتر سریعتر به نوسانات دمای سطح پاسخ می دهد و در نتیجه گرمای اضافی را ذخیره می کند و دمای هوای داخلی را به طور موثرتری بهبود می بخشد [ 6 ,47 –49 ]. همچنین ضروری است که جرم حرارتی را در موقعیتی قرار دهیم که بتواند تابش مستقیم خورشید را دریافت کند تا تأثیر بیشتری بر بهبود دمای هوای داخل خانه داشته باشد [ 13 ، 47 ].

علاوه بر این، مشاهده می شود که استفاده از بتن سبک و متوسط باعث افزایش دمای هوای داخل در هر دو کلاس شد. بر اساس ریس و هولم [50 ]، استفاده از بتن سبک در پوشش ساختمان ها باعث تاخیر زمانی طولانی تری می شود. وانگیم و همکاران [51 ] همچنین گزارش داد که کاهش تراکم دیوارهای بنایی بتنی منجر به افزایش تاخیر حرارتی می شود. ^{آنها اشاره کردند که برای دیوارهای بتنی بدون عایق خارجی، با کاهش چگالی از 2400 کیلوگرم بر متر مکعب} به 800 کیلوگرم بر متر ^مکعب ، اثرات مفید جرم حرارتی افزایش می‌یابد ، که ممکن است دلیلی برای داشتن دماهای بالاتر در هنگام استفاده از دیوارهای بنایی بتنی سبک باشد. در مقایسه با بتن سنگین با این حال، در این مطالعه پیشنهاد می‌شود از مواد جرمی گرمایی سنگین‌وزن با ضخامت بیشتر برای کاهش دمای هوای داخل در فصل گرم استفاده شود تا از گرمای بیش از حد در تابستان جلوگیری شود.

7 بحث و نتیجه گیری نهایی

در این پژوهش، عملکرد ساختمان یک ساختمان دبیرستان دخترانه در شهر تهران با استفاده از ابزار شبیه‌سازی محیطی ساختمان و با استفاده از استراتژی‌های طراحی غیرفعال در مدل شبیه‌سازی ارزیابی و بهبود یافت. این مطالعه شامل مطالعه میدانی و تحلیل شبیه سازی ساختمان بود. مطالعه میدانی شامل پایش متغیرهای آب و هوایی داخل ساختمان (به عنوان مثال دمای هوای داخل ساختمان) و نظرسنجی مبتنی بر پرسشنامه در مورد راحتی حرارتی ساکنان بود. برای اعتبارسنجی مدل شبیه‌سازی ساختمان، نتایج اندازه‌گیری میدانی با نتایج پیش‌بینی‌شده با اعمال داده‌های آب و هوای واقعی به‌دست‌آمده از اندازه‌گیری میدانی و ایستگاه هواشناسی محلی به مدل شبیه‌سازی مقایسه شد.

پس از اعتبارسنجی نرم‌افزار، استراتژی‌های طراحی غیرفعال مختلف برای مدل شبیه‌سازی برای پیش‌بینی راه‌حل‌های طراحی بهینه برای ساختمان مورد مطالعه بر اساس آسایش حرارتی ساکنان که بین ۲۰ درجه سانتی‌گراد تا ۲۴.۵ درجه سانتی‌گراد با استفاده از حداقل انرژی گرمایش است، اعمال شد. استفاده کنید. لازم به ذکر است که نظرسنجی مبتنی بر پرسشنامه نشان داد که محیط داخلی بر اساس مقیاس 7 درجه ای ASHRAE راحت در نظر گرفته شده است زیرا بیش از 80 درصد آرا در سه دسته مرکزی مقیاس ASHRAE (کمی سرد، خنثی، کمی گرم) قرار دارند. در حالی که سیستم گرمایش در حال کار بود. با این حال، ساکنان ترجیح می‌دهند که محیط داخلی آنها در فصول سرد بهبود یابد تا بهره‌وری یادگیری در کلاس‌های درس افزایش یابد.

علاوه بر این، عوامل بهینه از تأثیر استراتژی‌های طراحی غیرفعال منتخب، از جمله جهت‌گیری، لعاب، جرم حرارتی و عایق حرارتی، بر آسایش حرارتی داخل ساختمان گرفته شد که با حداقل مصرف انرژی و با توجه به رضایت حرارتی دانشجویان دختر به طور قابل‌توجهی بهبود یافت. این مطالعه نشان داد که پنجره های دوجداره و سه جداره و عایق حرارتی بیرونی برای دیوارهای خارجی با مقدار U بین 0.28 w/m2 ^k و 0.32 w/ ^m2 k و همچنین مواد سنگین وزن حرارتی با ضخامت 25 سانتی متر می توانند عملکرد ساختمان را به طور قابل توجهی بهبود بخشند، در حالی که دمای هوای داخل را در منطقه آسایش حرارتی حفظ می کنند. به طور کلی، پنجره‌های سه جداره می‌توانند محیط حرارتی داخل ساختمان را کمی بیشتر از پنجره‌های دوجداره بهبود بخشند، اما از آنجایی که پنجره‌های دوجداره ارزان‌تر از پنجره‌های سه جداره هستند، پیشنهاد می‌شود از شیشه‌های دو جداره استفاده شود که می‌تواند دمای هوای داخل را بین 24 درجه سانتی‌گراد تا فقط حفظ کند. بالاتر از 24.5 درجه سانتی گراد در کلاس های درس سمت جنوب و شمال.

از نظر خواص حرارتی دیوارهای خارجی، عایق حرارتی ضخیم تر با ضخامت 10 سانتی متر در ضلع بیرونی دیوارها می تواند آسایش حرارتی داخلی را بیش از استفاده از عایق حرارتی با ضخامت 5 سانتی متر بهبود بخشد که می تواند دمای هوای داخل را بین 23.5 درجه سانتیگراد و کمی کمتر از آن حفظ کند. 29 درجه سانتیگراد در کلاس S و بین 24 درجه سانتیگراد و کمی کمتر از 25 درجه سانتیگراد در کلاس N با سیستم گرمایش تنظیم شده برای روشن بودن با دمای پایین تر. اگرچه بهبود خواص حرارتی سقف نیز می تواند عملکرد ساختمان را به طور کلی بهبود بخشد، اما تغییرات چندان قابل توجهی نبود. دلیل اصلی این است که مطالعه موردی قبلاً دارای عایق حرارتی 5 سانتی متری در لایه های سقف با مقدار U 0.5 w/m2 بوده است ^. ک. بهبود خواص حرارتی سقف می تواند دمای هوای داخلی را کمی افزایش دهد که می تواند نادیده گرفته شود زیرا وضعیت فعلی سقف با مقدار U 0.5 w/m 2 k به اندازه کافی قابل قبول است که دمای ^هوای داخل را در محدوده قابل قبولی از 23.5 در نوسان نگه دارد. درجه سانتی گراد تا 24.5 درجه سانتی گراد

با توجه به مواد با جرم حرارتی، اگرچه مواد توده حرارتی با وزن متوسط و سبک مانند بتن می توانند دمای هوای داخل ساختمان را به میزان قابل توجهی افزایش دهند، پیشنهاد می شود از بتن سنگین یا آجر با ضخامت 25 سانتی متر برای جلوگیری از خطرات گرمای بیش از حد در فصل گرم به عنوان وزن زیاد استفاده شود. توده حرارتی می تواند گرما را در طول روز در فصل گرم جذب کند، در حالی که گرما را به آرامی در طول شب آزاد می کند. توده حرارتی پیشنهادی می‌تواند دمای هوای داخل خانه را در نوارهای راحتی که بین 23 تا 24 درجه سانتی‌گراد در کلاس رو به شمال و بین 21 تا 24 درجه سانتی‌گراد در کلاس رو به جنوب در فصل زمستان متغیر است، حفظ کند.

بر اساس تجزیه و تحلیل شبیه سازی، که در بخش 6 مورد بحث قرار گرفت، و استراتژی های توصیه شده، راه حل های طراحی بهینه شناسایی شدند که می توانند شرایط حرارتی داخلی را با کمترین مصرف انرژی گرمایشی بهبود بخشند. این استراتژی ها شامل جهت گیری جنوب و جنوب شرقی و مواد عایق حرارتی برای ضلع خارجی دیوارهای خارجی با مقدار U بین 0.28 تا 0.32 w/m2 ^k و همچنین مواد عایق حرارتی برای ضلع داخلی سقف با ضخامت 5 سانتی متر و U-value 0.5 W/m ² ک. همچنین استفاده از بلوک های بتنی با تراکم 25 سانتی متری به عنوان ماده جرمی حرارتی برای پوشش ساختمان و همچنین پنجره های دوجداره (محلول بهینه 1) توصیه می شود. لازم به ذکر است که آجر بیرونی 30 سانتی متری نیز از مواد جرمی حرارتی قابل قبولی است که به عنوان گزینه جایگزین در نظر گرفته شد (محلول بهینه 2). برای پیش‌بینی راه‌حل‌های طراحی بهینه، سیستم گرمایش خاموش تنظیم شد تا شرایط حرارتی داخلی را با حداقل مصرف انرژی ارزیابی کند.

شکل 9 دمای هوای داخل کلاس درس N و S را با استفاده از شرایط پایه در مقایسه با دمای هوای داخل ساختمان با استفاده از راه حل های طراحی بهینه نشان می دهد. اگرچه دمای هوای داخل در کلاس S با استفاده از راه‌حل‌های طراحی بهینه و بدون سیستم گرمایش در حال کار در مقایسه با حالت پایه با سیستم گرمایش روشن، حدود 3 درجه سانتی‌گراد کاهش یافت، دمای هوای داخل همچنان بالاتر از حداقل راحتی بود. باند.

علاوه بر این، کاهش دمای هوای داخل در طول دوره اشغال کلاس N بیشتر از کلاس S بود. دلیل احتمالی آن می تواند جهت گیری کلاس باشد. از آنجایی که کلاس رو به شمال بود، تأثیر جرم حرارتی بسیار کمتر از کلاس رو به جنوب است، زیرا در فصل زمستان تابش خورشیدی دریافت نمی کند. با این حال، حداقل دمای هوای داخل ساختمان در ساعات آموزشی بیش از 17 درجه سانتیگراد است و سیستم گرمایشی در کار نیست که با پوشیدن لباس مناسب یا استفاده از حداقل انرژی گرمایشی قابل تحمل است. جدول 7 راهکارهای طراحی بهینه پیشنهادی را با استفاده از راهبردهای طراحی غیرفعال برای ساختمان مدارس متوسطه دخترانه شهر تهران نشان می دهد.

به طور کلی، راه حل های طراحی بهینه به کاهش قابل توجه مصرف انرژی ساختمان کمک می کند، در حالی که دمای هوای داخل را در شرایط قابل قبولی در فصل زمستان با استفاده از استراتژی های طراحی غیرفعال و با توجه به آسایش حرارتی دانش آموزان دختر حفظ می کند. بنابراین به منظور ارائه محیط داخلی با کیفیت بالا و افزایش عملکرد یادگیری دانش آموزان، استفاده از راهکارهای طراحی غیرفعال مناسب که نیاز به گرمایش تکمیلی در فصل سرما را نیز کاهش داده و در نتیجه در مصرف انرژی صرفه جویی می کند، پیشنهاد می شود. با این حال، برای جلوگیری از خطر گرمای بیش از حد، باید تأثیر استراتژی‌های پیشنهادی بر شرایط حرارتی داخلی در طول فصل گرم در نظر گرفته شود.

سپاسگزاریها

نویسندگان مایلند بیان کنند که این کار تحقیقاتی به عنوان بخشی از مطالعه دکترا در دانشگاه شفیلد تکمیل شده است.

منابع

V. Mikler, A. Bicol, B. Breisness, M. Labrie, Passive Design Toolkit, Vancouver, City of Vancouver, 2009 [Google Scholar]
جعبه ابزار طراحی غیرفعال برای خانه ها، ونکوور، شهر ونکوور، 2009 [Google Scholar]
J. O’Connor، E. Lee، F. Rubinstein، S. Selkowitz، نکاتی برای نور روز. موسسه کالیفرنیا برای بهره وری انرژی (CIEE)، وزارت انرژی ایالات متحده، برکلی، کالیفرنیا، 1997 [Google Scholar]
R. Jaques، H. Mardon، استراتژی‌های طراحی غیرفعال، BUILD، 108 ، 84-85 (2008) [Google Scholar]
WAM Sheta، خنک نگه داشتن در قاهره: شبیه‌سازی حرارتی خنک‌کننده غیرفعال در خانه‌ها، پایان‌نامه دکترا، دانشگاه شفیلد، 2012 [Google Scholar]
R. Bruno، P. Bevilacqua، T. Cuconati، N. Arcuri، ارزیابی انرژی یک ساختمان چوبی چند طبقه نوآورانه در نزدیکی ساختمان انرژی صفر که برای مناطق مدیترانه طراحی شده است، برنامه کاربردی. Energy 238 , 929–941 (2019) [CrossRef] [Google Scholar]
P. Bevilacqua، F. Benevento، R. Bruno، N. Arcuri، آیا دیوارهای ترومب سیستم های غیرفعال مناسبی برای کاهش انرژی مورد نیاز سالانه ساختمان هستند؟ Energy 185 , 554–566 (2019) [CrossRef] [Google Scholar]
R. Yao، V. Costanzo، X. Li، Q. Zhang، B. Li، اثر اقدامات غیرفعال بر آسایش حرارتی و حفظ انرژی. مطالعه موردی تابستان گرم و آب و هوای سرد زمستان در منطقه رودخانه یانگ تسه، J. Build. مهندس 15 ، 298–310 (2018) [CrossRef] [Google Scholar]
I. Sarbu، C. Pacurar، تحقیقات تجربی و عددی برای ارزیابی کیفیت محیط داخلی و عملکرد تکالیف مدرسه در کلاس های درس دانشگاه، ساختمان. محیط زیست 93 ، 141-154 (2015) [CrossRef] [Google Scholar]
M. Trebilcock، B. Piderit، J. Soto، R. Figueroa، تحلیل پارامتریک استراتژی‌های غیرفعال ساده برای بهبود عملکرد حرارتی کلاس‌های درس مدرسه در شیلی، Archit. علمی Rev. 59 , 385–399 (2016) [CrossRef] [Google Scholar]
S. Subhashini، K. Thirumaran، یک راه حل طراحی غیرفعال برای افزایش راحتی حرارتی در یک ساختمان آموزشی در منطقه آب و هوایی مرطوب گرم Madurai، J. Build. مهندس 18 ، 395–407 (2018) [CrossRef] [Google Scholar]
F. Nicol، MA Humphrey، آسایش حرارتی تطبیقی و استانداردهای حرارتی پایدار برای ساختمان‌ها. کنفرانس ویندزور 2001، انتقال استانداردهای آسایش حرارتی به قرن بیست و یکم. Windsor: Network for Comfort and Energy Use in Buildings, 2001 [Google Scholar]
ف. نصراللهی، مسکن سازگار با اقلیم و انرژی در اقلیم های قاره ای: مناسب بودن خانه های غیرفعال برای اقلیم خشک و سرد ایران، برلین، دانشگاه صنعتی برلین، 2009 [Google Scholar ]
CABE، ایجاد مدارس ابتدایی عالی کمیسیون معماری و محیط ساخته شده لندن 2010 [Google Scholar]
س. حیدری، مقابله با طبیعت: ده سال مطالعات آسایش حرارتی در ایران. انطباق با تغییر: تفکر جدید در مورد راحتی. شبکه برای راحتی و استفاده از انرژی در ساختمان ها، ویندزور، بریتانیا، 2010 [Google Scholar]
Pricewaterhousecoopers & DCSF، ارزیابی ساختمان مدارس برای آینده، گزارش فنی. لندن. 2007 [Google Scholar]
H. Richardson، طرح ساختمان های مدرسه لغو شد. اخبار بی بی سی. http://www.bbc.co.uk/news/10514113 [دسترسی در 18 فوریه 2013]، 2010 [Google Scholar]
DFE، تعمیرات اساسی به برنامه مدرسه سازی انگلستان. اداره آموزش و پرورش http://www.education.gov.uk/inthenews/inthenews/a0061486/overhaul-build-prog [دسترسی در 15 فوریه 2013]، 2010 [Google Scholar]
س. ایروانی، علل توسعه ناکافی وضعیت آموزشی و طراحی مدارس در ایران در قرن اخیر. تهران: دیزاین‌شیر، پی تک. http://www.designshare.com/images/article2irvani.pdf [دسترسی در 13 اکتبر 2019]، 2010 [Google Scholar]
ع. غفاری، اصول طراحی معماری فضاهای آموزشی، تهران: سازمان نوسازی، توسعه و بسیج مدارس کشور، 1377 [Google Scholar]
ی.گرجی مهلبانی، تأثیرات اقلیمی بر ساختمان مدارس. پایان نامه دکتری، دانشگاه شفیلد، 2002 [Google Scholar]
CBI، گزارش سالانه. تهران 2011 [Google Scholar]
ب.قاضی زاده، اصول طراحی ساختمانهای آموزشی، تهران: نوسازی مدارس، 1372 [Google Scholar]
م. کسمایی، اقلیم و معماری، نشر خاک، اصفهان، 1387 [Google Scholar]
اطلاعات آب و هوای محلی سازمان هواشناسی ایران تهران 1390; http://www.irimo.ir/ [Google Scholar]
V. Limbachiya، K. Vadodaria، D. Loveday، V. Haines، شناسایی یک روش مناسب برای مطالعه آسایش حرارتی در خانه‌های مردم، در: متن تغییر آسایش در یک جهان غیرقابل پیش‌بینی، ویندزور، 2012 [Google Scholar ]
شبیه سازی ساختمان DesignBuilder Software Ltd 2013; http://www.designbuilder.co.uk/ [Google Scholar]
ع. مهدی زاده، گزارش رویه بهسازی ساختمان های مدارس در جمهوری اسلامی ایران. سازمان دولتی نوسازی مدارس وزارت آموزش و پرورش، تهران، 1390 [Google Scholar]
م. نوسازی، افزایش سرانه مطالعه در مدارس ایران، تهران: سازمان نوسازی، توسعه و بسیج مدارس کشور. موجود در http://www.nosazimadares.ir/News/_layouts/viewlsts.aspx [دسترسی در 7 سپتامبر 2019]، 2013 [Google Scholar]
PO Fanger، ارزیابی آسایش حرارتی انسان در عمل، Br. J. Ind. Med. 30 ، 313-324 (1973) [Google Scholar]
M. Santamouris، پیشرفت‌ها در تحقیقات انرژی ساختمان، Earthscan، لندن، 2008 [Google Scholar]
ASHRAE، ASHRAE استاندارد 55. شرایط محیطی حرارتی برای سکونت انسان انجمن آمریکایی مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آتلانتا، GA 2004; [Google Scholar]
DA Mcintyre، RR Gonzalez، حساسیت حرارتی انسان در طول تغییرات دما در دو سطح عایق لباس و فعالیت، ASHRAE Trans. 82 ، 219-233 (1976) [Google Scholar]
منابع داده های آب و هوا، وزارت انرژی ایالات متحده 2013; http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/weatherdata_sources.cfm [Google Scholar]
F. Su، J. Huang، T. Xu، C. Zhang، ارزیابی اثرات وزن پارامترهای مختلف در سال های معمولی هواشناسی مورد استفاده برای شبیه سازی انرژی ساختمان، ساخت. شبیه سازی 2 ، 19-28 (2009) [CrossRef] [Google Scholar]
DB Crawley، از کدام داده های آب و هوا برای شبیه سازی انرژی ساختمان های تجاری استفاده کنید؟ ASHRAE Trans. 104 ، 498-515 (1998) [Google Scholar]
ویرایش/ترجمه داده های ساعتی آب و هوا DesignBuilder 2013. http://www.designbuilder.co.uk/helpv2/Content/_Edit_ hourly_weather_data.htm [Google Scholar]
S. Melki، M. Hayek، ابزارهای شبیه سازی ساختمان و نقش آنها در بهبود طرح های ساختمان های موجود. ACTEA، Zouk Mosbeh، Labanon، 2009 [Google Scholar]
داده های آب و هوا، وزارت انرژی ایالات متحده 2013; http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/weatherdata_about.cfm [Google Scholar]
B. Givoni، ملاحظات آب و هوایی در ساختمان و طراحی شهری، ون نوستراند راینهولد، نیویورک، 1998 [Google Scholar]
B. Ford، R. Schiano-Phan، D. Zhongcheng، استاندارد Passivhaus در آب و هوای گرم اروپا: دستورالعمل‌های طراحی برای خانه‌های راحت کم انرژی – بخش 3. آسایش، آب و هوا و استراتژی‌های غیرفعال. دانشگاه ناتینگهام، ناتینگهام، 2007 [Google Scholar]
AUTODESK ECOTECT ANALYSIS، طراحی غیرفعال فرکانس طبیعی. 2013; https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Passive_building_design [Google Scholar]
عایق های حرارتی ساختمان ها شرکت صرفه جویی در سوخت ایرانیان تهران. 2012; http://ifco.ir/building/build/isulation_extra1.asp [Google Scholar]
انواع عایق حرارتی دانشنامه عایق ایران اصفهان 1391; http://www.irima.ir/home/thermal-insulation/thermal-insulation-classify [Google Scholar]
مقررات ملی ساختمان ایران دفتر مقررات ملی ساختمان صرفه جویی در مصرف انرژی تهران 1388 [Google Scholar]
E. Kruger, B. Givoni, مانیتورینگ حرارتی و پیش بینی های حرارتی داخلی در یک ساختمان خورشیدی غیرفعال در یک محیط خشک, ساخت. محیط زیست 43 ، 1792-1804 (2008) [CrossRef] [Google Scholar]
کارگاه آموزشی پایداری AUTODESK، انجمن آموزش طراحی ساختمان Autodesk. 2011; http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/thermal-mass [Google Scholar]
SJ Byrne، RL Ritschard، تحلیل پارامتریک جرم حرارتی در ساختمان‌های مسکونی. عملکرد حرارتی پوشش های بیرونی ساختمان ها III. ساحل کلیرواتر، فلوریدا، ASHRAE/DOE/BTECC، 1985 [Google Scholar]
RL Fehr، راهنمای ساخت خانه های کارآمد انرژی، کنتاکی، گروه بیوسیستم و مهندسی کشاورزی، دانشگاه کنتاکی، 2009 [Google Scholar]
JP Ries، TA Holm، رویکردی جامع به پایداری برای جامعه بتن: بتن سبک – دو هزار سال عملکرد اثبات شده. ESCSI، سالت لیک سیتی، یوتا، 2004 [Google Scholar]
MG Vangeem, TA Holm, JP Ries, Optimal Thermal Mass and R-Value in Concrete اولین کنفرانس بین‌المللی پایداری بتن، توکیو، ژاپن: ICCS13، 2013 [Google Scholar ]