شرایط حرارتی در مرکز فضای کاری و در مجاورت نمای شیبدار لعابدار ساختمان (قسمت سوم)

2 . روش شناسی

2.1 . تعریف مطالعه موردی

ساختمان ST Diamond یک ساختمان اداری با لعاب متوسط است که در سال 2010 در پوتراجایا، سلانگور ساخته شد. توسط GBI مالزی و برنامه های گواهی BCA Green Mark سنگاپور، بالاترین رتبه، “پلاتین” را دریافت کرده است . پیکربندی هندسی ساختمان نماهای لعابدار آن را مستقیماً در معرض تابش خورشید قرار می دهد. با این حال، این به طور موثر با کج کردن نما در زاویه 25 درجه برای خودسایه کنترل می شود. علاوه بر این، این ساختار دارای شیشه های سبز رنگ مجهز به پوشش کم انتشار (کم e) است که دارای ضریب افزایش گرمای خورشیدی (SHGC) 0.37 است. این ویژگی کاهش جذب گرمای خورشیدی را تضمین می کند. به طور همزمان، لعاب عبور نور بصری (VLT) تقریباً 50٪ را حفظ می کند که نور روز را در داخل دفتر تسهیل می کند. قسمت بالایی ترکیب لعاب با لوورهایی طراحی شده است که تابش نور را تنظیم می کند و نسبت پنجره را به حداقل می رساند و به بهره وری انرژی کمک می کند [ 22 ، 23 ]. پرده های اتومات آتریوم برای کنترل تابش خیره کننده و مستقیم تابش خورشیدی نصب شده اند. بام سبز باعث عایق کاری ساختمان می شود و مصرف انرژی آن را کاهش می دهد. سیستم خنک کننده دال کف ساختمان ST Diamond ، با لوله های تعبیه شده در دال بتنی برای خنک سازی تابشی، بهره وری انرژی و آسایش حرارتی داخلی را بهبود می بخشد. ترکیب این ویژگی ها ساختمان ST Diamond را به نمونه ای قابل توجه از طراحی پایدار و کارآمد انرژی در منطقه گرمسیری تبدیل می کند ( شکل 2 و شکل 3 را ببینید ).

2.2 . اندازه گیری های میدانی

این مقاله با انجام یک مطالعه میدانی به مدت 30 روز، از 25 ژوئیه تا 30 آگوست، روزهای هفته و آخر هفته را در بر می گیرد، این مقاله به دنبال بررسی شرایط حرارتی داخلی در یک فضای کاری با پلان باز واقع در ضلع غربی ساختمان ST Diamond است. فضای کاری برای قرار گرفتن در معرض تابش مستقیم خورشید از نمای غربی انتخاب شد. در این مطالعه از هفت حسگر متصل به دیتالاگر Babuc/A برای اندازه‌گیری‌های داخل ساختمان و دیتالاگر Skye برای اندازه‌گیری‌های فضای باز استفاده شد. متغیرهای متعددی به طور همزمان اندازه‌گیری شدند، از جمله دمای هوای داخل/خارج، دمای سطح شیشه داخلی، سرعت هوا، شار گرما و تابش خورشیدی جهانی (افقی) و تابش خورشیدی در سطوح عمودی جهت‌گیری غرب، همانطور که در شکل 4 (a-c) نشان داده شده است. . دو مکان برای قرار دادن حسگرهای داخلی به طور هدفمند انتخاب شدند تا درک جامعی از عملکرد حرارتی فضا به دست آورند. یک مجموعه از حسگرها در مجاورت شیشه برای نظارت بر شرایط حرارتی مناطقی که مستقیماً در معرض تابش خورشیدی هستند، قرار گرفتند، در حالی که مجموعه دیگری از سنسورها در مرکز فضا قرار گرفتند تا عملکرد حرارتی کلی منطقه را به تصویر بکشند. هر دو مکان 1.0 متر بالاتر از سطح کف قرار داشتند و برای اندازه‌گیری‌های دقیق و پایدار روی سه‌پایه محکم شده بودند. این تنظیم به محققان اجازه داد تا داده ها را از نقاط مختلف داخل فضا جمع آوری کنند و درک بهتری از دینامیک حرارتی محیط داخلی به دست آورند. سنسور فضای باز در پشت بام ساختمان قرار گرفت. دیتالاگر خوانش ها را در فواصل 5 دقیقه ای به مدت 24 ساعت ثبت می کرد. برای اطمینان از صحت و اطمینان، اقدامات زیر انجام شد:

–
اندازه‌گیری‌ها به‌طور مداوم در یک دوره طولانی بیش از 30 روز انجام شد، با خوانش‌ها در فواصل زمانی 5 دقیقه. این امکان تکرار اندازه گیری ها و متعاقباً میانگین گیری نتایج را برای افزایش کیفیت داده ها فراهم کرد.
–
این مطالعه اندازه‌گیری‌ها را در روزهایی که ابزارها در فضای اندازه‌گیری شده جابه‌جا می‌شدند حذف شد. علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های انجام‌شده در روزهایی که شرایط محیطی خارجی شامل باران یا پوشش کامل ابر بود، از تحلیل حذف شدند.
–
ابزارها برای حفظ دقت کالیبراسیون شدند. دقت آنها با ارجاع متقابل خوانش های به دست آمده از هر دو دماسنج معمولی و دماسنج مادون قرمز بیشتر تایید شد .

3 . نتایج و بحث

اندازه‌گیری‌ها در واقع برای بازه زمانی خاص، همانطور که قبلاً آموزش داده شد، تجزیه و تحلیل شدند. این اندازه‌گیری‌ها در یک فضای کاری استاندارد انجام شد که دارای دو نمای لعابدار به سمت جنوب و غرب است، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است . در طول این مدت، در مجموع 20 روز برای آنالیز استفاده شد که 11 روز به اندازه گیری عملکرد لعاب و شرایط حرارتی در نزدیکی نمای لعابدار اختصاص یافت، در حالی که 9 روز به نظارت بر شرایط حرارتی در مرکز فضای کار، به دور از نمای لعابدار داده‌ها در روزهای کاری و آخر هفته جمع‌آوری شد، با سیستم خنک‌کننده تابشی دال کف ، و سیستم هوای کناری منحصراً در روزهای کاری کار می‌کرد. در شکل 5 ، آخر هفته ها دایره شده اند و یک دوره پنج روزه را در بر می گیرند.

برای ارائه یافته های مطالعه، این بخش میانگین مقادیر ساعتی (بین ساعت 6 صبح تا 6 بعد از ظهر) چندین متغیر را نمایش می دهد. این متغیرها شامل دمای هوای داخل و خارج، سرعت هوای داخل ساختمان ، دمای سطح سطوح داخلی نمای لعابدار مایل به سمت جنوب و غرب و تابش خورشیدی عمودی جهانی و مستقیم است.

3.1 . عملکرد حرارتی نمای شیشه ای شیبدار

هنگامی که تابش خورشیدی به سطح بیرونی لعاب کج شده برخورد می کند، کسری از تابش خورشید جذب می شود و دمای شیشه را افزایش می دهد و متعاقباً بر انتقال حرارت به داخل تأثیر می گذارد. برای ارزیابی عملکرد حرارتی نماهای لعاب کج در ساختمان ST Diamond، این مطالعه دمای سطح لعاب را در جهت‌گیری‌های غربی و جنوبی اندازه‌گیری کرد. این مطالعه به طور خاص شار حرارتی دمای سطح شیشه را تحت تابش مستقیم خورشید در نمای غربی بررسی کرد.

شکل 6 نموداری از دمای سطح شیشه داخلی را در دو جهت مختلف نشان می دهد که در طول روز در معرض شدت های مختلف خورشیدی قرار دارند. دمای سطح شیشه در نمای جنوبی به طور مداوم با دمای هوای بیرون هماهنگ است. در ساعت 2 بعد از ظهر، زمانی که دمای هوای بیرون 32.0 درجه سانتیگراد و 34.1 درجه سانتیگراد است و تابش افقی خورشید از 787 تا 856 متغیر است، دمای سطح شیشه از 31.4 درجه سانتیگراد تا 33.2 درجه سانتیگراد متغیر است. در طول سه روز نشان داده شده در شکل، با نزدیک شدن خورشید به غروب خورشید، نمای غربی مستقیماً در معرض تابش خورشید قرار می گیرد و تابش تقریبی 800 W/m2 را دریافت می^کند . این هجوم قابل توجه تابش خورشیدی منجر به افزایش قابل توجه دمای شیشه می شود، به ویژه در ساعت 5 بعد از ظهر در این مدت، دمای سطح شیشه از 39.4 درجه سانتی گراد تا 44.4 درجه سانتی گراد متغیر است، در حالی که دمای هوای بیرون بین 32.0 درجه سانتی گراد تا 32.3 در نوسان است. درجه سانتی گراد

نمای جنوبی ساختمان از محافظت موثر در برابر نور مستقیم خورشید بهره می برد که با موقعیت شیب دار خود نما، این امر بیشتر تقویت می شود. این ویژگی طراحی به کاهش شدت تابش خورشیدی که به سطح شیشه می رسد کمک می کند. این افزایش دمای سطح لعاب نمای غربی باعث نگرانی می شود زیرا گرمای شیشه گرم شده به فضای داخلی منتقل می شود که از طریق تهویه مطبوع در دمای پایین تری حفظ می شود.

شکل 7 سرعت انتقال حرارت را در سرتاسر نمای غربی شیشه ای ساختمان ST Diamond نشان می دهد . نمودار رابطه بین دمای شیشه و جریان گرمای مربوطه را نشان می دهد که از 10 صبح تا 8 بعد از ظهر ثبت شده است. مقادیر اوج انتقال حرارت از -9.7 W/m2 در 2 آگوست تا -10.1 W/m2 در 4 آگوست متغیر است. این پیک ها همزمان با قرار گرفتن مستقیم نما در معرض نور خورشید در طول دوره غروب خورشید در ساعت 5 بعد از ظهر است . مقدار -10 W/m2 نشان دهنده مقدار انتقال حرارت هدایت شده است. علامت منفی نشان می دهد که گرما به سمت داخل جریان دارد، به این معنی که نما به عنوان مسیری برای انتقال گرما از محیط بیرونی به داخل ساختمان عمل می کند. در واقع، نماهای لعابدار، حتی زمانی که مجهز به شیب و شیشه‌های دوجداره پایین هستند، هنوز هم می‌توانند چالش‌هایی را در ضلع‌های رو به غرب ساختمان‌ها ایجاد کنند. نماهای رو به غرب در طول بعد از ظهر و عصر نور مستقیم خورشید را دریافت می کنند که می تواند منجر به افزایش گرمای خورشیدی و مشکلات احتمالی گرمای بیش از حد در ساختمان شود. برای تعمیق درک ما از این موضوع، تحقیقات بیشتری با تمرکز بر دو ناحیه در فضای کار مورد نیاز است: منطقه مرکزی و بخش‌های نزدیک به نمای لعابدار.

3.2 . شرایط حرارتی در فضای کار: مناطق مجاور و مرکزی

در این مقاله مقایسه ای بین شرایط حرارتی دو فضا در روزهای هفته و آخر هفته انجام شده است. با بررسی عملکرد حرارتی فضاهای نزدیک شیشه و آن‌هایی که در فاصله قرار دارند، می‌توان به بینش‌های ارزشمندی در رابطه با تأثیر افزایش گرمای خورشیدی و شرایط کلی حرارتی داخل ساختمان دست یافت. اصطلاح “مناطق مجاور” برای تأکید بر رابطه فضایی فوری بین این مناطق و نمای شیشه ای مجاور استفاده می شود و تأثیر بالقوه افزایش گرمای خورشیدی و سایر عوامل مرتبط را برجسته می کند. برعکس، اصطلاح “منطقه مرکزی” بر مکان خاص یک منطقه در بخش مرکزی فضای اداری تمرکز می کند، فاصله آن از نمای لعابدار را برجسته می کند و به این معنی است که ممکن است شرایط حرارتی متفاوتی را در مقایسه با مناطق مجاور تجربه کند.

شکل 8 دمای هوای داخلی و سرعت هوا را در یک فضای کاری واقع در ساختمان ST Diamond نشان می دهد. داده های ثبت شده مربوط به روزهای هفته است و شرایط حرارتی را در هنگام تهویه مکانیکی کنترل می کند. از یک طرف، دمای هوای داخل در منطقه مجاور از 22.2 درجه سانتیگراد در ساعت 8 صبح تا 23.9 درجه سانتیگراد در ساعت 5 بعد از ظهر متغیر است که به ترتیب با دمای هوای بیرون 26.0 درجه سانتیگراد و 30.9 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. از سوی دیگر، نواحی مرکزی فضای کاری مورد بررسی تغییرات دمایی از 22.1 درجه سانتی‌گراد در ساعت 8 صبح تا 23.0 درجه سانتی‌گراد در ساعت 5 بعد از ظهر را نشان می‌دهند، که به ترتیب با دمای هوای خارج از منزل 26.0 درجه سانتی‌گراد و 30.4 درجه سانتی‌گراد هم‌سو هستند. قابل ذکر است، در ساعت 5 بعد از ظهر، دمای منطقه مجاور 0.8 درجه سانتیگراد بیشتر از منطقه مرکزی است. علاوه بر این، در طول این زمان خاص، دمای هوای بیرون در روزهای اندازه‌گیری شده منطقه مجاور، 0.4 درجه سانتی‌گراد از دمای منطقه مرکزی بیشتر می‌شود. این اختلافات در شرایط خارج از منزل ممکن است به نابرابری در شرایط حرارتی داخلی بین دو منطقه کمک کند.

با توجه به سرعت هوا، داده های ثبت شده برای هر دو منطقه به طور مداوم زیر حداقل آستانه مشخص شده در MS 1525:2007 قرار می گیرد که حداقل مقدار 0.15 متر بر ثانیه را تعیین می کند. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است ، به طور متوسط در 14 روز کاری، بالاترین سرعت ثبت شده هوا در ناحیه مرکزی مشاهده شد که تقریبا به 0.08 متر بر ثانیه رسید. قابل توجه است که طراحی ساختمان الماس دو استراتژی برای اطمینان از آسایش حرارتی را در خود جای داده است. اول، سیستم خنک کننده تابشی دال کف، و ثانیاً، سیستم سمت هوا به حرکت و فیلتراسیون هوا می پردازد و در نتیجه حرکت هوا برای سرنشینان قابل درک نیست. علیرغم اینکه دمای هوای داخل در هر دو منطقه در محدوده آسایش حرارتی توصیه شده 23-26 درجه سانتیگراد تنظیم شده توسط استاندارد MS 1525:2007 مالزی قرار دارد، هر دو منطقه همچنان به سرعت هوای کافی برای افزایش سطح آسایش مانند شرایط گرم و مرطوب نیاز دارند. مشاهده شد که افراد معمولاً دماهای بالا همراه با گردش هوای کافی را ترجیح می دهند [ 24 ، 25 ].

علاوه بر این، برای درک بهتر تغییرات دمای هوای داخلی بین دو منطقه، اندازه‌گیری‌ها باید در آخر هفته‌ها نیز جمع‌آوری شوند. شکل 9 دمای هوای داخلی و سرعت هوا را در پنج آخر هفته نشان می‌دهد و شرایط حرارتی را هنگام خاموش شدن تهویه مکانیکی بررسی می‌کند. دمای هوای داخل در منطقه مجاور از 23.6 درجه سانتیگراد در ساعت 8 صبح تا 25.5 درجه سانتیگراد در ساعت 2 بعد از ظهر متغیر است که به ترتیب با دمای هوای بیرون 26.0 درجه سانتیگراد و 32.6 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. در مقابل، نواحی مرکزی فضای کاری مورد بررسی، تغییرات دمایی از 23.3 درجه سانتی‌گراد در ساعت 8 صبح تا 25.7 درجه سانتی‌گراد در ساعت 5 بعد از ظهر را نشان می‌دهند، که به ترتیب با دمای هوای بیرونی 26.0 درجه سانتی‌گراد و 33.3 درجه سانتی‌گراد همسو می‌شوند. منطقه مجاور و منطقه مرکزی دارای میانگین دمای مشابه هستند، با افزایش ناچیز در منطقه مجاور. علاوه بر این، در طول این دوره خاص، هنگام اندازه‌گیری منطقه مجاور، بالاترین دمای هوای خارج از خانه 0.7 درجه سانتی‌گراد کمتر از میانگین دمای هوای بیرون در روزهای اندازه‌گیری منطقه مرکزی است. تفاوت در دمای هوای بیرون می تواند بر افزایش گرما تأثیر بگذارد و باعث تغییرات جزئی در دمای هوای داخلی بین مناطق شود که می تواند بر نتایج کلی تأثیر بگذارد. انجام اندازه گیری ها در همان روزها می تواند به کاهش این محدودیت کمک کند. از نظر سرعت هوا در آخر هفته ها، داده های ثبت شده برای هر دو منطقه تایید می کند که تهویه مکانیکی در این روزهای اندازه گیری شده عملیاتی نشده است.

به طور کلی، دمای هوای داخل در هر دو منطقه، حتی در غیاب تهویه مکانیکی، در محدوده آسایش حرارتی توصیه شده 23-26 درجه سانتیگراد باقی می ماند، همانطور که توسط MS مشخص شده است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که استراتژی‌های طراحی موثری در ساختمان ST Diamond اجرا شده‌اند، از جمله ادغام نماهای شیبدار و دو جداره کم شیشه. این عناصر طراحی احتمالاً به حفظ دمای هوای داخلی راحت کمک می کنند. علاوه بر این، یافته ها نشان می دهد که تشخیص تغییرات در دمای هوای داخلی، به ویژه با استفاده از دمای حباب خشک ، بین مناطق مختلف در یک فضای کاری باز چالش برانگیز است.

دمای هوای ثبت شده در داخل خانه، در هر دو منطقه، مستقیماً تأثیر نماهای لعابدار را بر مناطق نزدیک به آنها منعکس نمی کند. دمای هوا در درجه اول تحت تأثیر هوای اطراف در یک فضا است و به طور خاص به اثرات تشعشع حساس نیست. با این حال، به دلیل جابجایی، جایی که هوا به گردش در می‌آید و گرما را توزیع می‌کند، دما در سراسر فضا از جمله مناطق نزدیک شیشه‌ها برابر می‌شود.

شکل 10 با استفاده از یک دماسنج کره ای که از یک کره توخالی سیاه شده با یک سنسور دما در داخل تشکیل شده است، بین منطقه مجاور و منطقه مرکزی یک فضای کاری مورد بررسی تفاوت قائل می شود . میانگین دمای تابشی تمام سطوح در فضا را اندازه گیری می کند، جایی که نمای لعابدار سطح اولیه مورد نظر است. با اندازه گیری دمای کره زمین، می توان تغییرات ناشی از گرمای تابشی از شیشه را ارزیابی کرد و عدم تعادل حرارتی بالقوه را در فضا شناسایی کرد. این رویکرد درک جامع تری از شرایط حرارتی، به ویژه در رابطه با اثر نماهای لعابدار را ممکن می سازد. شکل، دمای کره زمین را در ناحیه مجاور و ناحیه مرکزی تحت دو شرایط متمایز تهویه مکانیکی مقایسه می‌کند. در روزهای هفته، هنگامی که تهویه مکانیکی فعال است، دمای کره زمین در منطقه مجاور به 28.2 درجه سانتیگراد می رسد، در حالی که در منطقه مرکزی، 24.1 درجه سانتیگراد است، که نشان می دهد در منطقه مجاور 4.1 درجه سانتیگراد بالاتر است. بررسی نمودارهای دمای هوای داخل خانه نشان می‌دهد که این تغییرات اندک است و تنها یک افزایش 0.5 درجه سانتی‌گراد در منطقه مجاور مشاهده می‌شود. برعکس، در تعطیلات آخر هفته، زمانی که تهویه مکانیکی خاموش می شود، دمای کره زمین در ناحیه مجاور به 27.8 درجه سانتی گراد می رسد، در حالی که در منطقه مرکزی، 26.1 درجه سانتی گراد است، که نشان می دهد در منطقه مجاور 1.7 درجه سانتی گراد بالاتر است. به طور مشابه، هنگام مقایسه دمای هوای داخلی، تغییرات نسبتاً کم است، با افزایش ناچیز در منطقه مجاور.

نتایج نشان می‌دهد که در روزهای هفته، زمانی که تهویه مکانیکی فعال است، منطقه مرکزی تأثیر قابل‌توجهی بر دمای کره زمین را تجربه می‌کند. همانطور که قبلا در شکل 8 مورد بحث قرار گرفت، ناحیه مرکزی سرعت هوای بالاتری را نسبت به منطقه مجاور نشان می دهد . با این حال، هنگامی که منطقه مجاور دمای کره زمین بالاتر از ناحیه مرکزی را تجربه می کند، منطقه نزدیک شیشه در معرض گرمای تابشی بیشتری قرار می گیرد. این افزایش گرمای تابشی می‌تواند باعث ناراحتی سرنشینانی شود که در آن منطقه کار می‌کنند. برای حفظ دمای زمین مناسب، این سرنشینان ممکن است نیاز به افزایش سرعت هوا برای جبران دمای بالاتر کره زمین داشته باشند. افزایش سرعت هوا می تواند به افزایش انتقال حرارت همرفتی کمک کند ، که می تواند به دفع گرمای اضافی و ایجاد یک محیط راحت تر کمک کند.

توسعه مواد جایگزین پایدار برای...

سپتامبر 12, 2026