© FA de Melo Sá Cavalcanti و RM Caram، منتشر شده توسط EDP Sciences، 2020

1. معرفی

دیوارهای ترومب پتانسیل زیادی در ارتقای آسایش حرارتی در ساختمان دارند، زیرا می توان از آنها با نیت استفاده از تهویه طبیعی، گرمایش خورشیدی و اینرسی حرارتی استفاده کرد.1 ]. متوسط ​​تابش خورشیدی در قلمرو برزیل (5 کیلووات ساعت در متر مربع ^در روز) [2 ]، عملاً برابر است با حداکثر مقدار تابش مشاهده شده در قاره اروپا، که تقریباً 5.5 کیلووات ساعت بر متر ^مربع است .3 ]، جایی که سرمایه گذاری بزرگی، چه دولتی و چه خصوصی، در استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد.

در مورد این جنبه ها می توان گفت که معمار باید همواره به دنبال تطبیق ساختمان ها با آب و هوای محل نصب آن باشد و دیوارهای میشل ترومب یا به اصطلاح «دیوارهای ترومب» هستند. در این مقاله به عنوان جایگزینی برای طراحی معماری ارائه شده است، اگرچه پتانسیل آن برای استفاده در برزیل هنوز کمی بررسی شده است.

شکل 1ترکیب این سیستم ساخت و ساز را به منظور تسهیل درک قطعات آن و فرآیند عملکرد آن نشان می دهد. در این طرح می توان سطح لعابدار (a) با ضخامت عموماً بین 02 تا 06 میلی متر را مشاهده کرد که وظیفه ارتقاء اثر گلخانه ای در محفظه هوا (ب) بین شیشه و دیوار داخلی با حرارت بالا را بر عهده خواهد داشت. جرم (ج). این دیوار معمولاً با جذب حرارتی بالا ارائه می شود تا انباشت گرما در محفظه هوا و در نتیجه گرمایش هوا در این ناحیه از جزء مورد تجزیه و تحلیل بهینه شود. این دیوار دارای دو دهانه برای گردش هوا (d) است. یکی پایین برای ورود هوای سردی که به دلیل اثر گلخانه ای در محفظه هوا گرم می شود و دیگری قسمت بالایی برای عبور هوای گرم شده به محیط داخلی (e) که توسط کاربران اشغال می شود و تبدیل به موضوع می شود. مطالعه این مقاله در رابطه با عملکرد حرارتی ساختمان ها. محیط داخلی دارای منفذی برای ورود هوا (f) در طرف مقابل به وجهی که دیواره ترومب در آن قرار دارد، امکان تجدید هوا در این فضا و حذف هوای گرم شده را در مواقع ضروری می دهد.

سطح لعابدار همچنین ممکن است دارای یک بازشو در ناحیه بالایی خود (a.1) باشد تا هوای گرم شده را خارج کند و امکان استفاده از تهویه طبیعی را در گرمترین ماههای سال فراهم کند.

پیکربندی دهانه ها هدف استفاده از دیوار ترومب را چه برای گرمایش و چه برای سرمایش مشخص می کند. این تغییر پیکربندی می‌تواند از طریق تداخل کاربری که نیازهای راحتی او را مشخص می‌کند یا از طریق وسایل خودکار رخ دهد و استفاده از آن را در مواقعی که نیاز بیشتری وجود دارد افزایش دهد.

برای استفاده از گرمایش غیرفعال از طریق دیوار ترومب، دهانه سطح لعاب نباید اجازه عبور هوای گرم را بدهد، که به نوبه خود باید توسط دهانه بالایی دیوار با اینرسی حرارتی بالا به فضای داخلی رها شود و آن را گرم کند. و بازگشت به محفظه هوا از طریق دهانه پایین، شروع مجدد چرخه [4 ].

برای ارتقای تهویه، دیوار با جرم حرارتی بالا باید فقط دهانه پایینی داشته باشد که اجازه گردش هوا را می دهد و دهانه خروجی واقع در سطح شیشه نیز باید اجازه عبور هوا را بدهد. هوای بیرون از سوراخ دیگری در دیوار دیگری وارد می شود و هوای داخل که گرمتر است از دیوار ترومب خارج می شود.5 ].

اولین محققی که مفهوم دیوار ترومب را توصیف کرد، یک آمریکایی به نام ال مورس در یک حق اختراع در سال 1881 بود.6 ]. این ایده همچنین به عنوان دیوار خورشیدی یا دیوار ذخیره حرارتی شناخته می شود، این ایده در دهه 70 توسط مخترع و مهندس فرانسوی فلیکس ترومب و معمار ژاک میشل دوباره ثبت شد.7 ].

از آن زمان تاکنون مطالعات متعددی در نقاط مختلف جهان به منظور بررسی عملکرد حرارتی ساختمان های مجهز به این دستگاه معماری انجام شده است.8 –10 ] برای برزیل، مطالعات کمی در کتابشناسی در مورد این موضوع یافت شد، مانند [11 ] که در آن اندازه‌گیری‌ها به‌منظور ارزیابی عملکرد دیوار ترومب برای آب و هوای جنوب کشور انجام شد. این سیستم دارای بطری های پر از آب برای کمک به ذخیره سازی حرارتی بود، یک تاخیر حرارتی 4-5 ساعت بین اوج تابش و اوج گرمای انباشته شده در دیواره ترومب مشاهده شد.12 –15 ].

دیوارهای ترومب از زمان ظهور مجدد آنها در دهه 1970 بر روی رایانه ها شبیه سازی شده اند. در اولین مدل ها، یک شبکه حرارتی با چندین “گره” برای شبیه سازی دیوار ترومب استفاده شد.16 ]. مجموعه ای از برنامه های شبیه سازی حرارتی قادر به مدل سازی دیوارهای ترومب هستند، از جمله BLAST، DOE-2، TRNSYS، SUNREL و ESP-r [6]، با این حال، برای این مقاله، ما کاغذ را با نرم افزار Energyplus برای شبیه سازی عملکرد حرارتی انتخاب کردیم. از ساختمان های مجهز به دیوار ترومب به این دلیل که نرم افزاری است که در بازار ساختمان های کم مصرف رایج است و امروزه یکی از بهترین ها برای رایگان بودن به شمار می رود و علاوه بر آن می تواند با تمامی بارهای داخلی و حرارتی متغیرهای اقلیمی محل را شبیه سازی کند. جایی که ساختمان درج خواهد شد. برای این مقاله از نرم افزار نسخه 7.0 استفاده شده است.

هدف این تحقیق بررسی پتانسیل استفاده از دیوارهای ترومب بر عملکرد حرارتی ساختمان‌ها، برای اقلیم‌های مختلف برزیل است، بنابراین به ایجاد پایه‌ها و توصیه‌های طراحی برای ایده پروژه‌های معماری در برزیل، از زمان کاشت کمک می‌کند. یک دیوار ترومب با پیکربندی های مختلف در هر یک از هشت منطقه زیست اقلیمی برزیل. تعیین اینکه کدامیک برای به دست آوردن آسایش حرارتی در ساختمان های واقع در برزیل عملکرد بهتری دارند و بنابراین به ایجاد مبانی و توصیه هایی برای طراحی پروژه هایی که این سیستم را در آب و هوای برزیل اتخاذ می کنند کمک می کند.

عکس. 1پیکربندی دیوار ترومب.

2 روش

این روش بر اساس مطالعات پارامتریک به دست آمده از شبیه سازی های کامپیوتری و با استفاده از نرم افزار EnergyPlus (E+) که در سطح بین المللی به عنوان یکی از بهترین نرم افزارهای امروزی شناخته می شود، به منظور دستیابی به بهترین پیکربندی دیوار ترومب، امکان استفاده از این دستگاه معماری را فراهم کرده است. در ساختمان های ساخته شده در برزیل. از این شبیه‌سازی‌ها، ارزیابی عملکرد ساختمان‌های تحلیل‌شده از نظر آسایش حرارتی، بررسی تأثیری که استفاده از این دستگاه می‌تواند بر ساختمان‌های واقع در برزیل داشته باشد، امکان‌پذیر شد.

دیوار ترومب با استفاده از اشیاء شناخته شده از EnergyPlus مدل سازی شد. یک منطقه ویژه در محفظه هوا بین دیوار با اینرسی حرارتی بالا و سطح لعاب تعریف شد. این سطوح EnergyPlus هستند. دیوار به عنوان یک پارتیشن داخلی به منطقه اصلی متصل می شود. شیشه یک پنجره بسیار بزرگ است که قسمت اعظم دیوار بیرونی منطقه را می پوشاند. در صورت استفاده از یک سطح انتخابی، باید به عنوان ماده ای با خواص حرارتی مربوطه در تعریف ساخت سیستم تعریف شود.

این رویکرد برای استفاده از قابلیت‌های انتقال حرارت موجود در E+ و ایجاد انعطاف‌پذیری برای پروژه‌های مدل‌سازی دیوار Trombe انتخاب شد. برای این شبیه‌سازی‌ها، محیط استاندارد با یک ساکن و یک لامپ 40 واتی روشن فقط در شب در نظر گرفته شد که بارهای حرارتی داخلی این ساختمان را به حداقل رساند.

در مورد دیوار ترومب تهویه شده، تصمیم گرفته شد از ماژول AirflowNetwork استفاده شود. در ماژول مربوط به تهویه طبیعی، لینک های جریان هوا (ورودی ها)، مشخصات محیط اطراف ساختمان، شرایط باز شدن پنجره ها و درها و شرایط تهویه مشخص می شود. این الگوریتم امکان ایجاد برنامه های کنترلی، در دسترس بودن تهویه و غیره را فراهم می کند.

برای این شبیه‌سازی‌ها، ضرایب فشار مستقیماً توسط کاربر وارد می‌شد. دستیابی به داده های دقیق ضریب فشار نیاز به تلاش قابل توجهی دارد. در عین حال، یک پیشنهاد عالی از مقادیر “تقریبی” از اندازه گیری هایی که قبلاً در برخی از موسسات تحقیقاتی انجام شده است وجود دارد.

ضریب فشار باد (PC) رابطه بین فشار دینامیکی باد آزاد و فشارهای اعمال شده توسط تهویه طبیعی در نقاط مختلف سطوح خارجی یک حجم را نشان می دهد. برای ساختمان ها، مقادیر PC به شکل، جهت باد و تأثیر موانع مانند ساختمان های همسایه، پوشش گیاهی و ویژگی های محلی زمین بستگی دارد و به اندازه بدنه ای که فشار را دریافت می کند، بستگی ندارد، بلکه به نسبت بین ابعاد صورت آنها

3 مدل دیجیتال

محیط استاندارد دارای ابعاد 4.00 × 4.00 متر با ارتفاع سقف 3.00 متر و دارای یک دیوار ترومب بر روی نما بدون سایه، جهت شمال، جنوب یا غرب (همانطور که بعدا توضیح داده شد) با تمام دیوارها به رنگ سفید (جذب). a  = 0.27)، به استثنای دیوار با اینرسی حرارتی بالا که سطح خارجی آن (سطح رو به داخل کانال هوای دیوار ترومب) را به رنگ سیاه نشان می دهد (جذب a  = 0.97).

در طول اجرای این تحقیق نیز نیاز به بررسی امکان سنجی استفاده از این جزء با توجه به مقایسه بین یک مدل معمولی بازشوها وجود داشت. سپس یک پنجره با ابعاد 1.00 متر عرض، 1.10 متر ارتفاع و 1.00 آستانه (اندازه استاندارد)، با 50٪ از این منطقه اجازه تهویه طبیعی (که یک پنجره کشویی را تشکیل می دهد، یک نوع شناسی که به طور گسترده در ساختمان های ساخته شده در برزیل استفاده می شود) و سپس عملکرد را می دهد. این محیط مرجع با محیطی با ابعاد مشابه، اما با نوع بازشوهای مورد بررسی در این کار (دیوارهای ترومب)، بررسی پتانسیل استفاده از این عنصر برای گرمایش و عمدتاً ارتقای تهویه طبیعی این محیط بین دو شبیه سازی شده است. سایر مجلدات مشابه،شکل 2 ).

قاب انتخاب شده یک پنجره کشویی (50٪ از فضای باز برای تهویه طبیعی) بود، زیرا امروزه به طور گسترده در ساختمان ها استفاده می شود. در رابطه با دیوار خارجی که پنجره ها در آن تعبیه شده است، همانطور که در همه مدل ها، دیوارهایی با اینرسی حرارتی بالا (0.45 متر) درخواست شد، این ضخامت (علاوه بر سایر دیوارها با 0.15 متر) حفظ شد تا فقط شناسایی شود. تأثیر عدم وجود دیواره ترومب و وجود قاب.

شبیه‌سازی‌ها با استفاده از ماژول شبکه جریان هوای Energyplus انجام شد که بهترین نتایج را برای دمای داخلی با در نظر گرفتن تغییرات حرارتی از طریق تهویه طبیعی ارائه می‌دهد.

نما با دیوار ترومب کاملاً در معرض تابش خورشیدی مدل‌سازی شده است، در حالی که نمای مقابل دارای یک ضد آفتاب با عرض 3.00 متر است که فضای انتقالی بین داخل و خارج ایجاد می‌کند و از تأثیر بیش از حد تابش مستقیم در گرمایش منطقه جلوگیری می‌کند. تجزیه و تحلیل شود، همانطور که توسط [17 ] که کارایی نواحی انتقالی را در سایه در زمان دماهای بالاتر در طول سال ثابت کردند.

چشم انداز مدل شبیه سازی شده در این تحقیق در شکل 3 نشان داده شده است که نمایانگر نماها با دیوار ترومب و نمای مقابل با سایه زنی است.

سیستم های ساختمانی اتخاذ شده برای شبیه سازی های این تحقیق در جدول 1 توضیح داده شده است که در آن می توان خواص ترموفیزیکی مواد مورد استفاده به عنوان داده های ورودی برای نرم افزار EnergyPlus را مشاهده کرد.

شبیه‌سازی‌ها در این تحقیق با استفاده از مدل ساختمان استاندارد ارائه‌شده در بالا و تغییرات پارامتری که برای بررسی تأثیر بر عملکرد حرارتی مورد نظر است، انجام شد. پارامترهای متنوع در این تحقیق در جدول 2 ارائه شده است که تأثیر هر یک از متغیرها همراه با سایرین که بر عملکرد حرارتی آن نیز تأثیر می‌گذارند، تحلیل می‌شوند.

مساحت سطح لعابدار باید تجزیه و تحلیل شود تا تأثیری که تغییر این پارامتر می‌تواند بر عملکرد حرارتی ساختمان پس از استفاده از این جزء با پیکربندی‌های مختلف، چه برای گرمایش و چه برای سرمایش، داشته باشد، بررسی شود. این منطقه جمع آوری بین 50٪، 75٪ و 100٪ از سطح در جبهه شمالی هر محیط متفاوت است.

بدین ترتیب عرض دیوار ترومب در این تحقیق متفاوت بود، در حالی که ارتفاع این مولفه در طول شبیه سازی ها ثابت می ماند به طوری که اختلاف ارتفاع بین بازشوها برای گردش هوا تغییر نمی کرد.

دیوار ترومب، در این شبیه سازی ها، مناطقی را برای جمع آوری تابش خورشیدی 6.0 متر ^مربع ، 9.0 متر ^مربع و 12.0 متر ^مربع ارائه می دهد ، با توجه به اینکه مساحت نمای یک محیط استاندارد (اتاق تجزیه و تحلیل) 12.0 متر ^مربع برای عرض است. به ترتیب 2.0 متر، 3.0 متر و 4.0 متر و ارتفاع ثابت در 3.0 متر.

همه احتمالات عبور کردند و در نتیجه 162 مورد برای شبیه سازی به وجود آمد. در این تحقیق سه موقعیت اساسی برای شبیه سازی در نظر گرفته شد. حالت اول با هدف تامین گرمایش در دوره های سرد است، زمانی که دو دهانه (بالا و پایین) اجازه گردش هوای گرم شده در این دستگاه را به محیط استاندارد می دهند، البته بدون تجدید هوای داخلی از طریق تهویه طبیعی (در نظر گرفته شده در شبیه سازی به عنوان یک مدل – TWC). حالت دوم باعث افزایش تهویه طبیعی می شود، زمانی که صفحه شیشه ای دیوار ترومب دارای دهانه ای برای خروج هوا باشد، علاوه بر این که در این شرایط دهانه پایینی دیوار ترومب و دهانه ورودی محیط اجازه عبور هوا را در نظر می گیرند. (در این تحقیق مدل – TWV نامیده می شود). در وضعیت سوم،شکل 4 .

با توجه به این ملاحظات و ترکیبی از امکانات پیشنهادی برای این تحقیق، 486 شبیه سازی برای هر شرایط اقلیمی مورد تجزیه و تحلیل انجام شد. بنابراین مشخص است که برای انجام شبیه‌سازی‌های کامپیوتری در نرم‌افزار EnergyPlus (E+)، یکی از مراحل ضروری، درج داده‌های اقلیمی محل کاشت ساختمان است. به 411 شهر برزیل به منظور تکمیل پایگاه داده ارائه شده توسط نرم افزار مورد نظر [18 ].

از آنجایی که آنها داده های دقیق تری در نظر گرفته می شوند، همانطور که از مجموعه هایی در ایستگاه های هواشناسی به دست آمده اند، در این تحقیق ما تصمیم گرفتیم از این پایگاه داده برای در نظر گرفتن هشت اقلیم برزیل، یکی برای هر منطقه زیست اقلیم (BZ) که توسط NBR-15220/3 ایجاد شده است استفاده کنیم. (استاندارد برزیلی عملکرد حرارتی در ساختمان ها) [19 ]. شهرهایی که در این تحقیق شبیه سازی شده اند در شکل 5 نشان داده شده است .

برزیل عمدتاً در نیمکره جنوبی قرار دارد، با توجه به ادبیات یافت شده، برای ایجاد دیوار ترومب در این موارد، باید به سمت شمال جهت گیری کرد. اما در برخی از شهرهای شبیه‌سازی‌شده در این تحقیق، با عرض‌های جغرافیایی کم، مشاهده می‌شود که در تابستان که دوره‌های طولانی‌تری از ناراحتی حرارتی به دلیل نیاز به خنک‌کننده وجود دارد، مسیر خورشیدی عمدتاً نمای جنوبی را تحت تأثیر قرار می‌دهد و بنابراین، نیاز به ارزیابی امکان سنجی دنبال کردن ادبیات یا پیشنهاد یک پیکربندی جدید برای مورد خاص برزیل ایجاد شد.

احتمال دیگری که شناسایی شد، نیاز به جهت‌گیری دیوار ترومب به سمت غرب بود، زیرا به این ترتیب دستگاه در طول سال در بعدازظهر تابش مستقیم دریافت می‌کرد، علاوه بر اینکه به دلیل دیوار با اینرسی بالا و دهانه‌های کوچک، حفاظت بیشتری را ایجاد می‌کرد. مشخص شده است که نمای غربی از نظر احتمال گرم شدن بیش از حد داخل محیط ها نیازمند مراقبت های ویژه است.

با در دست داشتن این داده ها، بهترین پیکربندی دیوار ترومب برای هر منطقه زیست اقلیمی برزیل ایجاد شد، با هدف کمک به ارائه پشتیبانی نظری برای متخصصان پروژه که قصد استفاده از پتانسیل این دستگاه را در ساختمان های واقع در برزیل دارند.

شکل 2چشم انداز (الف)، پلان طبقه (ب) و بخش (ج) مدل مرجع با پنجره.

شکل 3مدل دیجیتال.

شکل 4تیپولوژی مدل دیجیتال.

شکل 5مناطق زیست اقلیمی برزیل و شهرهای شبیه سازی شده

4 تحلیل شبیه سازی

از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، می‌توان استفاده بالقوه دیوارهای ترومب را برای موارد مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق مشاهده کرد و برای شناسایی امکان استفاده از این دستگاه در شرایط آب و هوایی معمولی برزیل، نتایج به‌دست‌آمده برای هر نوع ساخت اتخاذ شده به تفصیل بیان خواهد شد. زیر

این شبیه‌سازی‌ها برای تحلیل رفتار حرارتی ساختمان استاندارد ضروری بودند، زیرا از پیکربندی‌های مختلف دیوارهای ترومب، نیازهای خاص برای هر مکان، بر اساس منطقه‌بندی زیست‌اقلیمی برزیل شناسایی شد.

4.1 مدل مرجع

شبیه‌سازی‌ها با استفاده از ماژول شبکه جریان هوای Energyplus انجام شد که بهترین نتایج را برای دمای داخلی با در نظر گرفتن تغییرات حرارتی از طریق تهویه طبیعی ارائه می‌دهد.

جدول 3 نتایج شبیه‌سازی‌های این مدل مرجع را برای هشت شهر در نظر گرفته شده در این کار ارائه می‌کند و از این داده‌ها، امکان‌سنجی استفاده از سیستم پیشنهادی در اینجا در این شهرها امکان‌پذیر شد.

سپس سطح بالایی از ناراحتی حرارتی مشاهده می‌شود، که می‌تواند منجر به انتخاب کاربر برای استفاده از سیستم‌های فعال مانند تهویه مطبوع و فن‌های مکانیکی برای ارتقای آسایش حرارتی شود، با توجه به اینکه این امر باعث هزینه ماهانه برق می‌شود. در مورد کشور توسعه نیافته ای مانند برزیل، استراتژی های غیرفعال بهترین انتخاب برای سرمایش و گرمایش ساختمان ها می شود و در این مورد، دیوارهای ترومب می تواند جایگزین باشد.

4.2 عملکرد حرارتی

برای نوع شناسی (TWC)، تنها تجدید هوا در داخل محیط استاندارد با نفوذ در نظر گرفته شد، که گرمایش محیط داخلی را بدون تأثیر تهویه طبیعی، ترویج می کند، و تنها از اثر گلخانه ای تولید شده در داخل کانال دیوار ترومب بهره می برد.

این نوع دیوار ترومبه بهترین عملکرد را در طول سال برای 04 (چهار) شهر مورد تجزیه و تحلیل ارائه کرد: کوریتیبا، سانتا ماریا، فلوریانوپلیس و کامپو گرانده. با این حال، برای هر مکان یک مدل خاص مقدار کمتری از ناراحتی حرارتی (گرما + سرما) را نشان داد.

شکل 6 مقایسه ای بین ناراحتی حرارتی سالانه برای بهترین مدل های در نظر گرفته شده در این 04 شهر، هم از نظر گرما و هم از نظر سرما، نشان می دهد، که در آن می توان تشخیص داد که شهرهای کوریتیبا و سانتا ماریا ناراحتی بیشتری نسبت به سایر شهرهای مشاهده شده دارند.

خواص ترموفیزیکی شیشه های استفاده شده در هر مدل نیز در عملکرد آن اختلال ایجاد می کند، برای این نوع دیوار ترومب مشاهده شد که به استثنای شهر کامپو گرانده که تمایل به استفاده از بلوک های شیشه ای داشت، سایر شهرها درخواست مضاعف دارند. لعاب، عمدتاً به دلیل ظرفیت جذب حرارتی بالای آن، که اگرچه نزدیک به مقادیر یافت شده برای بلوک شیشه ای است، در هنگام استفاده در دیوارهای ترومب عملکرد بهتری را ارائه می دهد.

با افزایش سطح لعاب آن، حفظ ضخامت کانال، این حجم نیز افزایش می‌یابد و هوای گرم بیشتری در داخل سیستم ترومب گردش می‌کند و به داخل محیط می‌رسد، گرمایی که در محیط استاندارد باقی می‌ماند می‌تواند باعث گرمای بیش از حد شود، همانطور که یک مدل است. که گرمایش را در اولویت قرار می دهد و تهویه طبیعی را در نظر نمی گیرد.

دیوار ترومب بسته را می توان عمدتاً در آب و هوای سرد یا در آب و هواهایی که گرمایش توصیه اصلی طراحی است استفاده کرد. از آنجایی که این مدل از تهویه طبیعی بهره نمی برد، در جاهایی که دمای بیرون تهاجمی تر و پایین تر است قابل استفاده است و از نفوذ این هوای سرد به داخل ساختمان به منظور به خطر انداختن عملکرد حرارتی آن جلوگیری می کند.

هنگام تجزیه و تحلیل دیوارهای ترومب برای تهویه، در ابتدا امکان استفاده از این گونه شناسی برای شهر کامپو گرانده مورد بررسی قرار گرفت، همانطور که قبلا ذکر شد، به این ترتیب مدل های در نظر گرفته شده در تیپولوژی بسته به عنوان بهترین مدل ها شناسایی و مورد بررسی قرار گرفت. امکان تجزیه و تحلیل پتانسیل استفاده از این نوع شناسی که باعث ارتقای تهویه طبیعی می شود، اولویت دادن به خنک سازی فضاهای داخلی، امکان استفاده ترکیبی از آن، بهره گیری از نوع شناسی بسته در زمستان و گونه شناسی تهویه در تابستان بود.

این گونه‌شناسی تهویه‌شده همچنین نتایج مطلوبی را برای استفاده از آن در شهرهای Cuiabá و Belém نشان داد، که دو شهر داغ مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق هستند. با این حال، هنوز یک ناراحتی حرارتی کوچک وجود داشت.

برای دو شهر ذکر شده در اینجا، مدل محاسباتی که بهترین عملکرد را ارائه کرد، مدل با دیوار ترومب تهویه‌شده با عرض 2.0 متر (50 درصد سطح نما تحت پوشش این دستگاه)، 3 درصد از این منطقه برای ورودی و دهانه های خروجی از هوا، دهانه 0.10 متر و دیوار 0.45 متر، علاوه بر بستن سطح جمع آوری با شیشه دوجداره

پس می توان گفت که دیوار ترومب تهویه شده می تواند استراتژی جالبی در این شهرها باشد، به ویژه در شهرهایی با آب و هوای گرم و مرطوب که دمای هوا به طور کلی کمتر از دمای پوست است و باعث ارتقای تبادل حرارتی از طریق همرفت بین انسان و هوا می شود. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، از طریق تهویه طبیعی، ناراحتی حرارتی کم را فراهم می کند ، به ویژه برای شهر بلم، جایی که تشخیص ناراحتی ناشی از سرما ممکن نبود.

پیکربندی دیوار ترومب برای گرمایش از دو استراتژی ذکر شده در بالا استفاده می کند، زیرا اجازه می دهد اتاق ها گرم شوند و همچنین امکان تبادل هوای داخل ساختمان با هوای خارجی را فراهم می کند.

در شرایط تحلیل شده در این تحقیق، این گونه شناسی برای شهرهای سائو کارلوس و گارانهونس مناسب تر بود. این شهرها تابستان گرم و زمستان سرد دارند و در زمستان به گرمایش و در تابستان به سرمایش نیاز دارند.

برای شهر سائو کارلوس، بهترین مدل به طوری که ناراحتی کلی حداقل بود، مدل با دیوار ضخامت 4 متر (100 درصد مساحت نما)، ناحیه بازشوها با 3 درصد مساحت این دستگاه، ضخامت دهانه 0.15 متر و ضخامت دیواره 0.45 متر و بستن سطح جمع آوری با بلوک های شیشه ای.

این پیکربندی از اینرسی حرارتی استفاده می‌کند، که یک استراتژی طراحی است که به دلیل دامنه حرارتی بالای این منطقه و تفاوت‌های زیاد بین تابستان و زمستان، به طور گسترده در سائو کارلوس استفاده می‌شود، زیرا این استراتژی علاوه بر میرایی حرارتی، باعث تاخیر در جریان گرمایی که از طریق سیستم های ساختمانی با چنین خاصیتی مهاجرت می کند.

در مورد شهر Garanhuns، مدلی که بهترین عملکرد حرارتی را ارائه می‌کرد، مشابه نمونه‌ای بود که برای شهر سائو کارلوس توصیه می‌شد، و با بستن سطح لعاب‌دار که با شیشه دوبل است، خود را متمایز می‌کرد.

به این ترتیب دیوار ترومب با گونه‌شناسی گرمایشی که امکان تجدید هوای داخل ساختمان را فراهم می‌کند، برای مکان‌هایی با آب‌وهوای سرد در زمستان و گرم در تابستان نتیجه خوبی ارائه می‌دهد و به این ترتیب می‌توان ناراحتی حرارتی را هم با سرما و هم به حداقل رساند. گرما، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است .

شکل 6ناراحتی کامل در درجه سانتیگراد به دلیل سرما و گرما برای شهرهای کامپو گرانده، فلوریانوپلیس، سانتا ماریا و کوریتیبا.

شکل 7ناراحتی کلی در درجه سانتیگراد به دلیل سرما و گرما برای شهرهای کویابا و بلم.

شکل 8ناراحتی کلی در درجه سانتیگراد به دلیل سرما و گرما برای شهرهای گارانهونز و سائو کارلوس.

4.3 جهت گیری دیوار ترومب

اگرچه ادبیات کلاسیک در مورد موضوع مورد مطالعه در اینجا ذکر می کند که برای نیمکره جنوبی، جایی که تمام شهرهای مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق قرار دارند، دیوار ترومب باید به سمت شمال باشد، برخی از شهرهای برزیل در عرض جغرافیایی پایین و در این مکان ها قرار دارند. می توان تشخیص داد که با توجه به نزدیکی به خط استوا و بروز زیاد تابش خورشیدی، راهبردهای تبرید بیشترین درخواست، عمدتاً تهویه طبیعی است.

در این مورد، دیوارهای ترومب رو به جنوب، به دلایلی که در بالا و نمای غربی در معرض دید قرار گرفتند، شبیه‌سازی شدند، زیرا نمایی است که در بعد از ظهر در تمام مکان‌های مورد تجزیه و تحلیل، تشعشع بالایی دریافت می‌کند و به دلیل اینکه نمایی است که از نظر پروژه‌ای نیاز به آن دارد. مراقبت از طرف متخصصان طراحی، زیرا پتانسیل بالایی برای ترویج گرمای بیش از حد در فضاهای داخلی دارد. جدول 4 خلاصه ای از نتایج به دست آمده برای جهت گیری های مختلف شبیه سازی شده در این تحقیق را ارائه می دهد.

همچنین مشاهده می شود که نمای غربی پتانسیل مناسبی برای کاشت دیوارهای ترومب ندارد، زیرا در این حالت نمائی است که در طول سال در بعد از ظهر تابش خورشید را دریافت می کند، اما به میزان کمتری نسبت به نماهایی که می توانند نور خورشید را دریافت کنند. در برخی از دوره‌های سال در طول روز، علاوه بر این که در برزیل که سطح بالایی از تشعشع دریافت می‌کند، می‌تواند عملکرد این جزء را به خطر بیندازد، اما ضخامت‌های دیگر کانال دیواره ترومب را می‌توان بعداً بررسی کرد، زیرا این محدودیت نمایی که غرب ارائه می دهد ممکن است به دلیل حجم کمی از هوا باشد که جابجا می شود، به ویژه با توجه به تهویه طبیعی برای افزایش خنک کننده در محیط ها.

4.4 دیوار ترومب × مدل مرجع

هنگام از بین بردن دیوار ترومب، در مقایسه با نتایج به‌دست‌آمده در مدل‌های مجهز به این دستگاه، به استثنای شهر بلم، که در آن هیچ ناراحتی سرمایی نیز یافت نشد، عمدتاً احساس ناراحتی سرما افزایش می‌یابد.

در مورد ناراحتی ناشی از گرما، در همه موارد تجزیه و تحلیل کاهش یافت. در این شرایط، حجم هوای جابجا شده در داخل محیط داخلی بیشتر از موارد با دیوارهای ترومب است و بنابراین، گرمای خارج شده از طریق تهویه متقاطع بین در و پنجره بیشتر خواهد بود.

با توجه به این تحلیل ها می توان گفت که دیوار ترومب دستگاهی است که پتانسیل زیادی برای استفاده در برزیل به ویژه در فصل زمستان برای ارتقای گرمایش فضاهای داخلی دارد، اما در این دوره محیط های دارای پنجره ممکن است این ویژگی را داشته باشند. عنصر بسته شده، اجتناب از تهویه طبیعی و بهبود عملکرد حرارتی محیط استاندارد.

با این حال، هنگام در نظر گرفتن ناراحتی کلی، دیوارهای ترومب مؤلفه‌ای هستند که می‌تواند در حداقل شش شهر از هشت شهر مورد تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار گیرد، همانطور که در شکل 9 مشاهده می‌شود که مقایسه بین این مقادیر را برای دو موقعیت تحلیل شده ارائه می‌کند . در این کار. (با و بدون دیوارهای ترومب) برای بهترین مدل ها در هر شهر تجزیه و تحلیل شده است.

شهرهای بلم و کویابا در مقایسه با پیکربندی دیوارهای ترومب که در این کار تحلیل شد، پتانسیل بهتری برای استفاده از پنجره نشان دادند، زیرا هنگام قرار دادن پنجره، تهویه طبیعی افزایش می‌یابد و حجم بیشتری از هوا در همان جا جابجا می‌شود. فاصله زمانی در محیط استاندارد، با این حال، آنالیز ضخامت کانال در سیستم ترومب بیشتر از آنچه در اینجا در نظر گرفته شده است، به مطالعات آینده بستگی دارد (در این مورد، حداکثر ضخامت کانال 0.15 متر بود).

سایر شهرهای واقع بین مناطق بیوکلیماتیک برزیل 01 و 06، پتانسیل خوبی برای درج ساختمان‌هایی با دیوارهای ترومب ارائه می‌دهند، زیرا در عملکرد حرارتی کل، در طول یک سال مرجع شبیه‌سازی شده، محیط استاندارد شرایط مطلوبی را ارائه می‌کند که این گفته را تأیید می‌کند.

شکل 9مقایسه کل ناراحتی حرارتی محیط با پنجره و بهترین مدل‌ها با دیوارهای ترومب در شهرهای شبیه‌سازی شده.

4.5 توصیه های طراحی

با توجه به ملاحظاتی که در بالا ذکر شد، می توان گفت که برای استفاده از دیوارهای ترومب در آب و هوای معمولی برزیل، باید عواملی را در نظر گرفت که در درجه اول در رابطه با ضخامت دیوار با اینرسی حرارتی بالا است.

در تمام موارد مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق، دیوار ترومب با ضخامت 0.45 متر خود را به عنوان مناسب ترین مدل برای ارائه راحتی حرارتی بیشتر به کاربران معرفی کرد. این نوع دیوار از اینرسی حرارتی بالا برای ارتقای میرایی و تاخیر حرارتی بهره می‌برد، که امکان دستیابی به دمای ملایم‌تر در داخل خانه را ممکن می‌سازد و در برخی موارد، گرمای تولید شده توسط اثر گلخانه‌ای در شکاف ترومب را غیرممکن یا دشوار می‌کند. دیوار برای نفوذ به ساختمان، اجتناب از ناراحتی ناشی از گرما. یکی دیگر از متغیرهای متفق القول در تمام شهرهای شبیه سازی شده مساحت دهانه های ورودی و خروجی هوا بود که باید 3 درصد مساحت کل دیوار ترومب باشد.

برای سایر پارامترها، تفاوت کمی بین مدل‌ها وجود داشت، همانطور که در جدول 5 نشان داده شده است، که در آن توصیه‌های سازنده با در نظر گرفتن پارامترهای مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق ارائه شده است.

هنگام پیشنهاد دستورالعمل‌های طراحی برای استفاده از دیوارهای ترومب در برزیل، الگوی رفتاری کاربر باید در نظر گرفته شود و در عین حال اجازه کنترل دستی این دستگاه را می‌دهد و امکان استقلال بیشتری را برای ساکنان ساختمان‌های مجهز به این قطعه فراهم می‌کند.

سپس لازم است مدل هایی که بهترین عملکرد را در هر یک از شهرهای شبیه سازی شده برای هر یک از گونه شناسی های ارائه شده در این تحقیق نشان داده اند، مقایسه شود، زیرا برای یک گونه شناسی و دیگری تفاوتی در سیستم های ساخت و ساز، تنها از نظر کاربری وجود ندارد، بنابراین کاربر می تواند یک دیوار ترومب با تهویه در تابستان و یک دیوار ترومب که گرمایش را در زمستان تقویت می کند انتخاب کنید.

با این تجزیه و تحلیل، جایی که استفاده ترکیبی از دیوارهای ترومب در همه موارد در نظر گرفته شده است، امکان استفاده از این مولفه در حداقل شش شهر از هشت شهر مورد تجزیه و تحلیل تایید می‌شود و همچنین می‌توان از آن در شهرهای کویابا و بلم بدون تخصص استفاده کرد. تلفات برای عملکرد حرارتی فضاهای داخلی در مقایسه با همین فضاهای دارای پنجره، همانطور که در جدول 6 مشاهده می شود .

با توجه به این موضوع، می توان گفت که اقلیم و عرض جغرافیایی شهری که دیوار ترومب در آن تعبیه خواهد شد، مستقیماً بر نمایی که این سیستم باید در آن تعبیه و جهت گیری شود، برای عرض های جغرافیایی کم، بین 23.5+ درجه (محل قرارگیری آنها) تأثیر می گذارد. مناطق استوایی)، این مولفه باید به سمت نما بر خلاف آنچه در ادبیات کلاسیک در مورد این موضوع توصیه می شود، جهت گیری کند، به جز برای آب و هوای گرم واقع بین 15- تا 23.5- درجه، که می توان گرمای بیش از حد را در تابستان برای شرایط افزایش داد. در این اثر تحلیل شده است. این شرایط را می توان در هنگام بررسی سایر ضخامت های کانال در داخل دیواره ترومب بهتر تجزیه و تحلیل کرد و حجم بیشتری از جابجایی هوا را افزایش داد.

برای شهرهایی با آب و هوای گرم و مرطوب، مدلی که تهویه طبیعی را در اولویت قرار می دهد باید در طول سال استفاده شود، زیرا این توصیه اصلی طراحی برای این مکان ها است، مانند مناطقی با تابستان گرم و زمستان سرد و بارانی، همانطور که در مورد در شهر Garanhuns، در زمستان، منافذ دیوار ترومب باید بسته شود، و تنها امکان تجدید هوا با نفوذ در دوره زمستان و باز شدن در تابستان، با اولویت دادن به تهویه طبیعی وجود دارد.

شهرهایی مانند سائو کارلوس که تابستان بارانی و زمستان خشک دارند، علاوه بر مدلی که تهویه طبیعی را در تابستان ترجیح می دهد، هوا باید در زمستان مجاز باشد، از نوع گرمایش استفاده شود تا بتوان شاخص کمتری از (درجه سانتیگراد) بدست آورد. ) برای سرما و گرما.

در شهرهای واقع در زیر استوایی برج جدی (عرض جغرافیایی – 23.5 درجه)، جهت گیری سیستم مورد تجزیه و تحلیل در اینجا باید همیشه در نمای شمالی باشد، و همچنین توصیه های کلی با توجه به منابع ذکر شده در اینجا.

5. نتیجه گیری ها

این تحقیق پتانسیل استفاده از دیوارهای ترومب را برای آب و هوای معمولی در برزیل تجزیه و تحلیل کرد. ارزیابی عملکرد حرارتی محیط‌هایی که این دستگاه در آن تعبیه شده است، با در نظر گرفتن سه نوع عملکرد اصلی: دیوارهای بسته Trombe، برای ارتقای تهویه طبیعی و گرمایش از طریق شبیه‌سازی رایانه‌ای با استفاده از نرم‌افزار Energyplus.

این شبیه سازی ها به عملکرد خوب این مولفه معماری از نظر ارتقای آسایش حرارتی، ارتقای میرایی حرارتی و تاخیر در دمای داخلی فضاهای مجهز به این دستگاه و کاهش نیاز به استفاده از سیستم های مکانیکی برای گرمایش و سرمایش اشاره کرد. .

هنگام شناسایی از بین 3888 شبیه سازی انجام شده بهترین مدل ها برای هر شهر تجزیه و تحلیل شده، موارد زیر یافت شد:

برای شهر کوریتیبا، مدلی که به بهترین شکل اقتباس شد، دیوار ترومب بود که 100٪ سطح نما را اشغال می کند، ناحیه بازشوها با 3٪ از سطح دیوار ترومب، آنها بین دیوار و سطح لعاب 0.10 متر، 0.45 متر قرار می گیرند. ضخامت دیوار و بسته شدن دو جداره. مشاهده شد که تیپولوژی دیوار ترومب بسته در طول سال عملکرد بهتری داشته است، اما با توجه به عملکرد کاربر در این مدت می توان گفت که برای تابستان دیوار ترومب تهویه شده ناراحتی کمتری به دلیل گرما ایجاد می کند، در حالی که در زمستان نوع شناسی بسته با جلوگیری از ورود هوا در دماهای بسیار پایین که در این زمان از سال رایج است، ناراحتی کمتری به دلیل سرما ایجاد می کند.

برای شهر سانتا ماریا، مدلی که کمترین ناراحتی را ایجاد کرد، دیوار ترومب با 100 درصد مساحت نما، 3 درصد سطح لعاب برای دهانه های ورودی و خروجی هوا، با 0.05 متر و ضخامت دیوار 0.45 متر بود. ، علاوه بر بستن سطح لعاب با شیشه دوجداره.

در شهرهای فلوریانوپولیس و سائو کارلوس توصیه می شود که دیوار ترومب به عرض 4 متر و 3 درصد از مساحت این جزء به عنوان مساحت دهانه ها باشد، بین سطح جمع کننده و دیوار با 0.15 متر ضخامت دیوار قرار گیرد. با 0.45 متر و بسته شدن با بلوک های شیشه ای.

شهر Garanhuns نیز امکان استفاده از این مولفه را ارائه کرده است و ویژگی های توصیه شده برای این مورد دیوار ترومب با عرض 4.0 متر و 3 درصد سطح لعاب (دو جداره) برای مساحت دهانه ها و دهانه بین دیوار که باید 0.45 متر و سطح جمع کننده 0.15 متر باشد.

در مناطق گرمتر (شهرهای کامپو گرانده، کویابا و بلم) عرض دیوار ترومبه باید به 75 درصد از سطح نما در کامپو گرانده و 50 درصد در شهرهای دیگر تجزیه و تحلیل و به همان 3 درصد از مساحت کاهش یابد. سطح شیشه برای مساحت دهانه های ورودی و خروجی هوا علاوه بر ضخامت دیوار با 0.45 متر و بسته شدن سطح جمع کننده با شیشه دوبل و ضخامت کانال هوا با 0.10 متر.

هنگام در نظر گرفتن امکان کنترل کاربر، پیشنهاد می شود که سیستم ساخت و ساز کاملی وجود ندارد، اما می تواند با نیازهای کاربران سازگار باشد تا در طول سال رفتار بهینه داشته باشد.

نشان داده شده است که استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای ابزاری رضایت‌بخش در تحلیل عملکرد حرارتی ساختمان‌ها است، زیرا امکان انجام ارزیابی‌های مورد نظر را در زمان کاهش‌یافته و با قابلیت اطمینان مشابه مدل‌های تجربی فراهم می‌کند. نرم افزار مورد استفاده علاوه بر ارائه داده های قابل اعتماد، قادر است ساختمان مورد تجزیه و تحلیل در این تحقیق را برای یک سال مرجع معمولی در حدود 6 ثانیه شبیه سازی کند.

ساختمان ها به طور کلی باید به دقت برنامه ریزی شوند تا هزینه های بیش از حد با وسایل روشنایی و تهویه با وسایل مکانیکی به حداقل برسد. دستگاه‌های معماری مانند دیوارهای ترومب باید پتانسیل خود را برای کمک به ساخت ساختمان‌های مناسب‌تر با آب و هوای منطقه مورد بررسی قرار دهند و همیشه بالاترین درجه بهره‌وری انرژی را هدف قرار دهند.

بر اساس این مشاهدات، در نظر گرفته شده است که این آگاهی بهبود یابد که معماری بومی و تولید ساختمان‌ها باید به گونه‌ای انجام شود که متخصصان زبان مناسب و ویژگی‌های خاص خود را بگنجانند، گونه‌شناسی منطقه‌ای ایجاد کنند و به معماری هویت ببخشند. در حال واردات یا کپی ضعیف است و مهمترین آنها را از دست می دهد: راحتی کاربران. در مواجهه با بحران انرژی، لازم است با به کارگیری تکنیک های زیست اقلیمی، برای کاهش مصرف انرژی و در نظر گرفتن شرایط اقلیمی محیط به خوبی طراحی شود.

منابع