طراحی اقلیمی فرم، نسبت ابعادی و جهت استقرار ساختمان بر اساس تابش خورشید در شهر تهران

مطالعات برنامه ریزی سکونتگاه های انسانی

مقاله 11، دوره 15، شماره 4 - شماره پیاپی 53، بهمن 1399، صفحه 1175-1188   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

حسن اکبری^{* 1}؛ اسماعیل ابراهیمی²

¹استادیار معماری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

²استادیار جغرافیا و برنامه‌ریزی روستایی، گروه آموزشی جغرافیا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد پارس‌آباد مغان، ایران

چکیده

با توجه به شرایط خاص جغرافیایی- اقلیمی و مصرف بسیار بالای انرژی‌های فسیلی در شهر تهران، طراحی و ساخت بناها و فضاهای شهری همساز با اقلیم و در راستای بهره‌مندی مطلوب از انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی ضروری است. ویژگی‌های کالبدی ساختمان‌ها نقش بسیار مهمی در تنظیم شرایط خرد اقلیم و وضعیت حرارتی فضاهای داخلی و بیرونی ساختمان‌ها دارد. هدف این تحقیق تعیین فرم، نسبت ابعادی و جهت‌گیری مناسب ساختمان‌ها بر اساس میزان دریافت تابش خورشیدی در شهر تهران است. در این تحقیق شش فرم هندسی از جمله مربع، مستطیل، شش ضلعی، هشت ضلعی، شانزده ضلعی و سی و دو ضلعی (دایره) با مساحت و ارتفاع برابر و در راستای رو به جنوب مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از نرم‌افزار Q-BASIC، زاویه سمت و ارتفاع خورشید استخراج شده، سپس بر اساس روش محاسباتی "قانون کسینوس"، میزان انرژی تابشی دریافتی سطوح قائم ساختمان‌ها در 32 جهت جغرافیایی محاسبه گردید. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین میزان انرژی دریافتی سالانه مربوط به فرم مستطیل با راستای شمالی- جنوبی و کمترین نیز مربوط به فرم مستطیل با راستای شرقی- غربی است. بهترین فرم ساختمان در شهر تهران، مستطیل با راستای شرقی- غربی و بعد از آن فرم مربع است. مناسب‌ترین نسبت ابعادی برای فرم مستطیل با راستای شرقی- غربی در شهر تهران، نسبت 4/1:1 است. مناسب‌ترین جهات استقرار ساختمان برای نسبت ابعادی تعیین شده، جهت جهت 165 درجه جنوب شرقی و غربی و بعد از آن جهت رو به جنوب است.

کلیدواژه‌ها

فرم؛ نسبت ابعادی و جهت بهینه ساختمان؛ انرژی خورشیدی؛ قانون کسینوس؛ شهر تهران

مراجع

Abanda, F.H., & Byers, L. (2016). An investigation of the impact of building orientation on energy consumption in a domestic building using emerging BIM (Building Information Modelling), Energy, 97, 517-527.

Al-Anzi, A., Seo, D., & Krarti, M. (2009). Impact of building shape on thermal performance of office buildings in Kuwait. Energy Conversion and Management, 50(3), 822–828.

Ashrae (1995). Handbook, heating, ventilating, and airconditioning applications. Ashrae Publications.

Barzegar, Z., Heydari, S., & Zarei, M. (2012). Evaluuation of the effect of biulding orientation on achieved solar radiation-a NE-SW orientated case of urban residence in semi-arid climate, International Journal of Architectural Engineering & Urban Planning, 22(2), 108-113.

Barzegar, Z., & Heydari, S. (2012). Investigation of the effects of building envelopes received solar radiation on residential energy consumption: A case of SW and SE orientation in Shiraz, Honar- Ha- Ye- Ziba- Memari Va Sharsazi, 18(1), 45-56.(in Persian)

Chia, S.L., Mohd Hamdan, A., & Dilshn Remaz, O. (2007). The effect of geometric shape and building orientation on minimising solar insolation on high-rise buildings in hot humid climate, Journal of Construction in Developing Countries, 12(1), 27-38.

Depecker, P., Menezo, C., Virgone, J., & Lepers, S. (2001). Design of buildings shape and energetic consumption, Building and Environment, 36(5), 627-635.

Erbs, D. G. (1983). Models and applications for weather statistics related to building heating and cooling loads, Ph.D. thesis, Mechanical Engineering Dept, University of Wisconsin- Madison.

Farrokhi, M., Izadi, M.S., &  Karimi Moshaver, M. (2018). Analysis of energy efficiency of urban fabrics in the hot and dry climates, case study: Isfahan, Journal of Iranian Architecture Studies, 1(13), 127-147. (in Persian)

Fazeli, A.R., & Heidari, Sh. (2013). Energy efficiency in residential areas of Tehran using Rotterdam energy approach planning (REAP), Quarterly journal of energy policy and planning Research, 1(3), 83-96. (in Persian)

Ghanghermeh, A.,  Roshan, G., &  Shahkooeei, S. (2018). The review of determining the thermal comfort base temperature in different climatic regions in order to calculate the required degree-day index for cooling and heating, Scientific-Research Journal of  Geographical Data (SEPEHR), 27(105), 127-143. (in Persian)

Habibi-Khmeneh, M., & Mohammadi, H. (2014). The study architecture of Tehran municipality, district 5 is based on climatic elements, Quarterly Geographical Journal of Territory (Sarzamin), 9(41), 51-64. (in Persian)

Hedayatian, M., & Goodarzi, M.  (2016). Optimizing the orientation of the open spaces and building constructions for cold climate based on sunshine in borujerd city, Researches in Geographical Sciences, 16(42), 59-82. (in Persian)

Hemsath, T. L., & Alagheband Bandhosseini, K. (2015). Sensitivity analysis evaluating basic building geometry's effect on energy use, Renewable Energy, 76, 526-38.

IRIMO, Islamic Republic of Iran Meteorological Office, Data Center, Tehran. http://www.irimo.ir/far/wd/2703.

Karami Kord Alivand, F., & Narengi Fard, M. (2017). Optimize the orientation of buildings against radiation (case study:Shiraz), Geographic Notion, 8(16), 96-122. (in Persian)

Karbalaee doree, A.R., & Hejazi Zadeh, Z. (2017). Optimizing building orientation establishment in the city of Kashan, based on climatic conditions, Arid Regions Geographic Studies, 7(27), 85-103. (in Persian)

Kasmai,  M.  (2002). Climate architecture, Esfahan, Nashre khak, Second Edition. (in Persian)

Kheirabadi, F., Nourmohammadzad, H., & Alizadeh, H. (2017). The Role of urban spaces physical orientation on the extent of climate comfort of citizens: case study of Bandar Abbas, Geography and Sustainability of Environment, 7(24), 15-31. (in Persian)

McKeen, P., & Fung, A.S. (2014). The effect of building aspect ratio on energy efficiency: A case study for multi-unit residential buildings in Canada, Buildings, 4, 336-354.

Mingfang, T. (2002). Solar control for buildings, Building and Environment, 37(7), 659-664.

National Building Regulations, chapter 19 (Energy Saving). (2017). Publishing Iran Development, Third Edition. (in Persian)

Oral, G.K., & Yilmaz, Z. (2003). Building form for cold climatic zones related to building envelope from heating energy conservation point of view. Energy and Buildings, 35(4), 383-388.

Ourghi, R., Al-Anzi, A., Krarti, M. (2007). A simplified analysis method to predict the impact of shape on annual energy use for office buildings, Energy Conversion and Management, 48(1), 300-305.

Pacheco, R., Ordonez, J., & Martinez, G. (2012). Energy efficient design of building: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(6), 3559-3573.

Rafiyan, M., Fathe Jalali, A., & Dadashpour, H.  (2011). Evaluating the effect of building form and density on urban energy consumption (case study: Hashtgerd new town), Aramanshahr Architecture & Urban Development, 4(6), 107-116. (in Persian)

Raji, B., Tenpierik, M.J., & Van Den Dobbelsteen, A. (2016). A comparative study: design strategies for energy-efficiency of high-rise office buildings, Journal of Green Building, 11(1), 134-158.

Raji, B., Tenpierik, M.J., & Van Den Dobbelsteen, A. (2017). Early-stage design considerations for the energy-efficiency of high-rise office buildings, Sustainability, 9(623), 1-28.

Rashidi, W.S.S.W.M., & Embi, M.R. (2016). Analysing optimum building form in relation to lower cooling load, Procedia- Social and Behavioral Sciences, 222, 782-790.

Shafiei,  M., Fayaz, R., & Hidari, Sh. (2014). The appropriate form of tall building for receiving solar energy in Tehran, Iranina journal of Energy, 16(4), 47-60. (in Persian)

Wang, W., Rivard, H., & Zmeureanu, R. (2006). Floor shape optimization for green building design. Advanced Engineering Informatics, 20(4), 363–378.

Watson, D. & Labs, K. (1983). Climate design: energy efficient building principles and practices. McGraw-Hill, New York, 37.

Wei, L., Tian, W., Zuo, J., Yang, Z.Y., Liu, Y.L., & Yang, S. (2016). Effects of building form on energy use for buildings in cold climate regions, Procedia Engineering, 146, 182-189.

Zarghami, E., Jahan Bakhsh, H., & Tahanian, A.H. (2016). Investigate relationship between the form of residential buildings and energy consumption in hot and dry climates in Semnan city, Iranina journal of Energy, 18(4), 63-76. (in Persian)

Zamani, M., Akbari, H., & Hadavi, F. (2016).  Best orientation determination of buildings in Zanjan city based on solar radiation, Armanshahr Architecture & Urban Development, 8(16), 85-94.