مهندسی معماری

مهندسی معماری چیست؟

مهندسی معماری رشته ای تخصصی از مهندسی است که بر طراحی و ساخت ساختمان ها و سایر سازه ها تمرکز دارد. این عناصر معماری، مهندسی و ساخت و ساز را برای ایجاد سازه‌های ایمن، کارآمد و زیبایی‌شناختی ترکیب می‌کند. مهندسان معماری مسئول یکپارچگی سازه ساختمان و همچنین بهره وری انرژی، آکوستیک و روشنایی آن هستند. آنها همچنین با دیگر متخصصان، مانند معماران، کار می کنند تا اطمینان حاصل کنند که طراحی نیازهای مشتری را برآورده می کند.

چگونه می توان از شبیه سازی CFD در صنایع معماری استفاده کرد؟

شبیه سازی CFD را می توان در صنایع معماری برای تجزیه و تحلیل جریان هوا و توزیع دما در یک ساختمان به کار برد. می توان از آن برای بهینه سازی طراحی ساختمان استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که جریان هوا و دما در محدوده مورد نظر قرار دارند. شبیه سازی CFD همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل تاثیر عوامل خارجی مانند باد، نور خورشید (تابش خورشیدی) و باران بر عملکرد ساختمان استفاده شود. علاوه بر این، شبیه‌سازی CFD می‌تواند برای تجزیه و تحلیل بهره‌وری انرژی یک ساختمان استفاده شود و به معماران کمک کند تا ساختمان‌های کم مصرف‌تری را طراحی کنند.

CFD برای چندین دهه به مهندسی معماری و صنعت HVAC (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) معرفی شده است و اثربخشی آن در کمک به معماران و مهندسان در فرآیند طراحی به خوبی تایید شده است.

معماری هم فرآیند و هم محصول برنامه ریزی، طراحی و ساخت ساختمان ها یا سازه های دیگر است. به عبارت دیگر، یک معمار وظیفه طراحی محیطی راحت را برای ساکنین، عمدتاً از نظر جنبه های زیبایی شناختی، تهویه و آسایش حرارتی بر عهده دارد.

همانطور که در پاراگراف های بالا ذکر شد، جنبه های اصلی مهندسی معماری طراحی ساختمانی است که بتواند تهویه مناسب و راحتی حرارتی را برای ساکنان در مکان های داخلی فراهم کند. چندی پیش، بیشتر موضوعات مرتبط با ساختمان، مانند تجزیه و تحلیل تهویه، محیط باد و غیره، با استفاده از آزمایش تونل باد مشاهده شد. با این حال، امروزه، تمام این تست ها را می توان با موفقیت با CFD انجام داد. CFD می تواند تمام مسائل ذکر شده در بالا را به سرعت حل کند. مقرون به صرفه تر و قوی تر از قدیمی تر (تجربی) است.

دینامیک سیالات محاسباتی در حال حاضر به عنوان یک تکنیک مدل‌سازی جریان هوا استفاده می‌شود و می‌تواند جریان هوا، انتقال حرارت و حمل آلاینده‌ها را در داخل و اطراف ساختمان‌ها پیش‌بینی کند. CFD نقش مهمی در طراحی ساختمان ایفا می کند، طراحی ساختمانی از نظر حرارتی راحت، سالم و کم مصرف. CFD می تواند اثربخشی و کارایی سیستم های مختلف گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع را با تغییر سریع نوع و موقعیت اجزای مختلف، شرایط هوای تامین و برنامه های کنترل سیستم بررسی کند. علاوه بر این، CFD به توسعه استراتژی‌های تهویه غیرفعال (به عنوان مثال، تهویه طبیعی) با مدل‌سازی و بهینه‌سازی ساختمان‌ها و فضاهای داخلی مختلف کمک می‌کند.

خدمات  انسیس فلوئنت در معماری

 انسیس فلوئنت پروژه های شبیه سازی برون سپاری متعددی را برای کاربردهای مهندسی معماری صنعتی و تحقیقاتی انجام داده است. ما با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده پیکربندی های شبیه سازی هستیم.

تجزیه و تحلیل جریان هوا در لابی ساختمان: این پروژه شامل استفاده از CFD برای تجزیه و تحلیل جریان هوا در لابی ساختمان، با در نظر گرفتن هندسه ساختمان، تعداد افراد در لابی و سیستم تهویه مطبوع است. هدف بهینه سازی جریان هوا برای اطمینان از راحت و کارآمد بودن لابی است.

تجزیه و تحلیل تهویه طبیعی یک ساختمان بلند: این پروژه از CFD برای تجزیه و تحلیل تهویه طبیعی یک ساختمان بلند، با در نظر گرفتن هندسه ساختمان، تعداد افراد در ساختمان و محیط خارجی استفاده می کند. هدف بهینه سازی تهویه طبیعی برای اطمینان از راحت بودن ساختمان و کارآمد بودن انرژی است.

تجزیه و تحلیل بار باد یک آسمان خراش: این پروژه شامل استفاده از CFD برای تجزیه و تحلیل بارهای باد بر روی یک آسمان خراش با در نظر گرفتن هندسه ساختمان، محیط خارجی و سرعت باد است. هدف بهینه سازی طراحی ساختمان برای اطمینان از سالم بودن سازه و مقاومت در برابر بارهای باد است.

تجزیه و تحلیل آسایش حرارتی یک ساختمان اداری: استفاده از CFD برای تجزیه و تحلیل آسایش حرارتی یک ساختمان اداری، با در نظر گرفتن هندسه ساختمان، تعداد افراد در ساختمان و محیط خارجی در این پروژه مد نظر است. هدف بهینه سازی طراحی ساختمان برای اطمینان از راحت و کارآمد بودن آن در مصرف انرژی است.

مهندسی معماری و صنعت اغلب از خدمات دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای تجزیه و تحلیل و بهینه سازی عملکرد طرح های خود استفاده می کنند. خدمات انسیس فلوئنت را می توان برای شبیه سازی جریان هوا، آب و سایر سیالات در اطراف یک سازه مورد استفاده قرار داد تا به مهندسان این امکان را بدهد تا مشکلات احتمالی را شناسایی کرده و طراحی را برای حداکثر کارایی بهینه کنند. خدمات  انسیس فلوئنت همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل عملکرد حرارتی یک ساختمان استفاده شود و این اطمینان حاصل شود که ساختمان استانداردهای بهره وری انرژی را برآورده می کند. علاوه بر این، از خدمات  انسیس فلوئنت می توان برای تجزیه و تحلیل عملکرد صوتی ساختمان استفاده کرد تا به اطمینان از رعایت مقررات آلودگی صوتی ساختمان کمک کند.

 انسیس فلوئنت آماده ارائه خدمات مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی گسترده است. خدمات شبیه سازی ما برای شبیه سازی های معماری به شرح زیر دسته بندی می شوند:

• تجزیه و تحلیل تهویه مطبوع ساختمان ها
• ساختار ساختمان و تأثیر شکل ساختمان ها بر توزیع هوا و آلودگی شهر
• مشاوره شبیه سازی سیالات، طراحی و بهینه سازی سیستم شهری و تهویه مطبوع

این مقاله تعداد کمی از برنامه های کاربردی CFD را برای بهبود معماری پوشش می دهد. صنعت معماری پر از کاربردهای CFD است. از تهویه مطبوع اتاق تا کاهش آلودگی در یک منطقه شهری واقعی. دینامیک سیالات برای بیشتر جنبه های معماری اساسی است. اگرچه نمونه های اولیه در مقیاس کامل برای مراحل بعدی توسعه استاندارد هستند، طراحی و بهینه سازی در مراحل اولیه می تواند با مطالعات CFD به طور قابل توجهی تسریع شود.

پروژه های معماری انسیس فلوئنت

انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات مدل سازی، مش بندی و شبیه سازی گسترده می باشد.

در زیر لیست مختصری از پروژه های شبیه سازی CFD برای مهندسی معماری توسط انسیس فلوئنت آمده است:

CFD برای بهینه‌سازی سیستم‌های تهویه مطبوع: دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک فناوری از قبل تاسیس شده است. این به دانشمندان و مهندسان این امکان را داده است که برای چندین دهه عملکرد جریان را در زمینه‌های کاربردی متعدد مدل‌سازی و پیش‌بینی کنند و محدودیت های کاربرد آن با افزایش قدرت محاسباتی همچنان در حال افزایش است.به عنوان مثال، آخرین روند رایانش ابری به شرکت ها و مشاوران کوچک این قدرت را داده است که شبیه سازی های بزرگ و پیچیده را با کمترین دردسر و بدون هزینه های سخت افزاری و نرم افزاری مرتبط اجرا کنند.

تهویه (که به عنوان هوای در حال حرکت در یک فضای بسته شناخته می شود) مکانیسم اولیه برای سیستم های HVAC برای دستیابی به هدف خود در تامین آسایش حرارتی یا سایر شرایط خاص داخل ساختمان است. به طور سنتی، قواعد سرانگشتی و محاسبات دستی تقریبی برای اندازه‌گیری ظرفیت‌ها و پارامترهای تجهیزات تهویه استفاده می‌شود. با این حال، این رویکرد بر حاشیه‌های ایمنی تعیین‌شده، آزمایش‌های فیزیکی در مراحل آخر و تنظیمات برای تضمین رعایت الزامات متکی است.

CFD برای بهبود روش آب و هوای داخلی: متغیرهای مهم برای تعیین آسایش حرارتی نور مستقیم خورشید، دمای هوا، دمای تابش، سرعت هوا و رطوبت هوا هستند. تصمیمات صحیح طراحی در مورد انرژی در مقابل راحتی (PPD & PMV) به اطلاعاتی در مورد بزرگی همزمان این مقادیر در کل فصل زمانی که سیستم های گرمایش یا سرمایش در حال کار هستند نیاز دارد.

از دیدگاه طراحی، نیازی به توصیف کل میدان جریان اتاق وجود ندارد چرا که کافیست اطمینان حاصل شود که سرعت بالا در منطقه اشغال شده وجود ندارد. توزیع عمودی دما می تواند به طور قابل توجهی بر مصرف انرژی و راحتی در دهلیزها، سایر فضاهای بلند یا اتاق هایی با تهویه جابجایی تأثیر بگذارد. برای کاربردهای غیرصنعتی، سطوح آلاینده عمدتاً به اثرات بلندمدت سلامتی مربوط می شود تا راحتی، و نوع آنها در یک اتاق به ندرت یک موضوع طراحی ضروری است.

با توجه به پتانسیل بسیار زیاد برای حدس زدن میدان‌های جریان که CFD به بسیاری از حوزه‌ها آورده است، طبیعی است که بیشتر بحث‌های علمی در مورد آب و هوای داخلی و استفاده از انرژی ساختمان بر روی CFD متمرکز شده باشد. با این حال، CFD دارای کاستی های شدید در ارزیابی اقتصادی ریسک پیش نویس و گرادیان دمای عمودی است. درک جت ها و ستون ها، به عنوان مثال، مناطق با سرعت نسبتا بالا در یک جهت یکنواخت در یک سیال تقریباً راکد، کلیدی برای تخمین خطر پیش نویس در یک محیط داخلی است. در واقع نفوذ جت ها به روش های ناخواسته به منطقه اشغال شده پدیده مطلوبی نیست. یک جریان متلاطم، مانند جریان بیشتر جت ها و ستون ها، دارای یک سیستم آشفته گرداب ها در طیف وسیعی از زمان و مکان است. بنابراین، هر روش عملی CFD باید یک مدل آشفتگی ارائه کند که به جای جریان نوسان واقعی، مقداری میانگین زمانی جریان را پیش‌بینی کند.

CFD در مورد جریان هوا در فضای باز: CFD انتقال حرارت، جریان سیال و انتقال گونه های شیمیایی را حل می کند. پارامترهای حل شده مانند سرعت هوا، دمای هوا، غلظت آلاینده ها، رطوبت نسبی و مقادیر تلاطم، برای طراحی یک محیط راحت در فضای باز یا داخلی بسیار مهم هستند.

این به این دلیل است که طراحی سیستم‌های تهویه مناسب و توسعه استراتژی‌های کنترلی به دانش دقیق جریان هوا، پراکندگی آلاینده‌ها و توزیع دما در ساختمان نیاز دارد. معمارانی که پیکربندی ساختمان را طراحی می کنند نیز به این دانش نیاز دارند. روش CFD با موفقیت قابل توجهی در طراحی ساختمان در سی سال گذشته استفاده شده است.

شبیه سازی CFD نما با توجه به تشعشع (HVAC): شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) را می توان برای شبیه سازی اثرات تشعشع سیستم های HVAC استفاده کرد. شبیه‌سازی‌های CFD مهندسی معماری می‌توانند برای تحلیل جریان هوا، دما و اثرات تشعشع سیستم‌های HVAC در محیط‌های مختلف، تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم های HVAC در اقلیم های مختلف و همچنین برای بهینه سازی طراحی سیستم های HVAC برای بهره وری انرژی استفاده کرد. شبیه سازی CFD همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل اثرات تشعشعات سیستم های HVAC بر ساکنان یک ساختمان، مانند میزان گرما و نوری که توسط ساکنان دریافت می شود، همچنین برای تجزیه و تحلیل اثرات تشعشعات سیستم‌های HVAC بر روی محیط، مانند میزان گرما و نور منتشر شده در جو استفاده شوند.

شبیه سازی CFD نمای دو پوسته: نمای دو پوسته نوعی نمای ساختمان است که از دو لایه دیوار تشکیل شده است که بین آنها یک شکاف هوایی وجود دارد. این نوع نما برای بهبود بهره وری انرژی ساختمان از طریق عایق کاری و تهویه طراحی شده است. شبیه‌سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) می‌تواند برای تجزیه و تحلیل عملکرد یک نمای دو پوسته از نظر جریان هوا، دما و فشار استفاده شود. شبیه سازی می تواند به شناسایی مناطق بالقوه بهبود و بهینه سازی طراحی نما برای بهره وری بهتر انرژی کمک کند. همچنین می توان از شبیه سازی CFD برای ارزیابی تاثیر شرایط مختلف محیطی بر عملکرد نما استفاده کرد.

شبیه سازی برج باد CFD: شبیه سازی برج باد CFD یک ابزار مهندسی با کمک کامپیوتر (CAE) است که برای تجزیه و تحلیل عملکرد یک برج بادی استفاده می شود. از این شبیه سازی برای پیش بینی جریان هوا در اطراف برج، توزیع فشار و نیروهای ناشی از آن بر سازه استفاده می شود. همچنین می توان از شبیه سازی برای بهینه سازی طراحی برج برای حداکثر کارایی، ارزیابی اثرات سرعت، جهت و تلاطم باد بر عملکرد برج، تجزیه و تحلیل اثرات برش باد، تلاطم و سایر عوامل محیطی بر عملکرد برج ، همچنین بهینه سازی طراحی برج برای حداکثر کارایی استفاده کرد.

شبیه سازی CFD بادگیر: شبیه سازی بادگیر CFD یک ابزار شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که برای شبیه سازی جریان هوا در اطراف توربین بادی استفاده می شود. این شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل عملکرد توربین و بهینه سازی طراحی آن استفاده می شود. این شبیه سازی که بر اساس معادلات ناویر-استوکس است برای پیش‌بینی عملکرد توربین در شرایط مختلف باد و بهینه‌سازی طراحی آن برای حداکثر بازده همچنین برای تجزیه و تحلیل اثرات تلاطم بر روی توربین و شناسایی مناطق بالقوه بهبود استفاده می شود.

شبیه سازی جریان خارجی در اطراف یک اتریوم : جریان خارجی اطراف یک اتریوم را می توان با استفاده از نرم افزار Computational Fluid Dynamics (CFD) شبیه سازی کرد. CFD یک روش عددی است که برای حل و تجزیه و تحلیل مسائل مربوط به جریان سیال استفاده می شود و می توان از آن برای شبیه سازی جریان هوا بعنوان مثال تعیین توزیع فشار در اطراف دهلیز، سرعت هوا و دمای هوا در اطراف یک دهلیز با در نظر گرفتن هندسه ساختمان استفاده کرد. سپس می توان از این اطلاعات برای طراحی سیستم تهویه آتریوم و همچنین برای بهینه سازی بهره وری انرژی ساختمان استفاده کرد.

شبیه سازی CFD جریان باد بر روی یک ساختمان ویلا: شبیه سازی CFD یک شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که برای تجزیه و تحلیل جریان باد در اطراف یک ساختمان ویلایی استفاده می شود. از شبیه سازی برای تعیین سرعت باد، فشار و سایر پارامترهای اطراف ساختمان استفاده می شود. از این اطلاعات می توان برای طراحی ساختمان به منظور کاهش بار باد بر سازه و بهبود آسایش ساکنان استفاده کرد. این شبیه سازی همچنین می تواند برای شناسایی مناطق بالقوه تلاطم و برش باد که می تواند باعث آسیب به ساختمان شود استفاده شود. علاوه بر این، از شبیه سازی می توان برای بهینه سازی بهره وری انرژی ساختمان با کاهش میزان نشت هوا و بهبود سیستم تهویه استفاده کرد.

شرکت های صنعتی معماری

شرکت های صنعتی معماری (AIC) یک برنامه کاربردی قدرتمند دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ایجاد کرده اند تا به معماران و مهندسان کمک کند تا عملکرد ساختمان های خود را طراحی و تجزیه و تحلیل کنند. این نرم افزار به کاربران اجازه می دهد تا جریان هوا، آب و سایر سیالات را در داخل و اطراف یک ساختمان شبیه سازی کنند و بینش دقیقی از عملکرد ساختمان ارائه دهند. این برنامه همچنین طیف وسیعی از ابزارهای تجسم را برای کمک به کاربران در درک بهتر نتایج شبیه سازی های خود ارائه می دهد. برنامه CFD AIC یک ابزار ارزشمند برای معماران و مهندسان است که به آنها امکان می دهد ساختمان های خود را با دقت و کارایی بیشتر طراحی و تجزیه و تحلیل کنند. شرکت های معماری پیشرو که شبیه سازی CFD را اعمال می کنند عبارتند از:

• AECOM
• HDR
• Jacobs
• Stantec
• Gensler
• OK
• Perkins+Will
• WSP
• Arup
• Thornton Tomasetti

تجربه صنعتی انسیس فلوئنت در زمینه معماری

در ادامه دو نمونه از پروژه های صنعتی معماری که اخیرا توسط انسیس فلوئنت با همکاری شرکت های مرتبط شبیه سازی و تحلیل شده است آورده شده است.

اثر طراحی نما بر تهویه غیرفعال ساختمان

در این پروژه اثرات طراحی نما بر تهویه غیرفعال ساختمان توسط ANSYS Fluent به صورت عددی بررسی شده است.
بررسی شرایط حرارتی از جنبه انرژی و تهویه (ACH)
طراحی نما به عنوان یک سیستم تهویه غیرفعال
اثر ردیابی اشعه خورشیدی بر انتقال حرارت
طراحی نمای ساختمان می تواند تأثیر بسزایی در تهویه غیرفعال آن داشته باشد. یک نمای خوب طراحی شده می تواند به حداکثر رساندن تهویه طبیعی کمک کند، در حالی که یک نمای ضعیف می تواند اثربخشی تهویه غیرفعال را کاهش دهد.

یک نمای خوب طراحی شده باید به گونه ای باشد که از بادهای غالب استفاده کند و باید دارای ویژگی هایی مانند پنجره های قابل اجرا، لوورها و دیگر منافذی باشد که اجازه می دهد هوا در ساختمان جریان یابد. علاوه بر این، نما باید طوری طراحی شود که میزان نور مستقیم خورشید که وارد ساختمان می شود را به حداقل برساند، زیرا این می تواند دمای داخل را افزایش دهد و اثر تهویه غیرفعال را کاهش دهد.

در نهایت، نما باید طوری طراحی شود که میزان نور طبیعی وارد ساختمان به حداکثر برسد، زیرا این امر می تواند نیاز به نور مصنوعی را کاهش دهد و به کاهش هزینه های انرژی کمک کند.

بهبود طراحی تهویه ICU، کاربرد صنعتی مهندسی معماری

• هندسه در Design Modeler طراحی شده و در نرم افزار ANSYS Meshing مش بندی شده است.
• جلوگیری از پراکندگی بیماری یک بیمار تنفسی هدف این پروژه است.
• مدل فاز گسسته یک طرفه (DPM) برای مدل سازی ذرات معلق در هوا استفاده می شود.
• آسایش حرارتی قابل قبول از دیگر دغدغه های ما در این پروژه است که توسط فاکتورهای PPD و PMV کنترل می شود.

بهبود جریان هوا: بهبود جریان هوا در سیستم تهویه ICU می تواند به کاهش خطر عفونت کمک کند. این کار را می توان با افزایش تعداد تغییرات هوا در ساعت، استفاده از جریان هوا جهت دار و استفاده از فیلترهای هوا برای حذف آلاینده ها انجام داد.

مانیتورینگ بهبودیافته: سیستم‌های مانیتورینگ بهبودیافته می‌توانند به اطمینان از اینکه سیستم تهویه به درستی کار می‌کند و بیمار مقدار صحیح اکسیژن دریافت می‌کند کمک کند. این را می توان با استفاده از حسگرهایی برای نظارت بر سطح اکسیژن در اتاق و هشدار دادن به کارکنان در صورت کم یا زیاد بودن سطح انجام داد.

هشدارهای بهبودیافته: آلارم‌های بهبودیافته می‌توانند به کارکنان در مورد هرگونه تغییر در وضعیت بیمار یا سیستم تهویه هشدار دهند. این می تواند به اطمینان حاصل شود که بیمار مقدار صحیح اکسیژن دریافت می کند و هر گونه تغییر در وضعیت بیمار به سرعت برطرف می شود.

طراحی بهبود یافته: بهبود طراحی سیستم تهویه ICU می تواند به کاهش خطر عفونت و بهبود راحتی بیمار کمک کند. این کار را می توان با استفاده از موادی که به راحتی تمیز و ضدعفونی می شوند و همچنین طراحی سیستمی برای کاهش نویز و لرزش انجام داد.

خدمات انسیس فلوئنت  

انسیس فلوئنت پروژه‌های شبیه‌سازی CFD متعددی را برای شرکت‌های صنعتی و تحقیقات در کاربردهای مهندسی معماری انجام داده است.انسیس فلوئنت با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، آموزش و مشاوره CFD می باشد.

شما می‌توانید محصولات مرتبط با دسته شبیه سازی معماری را در فروشگاه آموزشی بیابید.خدمات ما محدود به موضوعات ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های مختلف و چالش برانگیز در زمینه مدل سازی مهندسی معماری به سفارش مشتریان است. ما همچنین انجام شبیه‌سازی CFD را برای هر طرحی که در ذهن دارید می‌پذیریم تا آنها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه تصور می‌کردید برسید. شما می‌توانید از مشاوره تخصصی پردازشگران مهر به‌ صورت رایگان بهره ببرید و سپس  پروژه‌تان را سفارش دهید تا شبیه‌سازی و آموزش داده شود.