اثر طراحی نما (Facade) بر تهویه غیرفعال ساختمان، کاربرد صنعتی

توضیحات

مقدمه

ضلع یک سازه ساختمان، که اغلب در تماس مستقیم با محیط اطراف است، به عنوان نما شناخته می شود (شکل 1 را ببینید). امروزه اثر طراحی نما بر تهویه غیرفعال ساختمان ها یکی از زمینه های اصلی مورد توجه مهندسی معماری و انرژی است. علیرغم این واقعیت که ظاهری متمایز به ساختمان می بخشد، یکی از مهم ترین اجزای طراحی کلی ساختمان از جنبه انرژی است. نمای ساختمان ممکن است اشکال و اندازه های مختلفی به خود بگیرد که منجر به آسایش حرارتی و مصرف انرژی مختلف می شود. در واقع یکی از آن عناصر ساختمان است که به مهندسان آزادی عمل می دهد تا بخشی از انرژی مورد نیاز خود را با استفاده از سیستم های تهویه غیرفعال تامین کنند.

تصویر 1. طراحی نمای ساختمان

شرح پروژه اثر طراحی نما (Facade) بر تهویه غیرفعال ساختمان

در این پروژه، یک آپارتمان سه طبقه واقع در پایتخت ایالت نیو ساوت ولز، سیدنی، توسط نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) شبیه سازی شده است. این مطالعه به بررسی شرایط مختلف نما برای رسیدن به بهترین سناریو، اطمینان از تهویه طبیعی، بهترین شرایط حرارتی و تغییر هوا در ساعت (ACH) می‌پردازد.

در مرحله اول اطلاعات کلی برای تخمین شرایط جغرافیایی و حرارتی جمع آوری می شود. سیدنی با 151.20 طول جغرافیایی و مختصات عرض جغرافیایی -33.865 سردترین شرایط آب و هوایی را در ماه های جولای و آگوست با میانگین دمای 283K تجربه می کند. علاوه بر این، ساختمان دارای 3 طبقه با سطح مقطع 80 متر مربع و ارتفاع 2.8 متر است. مشتری همچنین محدودیتی را تعیین کرد و از شیشه به عنوان مصالح نما درخواست کرد. همانطور که گفته شد، دو هدف طراحی قبلی تامین بخشی از نیاز انرژی ساختمان و تهویه طبیعی است که با پارامتر ACH اندازه گیری می شود. از این رو کارشناسان ما 3 طرح نما مختلف را برای برآورده ساختن اهداف پیش بینی کردند. مورد 1 به نما اختصاص یافته است که به طور کامل نمای جلوی ساختمان را پوشش می دهد. به علاوه، دارای یک دریچه ورودی و خروجی جداگانه است. یک طرح شماتیک از هر طرح مورد به تصویر کشیده شده است. توجه داشته باشید که خروجی ها و ورودی ها به رنگ های قرمز و آبی هستند.

تصویر 2. Case1

در مورد 2، دریچه های ورودی و خروجی بر روی یک نمای اصلاح شده نصب شده اند. در این حالت نما از سه قسمت مجزا ساخته می شود که هر کدام برای یک طبقه متفاوت بوده و با یکدیگر تماس ندارند.

تصویر 2.Case 2

در حالت سوم، نما را مانند حالت اول گسترش دادیم، اما یک ورودی و خروجی اجرا می شود.

تصویر 2. Case 3

آنالیز اثر طراحی نما (Facade) بر تهویه غیرفعال ساختمان

پس از شبیه سازی، نتایج را در جدول زیر جمع آوری کردیم.

همانطور که مشاهده می شود، توزیع دما در موارد 1 و 2 یکنواخت است، در حالی که تفاوت مشخصی بین سه طبقه مورد 3 وجود دارد. همچنین در رندر حجم دما مورد 3 که در شکل 3c نشان داده شده است، قابل مشاهده است.

تصویر 3. Case 1

تصویر 3. Case 2

تصویر 3. Case 3

بنابراین، از جنبه انرژی، باید میانگین دمای ساختمان را تعیین کنیم که برای موارد 1 تا 3 به ترتیب 289.58K، 289.3K و 290.15K است. از طرف دیگر، طراحی هندسی نما و چیدمان دریچه ها شرایط تهویه متفاوتی را به ما می دهد. بر اساس داده های گزارش شده و خطوط جریان (شکل 4)، کاهش تعداد دریچه ها با موفقیت هوای گرم را در ناحیه نما به دام انداخت. به عنوان یک لایه عایق نسبت به هوای سرد محیط نقش محوری دارد. برای نتیجه گیری، طراحی مورد 3 منجر به بهترین شرایط حرارتی و تهویه می شود و می تواند اهداف را در مقایسه با سایر طرح ها برآورده کند.

شکل 4. خطوط جریان Case 3 در صفحه میان ساختمان