پتانسیل‌سنجی تهویۀ طبیعی در فضاهای اداری از منظر اقلیم و طرح فضای داخلی در مراکز استان

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

3 دانشیار، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

10.22052/jias.2024.252881.1198

چکیده

تهویۀ طبیعی از مهم‌ترین استراتژی‌های غیرفعال کاهش مصرف انرژی ساختمان، ایجاد آسایش حرارتی، و بهبود کیفیت هوای داخل ساختمان بوده و از راه‌حل‌های کلیدی برای دستیابی به پایداری در صنعت ساختمان است. ازسوی دیگر، پتانسیل تهویۀ طبیعی به‌شدت وابسته به شرایط آب‌وهوایی است و به‌طور قابل توجهی از منطقه‌ای به منطقۀ دیگر متفاوت است. این درحالی است که اطلاعاتی از برقراری این امکان در کشور در دسترس نیست. ازاین‌رو پژوهش حاضر پتانسیل‌سنجی تهویه برای استفادۀ حداکثری در اقلیم‌های مختلف ایران را در دو بخش و دو مقیاس مطالعه کرده است. نخست پتانسیل تهویه در مقیاس اقلیم بر اساس داده‌های هواشناسی ارزیابی شده و حداکثر پتانسیل تهویۀ طبیعی 31 مرکز استان ازطریق محاسبۀ تعداد ساعات مناسب برای بهره‌گیری از تهویه برآورد شده و در بخش دوم تأثیر تهویه بر ارتقای آسایش حرارتی و کیفیت هوا در مقیاس ساختمان در فضای داخلی بررسی شده است. به این منظور، یک مدول از یک ساختمان اداری در نرم‌‌افزار راینو مدل‌سازی شده، سپس با استفاده از پلاگین کلایمت استودیو محدودیت‌هایی بر داده‌های هواشناسی (دما، باد و رطوبت) اعمال شده است. درنهایت، نتایج به‌صورت نقشه و با ارائۀ دسته‌بندی گزارش شده است. طبق نتایج، ساعات تهویۀ طبیعی از 1095 تا 6158 ساعت، درصد ساعات آسایش از 15/33% تا 32/50%، درصد ساعاتی با غلظت کربن‌دی‌اکسید استاندارد از 89/10% تا 16/50% و درصد ساعاتی با نرخ تعویض هوای مناسب نیز از 55/11% تا 85/48% متغیر بوده‌اند. بر این اساس، به‌منظور پاسخ به پرسش پژوهش (هریک از مناطق و اقالیم ایران، چه مقدار پتانسیل استفاده از تهویۀ طبیعی دارند؟) اطلس پتانسیل تهویۀ طبیعی فضاهای داخلی در اقلیم‌های مختلف کشور (و محدود به مراکز استان‌ها) تهیه شده که قابلیت استفاده در فرایند طراحی با توجه به امکان بهره‌گیری از پتانسیل‌های طبیعی را برای طراحان بدون نیاز به دانش فنی محاسباتی برآورده می‌سازد.

کلیدواژه‌ها


بهرامی، محمد. ۶ شهریور 1400. ضرورت صرفه‌جویی در مصرف برق برای جلوگیری از خاموشی‌ها. خبرگزاری جمهوری اسلامی. https://www.irna.ir/news
پوردیهیمی، شهرام، و محسن بینا. 1393. بررسی تأثیر جهت ساختمان بر کاهش آلودگی ناشی از ریزگردها در مجموعه‌های ساختمانی (مورد مطالعاتی: بناهای شهر دزفول). مجلۀ مطالعات معماری ایران، ش. 6: 41ـ63.
لکنر، نربرت. ۱۹۹۱. گرمایش، سرمایش، روشنایی: رویکردهای طراحی برای معماران. ترجمۀ محمدعلی کی‌نژاد و رحمان آذری. 1385. تبریز: دانشگاه هنر اسلامی تبریز.
منصوری، محمدعلی. 26 فروردین 1402. شرکت توزیع نیروی برق تهران بزرگ. https://tbtb.ir
Abdi, Dawit, and Sirak Gebrekristos. 2022. Regionalization of Low Flow Analysis in Data Scarce Region: The Case of the Lake Abaya-Chamo Sub-Basin, Rift Valley Lakes Basin, Ethiopia. Journal of Water Management Modeling 30. C487.
Acred, Andrew, and Gary R. Hunt. 2014. Stack Ventilation in Multi-Storey Atrium Buildings: A Dimensionless Design Approach. Building and Environment 72 (February): 44-52.
Artmann, N., H. Manz, and P. Heiselberg. 2007. Climatic Potential for Passive Cooling of Buildings by Night-Time Ventilation in Europe. Applied Energy 84 (2): 187-201.
ASHRAE handbook – fundamentals, 2009. Publisher: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers.
ASHRAE, Standard 55, 2010. American Society of Heating, Refrigerating and air-Conditioning Engineers. thermal environmental conditions for human occupancy.
ASHRAE, Standard 621-2016. American Society of Heating. Refrigerating and air-Conditioning Engineers (ASHRAE). ANSI/ASHRAE Standard 621-2016 Ventilation for acceptable Indoor air Quality.
Aviv, Dorit, Kian Wee Chen, Eric Teitelbaum, Denon Sheppard, Jovan Pantelic, Adam Rysanek, and Forrest Meggers. 2021. A Fresh (Air) Look at Ventilation for COVID-19: Estimating the Global Energy Savings Potential of Coupling Natural Ventilation with Novel Radiant Cooling Strategies. Applied Energy 292 (June): 116848.
Bamdad, Keivan, Soha Matour, Nima Izadyar, and Tim Law. 2022. Introducing Extended Natural Ventilation Index for Buildings under the Present and Future Changing Climates. Building and Environment 226 (December): 109688.
BS 5925, 1991, Code of practice for design of buildings : ventilation principles and designing for natural ventilation. Building Research Establishment "Thermal Insulation - Avoiding Risks”.A British Standard
BSRIA,1998,The Building Services Research and Information Association in UK.
Carrer, Paolo, Pawel Wargocki, Annaclara Fanetti, Wolfgang Bischof, Eduardo De Oliveira Fernandes, Thomas Hartmann, Stylianos Kephalopoulos, Susanna Palkonen, and Olli Seppänen. 2015. What Does the Scientific Literature Tell Us about the Ventilation-Health Relationship in Public and Residential Buildings? Building and Environment 94 (P1): 273-86.
Causone, Francesco. 2016. Climatic Potential for Natural Ventilation. Architectural Science Review 59 (3): 212-28.
Chen, Yujiao, Zheming Tong, and Ali Malkawi. 2017. Investigating Natural Ventilation Potentials across the Globe: Regional and Climatic Variations. Building and Environment 122 (September): 386–96.
Dear, Richard J. De, and Gail S. Brager. 2002. Thermal Comfort in Naturally Ventilated Buildings: Revisions to ASHRAE Standard 55. Energy and Buildings 34 (6): 549-61.
Derikvand, Ahmad, Ali Taherkhani, Mohammad Sadegh Hassanvand, Kazem Naddafi, Ramin Nabizadeh, Mansour Shamsipour, Sadegh Niazi, Mohsen Heidari, Adel Mokammel, and Sasan Faridi. 2023. Indoor Air Quality in the Most Crowded Public Places of Tehran: An Inhalation Health Risk Assessment. Atmosphere 14 (7): 1080.
Elsaid, Ashraf Mimi, and M. Salem Ahmed. 2021. Indoor Air Quality Strategies for Air-Conditioning and Ventilation Systems with the Spread of the Global Coronavirus (COVID-19) Epidemic: Improvements and Recommendations. Environmental Research 199 (August): 111314.
Emmerich, Steven J, W Stuart Dols, and James W Axley. 2001. Natural Ventilation Review and Plan for Design and Analysis Tools | NIST (National Institute of Standards and Technology).
Feng, Yu, Thierry Marchal, Ted Sperry, and Hang Yi. 2020. Influence of Wind and Relative Humidity on the Social Distancing Effectiveness to Prevent COVID-19 Airborne Transmission: A Numerical Study. Journal of Aerosol Science 147 (September): 105585.
Fiorentini, Massimo, Federico Tartarini, Laia Ledo Gomis, Daniel Daly, and Paul Cooper. 2019. Development of an Enthalpy-Based Index to Assess Climatic Potential for Ventilative Cooling of Buildings: An Australian Example. Applied Energy 251 (October): 113169.
Germano, M., and C. A. Roulet. 2006. Multicriteria Assessment of Natural Ventilation Potential. Solar Energy 80 (4): 393-401.
Givoni, B. (1998) Climate Considerations in Building and Urban Design. Van Nostrand Reinhold, the USA.
Hamilton. I ,et al .2020, Global Status Report for Buildings and Construction: towards a Zero-Emission, United Nations Environment Programme, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector, Nairobi, Kenya.
Howsam ,2022,https://howsam.org/kmeans-tutorial/ (accessed August 27, 2023).
Hsie, Tung-Shen, and I. C. Ward. 2006. A GIS-Based Method for Determining Natural Ventilation Potentials and Urban Morphology, in: 23rd International Conference on Passive and Low Energy Architecture, Citeseer, Geneva, Switzerland.
Indoor Air Quality Standard, 2003, GB/T 18883-2002, Standardization Administration of the People’s Republic of China.
International Energy Agency (IEA). 2018. The Future of Cooling- Opportunities for Energy-Efficient Air Conditioning, International Energy Agency (IEA).
Ji, Wenjing, Kaijia Zhao, and Bin Zhao. 2022. The Trend of Natural Ventilation Potential in 74 Chinese Cities from 2014 to 2019: Impact of Air Pollution and Climate Change. Building and Environment 218 (June): 109146.
Jung, Wooyoung, and Farrokh Jazizadeh. 2019. Human-in-the-Loop HVAC Operations: A Quantitative Review on Occupancy, Comfort, and Energy-Efficiency Dimensions. Applied Energy 239 (April): 1471-1508.
Lipinski, Tom, Darem Ahmad, Nicolas Serey, and Hussam Jouhara. 2020. Review of Ventilation Strategies to Reduce the Risk of Disease Transmission in High Occupancy Buildings. International Journal of Thermofluids 7-8 (November): 100045.
Miranda, M. T., P. Romero, V. Valero-Amaro, J. I. Arranz, and I. Montero. 2022. Ventilation Conditions and Their Influence on Thermal Comfort in Examination Classrooms in Times of COVID-19. A Case Study in a Spanish Area with Mediterranean Climate. International Journal of Hygiene and Environmental Health 240 (March): 113910.
Morawska, Lidia, Julian W. Tang, William Bahnfleth, Philomena M. Bluyssen, Atze Boerstra, Giorgio Buonanno, Junji Cao, et al. 2020. How Can Airborne Transmission of COVID-19 Indoors Be Minimised? Environment International 142 (September): 105832.
Phaff. J, W. de Gids, J. Ton, D. van der Ree and L. Schijndel. 1980. The Ventilation of Buildings: Investigation of the Consequences of Opening One Window on the Internal Climate of a Room. Report C 448, TNO Institute for Environmental Hygiene and Health Technology (IMG-TNO). Delft. The Netherlands.
RITE, 2007. Reglamento instalaciones t´ermicas en los edificios.
Santamouris, M., Pavlou, K., Doukas, P., & Mihalakakou, G. 2018. On the efficiency of natural ventilation techniques for the indoor environment. Energy and Buildings, 40(5), 837-844.
Sundell, J., H. Levin, W. W. Nazaroff, W. S. Cain, W. J. Fisk, D. T. Grimsrud, F. Gyntelberg, et al. 2011. Ventilation Rates and Health: Multidisciplinary Review of the Scientific Literature. Indoor Air 21 (3): 191-204.
Tan, Zijing, and Xiang Deng. 2017. Assessment of Natural Ventilation Potential for Residential Buildings across Different Climate Zones in Australia. Atmosphere 8 (9).
Tanabe, S., and Kimura, K.1989. Thermal comfort requirements under hot humid conditions. Berkeley.
Wen, Liwei, Kyosuke Hiyama, Yu Huang, and Xueting Qin. 2023. A Framework for Rapid Diagnosis of Natural Ventilation Effect during Early Design Stage Using Thermal Autonomy. International Journal of Green Energy 20 (7): 752-66.
Wood, Antony, and Ruba. Salib. 2013. Guide To Natural Ventilation in High Rise Office Buildings, Council on Tall Buildings and Urban Habitat. ISBN 9780415509589.
World Health Organization, 2020. Transmission of SARS-CoV-2: implications for infection prevention precautions. scientific brief.
Yoon, Nari, Leslie Norford, Ali Malkawi, Holly Samuelson, and Mary Ann Piette. 2020. Dynamic Metrics of Natural Ventilation Cooling Effectiveness for Interactive Modeling. Building and Environment 180 (August): 106994.
Yoon. N, and A. Malkawi. 2017. Predicting the effectiveness of wind-driven natural ventilation strategy for interactive building design, in: Proceedings of the 15th International Building Simulation Conference. San Francisco, CA, USA.
Zheng, Wandong, Jingfan Hu, Zhaoying Wang, Jinbo Li, Zheng Fu, Han Li, Jakub Jurasz, S. K. Chou, and Jinyue Yan. 2021. COVID-19 Impact on Operation and Energy Consumption of Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC) Systems. Advances in Applied Energy 3 (August): 100040.
Zhong, Huai Yu, Yang Sun, Jin Shang, Fu Ping Qian, Fu Yun Zhao, Hideki Kikumoto, Carlos Jimenez-Bescos, and Xiaochen Liu. 2022. Single-Sided Natural Ventilation in Buildings: A Critical Literature Review. Building and Environment 212 (March): 108797.