بررسی نقش جریان و رطوبت نسبی هوا در فرسایش قلعۀ تاریخی والی شهر ایلام به روش محاسباتی دینامیک سیالات

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد معماری، واحد ایلام، دانشگاه آزاد اسلامی

2 استادیار، گروه معماری، واحد ایلام، دانشگاه آزاد اسلامی

3 استادیار، گروه مکانیک، واحد ایلام، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

امروزه حفاظت از بناهای تاریخی در جوامع علمی جهان، موضوعی مهم و حیاتی شناخته شده است؛ لذا تحلیل ابعاد زیستیِ و عملکردی بناهای تاریخی هم ازنظر معماری و هم از دیگر مناظر مهندسی، یکی از ضروریات پژوهشی است. برای پرداختن به تأثیر رطوبت بر آسایش حرارتی در ساختمان‌های تاریخی، اجرای راهبردهایی مانند تهویۀ مناسب، اقدامات کنترل رطوبت و نگهداری دوره‌ای در طول پروژه‌های مرمت یا نوسازی ضروری است. پژوهش حاضر با بهره‌گیری از روش دینامیک سیالات محاسباتی، توسط نرم‌افزار فلوئنت، جریان و رطوبت نسبی هوا در فضای داخلی یک بنای تاریخی (قلعۀ والی شهر ایلام) را شبیه‌سازی و مورد تجزیه‌وتحلیل قرار داده است. با توجه به اینکه رطوبت یکی از عوامل مخرب بر بافت تاریخی قلمداد می‌شود و این عامل تخریبی با برودت هوا در زمستان اهمیت بیشتری نیز پیدا می‌کند، ابتدا به روش تجربی با استفاده از تجهیزات داده‌نگار، متغیرهای دما، رطوبت نسبی، فشار و سرعت جریان هوا، در یکی از بحرانی‌ترین بازه‌های سرد دمایی در فصل زمستان ازنظر دما و رطوبت نسبی، اندازه‌گیری شده و سپس با مدل‌سازی بنا در نرم‌افزار راینو و تحلیل مدل در نرم‌افزار فلوئنت، به مقایسۀ نتایج روش تجربی و روش تحلیل عددی در دو سناریوی مختلف پرداخته‌ شده است. براساس تحلیل قیاسی این مدل پژوهشی، در جهت تحلیل جریان و رطوبت نسبی هوا در زمستان و جلوگیری از اثرات مخرب رطوبتی، می‌توان با بهره‌گیری از یک سیستم گرمایش با شار حرارتی محاسبه‌شده، کاهش رطوبت نسبی و درعین‌حال حفظ اثر تاریخی را حاصل نمود. نتایج پژوهش حاضر براساس اعتبارسنجی مدل شبیه‌سازی‌شدۀ نرم‌افزار فلوئنت نشان‌ داد شدت جریان هوا و میزان بالای رطوبت نسبی هوا در فصل زمستان با میانگین خطای ۹/۲ درصد ازجمله عوامل مهم در فرسایش داخلی بنای قلعۀ والی شهر ایلام است که منجر به مرمت چندبارۀ فضای داخلی این بنا طی سال‌های اخیر بوده است.

کلیدواژه‌ها


Aflaki, A., N. Mahyuddin, Z. A.-C. Mahmoud, and M. R. Baharum. 2015. A Review on Natural Ventilation Applications through Building Façade Components and Ventilation Openings in Tropical Climates. Energy and buildings 101: 153-162.
Akkurt, G., N. Aste, J. Borderon, A. Buda, M. Calzolari, D. Chung, V. Costanzo, C. Del Pero, G. Evola, and H. Huerto-Cardenas. 2020. Dynamic Thermal and Hygrometric Simulation of Historical Buildings: Critical Factors and Possible Solutions. Renewable and Sustainable Energy Reviews 118: 109509.
Alfano, F. R. d. A., B. I. Palella, and G. Riccio. 2023. Moisture in Historical Buildings from Causes to the Application of Specific Diagnostic Methodologies. Journal of Cultural Heritage 61: 150-159.
Anderson, D., J. C. Tannehill, and R. H. Pletcher. 2016. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. Taylor & Francis.
Ascione, F., F. De Rossi, and G. P. Vanoli. 2011. Energy Retrofit of Historical Buildings: Theoretical and Experimental Investigations for the Modelling of Reliable Performance Scenarios. Energy and buildings 43(8): 1925-1936.
Bajno, D., L. Bednarz, Z. Matkowski, and K. Raszczuk. 2020. Monitoring of Thermal and Moisture Processes in Various Types of External Historical Walls. Materials 13(3): 505.
Balocco, C., and G. Grazzini. 2007. Plant Refurbishment in Historical Buildings Turned into Museum. Energy and buildings 39(6): 693-701.
Bay, E., A., Martinez-Molina, and W. A. Dupont. 2022. Assessment of Natural Ventilation Strategies in Historical Buildings in a Hot and Humid Climate Using Energy and Cfd Simulations. Journal of Building Engineering 51: 104287.
Bergman, T. L., A. S. Lavine, F. P. Incropera, and D. P. De Witt. 2011. Introduction to Heat Transfer. John Wiley & Sons.
Bonomo, P., and P. De Berardinis. 2014. Pv Integration in Minor Historical Centers: Proposal of Guide-Criteria in Post-Earthquake Reconstruction Planning. Energy Procedia 48: 1549-1558.
Bordass, W., and C. Bemrose. 1996. Heating Your Church. Church House Publishing.
Calautit, J. K., A. I. Aquino, S. Shahzad, D. S. Nasir, and B. R. Hughes. 2017. Thermal Comfort and Indoor Air Quality Analysis of a Low-Energy Cooling Windcatcher. Energy Procedia 105: 2865-2870.
Camuffo, D., E. Pagan, S.Rissanen, Ł. Bratasz, R. Kozłowski, M. Camuffo, and A. della Valle. 2010. An Advanced Church Heating System Favourable to Artworks: A Contribution to European Standardisation. Journal of Cultural Heritage 11(2): 205-219.
Cantin, R., J. Burgholzer, G. Guarracino, B. Moujalled, S. Tamelikecht, and B. Royet. 2010. Field Assessment of Thermal Behaviour of Historical Dwellings in France. Building and Environment 45(2): 473-484.
Cheung, J. O., and C.-H. Liu. 2011. Cfd Simulations of Natural Ventilation Behaviour in High-Rise Buildings in Regular and Staggered Arrangements at Various Spacings. Energy and Buildings 43(5), 1149-1158.
Cho, H. M., S.Yang, S. Wi, S. J. Chang, and S. Kim. 2020. Hygrothermal and Energy Retrofit Planning of Masonry Façade Historic Building Used as Museum and Office: A Cultural Properties Case Study. Energy 201: 117607.
Corgnati, S. P., and M. Perino. 2013. Cfd Application to Optimise the Ventilation Strategy of Senate Room at Palazzo Madama in Turin (Italy). Journal of Cultural Heritage 14(1): 62-69.
D'Agostino, D., and P. M. Congedo. 2014. Cfd Modeling and Moisture Dynamics Implications of Ventilation Scenarios in Historical Buildings. Building and Environment 79: 181-193.
D’Agostino, D., P. M. Congedo, and R. Cataldo. 2013. Ventilation Control Using Computational Fluid-Dynamics (Cfd) Modelling for Cultural Buildings Conservation. Procedia Chemistry 8: 83-91.
Edis, E., I. Flores-Colen, and J. de Brito. 2015. Quasi-Quantitative Infrared Thermographic Detection of Moisture Variation in Facades with Adhered Ceramic Cladding Using Principal Component Analysis. Building and Environment 94: 97-108.
Fanger, P. O., A. K. Melikov, H. Hanzawa, and J. Ring. 1988. Air Turbulence and Sensation of Draught. Energy and buildings 12(1): 21-39.
Fatahi, K., N. Nasrullahi, M. Ansarimanesh, J. Khodakarami, and A. Emranipour. 2021. Investigating the Role of Geometry and Type of Urban Open Space on Thermal Comfort and Environmental Quality (Case Study: Kashan Historical Part). Motaleate Shahri 10(39): 69-82.
Fikry, A., and A. Elsayed. 2021. Improving the Indoor Air Quality (Iaq) in Naturally Ventilated Lecture Hall with a Single Facade by Solar Chimneys. Journal of Engineering and Applied Science 68(1): 1-18.
Fox, R. W., A. T. McDonald, and J. W. Mitchell. 2020. Fox and Mcdonald's Introduction to Fluid Mechanics. John Wiley & Sons.
Graebel, W. 2007. Advanced Fluid Mechanics. Academic Press.
Gülhan, Ö. 2019. Natural Ventilation Design for Historic Libraries with Cfd (Computational Fluid Dynamics) Simulation Izmir Institute of Technology].
Hoła, A., and S. Czarnecki. 2022. Brick Wall Moisture Evaluation in Historic Buildings Using Neural Networks. Automation in Construction 141: 104429.
Huerto-Cardenas, H., F. Leonforte, N. Aste, C. Del Pero, G. Evola, V. Costanzo, and E. Lucchi. 2020. Validation of Dynamic Hygrothermal Simulation Models for Historical Buildings: State of the Art, Research Challenges and Recommendations. Building and Environment 180: 107081.
Kaviany, M., and A. Kanury. 2002. Principles of Heat Transfer. Appl. Mech. Rev. 55(5): B100-B102.
Liu, F., X. Zhang, J. Zeng, Y. Li, and G. Wang. 2023. The Numerical Study on Indoor Heat and Moisture Transfer Characteristics of an Ancient Palace Building in Beijing. Processes 11(7): 1900.
López, C. S. P., and F. Frontini. 2014. Energy Efficiency and Renewable Solar Energy Integration in Heritage Historic Buildings. Energy Procedia 48: 1493-1502.
Mardani, A. 2021. The Pattern Effect of Central Courtyard Geometric on the Air Flow in Traditional Houses of Shushtar. Iranian Islamic city studies 43(11): 71-80. http://rimag.ricest.ac.ir/fa/Article/16349
Martinez-Molina, A., P. Boarin, I. Tort-Ausina, and J.-L. Vivancos. 2018. Assessing Visitors' Thermal Comfort in Historic Museum Buildings: Results from a Post-Occupancy Evaluation on a Case Study. Building and environment 132: 291-302.
Martínez-Molina, A., I. Tort-Ausina, S. Cho, and J.-L. Vivancos. 2016. Energy Efficiency and Thermal Comfort in Historic Buildings: A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 61: 70-85.
Michalski, S. 1998. Climate Control Priorities and Solutions for Collections in Historic Buildings. Forum (Historic Preservation Forum),
Nielsen, P. V., F. Allard, H. B. Awbi, L. Davidson, and A. Schälin. 2007. Computational Fluid Dynamics in Ventilation Design Rehva Guidebook No 10. In: Taylor & Francis.
Rosina, E. 2018. When and How Reducing Moisture Content for the Conservation of Historic Building. A Problem Solving View or Monitoring Approach? Journal of Cultural Heritage 31: S82-S88.
White, F. M. 1994. Fluid Mechanics, Mcgraw-Hill. New York.