بررسی همبستگی میان اندازه ی بناها در بلوک‌های شهری و بار سرمایشی و گرمایشی سالانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، معماری، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استادیار معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ، ایران

3 استاد معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران ، ایران

چکیده

طراحی بلوک‌های شهری، متاثر از پارامترهایی چون اندازه‌ی بناها، تعداد، شکل، هندسه و آرایش آن‌ها است که بر میزان مصرف انرژی ، تاثیر زیادی دارند. در این میان، بار گرمایش و سرمایش سالانه‌ی ساختمان‌ها، یکی از مهمترین شاخص‌ها در میزان تقاضای انرژی است. در پژوهش‌های پیشین کمابیش، اطلاعاتی در خصوص تاثیر تراکم، فشردگی، تخلخل و نظایر آن، فراهم شده است؛ اما، تصویر روشنی از تاثیر اندازه‌ی بناها در مصرف انرژی مجموعه‌های متشکل از چند بنا، در دست نیست. در این چارچوب، هدف این پژوهش، یافتن رابطه‌ی احتمالی میان نحوه‌ی توزیع اندازه‌ی بناها در یک مجموعه‌ی متشکل از چند بنا و بار گرمایش و سرمایش سالانه‌ی آن مجموعه می‌باشد. این پژوهش در سه مرحله انجام شده است. در مرحله‌ی اول، متغیرهای پژوهش، از جمله پارامترهای اندازه و چیدمان بناها و همچنین، بار گرمایش و سرمایش سالانه‌ی ساختمان، تبیین شده‌است. مرحله دوم به طراحی الگوریتمی مناسب جهت تولید اندازه‌ی بناها و چیدمان‌های مختلف در سایت، بررسی عوامل مداخله‌گر و حذف آن‌ها، شروط مسئله و شبیه‌سازی بار گرمایش و سرمایش چیدما‌ن‌ها اختصاص یافته است. این مرحله، با برنامه‌نویسی به زبان پایتون در محیط افزونه‌ی گرس‌هاپر در نرم‌افزار راینو و شبیه‌سازی مدل‌ها با استفاده از افزونه‌ی هانی‌بی و لیدی‌باگ در این نرم‌افزار انجام شده است. در مرحله‌ی سوم، به بررسی همبستگی میان این دو متغیر پرداخته شده است. تحلیل یافته‌های حاصل از آزمون همبستگی، حاکی از آن است که در منطقه‌ی مورد مطالعه، سرمایش فصول گرم نسبت به گرمایش فصول سرد بیشتر حائز اهمیت است. رابطه‌ی همبستگی منفی قوی میان بارهای سرمایش با واریانس اندازه‌ی بناها، نشان‌دهنده‌ی این است که هرچه تنوع اندازه‌ی قطعات در یک مجموعه بیشتر باشد، بار سرمایشی کمتری خواهد داشت. همچنین، رابطه‌ی مثبت بارهای سرمایش با کشیدگی اندازه‌ی قطعات، نشان‌دهنده‌ی این است که هرچه قطعات یک مجموعه، از نظر اندازه پراکنده‌تر باشند، در کاهش بار سرمایشی، مناسب‌تر عمل خواهند کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the correlation between the size of blocks in an urban complex and the annual cooling and heating load

نویسندگان [English]

  • maryam oladi 1
  • abbas tarkashvand 2
  • mohsen faizi 3
1 M.Sc. Architecture, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Architecture and urban planning, Iran University of Science and; Technology, Tehran, Iran
3 Professor, Faculty of Architecture and urban planning, Iran University of Science and; Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

For design of a residential complex, parameters are involved such as block size, shape, geometry, arrangement, etc. that affect energy consumption. The annual heating and cooling load of the building is one of the important part in energy demand. Proper design decisions can greatly save on current building costs and energy consumption. The purpose of this study is to find a possible relationship between the size of the blocks and the annual heating and cooling load of the building. The method of this research has been done in four stages. The first stage includes: library studies and extraction of definitions and factors affecting the size and arrangement of blocks, and also the annual heating and cooling load of the building. The second stage includes: designing a suitable algorithm for generating the size of blocks and different layouts on the site, examining the interfering factors and removing them, terms and conditions of the issue and simulating the heating and cooling load of each layout. This step was done by Python programming language and Honeybee and Ladybug plugins. The third step involves Investigate the correlation between the size of the produced blocks and the heating and cooling load. From the analysis of the correlation table, the results are obtained which are provided to the designer as recommendations in the design process. Correlation test indicates that in the study area, cooling of hot seasons is more important than heating of cold seasons. The strong negative correlation between cooling loads and variance indicates that the greater variety of block sizes in a set, the lower cooling load. Also, the positive correlation of cooling loads with elongation indicates that the more scattered of blocks in a set, the more suitable they will be in terms of cooling load. The present study is an attempt to provide a parametric model with the aim of reducing the annual heating and cooling load in the early stages of design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Parametric generating
  • annual heating and cooling load of the building
  • complex layout
براهیمپور، عبدالسالم و محمدکارى، بهروز. )۱۳۹۰(. روشى جدیدى براى طراحى پنجره با توجه به مصرف انرژى. مهندسى مکانیک مدرس ،
.۸۸-77 ،)۱(۱۱
اسفندیاری، اکرم و ترکاشوند، عباس. )۱۳۹۹(. کاربرد تحلیل های ایزوویست و خطوط دید در سنجش کیفیت بصری در مجتمع ها ی
مسکونی. مطالعات شهری، ۹) ۳5(، .۳2-۱۹
حبیب، فرح؛ برزگر، زهرا و چشمه قصابانى، مریم. )۱۳۹۳(. رتبه بندی پارامترهاى مؤثر بر مصرف انرژى ساختمان با کاربرد فرایند تحلیل
سلسله مراتبى. نقشجهان، ۴) 2(، .5۳-۴7
حیدری، شاهین. )۱۳۸7(. دمای آسایش حرارتی مردم شهر تهران. هنرهای زیبا-معماری و شهرسازی، ۱)۳۸(، .۱۴-5
رضیئی، طیب. )۱۳۹۶(. منطقه بندی اقلیمی ایران به روش کوپن -گایگر و بررسی جابه جایی مناطق اقلیمی کشور در سدۀ بیستم. فیزیک
زمین و فضا، ۴۳) 2(، .۴۳۹-۴۱۹
صفدری فیروزآباد، فرشید. ) ۱۳۹5(. طراحی مجتمع مسکونی با رویکرد بهینه سازی مصرف انرژی. پایان نامه منتشرنشده کارشناسی ارشد.
دانشگاه آزاد اسالمی واحد مرودشت.
صفدری فیروزآباد، فرشید؛ شمس الدینی، علی و بامداد، علی. )۱۳۹5(. بررسی چیدمان مجتمع مسکونی با رویکرد توسعه پایدار در جهت بهره
وری انرژی. همایش ملی رویکردهای نوین در برنامه ریزی و توسعه پایدار منطقها ی، مرودشت.
صنایعیان، هانیه؛ مهدیزاده سراج، فاطمه؛ نصراللهی، فرشاد و مفیدی شمیرانی، سیدمجید. )۱۳۹2(. تأثیر چگونگی هم جواری توده و فضا در
بلوکهای ساختمانی بر رفتار حرارتی درون بنا. صفه، 2۳)۶۳(، .۴۶-۳5
فرخی، مریم؛ ایزدی، محمدسعید و کریمیمشاور، مهرداد. ) ۱۳۹7(. تحلیل کارایی انرژی در مدلهای بافت شهری اقلیم گرم و خشک، نمونه
موردی: شهر اصفهان. مطالعات معماری ایران، 7)۱۳(، .۱۴7-۱27
کریم پور، علیرضا؛ دیبا، داراب و اعتصام، ایرج. )۱۳۹۸(. تحلیل های اقتصادى و ارزیابى میزان مصرف انرژى بر اساس نوع و نسبت پنجره ها
با استفاده از مدل هاى شبیه سازی. هویت شهر، ۱۳) ۳۹( ، .۳۴-۱۹
کریمی، فاطمه و جلیلی صدرآباد، سمانه. )۱۴۰۰(. تحلیل میزان تطابق فضای باز مجتمع های مسکونی با رویکرد شهر دوستدار کودک و ارتقا
آن از طریق مشارکت کودکان؛ نمونه مطالعاتی: مجتمع امین شهر یزد. دانش شهرسازی، 2)5( ، .7۸-۶۳
کسمایی، مرتضی. )۱۳۸۱(. اقلیم و معماری. اصفهان: نشر خاک.
لطفی، صدیقه؛ نیکپور، عامر و سلیمانی، محمد. )۱۳۹۸(. بررسی تأثیر فرم شهر بر میزان مصرف انرژی در بخش مسکونی، مطالعه موردی:
شهر همدان. شهر پایدار، 2)۱(، .۱22-۱۰۹
مرادخانی، ایوب؛ نیکقدم، نیلوفر و طاهباز، منصوره. )۱۳۹7(. شاخص های موثر بر مصرف انرژی الگوهای مسکن در مقیاس محله با تاکید بر
کارایی انرژی )نمونه موردی: شهر سنندج (. رویکردهای نو در جغرافیای انسانی، ۱۱)۱(، .۳۹۹-۳5۸
مرتضایی، گلناز؛ محمدی، محمود؛ نصراللهی، فرشاد و قلعه نویی، محمود. )۱۳۹۶(. بررسی ریخت-گونه شناسانه بافت های مسکونی جدید در
راستای بهینه سازی مصرف انرژی اولیه، مطالعه موردی: سپاهان شهر. مطالعات شهری، ۶)2۴(، .5۴-۴۱
مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن. ) ۱۳۸۹(. مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان )و یرایش سوم(.
Adelia, A.S., Yuan, C., Liu, L., & Shan, R.Q. (2019). Effects of urban morphology on anthropogenic
heat dispersion in tropical high-density residential areas. Energy & Buildings, 186, 368-383.
Building and Housing Research Center Topic. (2010). 19 of the National Building Regulations (3rd
Ed.). (in Persian)
Ebrahimpour, A., & Mohammadkari, B. (2011). A new method to designing window based on
energy consumption. Modares mechanical engineering, 11(1), 77-88. (in Persian)
Esfandiari, A., & Tarkashvand, A. (2020). Application of Isovist analysis and sightlines in
measuring visual quality of residential complexes (Case Study: Kermanshah City). Motaleate shahri,
9(35), 19-32. (in Persian)
Farrokhi, M., Izadi, M. S., & Karimi Moshaver, M. (2018). Analysis of energy efficiency in hot and
dry climate urban tissue (Case Study: Isfahan). Motaleate Memari Iran, 7(13), 127-147. (in Persian)
Gasparella, A., Pernigottob, G., & Cappellettic, F. (2011). Analysis and modeling of window and
glazing systems energy performance for a well-insulated residential building. Energy and Buildings,
43(4), 1030-1037.
Habib, F., Barzegar, Z., & Cheshmeh Ghassabani, M. (2014). Prioritization of Effective Building
Energy Consumption Parameters Using AHP. Naqshejahan, 4(2), 47-53. (in Persian)
Heydari, S. (2009). Comfort temperature of Iranian people in city of Tehran. Memari-Va-Shahrsazi
(Honar-Ha-Ye-Ziba), 1(38), 5-14. (in Persian)
Junker, R.G., Azar, A.G., Lopes, R.A., Lindberg, K.B., Reynders, G., Relan, R., & Madsen, H. (2018).
Characterizing the energy flexibility of buildings and districts. Applied Energy, 225, 175-182.
Karimi, F., & Jalilisadrabad, S. (2021). Analyzing the compliance of open space of residential
complexes with the approach of "child-friendly city" and its promotion through children's
participation (Case study: Amin residential complex in Yazd City). Urban Planning Knowledge, 5(2),
63-78. (in Persian)
Karimpour, A., Diba, D., & Etessami, I. (2019). Economic Analysis and Assessing Energy
Performance of Simulation-Powered Optimal Window Type and Window to Wall Ratio for
Residential Buildings in Tehran. Hoviateshahr, 13(39), 19-34. (in Persian)
Kasmaei, M. (2002). Climate and Architecture. Isfahan: Khak Publications. (in Persian)
Khan, A., Chatterjee, S., & Weng, Y. (2020). Urban Heat Island Modeling for Tropical Climates.
Elsevier.
Laustsen, J. (2008). Energy efficiency requirements in building codes, energy efficiency policies for
new buildings. International Energy Agency (IEA).
Lofti, S., Nikpour, A., & Soleimany, M. (2019). Analysis of the effect of the city form on the amount
of energy consumption in the residential sector (Case study: Hamedan). Journal of sustainable City,
2(1), 109-122. (in Persian)
McPherson, E. G., & Simpson, J. R. (2003). Potential energy savings in buildings by an urban tree
planting programme in California. Urban Forestry & Urban Greening, 2(2), 73-86.
Mohajeri, N., Upadhyay, G., Gudmundsson, A., Assouline, D., Kämpf, J., & Scartezzini, L. (2016).
Effects of urban compactness on solar energy potential. Reneweable Energy, 93, 469-482.
Moradkhani, A., Nikghadam, N., & Tahbaz, M. (2018). Indicators affecting the energy consumption
of housing patterns at the neighborhood scale with an emphasis on energy efficiency (Case Study:
Sanandaj). New Attitudes in Human Geography, 1(11), 258-399. (in Persian)
Mortezaee, G., Mohammadi, M., Nasrollahi, F., & GhaleNoee, M. (2017). Morphological
investigation of new residential fabrics in order to optimize primary energy consumption.
Motaleate shahri, 6(24), 41-54. (in Persian)
Núñez-Peiró, M., Sanchez, C. S. G., & González, F. J. N. (2021). Hourly evolution of intra-urban
temperature variability across the local climate zones, The case of Madrid. Urban Climate, 39,
100921.
Oh, M., & Kim, Y. (2019). Identifying urban geometric types as energy performance patterns.
Energy and Sustainiable Development, 48, 115-129
Pilkington. (2015). Retrieved from
http //:www.pilkington.com/resources/glasshandbook2010english.pdf
Quan, S. J. (2017). Energy efficient neighborhood design under residential zoning regulations in
Shanghai. Energy Procedia, 143, 865-872.
Quan, S. J., Wu, J., Wang, Y., Shi, Z., Yang, T., & Yang, P. P. J. (2016). Urban Form and Building
Energy Performance in Shanghai Neighborhoods. Energy Procedia, 88, 126-132.
Raman, V., Kumar, M., Sharma, A., Froehlich, D., & Matzarakis, A. (2021). Quantification of thermal
stress abatement by trees, its dependence on morphology and wind: A case study at Patna, Bihar,
India. Urban Forestry & Urban Greening, 63, 127213.
Raziei, T. (2017). Köppen-Geiger climate classification of Iran and investigation of its changes
during 20th century. Journal of Earth and Space Physics, 43(2), 419-439. (in Persian)
Rodriguez, C. M., & D’Alessandro, M. (2019). Indoor thermal comfort review: The tropics as the
next frontier. Urban Climate, 29, 100488.
Safdari Firouzabad, F. (2016). Design of residential complex with energy efficiency approach
[Master's thesis, Islamic Azad University Marvdasht]. (in Persian)
Safdari Firouzabad, F., Shamseddini, A., & Bamdad, A. (2016). Investigation of residential complex
layout with sustainable development approach for energy efficiency. National Conference on New
Approaches in Regional Sustainable Planning and Development, Marvdasht. (in Persian)
Sanayeian, H., Mehdizadeh Saraj, F., Nasrollahi, F., & Mofidi Shemirani, S. M. (2013). The influence
of mass and space combination in urban blocks on indoor thermal behavior. Soffeh, 23(63), 35-46.
(in Persian)
Shareef, S. (2021). The impact of urban morphology and building’s height diversity on energy
consumption at urban scale, The case study of Dubai. Building and Environment, 194, 107675.
Vartholomaios, A. (2017). A parametric sensitivity analysis of the influence of urban form on
domestic energy consumption for heating and cooling in a Mediterranean city. Sustaininable Cities
and Society, 28, 135-145.
Zali, N., Ghal'ejough, F. H., & Esmailzadeh, Y. (2016). Analyzing Urban Sprawl of Tehran Metropolis in Iran (During 1956-2011). Anuario do Instituto de Geociencias39(3).

Wei, Z., & Calautit, J. (2022). Investigation of the effect of the envelope on building thermal
storage performance under model predictive control by dynamic pricing. Smart Energy, 6, 100068.
Yoon, J. H., Bladick, R., & Novoselac, A. (2014). Demand response for residential buildings based
on dynamic price of electricity. Energy and Buildings, 80, 531-541.
You, Y., & Kim, S. (2018). Revealing the mechanism of urban morphology affecting residential
energy efficiency in Seoul, Korea. Sustainable cities and society, 43, 176-190.