Optimization of the building orientation to receive solar radiation in hot-aridclimate (Case Studies: Isfahan, Semnan, Kerman and Yazd cities)

Document Type : Research Article

Authors

1 Assistant Professor of Architecture, Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

2 PhD in Urban and Regional Planning, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

10.29252/ahdc.2020.12408.1283

Abstract

Due to the special geographic conditions and hot and dry climate of the central plateau of Iran, the design and construction of climate-friendly buildings and urban spaces in these regions, requires receiving minimum energy in hot months through appropriate orientation, decreasing the area of surfaces facing radiation and maximizing the amount of shading on exterior surfaces. The aim of this research is to determine the optimal building orientations in   hot-arid climate of the region through surveying the amount of direct radiation energy received by vertical surfaces of buildings in Isfahan, Semnan, Kerman and Yazd cities.At first, the amount of received radiation energy was calculated in theoretical and real way ,by using the “Law of Cosines” computational method. Then based on the minimum temperature of thermal comfort, the amount of energy received by the vertical surfaces was calculated and processed in 24 different geographical directions, separately for cold and hot periods of the year. Finally, based on the minimum energy received during the hot period of the year, the most suitable orientations of vertical surfaces of buildings for one, two and four-sided buildings were determined in studied cities. The research findings show that the best orientation of vertical surfaces for one-sided buildings in Isfahan, Semnan, Kerman and Yazd is 180 degrees South and after that, is 165 degrees SE. Also, the best orientation of vertical surfaces for two-sided buildings in studied cities is (180, 0) and for four-sided buildings is (180, 0, 90, -90) degrees.

Keywords

References

-   افشاری، هدی و تقوایی، علی‌اکبر. (1392). طراحی مجموعه مسکونی همساز با اقلیم خرمشهر. فصلنامه فضای جغرافیایی. دوره 13، شماره 42، 71-102.
-    برزگر، زهرا و حیدری، شاهین. (1392). بررسی تاثیر تابش دریافتی خورشید در بدنه‌های ساختمان بر مصرف انرژی بخش خانگی. نشریه هنرهای زیبا- معماری و شهرسازی. دوره 18، شماره 1، 45-56.
-   بهزادیان‌مهر، علی؛ علیجانی، بهلول و رهنما، محمدرحیم. (1396). طراحی اقلیمی و تعیین جهت‌گیری بهینه ساختمان‌ها و خیابان‌ها در رابطه با تابش در شهر مشهد. جغرافیا و توسعه ناحیه‌ای. دوره 15، شماره 2، 197-216.
-   حسین‌آبادی، سعید؛ لشکری، حسن و سلمانی‌مقدم، محمد. (1391). طراحی اقلیمی ساختمان‌های مسکونی شهر سبزوار با تاکید بر جهت‌گیری ساختمان و عمق سایبان. جغرافیا و توسعه. دوره دهم، شماره 27، 103-116.
-    خیرآبادی، فواد؛ نورمحمدزاده، حسین و علیزاده، هوشمند. (1396). نقش جهت‌گیری کالبد فضاهای شهری در میزان آسایش اقلیمی شهروندان (مطالعه موردی: شهر بندرعباس). جغرافیا و پایداری محیط. دوره هفتم، شماره 24، 15-31.
-    قلی‌نژاد، مبینا؛ صفرراد، طاهر؛ زنگنه شهرکی، سعید و رورده، همت‌اله. (1398). طراحی اقلیمی و جهت‌یابی بهینه مساکن (مطالعه موردی: شهر قائم‌شهر).  مطالعات ساختار و کارکرد شهری. دوره ششم، شماره 19، 7٣-93.
-   کربلائی درئی، علیرضا و حجازی‌زاده، زهرا. (1396). بهینه‌سازی جهت‌گیری استقرار ساختمان در شهر کاشان بر اساس شرایط اقلیمی. مطالعات جغرافیایی مناطق خشک. دوره هفتم، شماره 27، 85-103.
-   کرمی‌کرد علیوند، فیروزه و نارنگی‌فرد، مهدی. (1396). بهینه‌سازی جهت‌گیری ساختمان‌ها در برابر تابش (مطالعه موردی: شهر شیراز). اندیشه جغرافیایی. دوره هشتم، شماره 16، 96-122.
-   کسمایی، مرتضی. (1382). اقلیم و معماری. اصفهان: نشر خاک، چاپ سوم.
-   گنجی، حسن. (1333). تقسیمات اقلیمی ایران. مجله دانشکده ادبیات، دوره سوم، شماره 1، 27-72.
-   مدیری، مهدی؛ ذهاب ناظوری، سمیه؛ علی بخشی، زهرا؛ افشارمنش، حمیده و عباسی، محمد (1391). بررسی جهت مناسب استقرار ساختمان‌ها بر اساس تابش آفتاب و جهت باد (مطالعه موردی: شهر گرگان). فصلنامه جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، دوره دوم، شماره 2، 141-156.
-   مقررات ملی ساختمان ایران- مبحث 19: صرفه‌جویی در مصرف انرژی. (1388). تهران: وزارت مسکن و شهرسازی، دفتر امور مقررات ملی ساختمان.
-   Akande, O. K. (2010). Passive design strategies for residential buildings in a hot dry climate in Nigeria. WIT Press www.witpress.com ISSN 1743-3541.
-   Angstrom, A. (1924). Solar and terrestrial radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 50, 121-126.
-   Ashrae (1995). Handbook, heating, ventilating, and airconditioning applications. ashrae publications.
-   Bakirci, K. (2009). Models of solar radiation with hours of bright sunshine: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13(9), 2580-2588.
-   Barzegar, Z., Heydari, Sh. (2012). Evaluuation of the effect of building  orientation on achieved solar radiation- a NE-SW orientated case of urban residence in semi-arid climate. International Journal of Architectural Engineering & Urban Planning, 22(2), 108-113.
-   Cooper, P.I. (1969). The absorption of radiation in solar stills. Solar Energy, 12(3), 333-346.
-   Coppolino, S. (1990). Validation of a very simple model for computing global solar radiation in European African (Asian & North American Areas). Solar and Wind Technology, 7(4), 489-494.
-   Duffie, J.A., & Beckman,W.A. (2006). Solar engineering of thermal processes. New Jersey: Wiley.
-   Givoni, B. (1994). Passive and low energy cooling of buildings. New Jersey: Wiley.
-   Gueymard, C. (2000). Prediction and performance assessment of mean hourly global radiation. Solar Energy, 68(3), 285-303.
-   Haase, M., & Amato, A. (2009). An investigation of the potential for natural ventilation and building orientation to achieve thermal comfort in warm and humid climates. Solar energy, 83(3), 389-399.
-   Hemsath, T.L., & Alagheband Bandhosseini, K. (2015). Sensitivity analysis evaluating basic building geometry's effect on energy use. Renewable Energy, 76, 526-538.
-   https://energyplus.net/weather-location/asia_wmo_region_2/IRN//IRN_Tehran-Mehrabad.407540_ITMY.   
-   IRIMO, Islamic Republic of Iran Meteorological Office, Data Center, Tehran. http://www.irimo.ir/far/wd/2703.
-   Maghrabi, A. H. (2009). Parameterization of simple model to estimate monthly global solar radiation based on meteorological variables and evaluation of existing solar radiation models for Tabuk, Saudi Arabia. Energy Conversion and Management, 50(11), 2754-2760.
-   Mondol, J.D., Yohanis, Y.G., & Norton, B. (2008). Technical note solar radiation modelling for the simulation of photovoltaic systems. Renewable Energy, 33(5), 1109-1120.
-   Neuwirth, F. (1980). The Estimation of global and sky radiation in Austria. Solar Energy, 24(5), 421-426.
-   Oral, G.K., & Yilmaz, Z. (2003). Building form for cold climatic zones related to building envelope from heating energy conservation point of view. Energy and Buildings, 35(4), 383-388.
-   Paltridge, G.W., & Proctor, D. (1976). Monthly mean solar radiation statistics for australia. Solar Energy, 18(3), 235-243.
-   Prescott, J. A. (1940). Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Transactions of the Royal Society of South Australia, 64, 114-118.
-   Sabbagh, J.A., Sayigh, A.A.M., & Al-Salam E.M.A. (1977). Estimation of the total solar radiation from meteorological data. Solar Energy, 19(3), 307-311.
-   Samimi, J. (1994). Estimation of height-dependent solar irradiation and application to the solar climate of Iran. Solar Energy, 52(5), 401-409.
-   Sharma, R. (2016). Sustainable buildings in hot and dry climate of India. Journal of Engineering Research and Applications, 6(1), 134-144.
-   Sozen, A., Arcaklio, E., & Ozalp, M. (2004). Estimation of solar potential in Turkey by artificial neural networks using meteorological and geographical data. Energy Conversion and Management, 45(18-19), 3033-3052.
-   Watson, D., & Labs, K. (1983). Climate design: Energy efficient building principles and practices. New York: McGraw-Hill.
-   Wu, C., Liu, Y., & Wang, T. (2007). Methods and strategy for modeling daily global solar radiation with measured meteorological data; case study in nanchang station, China. Energy Conversion and Management, 48(9), 2447-2452.
Journal of Architecture in Hot and Dry Climate
Volume 7, Issue 10
May 2020
Pages 251-267

Files

Share

How to cite

Statistics