بهینه سازی عملکرد حرارتی نمای دو پوسته تیپ جعبه ای با تهویه طبیعی در فصل تابستان در شهر تهران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری، معماری،دانشکده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب ، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، ایران

3 استادیار، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه آزاد اسالمی واحد تهران جنوب، ایران

چکیده

نمای دوپوسته یکی از انواع نماها در ساختمان های اداری است که بین طراحان محبوبیت دارد. پارامتر هایی از جمله عمق حفره میانی، سطح مقطع دریچه های تهویه برای نماهای با تهویه طبیعی، جنس، موقعیت و زاویه سایه بان، جنس شیشه جداره های شفاف نما بر عملکرد حرارتی نمای دو پوسته تاثیر گذار است. نمای دوپوسته تیپ جعبه ای یکی از انواع این نماها است که با توجه به سادگی در عملکرد، نصب و بهره برداری می تواند در ایران بیشتر مورد توجه قرار گیرد. مکانیزم عملکرد نمای دو پوسته با تهویه طبیعی وابسته به رفتار حرارتی و جریان هوا در حفره میانی است. برای آنالیز رفتار حرارتی نمای دوپوسته، دینامیک سیالات محاسباتی می تواند با هدف ارتقا و بهبود عملکرد آن استفاده شود. در این مقاله، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، بهینه سازی عملکرد حرارتی نمای دو پوسته با تغییر سطح مقطع دریچه های تهویه، تغییر عرض حفره میانی و استفاده از شیشه معمولی و کم گسیل برای جداره های شفاف، در فصل تابستان در شهر تهران مورد بررسی قرار گرفت. راستی آزمایی روش شبیه سازی ، با مقایسه اندازه گیری های آزمایشگاهی یک نمونه نمای دو پوسته تیپ جعبه ای با تهویه طبیعی، ثبت شده در دانشگاه سالفورد منچستر انگلستان با نتایج شبیه سازی همان نمونه در نرم افزار فلوئنت انجام شد. نتایج پژوهش نشان داد، افزایش عرض حفره میانی می تواند منجر به بهبود عملکرد حرارتی نما شود. افزایش سطح مقطع دریچه های تهویه ورودی و خروجی و به تبع آن افزایش نرخ حجمی جریان هوا در حفره میانی لزوما منجر به ارتقا عملکرد حرارتی نما نمی شود و استفاده از شیشه کم گسیل در قیاس با شیشه های معمولی، مخصوصا برای جداره خارجی نمای دو پوسته باعث کاهش شار گرمایی عبوری از سطح شیشه داخلی نمای دو پوسته به داخل فضای ساختمان به مقدار متوسط 23/1% می شود. در نهایت برای طراحی بهینه نمای دو پوسته توجه به تمامی متغیر های اثر گذار در عملکرد نما و انجام آنالیز های اقتصادی برای انتخاب از بین گزینه های با عملکرد حرارتی مناسب، الزامی است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization of thermal performance of double skin façade box window type with natural ventilation in summer in Tehran

نویسندگان [English]

  • Faryal sadat Siadati 1
  • Rima Fayaz 2
  • NILOOFAR NIKGHADAM 3
1 Department of Art and Architecture, South Teharn Branch, Islamic Azad University, No. 376, South Felesin Street, P.O. Box. 14168-94351, Tehran, Iran
2 Architectural Technology, Faculty of Architecture and Urbanism, University of Art, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Architecture Islamic Azad University, South Teharn Branch, Department of Art and Architecture, Tehran, Iran
چکیده [English]

Double skin façade (DSF) is a popular type of façade in office buildings among designers. The naturally ventilated double skin façade (NVDSF) is one of the types, which is notable in terms of its energy performance mechanism. Thus, the design of the façade in accordance with climatic conditions is crucial to improve its ventilation function and increase energy savings. The NVDSF functional mechanism is based on thermal performance and airflow in the cavity. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to promote and improve the function of these façades. In this paper, the geometric features of NVDSF are examined to achieve the best flow simulation strategy to promote accuracy and fewer errors in results and obtain the optimal time for computer simulation calculations using FLUENT software and sensitivity analysis. Laboratory measurements of a NVDSF sample were used to verify the simulation results. The findings revealed that the results of the three-dimensional model are more accurate compared to the two-dimensional one, especially for predicting the temperature values of glass surfaces. Also, the Y+ parameter is the determinant parameter in choosing the mesh dimensions so that its value is about 1 for the first grid close to the walls. Determining the optimal scale of the three-dimensional model can reduce computation and design time. On the other hand, the cross section shape and the area of air inlets of NVDSF are effective parameters on façade’s thermal performance.
The results showed that increasing the width of the cavity can improve the thermal performance of the facade. Increasing the cross section of the inlet and outlet ventilation consequently increasing the air flow in the cavity does not necessarily lead to improving the thermal performance of the façade. Using the low emission glass compared to ordinary glass, especially for the outer wall of the double skin façade, reduces the heat flux passing through the inner glass surface of double skin facade into the building space by an average of 23.1%. Finally, for the optimal design of double skin facade, it is necessary to pay attention to all the variables affecting the facade performance and perform economic analysis to choose from the options with suitable thermal performance

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural ventilation
  • Double skin facade
  • Air inlet and outlet
  • Low-e glass
  • CFD simulation

مراجع

- پور شب، نسرین، خدا کرمی، جمال، (1395)، ارائه الگوی بهینه نماهای دوپوسته شیشه ای جهت افزایش جریان هوای طبیعی در ساختمان های اداری اقلیم گرم و خشک، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه ایلام
- حافظی، م.ر، زمردیان، ز، تحصیلدوست، م، «فرایند دستیابی به نمای دو پوسته دارای بهره وری مناسب انرژی، نمونه موردی یک ساختمان اداری در تهران»، مجله مطالعات معماری ایران، ۱۳۹۵
- حسین پور ستوبادی، قنبران، حمید، (1391)، بررسی عوامل موثر بر بهبود رفتار حرارتی نماهای دوپوسته در اقلیم شهر تهران و طراحی یک ساختمان اداری با نمای دوپوسته، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی.
- صالحی، محمد، نصر اللهی، نازنین، مامی زاده، جعفر، (1390)، ارائه الگو معماری و پیشنهاد پوسته های هم ساز با اقلیم با رویکرد تامین آسایش حرارتی در اقلیم گرم و خشک، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه ایلام
- هادیان پور، محمد، نصراللهی، فرشاد، خداکرمی، جمال، رضایی حریری، محمدتقی، (1392)، بررسی عملکرد حرارتی پوسته های دو جداره ساختمان جهت کاهش گرمایش بیش از حد در این پوسته ها، پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه ایلام
- هادیان پور، م، مهدوی نژاد، م، بمانیان، م، حق شناس، م، (1393)، ظرفیت سنجی به کارگیری پوسته های دوجداره در طراحی معماری اقلیم گرم و خشک ایران به منظور کاهش مصرف انرژی (نمونه موردی شهر یزد)، نشریه هنرهای زیبا
-Albertoa A., Ramosa M.M., Almeidaa R M.S.F. (2017). Parametric study of double-skin facades performance in mild climate countries, Journal of Building Engineering 12 (2017) 87–98.
-Amaireh I.  (2017). Numerical investigation into a double skin façade system integrated with shading devices, with reference to the city of Amman, PhD thesis, University of Nottingham
-Azarbayjani M., (2010). BEYOND ARROWS: ENERGY PERFORMANCE OF A NEW, NATURALLY VENTILATED DOUBLE-SKIN FACADE CONFIGURATION FOR A HIGH-RISE OFFICE BUILDING IN CHICAGO, PhD thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign
-Barbosa S.  and Ip K., (2014), Double skin façade for naturally ventilated office buildings in Brazil. World Sustainable Building.
-Bui D-K., Nguyen T. N., Ghazlan A., Ngo N. T. (2020). Enhancing building energy efficiency by adaptive façade: A computational optimization approach, Applied Energy, Volume 265, 114797, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114797.
-Gratia E., De Herde A.  (2007). Greenhouse effect in double-skin façade, Energy and Buildings 39, 199e211.
- Guardo A., Coussirat M., Egusquiza E., Alavedra P., Castilla R.  (2009). A CFD approach to evaluate the influence of construction and operation parameters on the performance of Active Transparent Facades in Mediterranean climates, Energy and Buildings 41, 534–542.
- Ji Y., Cook M. J., Hanby V. I., Infield D. G., Loveday D. L., Mei L., (2007). CFD MODELLING OF DOUBLE-SKIN FAÇADES WITH VENETIAN BLINDS, Proceedings: Building Simulation.
- Iyi D., Hasan R., Penlington R., Underwood C., Double Skin Façade: Modelling Technique and Influence of Venetian Blinds on the Airflow and Heat Transfer, Applied Thermal Engineering (2014), doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.06.024.
- Jirua T., Taob X., Haghighat F., (2011). Airflow and heat transfer in double skin facades, Energy and Buildings 43, 2760–2766.
- Iyi D., Hasan R., Penlington R., Underwood C., (2014), Double Skin Façade: Modelling Technique and Influence of Venetian Blinds on the Airflow and Heat Transfer, Applied Thermal Engineering, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.06.024.
- Mei L., Loveday D.L., Infield D.G., Hanby V., Cook M., Li Y., Holmes M., Bates J., (2007). The influence of blinds on temperatures and air flows within ventilated double-skin façades. Proceedings of clima, WellBeing Indoors, (http:// usir.salford.ac.uk/15870/1/Clima_2007_B02E1606.pdf).
- Parra J., Guardo A., Egusquiza E., Alavedra P., (2015). Thermal Performance of Ventilated Double Skin Façades with Venetian Blinds, Energies,  8, 4882-4898; doi:10.3390/en8064882.
- Pasut W., Di Carli M., (2012). Evaluation of various CFD modelling strategies in predicting airflow and temperature in a naturally ventilated double skin façade, Applied Thermal Engineering 37, 267e274.
- Xue F., Li Xiaofeng (2015). A fast assessment method for thermal performance of naturally ventilated double-skin fac¸ades during cooling season. Solar Energy 114, 303–313
- Zhai Z., Zhang Z., Zhang W., Chen Q.  (2007). Evaluation of various turbulence models in predicting airflow and turbulence in enclosed environments by CFD: part 1- summary of prevalent turbulence models, HVAC&R Research 13 (6), 853e870.
- Zhang Z., Zhang W., Zhai Z., Chen Q.  (2007). Evaluation of various turbulence models in predicting airflow and turbulence in enclosed environments by CFD: part 2- comparison with experimental data from literature, HVAC&R Research 13 (6), 871e886.
- Zhang T., Yang H.  (2019). Flow and heat transfer characteristics of natural convection in vertical air channels of double-skin solar façades, Applied Enrgy, Volume 242, Pages 107-120, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.072.
 
معماری اقلیم گرم و خشک
دوره 9، شماره 13
شهریور 1400
صفحه 155-175

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار