بررسی تأثیر ابعاد پنجره بر نورگیری طبیعی و مصرف انرژی در مجموعه‌های مسکونی اقلیم گرم و خشک ایران، مورد مطالعاتی: شهر اصفهان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه معماری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران (نویسنده مسئول).

2 کارشناسی ارشد معماری، دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران.

10.22034/aaud.2021.174175.1822

چکیده

پژوهش حاضر با هدف نورگیری طبیعی و مصرف انرژی بهینه در ساختمان‌‌های مسکونی انجام پذیرفته است. در این پژوهش، منطقه چهار اصفهان به عنوان یکی از شهرهای اقلیم گرم و خشک برای مطالعه انتخاب گردید. به منظور بررسی تأثیر ابعاد پنجره از تلفیقی از روش انجام پژوهش شبیه‌‌سازی روشنایی و انرژی با استفاده از پلاگین‌‌های دیوا1، هانی بی2 و لیدی باگ3 و با کمک موتور شبیه‌‌سازی انرژی‌‌‌‌پلاس4 استفاده شده است، به طوری که ابتدا با در نظر گرفتن درصد پنجره به مساحت دیوار جنوبی به عنوان متغیر، درصد بهینه پنجره از منظر بهره‌‌مندی از نور روز و عملکرد انرژی تعیین و سپس به نقش شکل و تناسبات پنجره در نورگیری طبیعی پرداخته شد. هدف از این بررسی، فراهم کردن خطوط راهنمایی به منظور کمک به معماران در تعیین ابعاد و تناسبات مناسب پنجره‌‌ها در مجتمع‌‌های مسکونی اقلیم گرم و خشک ایران می‌‌باشد. نتایج حاصل از پژوهش نشان می‌‌دهد که افزایش ابعاد و تناسبات پنجره موجب افزایش درصد بهره‌‌مندی از نور روز به همان میزان نمی‌‌گردد. از این رو، هرچند افزایش مساحت پنجره موجب کاهش در مصرف روشنایی الکتریکی می‌‌شود اما، افزایش بیش از اندازه مساحت پنجره، تأثیر قابل توجهی در افزایش صرفه‌جویی روشنایی الکتریکی ندارد. به علاوه، با توجه به بار سرمایشی تحمیلی توسط روشنایی الکتریکی نباید توقع داشت که پنجره‌‌های بسیار کوچک، مصرف انرژی سرمایشی ساختمان را کاهش دهند. از سوی دیگر با توجه به اتلاف گرما از طریق پنجره‌‌ها نباید توقع داشت که پنجره‌‌های بسیار بزرگ، مصرف انرژی گرمایشی ساختمان را کاهش دهند. از بررسی نتایج حاصل از پژوهش مساحت حدود 30 درصد بهینه‌‌ترین ابعاد پنجره برای جبهه جنوبی ساختمان به دست آمد. با این وجود، اگر چه ابعاد به دست‌‌آمده به شرایط طراحی ساختمان مانند پلان، ساختمان‌‌های اطراف و سایر عوامل نیز بستگی دارد، برای هر ساختمان بهتر است به طور جداگانه تعیین گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Window Dimensions on Daylighting and Energy Consumption in Residential Complexes of Hot and Dry Climate of Iran; Case Study: Isfahan City

نویسندگان [English]

  • Mehdi Akhtarkavan 1
  • Samaneh Shafiee 2
1 Assistant Professor, Department of Architecture, Faculty of Engineering, University of Qom, Qom, Iran (Corresponding Author).
2 M.A of Architecture, Faculty of Architecture and Art, University of Kashan, Kashan, Iran.
چکیده [English]

The present study aims to achieve daylighting (or natural lighting) and optimal energy consumption in residential buildings. This study selected District 4 of Isfahan as the case study of a city in a hot and dry climate. A mixed method was used to examine the effect of window dimensions: simulation of light and energy, by using Diva, Honeybee, and Ladybug plugins in addition to the Energy Plus simulation engine. In this case, the window percentage to the area of the southern wall was considered as the variable to measure the optimum window percentage in terms of using daylight and energy efficiency, and then the role of window shape and size in daylighting was examined. The purpose of this assessment is to provide guidelines for architects to determine suitable sizes and dimensions of windows in residential complexes located in hot and dry climates. The results of this study show that increased dimensions and size of the window do not expand daylight utilization percentage to the same extent. Although the increased size of the window reduces electrical lighting use, an excessive increase in the size of the window does not have a considerable impact on increasing electrical lighting savings. Moreover, the exposed cooling load by electrical lighting prevents very small windows from reducing cooling energy use in the building. On the other hand, heat loss through windows prevents very large windows to reduce heating energy use. According to the results of the study, around 30% of the most optimum window dimensions occurred in the southern front o the building. Although the obtained dimensions depend on some design conditions of the building, such as the plan, surrounding buildings, and other factors, these sizes and dimensions must be determined for each building separately.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spatial Daylight Autonomy (SDA)
  • Annual Sunlight Exposure (ASE)
  • Electrical Lighting Use
  • Cooling Use
  • Heating Use
Carlucci, Salvatore, Francesco Causone, Francesco De Rosa, and Lorenzo Pagliano. 2015. “A review of indices for assessing visual comfort with a view to their use in optimization processes to support building integrated design.” Renewable and sustainable energy reviews 47: 1016-1033. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.03.062
Dabe, Trupti J., and Alpana R. Dongre. 2018. “Analysis of performance of the daylight into critical liveable area of ‘type design’dwelling unit on the basis of daylight metrics for hot and dry climate.” Indoor and Built Environment 27(1): 129-142. DOI: 10.1177/1420326X16669844
Kasmai, Morteza. 2003. Climate and architecture. Isfahan: Nashre Khak. [in Persian]
Kubba, Sam. 2014. LEED v4 Practices, Certification, and Accreditation Handbook. Butterworth-Heinemann.
Lartigue, B., B. Lasternas, and V. Loftness. 2014. “Multi-objective optimization of building envelope for energy consumption and daylight.” Indoor and built environment 23(1): 70-80. https://doi.org/10.1177/1420326X1348022
Lee, Jae-Wook, Hyung-Jo Jung, Ji-Young Park, J. B. Lee, and Yoonjin Yoon. 2013. “Optimization of building window system in Asian regions by analyzing solar heat gain and daylighting elements.” Renewable energy 50: 522-531. https://doi.org/10.1016/j.renene.2012.07.029
Melendo, Jose Manuel Almodóvar, and P. Roche. 2017. “Effects of window size in daylighting and energy performance in buildings.” In Proceedings of the PLEA. https://www.researchgate.net/publication/228471133.
Montaser Koohsari, Ayda, Rima Fayaz, and Behrouz Mohammad Kari. 2015. “The influence of window dimensions and location on residential building energy consumption by integrating thermal and lighting analysis in a mild and humid climate.” BRIS Journal Of Advances in Science and Technology 3: 187-194.
Qiyabaklo, Zahra. 2013. Fundamentals of Building Physics 5 Daylight. Tehran: Jihad University, Amirkabir Industrial Unit. [in Persian]
Sonawane, Mahesh B., and Sumedh Y. Mhaske. 2016. “Daylighting estimation and analysis in residential apartment building: GIS based approach.” In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 37(1), p. 012024.