طراحي مبتني بر شبيه سازي در تحقيقات تجربي عملكرد ساختمان، مورد مطالعاتي: يك ساختمان اداري در تبريز

Simulation-Based Design in Experimental Researches of Building Performance: A Case Study of an Office Building in Tabriz

شبيه سازي ابزار بسيار مهمي است كه سال هاي متمادي در زمينه هاي مختلف توسط رايانه و بدون آن بكار گرفته شده است. اين پارادايم «طراحي مبتني برشبيه سازي» ناميده مي شود. اين پارادايم شامل فرايندي است كه در آن شبيه سازي، ابزار اصلي ارزيابي و بررسي است. هدف از اين مطالعه كاهش مصرف انرژي يك ساختمان اداري در اقليم سرد تبريز با استفاده از ابزار شبيه سازي و بهينه سازي عملكرد انرژي ساختمان در سه مرحله اصلي تكاملي عملكرد انرژي ساختمان يعني: 1) مرحله طراحي، 2) مرحله ساخت و ساز و 3) مرحله بهره برداري است. دليل انتخاب اين روش افزايش اهميت مراحل بيان شده بدليل تغييرات اقليمي ناشي از گرمايش زمين است. بدين منظور، ابتدا منابع كتابخانه اي و متون مرتبط بررسي و سپس مدل پايه شبيه سازي شد. پس از شبيه سازي مدل پايه، مصرف انرژي كل آن تحليل شد و 9 آلترناتيو از سه گونه نماي دوپوسته (چند طبقه اي، دالاني و پنجره جعبه اي) با سه عمق حفره مختلف ( 6. 0 متر، 7. 0 متر و 8. 0 متر) به عنوان راه حل بهينه سازي طراحي به نماي جنوبي افزوده شد. براي دستيابي به بار گرمايش كمتر، ميزان انتقال حرارتي ديوارها و سق فها با استفاده از مصالح عايق كاهش يافت. در نهايت، روشنايي، پنجره ها، دماي تنظيم داخلي، تهويه طبيعي و سايبان به عنوان عوامل مرتبط با بهره برداري به طور خودكار تنظيم شدند. بر اين اساس، نتايج بهينه سازي با مدل پايه براي انتخاب مدل بهينه مقايسه شدند. اين مطالعه نشان داد كه بهينه سازي در سه مرحله با افزودن نماي دو پوسته چند طبقه اي با عمق حفره 8. 0 متر و دريچه هايي به ابعاد 2. 23* 4. 0 متر موجب كاهش 6. 55 درصدي مصرف انرژي نسبت به مدل پايه مي شود. همچنين با كاهش رسانايي حرارتي به عنوان عامل مرتبط با ساخت، بار گرمايش در ديوارها تا 38 درصد و در سقف ها تا 77 درصد كاهش مي يابد. نتيجه مي شود كه آلترناتيوهاي بهينه شده نماي دوپوسته گونه چند طبقه اي به دليل بار گرمايش و مصرف گاز كمتر، بهترين كارآيي را دراقليم سرد دارند.

Simulation is a very important tool which has been used for several years in several fields (with computer and non-computer systems). This paradigm is called “Simulation-Based Design” or SBD. It is the process in which simulation is the primary means of evaluation and verification. As a result of the rising awareness of environmental issues and the increase in the cost of energy, building professionals increasingly have to consider the sustainability and energy performance of their designs by using building energy performance simulation and optimisation (BEPSO)tools. Despite of the number of countries that use simulation tools in architectural design, BEPSO has not yet been implemented in Iran widely. This paper provides an overview on this subject, aiming at clarifying computer simulation and BEPSO tools and outlining potential challenges and obstacles in them. In Addition, the BEPSO results of an office building in Tabriz are presented to show the role of simulation in three main stages of building energy performance evolution namely: 1) design stage, 2) construction stage and 3) operation stage. The simulation results show that, in general, the factors that result in the most significant reduction in energy consumption, by up to 50%, are as follows: 1) the implementation of double skin façade with a 0.6 cm cavity space in the south facade as a design solution, 2) lowering u-value of external walls and flat roofs as construction factor, 3) automatic control of lighting, using light sensors, window, indoor set-point temperature, natural ventilation and shading as operation factors.