تحلیل انرژی و طراحی اقلیمی در معماری سنتی مزاب

پروژه ها

انرژی

تحلیل انرژی و طراحی اقلیمی در معماری سنتی مزاب

مطالعه تطبیقی عملکرد حرارتی خانه سنتی و مدرن با استفاده از DesignBuilder

مشخصات پروژه

هدف کلی: ارزیابی تطبیقی مصرف انرژی، آسایش حرارتی و پایداری معماری سنتی در برابر ساختمان مدرن

مکان پروژه

شهر تاریخی بنی‌یزقن و منطقه تفیلت، دره مزاب، الجزایر

نوع پروژه:

تحلیل مقایسه‌ای عملکرد انرژی ساختمان‌های مسکونی

سال انجام:

۲۰۲۳

ابزار شبیه‌سازی:

نرم‌افزار DesignBuilderمبتنی بر EnergyPlus

نمونه‌های مورد بررسی:

مشاور انرژی:

امیرحسین جانزاده

اقلیم:

گرم و خشک با تابستان‌های بسیار گرم، زمستان‌های سرد، و نوسان دمایی شدید روز و شب

معرفی پروژه

در دنیای امروز که بحران انرژی و تغییرات اقلیمی رو به افزایش است، بررسی معماری بومی مناطق گرم‌وخشن می‌تواند راهگشای طراحان برای خلق ساختمان‌هایی کم‌مصرف که پاسخگوی نیازهای اقلیم هستند، باشد. معماری سنتی مزاب، حاصل قرن‌ها تجربه‏ی زیست در این نوع اقلیم بوده و ظرفیت بالایی در کاهش مصرف انرژی و ارتقاء آسایش حرارتی دارد. در حقیقت منطقه مزاب، با اقلیم گرم و خشک، یکی از نمونه‌های برجسته سکونت‌گاه‌های سازگار با اقلیم در شمال آفریقا به‌شمار می‌رود. معماری بومی آن با بهره‌گیری از اصول طراحی درون‌گرا، مصالح سنگی و تکنیک‌های تهویه طبیعی، الگویی ارزشمند برای در حقیقت منطقه مزاب، با اقلیم گرم و خشک، یکی از نمونه‌های برجسته سکونت‌گاه‌های سازگار با اقلیم در شمال آفریقا به‌شمار می‌رود. معماری بومی آن با بهره‌گیری از اصول طراحی درون‌گرا، مصالح سنگی و تکنیک‌های تهویه طبیعی، الگویی ارزشمند برای طراحی پایدار محسوب می‌شود.

اهداف کلان پژوهش

تحلیل تطبیقی عملکرد انرژی ساختمان سنتی و مدرن در مزاب
سنجش آسایش حرارتی فضاهای داخلی براساس شاخص PMV
بررسی نقش فرم معماری، ضخامت دیوار وWWR در کاهش بار انرژی
ارائه شواهد عددی از مزایای طراحی بومی در اقلیم گرمو خشن

ابزار تحلیل انرژی DesignBuilder

برای تحلیل علمی و دقیق، از نرم‌افزار پیشرفته‏ی DesignBuilder استفاده شد. این ابزار به‌واسطه‌ی موتور شبیه‌سازی EnergyPlus، امکان مدل‌سازی دقیق بارهای حرارتی، تهویه، جریان هوا، تابش، عملکرد مصالح و رفتار شبانه‌روزی دمای داخل را فراهم نمود.
ویژگی‌های کلیدی استفاده‌شده در این پروژه عبارتند از:
- مدلسازی هندسه‏یدقیق دو نمونه واقعی(خانه سنتی و مدرن)
- تعریف دقیق ویژگی‌های حرارتی دیوارها، پنجره‌ها، سقف و کف
- شبیه‌سازی بار سرمایشی و گرمایشی،PMV و ساعات آسایش
- مقایسه مصرف انرژی نهایی و اولیه،انتشار گازهای گلخانه‌ای
- سنجش تأثیر مصالح، فرم و نسبت بازشوها به دیوار در عملکرد کلی

تحلیل تطبیقی نتایج شبیه‌سازی

۱)مصرف کل انرژی سالانه؛

معماری سنتی مزاب توانسته با طراحی فشرده، استفاده از مصالح سنگی ضخیم و نیز بازشوهای کنترل‌شده، مصرف نهایی انرژی را به یک‌سوم کاهش دهد. این تفاوت چشمگیر، ناشی از بهره‏گیری از اصول طراحی غیرفعال و عدم وابستگی به سیستم‌های مکانیکی است.

۲)بار گرمایشی و سرمایشی سالانه؛

در اقلیم خشک مزاب، اختلاف دمای شب و روز زیاد است. خانه سنتی با جرم حرارتی بالا و تهویه طبیعی، موفق شده بار گرمایش را ۶۵٪ و بار سرمایش را ۳۴٪ کاهش دهد.

۳)شاخص آسایش حرارتی(PMV)؛

مقدار مثبت PMV خانه‏ سنتی نشان می‌دهد که کاربران غالباً در حالت خنثی یا اندکی گرم بوده‌اند، در حالی‌که خانه مدرن به‌دلیل سرمایش بیش از حد، در محدوده نامطلوب قرار دارد. این نتیجه، برتری طراحی غیرفعال سنتی را در ایجاد آسایش پایدار اثبات می‌نماید.

۴)تحلیل مصالح ساختمانی و مقدار U-Value؛

مصالح سنتی از سنگ محلی، ملات گل، گچ آهکی و با ضخامت زیاد ساخته شده‌اند. این ترکیب سبب شده مقاومت حرارتی و ظرفیت ذخیره‌سازی حرارت بالا برود. در مقابل، خانه مدرن با دیوارهای نازک بتنی و پنجره‌های بزرگ، عملکرد بسیار ضعیف‌تری در برابر انتقال حرارت دارد. این تفاوت مستقیماً بر رفتار حرارتی داخلی و مصرف انرژی تأثیر گذاشته‎است.

۵)نسبت بازشو به دیوار(WWR)؛

خانه‏ی سنتی با کنترل شدید بر نسبت بازشو، توانسته تبادل حرارتی را به‌شدت کاهش دهد. استفاده از عناصر اقلیمی نظیر پنجره‏های سنتی(Mashrabiya)، علاوه بر کنترل تابش و تهویه طبیعی، حریم خصوصی را نیز حفظ می‌کند. در مقابل، بازشوهای وسیع خانه‏ی مدرن سبب اتلاف انرژی و کاهش آسایش کاربران شده‌اند.

۶)رفتار حرارتی شبانه‌روزی(Time Lag)؛

در معماری سنتی مزاب، ضخامت زیاد دیوارهای سنگی منجر به بالا بودن این شاخص می‌گردد، به‌طوری‌که گرمای روز با تأخیر به فضاهای داخلی رسیده و در شب، حرارت ذخیره‌شده به آرامی آزاد می‌شود. این رفتار پوسته‌ای، نوسانات دمایی را به حداقل رسانده و به پایداری آسایش کمک نموده‏است.

تحلیل معماری سنتی مزاب

پنجره‌های سنتی(Mashrabiya): در خانه‌های سنتی، نور طبیعی را فیلتر و تهویه را بدون ایجاد بار سرمایشی فراهم می‌کند. عملکرد این عنصر در کاهش تابش مستقیم و تأمین هوای تازه، با مفهوم آسایش حرارتی مستقیماًدر ارتباط است.
ضخامت دیوار و مصالح: مقاطع دیوارهای سنتی، حضور مصالح بومی با چگالی بالا و خاصیت تأخیر حرارتی را به‌خوبی نشان می‌دهد. این ویژگی‌هاموجب کاهش وابستگی به سیستم‌های مکانیکی می‌شود.
فرم کلی و حیاط مرکزی: طرح درون‌گرا، فرم مکعبی و فشردگی حجمی، موجب کاهش تبادل گرمایی شده‌است. حیاط مرکزی فضای تهویه و نور طبیعی بهینه را بدون تحمیل بار حرارتی اضافی تأمین می‌نماید.
فضاهای داخلی و آسایش: فضاهای داخلی خانه سنتی دارای رنگ‌های روشن، نورگیری غیرمستقیم و تنفس‌پذیری بالا هستند. این ویژگی‌ها باعث درک مطلوب‌تر آسایش می‌شوند، حتی اگر شاخص‌های عددی دقیقاً در محدوده استاندارد نباشند.
مقایسه معماری سنتی و مدرن: در نماها، خانه مدرن با مصالح صنعتی، سایه‌سازی ناکافی و بازشوهای بزرگ، به‌وضوح از نظر اقلیمی ناکارآمد ظاهر شده، در حالی‌که خانه سنتی پاسخ‌گویی مطلوبی نسبت به اقلیم ارائه داده‌است.

نتیجه‌گیری جامع

بر اساس شبیه‌سازی‌های دقیق انجام‌شده در DesignBuilder و تحلیل‌های آماری و تصویری، می‌توان گفت:
- معماری سنتی مزاب، الگویی موفق از طراحی پایدار در اقلیم گرم و خشک است.
- در معماری سنتی، صرفه‌جویی انرژی بیش از ۶۰٪نسبت به ساختمان مدرن حاصل شده‌است.
- شاخص آسایش حرارتی در خانه سنتی بسیار نزدیک به محدوده استاندارد بوده و در ۷۱٪ساعات سال آسایش فراهم است.
- عناصر بومی نظیرMashrabiya، فرم مکعبی، حیاط مرکزی، مصالح سنگی و تهویه طبیعی عملکرد بی‌نظیری در کاهش مصرف انرژی و افزایش آسایش ایفا می‌نمایند.
- نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‏دهد که بازگشت آگاهانه به اصول بومی، با بهره‌گیری از ابزارهای نوین تحلیل، می‌تواند مسیر آینده معماری پایدار تلقی گردد.
برای مشاوره و مدیریت مصرف انرژی پروژه‌های خود با ما در ارتباط باشید.