دانشگاه ایلام
دانشکده فنی و مهندسی
پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته ی معماری (انرژی)
بررسی عملکرد حرارتی ساختمانهای خاک پناه
شهریور 1393
(در فایل دانلودی نام نویسنده و استاد راهنما موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
عدم همخوانی ساختمانها با اقلیم منطقه و همچنین فراموشی تجربههای گذشته باعث پیدایش آسیب هایی شده است که از آن جمله میتوان به بالاتر رفتن مصرف انرژی اشاره نمود. از این رو امروزه ایدهای همچون ساختمان غیرفعال طرح گردیده است. ساختمان خاکپناه از ایدههای مطرح در میان گونه ساختمانهای غیرفعال است که به دلیل مزایای بسیار زیاد مورد استقبال طراحان و معماران قرار گرفته است. این رساله به بحث و بررسی عملکرد حرارتی ساختمانهای خاکپناه، با توجه به مبانی اصلی آن، می پردازد. جهت پیش بینی رفتار حرارتی این گونه ساختمانی، پس از مطالعات میدانی و کتابخانهای، از نرمافزار شبیه سازی حرارتی انرژی پلاس استفاده گردیده است. پس از اعتبارسنجی نتایج این نرمافزار، عوامل تاثیرگذار بر روی عملکرد حرارتی این گونه ساختمانی، در اقلیم گرم و خشک شهر یزد به عنوان نمونه موردی، شبیه سازی گردید. نتایج به دست آمده نشان میدهد که تغییر هریک از عوامل تاثیرگذار بر روی عملکرد حرارتی، تغییر متفاوتی بر مصرف انرژی ساختمانهای خاکپناه نسبت به ساختمان احداث شده بر روی سطح زمین در پی دارد. با در نظر گرفتن تمامی این عوامل در نمونه کاربری پرکاربرد مسکونی در شهر یزد میتوان در عمق 2.5 متر به شرایط ثایت و قابل قبولی از لحاظ حرارتی رسید و 67% در میزان مصرف انرژی کلی، صرفهجویی نمود. همچنین با بهره گرفتن از تهویه شبانه در ساعات 24 تا 7 صبح نیز میتوان میزان مصرف انرژی سرمایشی را تا 81% کاهش داد. این بررسی برای سایر کاربریها در شرایط مختلف نیز ارزیابی شده است.
واژگان کلیدی: ساختمان خاک پناه، مصرف انرژی، بهینه سازی انرژی در ساختمان، اینرسی حرارتی، رفتار حرارتی خاک
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1- فصل اول: کلیات و شرح موضوع. 1
1-3- ضرورت و اهمیت موضوع تحقیق: 2
1-6- فرضیه ها یا سؤال های تحقیق: 4
فصل دوم- مرور تحقیقات انجام شده. 8
2-2-1- چالش انرژی در ساختمانها و مشکلات زیست محیطی. 9
2-2-2- مصرف انرژی در دنیای امروز 9
2-2-3- چالش های انرژی ایران و میزان مصرف انرژی در بخش ساختمان. 10
2-3- ساختمان خاک پناه چیست؟ 12
2-4- دلیل اصلی استفاده از ساختمانهای خاک پناه. 12
2-5- طبقه بندی ساختمانهای خاک پناه و اصطلاحات تخصصی.. 13
2-5- 1- گونه بندی از حیث معماری. 14
2-5-2- گونه بندی از حیث نیازهای انسانی. 17
2-6- سیر تاریخی استفاده از ساختمانهای خاک پناه. 18
2-6-1- بررسی تاریخی استفاده از ساختمانهای خاک پناه در جهان. 18
2-6-2- پراکندگی معماری خاک پناه در ایران. 20
2-7- ویژگیهای ساختمان خاک پناه. 22
2-7-1- بررسی مزایای ساختمان خاک پناه. 22
2-7-1-1- مزایا از حیث بهره وری انرژی. 22
2-7-1-1-1-کاهش انتقال حرارتی خاک… 22
2-7-1-1-3- ثبات دمای زمین.. 23
2-7-1-1-4- کنترل میزان هوای نفوذی.. 24
2-7-1-1-5- کاهش دریافت حرارت.. 24
2-7-1-2- مزایا با رویکرد بهره وری از سطح زمین و محیط زیست.. 24
2-7-1-2-1- مزایای زیبایی شناسی.. 24
2-7-1-2-2- شکل گیری کانسپت خاص معماری.. 25
2-7-1-3- مزایای زیست محیطی. 25
2-7-1-3-1- حفظ منظر طبیعی.. 25
2-7-1-3-3- کارآیی در مصرف زمین.. 26
2-7-1-4- مزایا با رویکرد اهمیت چرخه زندگی بنا 26
2-7-1-4-2- آلودگی صوتی و ارتعاش… 26
2-7-1-4-4- حفاظت از مواد داخل بنا 27
2-7-2- معایب ساختمانهای خاک پناه. 28
2-7-2- 1- معایب با رویکرد بهره وری انرژی. 28
2-7-2-2- معایب از حیث استفاده از زمین و موقعیت.. 30
2-7-2-4- معایب از حیث اقامت طولانی مدت.. 31
2-7-3- هزینه های احداث و بهره برداری.. 32
2-7-3- 1- هزینه های تحمیل شده در احداث و بهره برداری ساختمان خاک پناه 33
2-7-3-2- هزینه های صرفه جویی شده در احداث و بهره برداری ساختمان خاک پناه 33
2-8-1- بررسی ساختمانهای خاک پناه از دیدگاه عملکرد حرارتی.. 35
2-8-2- پیش بینی عملکرد حرارتی ساختمانهای خاک پناه به وسیله شبیه سازی حرارتی.. 37
2-8-3- بررسیهای ویژگیهای دیگر ساختمانهای خاک پناه. 38
2-9- مباحث تاثیرگذار بر عملکرد فضاهای خاک پناه. 39
2-9-4- ویژگیهای فیزیکی خاک… 41
2-10- مکانیزم تبادل حرارت میان ساختمان خاک پناه و محیط.. 42
2-10-1- مفاهیم موثر در انتقال حرارت جداره ها 42
2-10-1-2- رابطه ضخامت پوسته ها، اینرسی حرارتی و وضعیت حرارتی هوای داخلی. 44
2-10-1-3- تاثیر تابش آفتاب بر حرارت داخلی ساختمان. 44
2-10-1-4- تابش آفتاب بر انواع دیوار 45
2-10-2- نحوه تبادل حرارت میان ساختمان خاک پناه و محیط پیرامون. 46
2-10-2-1- مکانیزم تبادل حرارت از خورشید تا عمق زمین. 47
2-10-3- بررسی رفتار حرارتی خاک… 48
2-10-4- پیش بینی رفتار دمای زمین.. 51
2-11- آینده بناهای خاک پناه. 51
3-2-1- خصوصیات جغرافیایی و اقلیمی یزد 54
3-2-2- تحلیل داده های اقلیمی شهر یزد 55
3-2-2-4- نمودار سایکرومتریک… 59
3-3- راهکارهای طراحی اقلیمی شهر یزد. 63
3-3-1-3- معابر ارگانیک و سرپوشیده. 64
ویژگیهای معماری سنتی شهر یزد. 65
3-4- ایده های اقلیمی خاک پناهندگی شهر یزد. 66
4-2- روند انجام بررسی رفتار حرارتی ساختمان خاک پناه. 72
4-3- انتخاب نرم افزار شبیه سازی.. 74
4-4- اعتبار سنجی نرم افزار شبیه سازی.. 74
4-4-1- مقایسه با نرم افزار دیگر 75
4-4-2- اعتبارسنجی شبیه سازی EnergyPlus نسبت به نمونه واقعی رکورد شده. 76
4-4-2- 2- اندازه گیری حرارتی ساختمان نمونه 78
4-4-2- 3- شبیه سازی ساختمان نمونه 80
4-5- شناخت ویژگی های مدل طرح برای شبیه سازی حرارتی.. 81
4-5-1-عوامل موثر هندسی و فیزیکی. 82
4-5-2- عوامل موثر قراردادی.. 83
4-5-3- عوامل موثر قراردادی- تخمینی.. 84
4-8- بررسی چگونگی تاثیر هریک از شاخصهای کالبدی بر مصرف انرژی مدل خاک پناه. 86
4-8-1- تاثیر جنس خاک بر عملکرد حرارتی. 86
4-8-2- تاثیر کاربریها بر عملکرد حرارتی. 89
4-8-3- بررسی عملکرد حرارتی کاربری مسکونی. 93
4-8-3-1- بررسی محدوده دمایی کاربری مسکونی در عمق پیشنهاد شده. 95
4-8-4- تاثیر جهتگیری بنا بر عملکرد حرارتی. 97
4-8-5- تاثیر نرخ تهویه بر عملکرد حرارتی. 99
5-2- پاسخ به سوالات تحقیق.. 103
5-3- نتایج مهم مطالعات کتابخانهای.. 104
5-4- نتایج مهم مطالعات شبیه سازی.. 105
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1- گونه بندی بندی ساختمانهای خاک پناه از جهت سطح تماس با خاک………………………..16
جدول 2-گونه بندی از حیث نیازهای انسانی و کاربری در گذشته …………………………………………….17
جدول 3- طبقه بندی ساختمانهای خاک پناه معاصر از حیث کاربری…………………………………………18
جدول 4- ویژگی های فیزیکی خاک های مختلف………………………………………………………………..50
جدول5 – جمعبندی مزایا و معایب ساختمانهای خاکپناه……………………………………………………….52
جدول 6- راهبردها و تخمین میزان کاهش مصرف انرژی………………………………………………………..62
جدول 7-ویژگیهای فیزکی و حرارتی مدل مشترک دو نرم افزار……………………………………………….75
جدول 8- مشخصات حسگرهای اصلی…………………………………………………………………………………78
جدول 9-مقایسه دمای شبیه سازی شده و ثبت شدهی اتاق نمونه در خانه هوشمند…………………………81
جدول 10-ویژگی های مصالح مدل مورد مطالعه …………………………………………………………………..83
جدول11- مشخصات کاربری های مورد مطالعه…………………………………………………………………….84
جدول 12- اختصارات فرمول لبز………………………………………………………………………………………..87
جدول 13- ویژگی های فیزیکی نمونه خاک های سطح شهر یزد………………………………………………88
جدول 14- میزان مصرف انرژی کاربریهای متفاوت……………………………………………………………..92
جدول 15- نسبت تغییر دما و زمان تاخیر کاربری مسکونی به هوای بیرون……………………………………95
جدول 16- مصرف انرژی کلی در جهتگیری های اصلی………………………………………………………….99
جدول 17- میزان مصرف انرژی سرمایشی با تغییر نرخ تعویض هوا………………………………………….102
جدول 18- اطلاعات آب و هوایی شهر یزد………………………………………………………………………..108
جدول 19- دمای ماهانهی خاک در اعماق مختلف ……………………………………………………………..109
جدول 20- بیشینه و کمینه دمای خاک غالب شهر یزد در اعماق مخلف………………………………….109
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 1- مصرف جهانی انرژی در کشورهای مختلف……………………………………………………………10
نمودار 2- مصرف انرژی در بخشهای مختلف در سالهای اخیر کشور ایران……………………………….11
نمودار 3- سهم سالانه مصرف انرژی ایران در بخشهای مختلف در سال………………………………………11
نمودار 4- مصرف انرژی مدلهای مختلف ساختمان خاک پناه……………………………………………………38
نمودار 5– نمودار تغییر دمای خاک در اعماق مختف شهر یزد…………………………………………………..51
نمودار6- دمای ماهانه ی هوای خشک شهر یزد در مقایسه با سردترین و گرمترین شهر ایران……………57
نمودار 7- بازه ی دمایی هوا در مقایسه با محدوده ی آسایش اشری…………………………………………….57
نمودار8-دما و رطوبت نسبی برای ساعتهای مختلف در ماه های مختلف شهر یزد…………………………..58
نمودار 9- گلباد سالانه شهر یزد……………………………………………………………………………………………59
نمودار 10-نمودار سایکرومتریک شهر یزد……………………………………………………………………………61
نمودار 11- فلوچارت روند حل مسئله رفتار حرارتی ساختمان خاک پناه………………………………….73
نمودار 12-مقایسه نتیجه شبیه سازی نمونه Best Case ASHRAE-900 توسط دو نرم افزار…………76
نمودار 13- دمای ثبت شده در اتاق و هوای بیرون نمونه اتاق در خانه هوشمند……………………………..80
نمودار 14- مقایسه دمای شبیه سازی شده و ثبت شده…………………………………………………………..80
نمودار15- مقایسه دمای رکورد شده و شبیه سازی شده اتاق نمونه در خانهی هوشمند…………………..81
نمودار 16-میزان مصرف انرژی کلی در چهار نمونه خاک با ضریب پخشندگی متفاوت………………..89
نمودار17-مصرف انرژی کلی در کاربریهای خاک پناه…………………………………………………………92
نمودار 18- درصد صرفه جویی اعماق مختلف در کاربریهای خاک پناه…………………………………..93
نمودار 19- نوسان دمای ساختمان روی سطح زمین و در عمق خاک نسبت به هوای بیرون……………..94
نمودار20- بازه دمایی نمونه مسکونی در اعماق مختلف………………………………………………………..95
نمودار 21- دمای نمونه مسکونی در عمق 2.5 متر……………………………………………………………….96
نمودار 22- دمای نمونه مسکونی در عمق 2.5 در گرمترین روز سال………………………………………97
نمودار 23- دمای نمونه مسکونی در عمق 2.5 در سردترین روز سال………………………………………97
نمودار 24- میزان مصرف انرژی کلی در جهتگیری های اصلی………………………………………………….99
نمودار 25- مقایسه مصرف انرژی سرمایشی در ساختمان های روی سطح زمین و در عمق خاک با تغییر نرخ تعویض هوا در ساعت 24 تا 7 صبح…………………………………………………………………………….102
نمودار 26- میزان مصرف انرژی سرمایشی با تغییر نرخ تعویض هوا در ساعت 24 تا 7 صبح………..103
فهرست تصاویر
عنوان صفحه
تصویر 1- نمونه ساختمان خاکپناه………………………………………………………………………………………..15
تصویر 2- ساختمانهای خاک پناه در جنوب تونس………………………………………………………………….19
تصویر 2- ساختمانهای خاک پناه در شمال غرب چین……………………………………………………………..19
تصویر 4-پراکندگی گونه مسکونی خاک پناه در سراسر جهان بر اساس مستندات تاریخی……………..20
تصویر 5- پراکندگی گونه های مختلف ساختمان خاک پناه در اقلیم های مختلف ایران…………………21
تصویر 6- ترسیم شماتیک نوسان دریافت گرما از طریق خاک در عمقهای مختلف……………………..35
تصویر 7- تاخیر زمانی در عمق ساختمان……………………………………………………………………………….37
تصویر 8– تعامل بین پوستهی زمین و تابش خورشید…………………………………………………………………47
تصویر 9- مقطع سرداب خانه سیگاری در یزد…………………………………………………………………………67
تصویر 10- آب انباری در شهر یزد……………………………………………………………………………………..68
تصویر 11- روند شکل گیری گودال باغچه…………………………………………………………………………..69
تصویر 12- مقطع خانه گودال باغچه…………………………………………………………………………………….70
تصویر 13-عکس هوایی محدوده قرارگیری خانهی هوشمند…………………………………………………….77
تصویر 14و15- خانه هوشمند نمونه ای از خانه گودال باغچه شهر یزد……………………………………….77
تصویر 16- حسگر st-174 B……………………………………………………………………………………………78
تصویر 17- پلان حیاط گودال باغچه و محل قرارگیری حسگر حرارتی در اتاق نمونه در زیر زمین خانه هوشمند……………………………………………………………………………………………………………………………79
تصویر 18- مقطع اتاق نمونه در زیر زمین خانهی هوشمند…………………………………………………………79
تصویر19- مدل هندسی پیشنهاد شده BestCase 900 ASHRAE………………………………………….82
تصویر 20- نمونه های مدل شده در هشت عمق مختلف در زیر خاک رسی منطقه یزد………………..86
1- فصل اول: کلیات و شرح موضوع
1-1- مقدمه:
تولید مصالح و احداث ساختمان در سال های اخیر، انرژی بسیار زیادی را به خود اختصاص داده و به آلودگی های زیست محیطی فراوانی نیز منجر شده است. انتشار گرد و غبار حاصل از عملیات ساختمانی در مناطق مختلف، پخش آلودگی های شیمیایی ناشی از تولید مصالح ساختمانی، آلودگی های گازی و ذرات معلق پخش شده در هوا که ناشی از حمل و نقل مصالح ساختمانی به محل های مورد نظر است و نیز تولید زباله های ساختمانی از جمله موارد عمده آلودگی های زیست محیطی تحت تاثیر صنعت ساختمان می باشد. همچنین مصرف بسیار زیاد سوختها و منابع طبیعی جهت تامین سرمایش و گرمایش ساختمان، آینده تامین منابع مورد نیاز نسل آینده و محیط زیست را به خطر میاندازد. لذا ضروری است تا راهبردهای طراحی در ساختمانهای جدید، با هدف کاهش آلودگیهای زیست محیطی، جهتگیری شود. جهت تحقق این هدف، طراحی ساختمان و سیستمهای غیرفعال ایدهای است که نیاز به تحقیق و آزمایش در مناطق مختلف دارد .
ساختمانهای خاک پناه از جمله ایدههایی است که به صورت غیرفعال، کاهش مصرف انرژی ساختمان و تامین آسایش حرارتی را تا حد بسیار زیادی تضمین مینماید. این پژوهش نحوه عملکرد حرارتی این گونه ساختمانی را در منطقه اقلیمی گرم و خشک شهر یزد، از جوانب مختلف بررسی مینماید. چگونگی پاسخ این گونه ساختمانی در شرایط مختلف اقلیمی و کالبدی شهر یزد، رهنمود مهمی در عرصه طراحی، ساخت و بهبود ساختمانهای غیرفعال است.
1-2- شرح وبیان مسئله:
با گسترش شهرها و رشد ساخت و ساز، عوامل زیادی که آسایش همهجانبهی ساکنان را تامین می کند، مورد غفلت قرار گرفته است. عدم همخوانی ساختمان ها با اقلیم و بوم منطقه و فراموشی تجربههای گذشته باعث آسیب هایی شده است که از آن جمله میتوان به عدم آسایش حرارتی و احساس رضایتمندی و هم چنین بالاتر رفتن مصرف انرژی اشاره نمود (Al-Neama, 2011). در نتیجه عدم توجه به طراحی اقلیمی، یکی از ساختارهای فراموش شده، ساختمانهای خاک پناه میباشند که در بسیاری از شهرهای ایران رواج داشته اند. این ساختار در بسیاری از اقلیمها به صورت گودال باغچه و در بسیاری از مناطق دیگر به صورت خانههای دستکند به چشم میخورد. بررسی دقیق تعامل این نوع ساختمانها با زمین و خاک اطراف یکی از چالشهای قابل مطالعه است. لذا بررسی ویژگیها و عملکرد حرارتی این الگوها در شرایط آب و هوایی مختلف، جهت توسعه این ساختار به عنوان یک الگوی مناسب برای ساختمانهای امروزی، شایان اهمیت میباشد.
1-3- ضرورت و اهمیت موضوع تحقیق:
خاک یکی از ارزان ترین و در دسترسترین مصالحی است که در اکثر مکانها یافت می شود. عملکرد حرارتی خاک یکی از اثراتی است که با ساخت و ساز جدید و ورود مصالح مدرن مورد غفلت واقع شده است. خاک در ضخامت وعمقهای متفاوت، عملکرد حرارتی متفاوتی دارد. این مصالح که خاصیت اینرسی حرارتی مناسبی دارد، می تواند نقش پررنگی در تامین آسایش حرارتی ساکنین ساختمان ها ایفا کند. (Al-Neama, 2011)
پناه بردن به دل زمین و استفاده ازخاصیت حرارتی خاک یکی از ترفندهایی است که در گذشته بر حسب تجربه، در اکثر اقلیمهای ایران مورد استفاده قرار میگرفته است. فهم و بررسی چگونگی رفتار خاک و اندرکنش بین زمین و ساختمان فرو رفته در دل آن در اقلیمهای متفاوت ایران یکی از خلاءهایی است که باید بصورت کمی و کیفی کار شود. بررسی رفتار حرارت منتقل شده از محیط به ساختمان، از طریق خاک به طوری که اثرات آن بر آسایش حرارتی ساکنان درنظر گرفته شود، از دغدغههای مهمی است که باید به آن پرداخته شود. بر اساس این موضوع، چگونگی طراحی و چیدمان فضای ساختمانهای خاک پناه بایستی بهتر درک شود تا بتوان از این فضاها به منظور تأمین وارتقای آسایش حرارتی استفاده مؤثرتری نمود.
تاکنون در ایران به صورت تخصصی و با نگاه اهمیت مصرف انرژی این گونه ساختمانی مورد مطالعه قرار نگرفته است. درک صحیح رفتار حرارتی این گونه ساختمانی و ارائه قواعد صحیح، برای طراحی، ساخت و اجرای صحیح آن ضروری میباشد. از آن گذشته این اصول و قواعد می تواند به صورت راهکارهایی در تدوین استانداردهای مرتبط داخل کشور نظیر مباحث مقررات ملی ساختمان استفاده گردد.
1-4- اهداف تحقیق مورد نظر:
1- امکان سنجی استفاده از الگوی گونه های موفق خانه های سنتی خاک پناه با کارایی حرارتی بالا و ارائه راهکار برای بهینه کردن عملکرد حرارتی آنها.
2- ارائه گونه بندی جدیدی از ساختمان های خاک پناه مطابق با اقلیم بر اساس کارایی حرارتی آنها.
3- بررسی رفتار خاک در برابر انتقال حرارت از محیط به ساختمان خاک پناه.
1-5- کاربرد نتایج تحقیق:
فهم دقیق و صحیح رفتار انتقال حرارت به محیط داخل ساختمان از طریق خاکی که ساختمان را احاطه کرده است، گامی موثر جهت حل بسیاری از چالش های نیاز به انرژی است. اثبات این قضیه که خاک با رفتارهای متفاوت خود، هم می تواند نقش عایق را بازی کند و هم ذخیره حرارتی بالایی داشته باشد، کمک بزرگی برای کاهش نیاز به انرژی جهت تأمین آسایش حرارتی است. درک صحیح این موضوع و ارائه قواعد صحیح، برای طراحی اقلیمی، ساخت و اجرا ضروری میباشد. از آن گذشته این اصول و قواعد می تواند به صورت راهکارهایی در تدوین استانداردهای مرتبط داخل کشور نظیر مباحث مقررات ملی ساختمان استفاده گردد. ساختارهای خاک پناه با بهره گیری از رفتار حرارتی خاک میتوانند به عنوان یک ساختار مفید در ساختمانهای امروزی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر ساختمانهای با کاربری خصوصی و عمومی، سایر ساختمانهایی که کاربران خاص دارند، مانند پناهگاههای زیر زمینی، مراکز صنعتی و تولیدی که در زمین فعالیت می کنند نیز میتوانند از این رهآورد بهره بگیرند.
1-6- فرضیه ها یا سؤال های تحقیق:
1-6-1- فرضیه ها:
دستیابی به راهکارهایی نوین در جهت کاهش اتلاف حرارت ساختمان از طریق به کارگیری ساختمان های خاک پناه منطبق بر الگوی بهینه شده میسر می باشد.
1-6-2- سوال ها:
- انتقال حرارت از طریق خاک به داخل ساختمانهایی که آن را در بر میگیرد، چه تاثیری بر آسایش حرارتی ساکنین میگذارد؟
- عوامل مؤثر در عملکرد حرارتی ساختمان های خاک پناه چه بوده است؟
- رفتار حرارتی ساختمانهای خاک پناه در اقلیم گرم و خشک به چه صورت است؟
قیمت :37500 تومان
بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد
و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.
پشتیبانی سایت serderehi@gmail.com
[add_to_cart id=158061]