بررسی میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی مسکن زمین‌پناه در مقایسه با مدل مستقر بر سطح زمین (مطالعه موردی: شهر شیراز)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری؛ گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

2 گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

3 گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران،

4 استادیار مدعو، گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران

10.22044/tuse.2020.9423.1390

چکیده

کاهش منابع سوخت های فسیلی لزوم کاهش مصرف انرژی و رویکرد به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را الزام می کند. در اغلب کشورها ساختمان ها مسئول حداقل 40درصد مصرف کل انرژی هستند و این مقدار در کشورهای در حال توسعه باز هم در حال افزایش است؛در عین حال رسیدن به آسایش حرارتی در مناطقی با اقلیم گرم و خشک بدون استفاده از دستگاه های مکانیکی بسیار دشوار است و استفاده از تکنیک های طراحی غیرفعال کمک قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی می کند.یکی از روش های کاهش کل انرژی مورد نیاز،جایگزینی ساختمان های زمین پناه با ساختمان های معمولی بالای سطح زمین است.ساختمان های زمین پناه به عنوان جایگزینی مناسب برای ساختمان های متعارف از نظر کاهش مصرف انرژی و در عین حال احیاء کننده فضاهای آزاد سطح زمین معرفی می شوندکه به سهم خود با تکیه بر ظرفیت حرارتی زمین، مسیر حرکت به سمت توسعه پایدار در زمینه ساخت و سازرا تسهیل می بخشند. در این پژوهش با هدف بررسی عملکرد حرارتی بنای زمین پناه، میزان مصرف انرژی در یک مدل ساختمانی زمین پناه در اعماق متفاوتی از خاک در مقایسه با ساختمانی مستقر بر سطح زمین مورد بررسی قرار گرفت و بدین منظور، ابتدا مدل سازی با نرم افزاراکوتکت انجام شد، سپس دمای خاک در شهر شیراز در اعماق متفاوت با استفاده از فرمول مربوطه و اطلاعات آب و هوایی از نرم افزار متئونرم جهت ورود به نرم افزار انرژی پلاس استخراج گردید. و در نهایت شبیه سازی حرارتی با نرم افزار انرژی پلاس صورت گرفت . نتایج شبیه سازی ها نشان داد که با توجه به پارامترهای خاک در نظر گرفته شده برای شهر شیراز، میزان صرفه جویی در مصرف سالیانه انرژی به ترتیب برای بارهای سرمایشی وگرمایشی برای ساختمان مستقر در عمق 6 متری زمین به عنوان عمق بهینه، حدود 50% و 20% کمتر از ساختمان غیر زمین پناه مستقر بر سطح زمین است و برای ساختمانی در همین عمق خاک ، مجموع انرژی سالیانه مصرفی در زمینه سرمایش و گرمایش 40 درصد کمتر از ساختمان روی سطح زمین و غیر خاک پوش است. همچنین عملکرد حرارتی ساختمان های زمین پناه نشان می دهد که آنها در زمینه کاهش بارهای گرمایشی نسبت به بارهای سرمایشی کارایی بالاتری دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Iinvestigation of Energy Conservation in Earthsheltered House in Comparision to Aboveground Model(Case Study:Shiraz City)

نویسندگان [English]

  • A. Eghtedari 1
  • T. Nasr 2
  • Kh. Movahed 3
  • Z. Barzegar Marvasti 4
1 master
2 Assistant Professor, Faculty of Art and Architecture, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Art and Architecture, Shiraz Branch, Islamic Azad University, Shiraz, Iran
4 master
چکیده [English]

کاهش منابع سوخت های فسیلی لزوم کاهش مصرف انرژی و رویکرد به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر را الزام می کند. در اغلب کشورها ساختمان ها مسئول حداقل 40درصد مصرف کل انرژی هستند و این مقدار در کشورهای در حال توسعه باز هم در حال افزایش است؛در عین حال رسیدن به آسایش حرارتی در مناطقی با اقلیم گرم و خشک بدون استفاده از دستگاه های مکانیکی بسیار دشوار است و استفاده از تکنیک های طراحی غیرفعال کمک قابل توجهی به کاهش مصرف انرژی می کند.یکی از روش های کاهش کل انرژی مورد نیاز،جایگزینی ساختمان های زمین پناه با ساختمان های معمولی بالای سطح زمین است.ساختمان های زمین پناه به عنوان جایگزینی مناسب برای ساختمان های متعارف از نظر کاهش مصرف انرژی و در عین حال احیاء کننده فضاهای آزاد سطح زمین معرفی می شوندکه به سهم خود با تکیه بر ظرفیت حرارتی زمین، مسیر حرکت به سمت توسعه پایدار در زمینه ساخت و سازرا تسهیل می بخشند. در این پژوهش با هدف بررسی عملکرد حرارتی بنای زمین پناه، میزان مصرف انرژی در یک مدل ساختمانی زمین پناه در اعماق متفاوتی از خاک در مقایسه با ساختمانی مستقر بر سطح زمین مورد بررسی قرار گرفت و بدین منظور، ابتدا مدل سازی با نرم افزاراکوتکت انجام شد، سپس دمای خاک در شهر شیراز در اعماق متفاوت با استفاده از فرمول مربوطه و اطلاعات آب و هوایی از نرم افزار متئونرم جهت ورود به نرم افزار انرژی پلاس استخراج گردید. و در نهایت شبیه سازی حرارتی با نرم افزار انرژی پلاس صورت گرفت . نتایج شبیه سازی ها نشان داد که با توجه به پارامترهای خاک در نظر گرفته شده برای شهر شیراز، میزان صرفه جویی در مصرف سالیانه انرژی به ترتیب برای بارهای سرمایشی وگرمایشی برای ساختمان مستقر در عمق 6 متری زمین به عنوان عمق بهینه، حدود 50% و 20% کمتر از ساختمان غیر زمین پناه مستقر بر سطح زمین است و برای ساختمانی در همین عمق خاک ، مجموع انرژی سالیانه مصرفی در زمینه سرمایش و گرمایش 40 درصد کمتر از ساختمان روی سطح زمین و غیر خاک پوش است. همچنین عملکرد حرارتی ساختمان های زمین پناه نشان می دهد که آنها در زمینه کاهش بارهای گرمایشی نسبت به بارهای سرمایشی کارایی بالاتری دارند.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Conservation
  • thermal comfort
  • Sustainable Development
  • Earthsheltered Building
  • Soil Temperature
  • Thermal Simulation
Akrami, F., & Nasrollahi, N. (1395). Investigating the Effect of Energy Efficiency for the Earth-Sheltered Buildings in Different Uses (Case Study: Hot-arid Climate of Yazd). Scientific Journal of Maremat & Me'mari-e Iran, 6(11). 41-50.

Al-Temeemi, A., & Harris, D. J. (2004, March). A guideline for assessing the suitability of earth sheltered mass-housing in hot-arid climates, Energy and Buildings. Volume 36, 251–260. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2003.12.005

Amores, C. P., Mazarron, F. R. & Cid- Falceto J. & Canas, I. (2011). Energy efficient underground construction: natural ventilation during hot periods.Volume 26. Singapore: International Conference on Petroleum and Sustainable Development.

Anselm, A. J. (2008). Passive annual heat storage principles in earth sheltered housing, a supplementary energy saving system in residential housing, Energy and Buildings. 40(7), 1214-1221. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.11.002

  Ayien, S., & Kurd Jamshidi, M., & Pour Fallah, H. (1394), Investigating the thermal performance of cliff architecture in Kandovan village. Vernacular arts studies, 97-112

Benardos, I., Athanasiadis, N., & Katsoulakos F. (2014). Modern earth sheltered constructions: A paradigm of green engineering, Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 41, 46–52. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.tust.2013.11.008

Carmody, J., & Sterling, R. (1993). Underground Space Design. (PP. 56-60). NewYork: Van Nostrand Reinhold.

Delangizaan, S., Soheyli, K., & Baharipour, S. (1394). Assessing the impact of traditional population structure on household energy consumption in Iran. Eghtesad,12(2),105-135.

El-Hamid, A., Khair-El-Din, M., 1991, Earth Sheltered Housing: An Approach to Energy Conservation in Hot Arid Areas, Architecture and Planning, Vol. 3, 3-18.

Emadian Razavi, Z. (1397). Evaluation of thermal performance of sheltered buildings in cold weather times of the year (Case study: Yazd hot and dry climate).Memari e Eghlim e Garm o Khoshk, 6(7), 85-99.

EnergyPlus Engineering Document. (2013). the Reference to EnergyPlus Calculations. Developed in collaboration by NREL, LBNL, ORNL, and PNNL.

Eskin, N., & Turkmen, H. (2008). Analysis of Annual Heating and Cooling Energy Requirements for Office Buildings in Different Climates in Turkey, Journal of Energy and Building,(40), 763-773.

Ghiabakloo, Z. (1393). Passive cooling, Tehran, Jahad Daneshgahi Publications.

Ghiaii,M., Mahdavinia,M., Taahbaaz, M., & Mofidi Shemirani,. M. (1392). Methodology of selecting energy simulator application software in the field of architecture. Hoviateshahr, 13(7), 5-15

Gholizadeh, A., & Barati, j. (1392). Analysis of factors affecting household energy consumption and household electricity consumption in Iran with emphasis on energy efficiency. Eghtesaad & tejarat e novin Trade, 26(7), 145-167

Hassan, H., Arima, T., Ahmed, A, & Sumiyoshi, D., & Akashi, A. (2014). Testing the Basements Thermal Performance as an Approach to the Earth-Sheltered Buildings Application at Hot Climates, Case Study (Egypt). Conference. Japan: The 2nd Asia Conference of International Building Performance Simulation Association.

Imani, F., & Heydari, Sh. (1397, Springe and summer). Investigating the energy consumption of an underground building compared to a similar model on the ground in climates Tehran,Yazd and Tabriz. Motaleat e memari e irani, 13(7).

Jafari, s. (1391). Land-based architecture is a successful example of green architecture. Technical - Proffessional journal of Danesh-Nama, 21(3), 29-35

Khodabakhshian, M., & Mofidi, m., (1393, Springe).  Underground spaces in arid climate architecture of Iran. Hoviateshahr. 8(17), 35-44

Kumara, R., Sachdevab, S. & Kaushik, S. C. (2007, June). Dynamic Earth-Contact Building: A Sustainable Low-Energy Technology. Building and Environment, 42(6), 2450–2460. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2006.05.002

Liu,  j., Wang, L., Yoshino, Y., & Lio,Y. (2011,August). The thermal mechanism of warm in winter and cool in summer in china traditional vernacular dwellings, Building and Environment, Volume 46, 1709-1715. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.02.012

Masoudinejaad, M., Tahbaaz, M., & Mofidi Shemirani, M. (1397). Evaluation of Shavadan thermal behavior, Case Study: Dezful, Soozangara house. Motaleat e memari e irani. 7(13), 49-70

Molaii, a. (1391). Sustainable development utilizing underground spaces, case study: Tehran, Tajrish squre. Tunneling & underground space engineering. 1(1), 69-78

Nasr, T., (1398). The significance of future studies in sustainable development Scenarios (case study: Shiraz city). Modiriat e Shahri. Volome 55, 189-208

Nazarin, a., Karimi, B., & Roshani, A. (1388). Evaluation of physical development of Shiraz city with emphasis on natural factors, Goghrafia e Cheshmandaz e Zagros. 1(1), 5-18.

Neto, A., & Fiorelli, F. (2008). Comparison between detailed model simulation and artificial neural network for forecasting building energy consumption, Journal of Energy and Building, 40(12), 2169-2176.

Saqaff, A., Alkaff, S.A., Sim, S.C., (2016, July). A review of underground building towards thermal energy efficiency and sustainable development. Renewable and sustainable energy reviews. Volume 60, 692-713. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.085

 Shan, M., Hwanga, B., Kristie, & NiWong, S. (2017, November). A preliminary investigation of underground residential buildings: Advantages, disadvantages, and critical risks, Tunnelling and Underground Space Technology, Volume70, 19-29. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.tust.2017.07.004

Shin, J. Y., Yun, G.Y., & Kim, J.T., (2011). Day lighting and energy performance prediction of a light pipe used in underground parking lots. Korea: 5TH international symposium on sustainable healthy buildings.

Soh, c., Christopoulos, G., Roberts, A., &Lee, E. (2016). Human-centered Development of Underground work Spaces. Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development, (PP. 12-15). Russia: 5th International scientific conference.

Stanic, M., & Nowak, H., (2011), Analysis of the Earth sheltered buildings heating and cooling energy demand depending on type of soil, Archives of Civil and Mechanical Engineering. Volume 11, 221-235, retrieved from https://doi.org/10.1016/S1644-9665(12)60185-X

Thesis: Al-Neama, B. (2011), Energy Performance of Earth Sheltered Spaces in Hot Arid Regions. Msc Dissertation. The British University in Dubai, Faculty of Engineering&It.

 Thesis: van Dronkelaar, C., (2013). Underground buildings - Potential in terms of energy reduction, MSc Thesis, Department of the Built Environment, Eindhoven University of Technology.

Van Dronkelaar, C., Costola, D., Mangkuto, R., & Hensen J. (2014). Heating and cooling energy demand in underground buildings; potential for saving compared to aboveground buildings for various cilmates and buildings functions, Energy and Buildings, volume71, 129-136. Retrieved from https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.12.004

Yu, J., Yang, Ch., & Tian. L, (2008). Low-Energy Envelope Design of Residential Building in Hot Summer and Cold Winter in China. Journal of Energy and Building, (40), 1536-1546.