ارزیابی آسایش حرارتی ساختمان به کمک بام سبز ارتقایافته با مواد تغییرفازدهنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکدۀ مهندسی انرژی و منابع پایدار، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشکدۀ مهندسی انرژی و منابع پایدار، دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.22059/ses.2024.374038.1060

چکیده

یکی از اهداف مهم توسعۀ پایدار، حفظ طبیعت و اصلاح آن است و تجلی توسعۀ پایدار در حوزۀ محیط ساخته‌شده، معماری پایدار نامیده می‌شود. بام سبز یکی از رویکردهای نو معماری و شهرسازی و برخاسته از مفاهیم توسعۀ پایدار است که از آن می‌توان به‌ منظور افزایش سرانۀ فضای سبز، ارتقای کیفیت محیط‌ زیست و توسعۀ پایدار شهری بهره برد. از سوی دیگر امروزه با توجه به افزایش نیاز به انرژی و محدودیت سوخت‌های فسیلی به‌ عنوان منابع رو به اتمام و آلایندۀ محیط ‌زیست، نیاز به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر بیشتر احساس می‌شود. یکی از انرژی‌هایی که کاربرد آن رو به افزایش است، انرژی حرارتی است. یکی از روش‌های ذخیره‌سازی انرژی حرارتی استفاده از مواد تغییرفازدهنده است. این پژوهش با هدف بهینه‌سازی حرارتی بام سبز با استفاده از مواد تغییرفازدهنده تهیه ‌شده است. با انتخاب مواد تغییرفازدهندۀ زیستی به‌ عنوان مادۀ تغییر فاز مورد استفاده در بام پژوهش مورد نظر در سه مدل و سه کاربری مختلف با استفاده از نرم‌افزار انرژی پلاس انجام شد. طبق نتایج به‌دست‌آمده مدل بام سبز بهینه‌شده با مواد تغییرفازدهنده در هر سه کاربری مختلف ساختمان باعث افزایش دما در ساختمان در فصل‌های سرد و افزایش قابل ‌توجه دما در فصل‌های گرم سال و رسیدن به آسایش حرارتی شده است. بنابراین طبق نتایج به‌دست‌آمده استفاده از بام سبز به ‌طور مجزا باعث تعادل بیشتر دمایی می‌شود. به صورت میانگین مشاهده شد که درصد افزایش و کاهش دما در مدل 3 نسبت به مدل 2 در هر سه کاربری 10 درصد بیشتر است و کاهش مصرف انرژی سرمایشی در کاربری تجاری 7/8 درصد، کاربری اداری 1/10 درصد و کاربری مسکونی 8/10 درصد بیشتر است. همچنین کاهش مصرف انرژی گرمایشی در کاربری تجاری 1/10درصد، در کاربری اداری 5/8 درصد و در کاربری مسکونی 2/5 درصد بیشتر است. در انتها توجیه اقتصادی نیز ذکر شده است که کاهش چشمگیر هزینه‌ها مشاهده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Thermal Comfort of a Building Equipped with Upgraded Green Roof with Phase Change Materials

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Jahangir 1
  • Armita Fathi 2
1 Associate Professor, School of Energy Engineering and Sustainable Resources, College of Interdisciplinary Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran
2 M.Sc. Student, School of Energy Engineering and Sustainable Resources, College of Interdisciplinary Science and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the most important goals of sustainable development is to preserve nature and improve it, and the manifestation of sustainable development in the built environment basin is called sustainable architecture. Green roof is one of the new approaches to architecture and urban planning and arises from the concepts of sustainable development, which can be used to increase the per capita green space, improve the quality of the environment. Today, due to the increasing need for energy and the limitation of fossil fuels as depleting and polluting sources of the environment, the need to use more renewable energy sources is felt. One of the increasing uses of energy is thermal energy. One of the methods of thermal energy storage is the use of phase change materials. This research has been prepared with the aim of thermal optimization of green roof using phase change materials. By selecting biodegradable materials as phase change materials used in the roof, the research was conducted in three models and three different uses, using Energy Plus software. According to the results, the green roof model optimized with phase change materials in all three different uses of the building has increased the temperature in the building in cold seasons and significantly increased the temperature in hot seasons, and achieved thermal comfort. Therefore, according to the results, using green roof separately causes more temperature balance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Green Roof
  • Phase Change Materials
  • Renewable Energy
  • Sustainable Architecture
  • Sustainable Development

مراجع

  1. Technology Roadmap. Solar Heating and Cooling. International energy Agency (IEA). Available from, 10-30-2012.
  2. United Nation, Department of Economic and Social affairs, Accessed 2018.
  3. Farhoudi R.,Rahnamaei M. & Teymouri E. Measuring the sustainable development of urban neighborhoods using fuzzy logic and geographic information system (case study: District 17 of Tehran Municipality). Human Geography Research Quarterly,2011, Volume 43, Number 77, pp. 89-110. [Persian]
  4. Luczac A. & Just M. Sustainable development of territorial units: MCDM approach with optimal tail section, Ecological modelling,2021. Vol. 457, pp. 109675.
  5. Zandieh M. & Parvadinezhad S. Sustainable development and its concepts in Iranian residential architecture. Housing and Village Environment Quarterly,2010. Volume 29, Number 130, pp. 2-21 [Persian] .
  6. Cavadini G. & Cook L. Green and cool roof choices integrated into rooftop solar energy modelling, Applied Energy,2021. Vol. 296, pp. 117082.
  7. Maleki R. & Karegar A. Green roof, sustainable architecture and green materials and its application to reduce energy consumption. International conference New researches in civil engineering, architecture and urban planning, March 24, 2014, Istanbul. [Persian]
  8. Maftouni N. & Askari M. Biulding energy optimization: Implementing green roof and rainwater harvester system for residential building, Journal of Renewable Energy and Environment,2019. Vol. 6, No. 2, pp. 38-45.
  9. Sadeghian O., Mradzadeh A., Mohammadi-Ivatloo B., Abapour M., Anvari-Moghadam A., Shiun Lim J. & Marquez F. A comprehensive review on energy saving options and saving potential in low voltage electricity distribution networks: building and public lighting, Sustainable Cities and Socities,2021. Vol. 72, pp. 103064.
  10. Shahsavari A. & Akbari M. Potential of solar energy in developing countries for reducing energy-related emissions, Renewable and Sustainable Energy Reviews,2018. Vol. 90, pp. 275-291.
  11. Hereher M. & Kenawy A. Exploring the potential of solar, tidal, and wind energy resources in Oman using an integrated climatic-socioeconomic approach, Renewable Energy,2020. Vol. 161, pp. 662-675.
  12. Pirasaci T. Investigation of phase state and heat storage from the phase change material (PCM) layer integrated into the exterior walls of residential-apartment during heating season, Energy,2020. Vol. 207, pp. 118-176.
  13. Pandey A., Hossain M., Tyagi V., Abd Rahim N., Selvaraj A. & Sari A. Novel approaches and recent developments on potential applications of phase change materials in solar energy, Renew. Sustain. Energy Rev,2018. Vol. 82, pp. 281-323.
  14. Faraj K., Khaled M., Faraj J., Hachem F. & Castelian C. A review on phase change materials for thermal energy storage in buildings: Heating and hybrid applications, Journal of Energy Storage, 2021.Vol. 33, pp. 101913.
  15. Motawa, I., Almarshad, A. A knowledge-based BIM system for building maintenance. Autom. Constr. 29,2013. 173–182.
  16. Vakilinezhad M., Dias P. & Ergan S. Achieving model-based safety at construction sites: BIM and safety requirements representation,2016. Proc., 33rd CIB W78 Conf., Auckland, New Zealand: Univ. of Auckland.
  17. Yang H., Yu H., Dong N. & Ozaki A. Thermal and energy performance of green roof and cool roof: A comparison study in Shanghi area, Journal of Cleaner Production,2020. Vol. 267, pp. 122-205.
  18. Whatley M. B. Life-cycle cost-benefit analysis of green roofing systems: the economic and environmental impact of installing green roofs on all atlanta public schools,2011. Doctoral Thesis, Georgia Institute of Technology, United State.
  19. Ouldboukhitine S., Belarbi R. & Sailor D. Experimental and numerical investigation of urban street canyons to evaluate the impact of green roof inside and outside buildings, Applied Energy,2014. Vol. 114, pp. 273-282.
  20. Zhou L., Wang Qi., Li Y., Liu M. & Wang R. Green roof simulation with a seasonally variable leaf area index, Energy & Buildings,2018. Vol. 174, pp. 156-167.
  21. Berardi U. The outdoor microclimate benefits and energy saving resulting from green roofs retrofits, Energy and Buildings,2016. Vol. 121, pp. 217-229.
  22. Kianparvar S. Analyzing the use of phase change materials in the wall of the room and estimating its effect on reducing heating energy consumption in the winter season. Under the guidance of Mehdi Marafet,2009. Technical and Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran. [Persian]
  23. Al-mudhafar A., Hamzah M. & Tarish A. Potential of integrating PCMs in residential building envelope to reduce cooling energy consumption. Case Studies in Thermal Engineering,2021 Vol.27, pp. 101360.
  24. Dutil Y., Rousses D., Lassue S., Zalewski L., Joulin A., Virgone F. & Cabeza F. Modeling phase change materials behavior in building applications: Comments on materials characterization and model validation, Renewable Energy,2014. Vol. 61, pp. 132-135.
  25. Liu Z., Hou J., Meng X. & Dewancker B. A numerical study on the effect of phase-change material (PCM) parameters on the thermal performance of lightweight building walls, Case Studies in Construction, Materials,2021. Vol. 15, pp. 758.
فصلنامه سیستم های انرژی پایدار
دوره 2، شماره 4
مهر 1402
صفحه 313-328

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار