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 گونه­ی 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 گونه­ی ساختمانی، در اقلیم گرم و خشک شهر یزد به عنوان نمونه­ی 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

 

1-1- مقدمه: 1

 

1-2- شرح وبیان مسئله: 1

 

1-3- ضرورت و اهمیت موضوع تحقیق: 2

 

1-4- اهداف تحقیق مورد نظر: 3

 

1-5- کاربرد نتایج تحقیق: 3

 

1-6- فرضیه ها یا سؤال های تحقیق: 4

 

1-6-1- فرضیه ها: 4

 

1-6-2-   سوال ها: 4

 

1-7- شرح روش تحقیق 4

 

1-8-محدودیت ها 5

 

1-9- ساختار فصول رساله. 6

 

1-10- نتیجه گیری 7

 

فصل دوم- مرور تحقیقات انجام شده. 8

 

2-1-مقدمه. 8

 

2-2- چالش انرژی 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

 

2-7-1-1-2- اینرسی حرارتی 23

 

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

 

2-7-1-3-2- حفظ اکولوژی 25

 

2-7-1-3-3- کارآیی در مصرف زمین 26

 

2-7-1-4- مزایا با رویکرد اهمیت چرخه زندگی بنا 26

 

2-7-1-4-1- محافظت 26

 

2-7-1-4-1-1- عوامل طبیعی 26

 

2-7-1-4-2- آلودگی صوتی  و ارتعاش. 26

 

2-7-1-4-3- حفاظت کالبد بنا 27

 

2-7-1-4-4- حفاظت از مواد داخل بنا 27

 

2-7-1-4-5- امنیت 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- مرور ادبیات: 34

 

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

 

2-9-1- جهتگیری. 39

 

2-9-2- تهویه 40

 

2-9-3-  نور طبیعی. 41

 

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

 

2-10-1-1- اینرسی حرارتی. 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

 

2-12- جمع بندی 52

 

فصل سوم: 54

 

3-1- مقدمه. 54

 

3-2- بررسی اقلیمی شهر یزد. 54

 

3-2-1- خصوصیات جغرافیایی و اقلیمی یزد 54

 

3-2-2- تحلیل داده های اقلیمی شهر یزد 55

 

3-2-2-1- دمای هوا 56

 

3-2-2-2- رطوبت نسبی هوا 58

 

3-2-2-3- باد. 58

 

3-2-2-4- نمودار سایکرومتریک. 59

 

3-2-2-4-1-گرمایش. 60

 

3-2-2-4-2- سرمایش. 61

 

3-3-  راهکارهای طراحی اقلیمی شهر یزد. 63

 

3-3-1- مقیاس شهری. 63

 

3-3-1-1- جهت گیری. 64

 

3-3-1-2- بافت متراکم. 64

 

3-3-1-3- معابر ارگانیک و سرپوشیده. 64

 

3-3-2- مقیاس بنای معماری. 65

 

ویژگی‌های معماری سنتی شهر یزد. 65

 

3-4- ایده های اقلیمی خاک پناهندگی شهر یزد. 66

 

3-4-1- سرداب 66

 

3-4-2-  آب انبار 67

 

3-4-3- گودال باغچه 68

 

3-5- نتیجه گیری 71

 

فصل چهارم: 72

 

4-1-مقدمه. 72

 

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 – 4-2-1- معرفی نمونه 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

 

4-7- شبیه سازی حرارتی 85

 

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

 

فصل پنجم. 103

 

5-1- مقدمه: 103

 

5-2- پاسخ به سوالات تحقیق 103

 

5-3- نتایج مهم مطالعات کتابخانهای 104

 

5-4- نتایج مهم مطالعات شبیه سازی 105

 

5-5- ارائه پیشنهادات 106

 

پیوست 1: 107

 

منابع و مراجع: 109

 

منابع داخلی: 109

 

منابع خارجی: 110

 

 

 

 

 

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 کاربری18

 

جدول 4- ویژگی های  فیزیکی خاک های مختلف50

 

جدول5 – جمع­بندی مزایا و معایب ساختمان­های خاک­پناه52

 

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 هوشمند81

 

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 یزد88

 

جدول 14- میزان مصرف انرژی کاربری­های متفاوت.92

 

جدول 15- نسبت تغییر دما و زمان تاخیر کاربری مسکونی به هوای بیرون95

 

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 مخلف109

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 پناه38

 

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 اشری57

 

نمودار8-دما و رطوبت نسبی برای ساعتهای مختلف در ماه های مختلف شهر یزد58

 

نمودار 9- گلباد سالانه شهر یزد.59

 

نمودار 10-نمودار سایکرومتریک شهر یزد.61

 

نمودار 11- فلوچارت روند حل مسئله­ رفتار حرارتی ساختمان خاک پناه73

 

نمودار 12-مقایسه نتیجه شبیه سازی نمونه Best Case ASHRAE-900 توسط دو نرم افزار76

 

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 شده­80

 

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 متفاوت89

 

نمودار17-مصرف انرژی کلی در کاربر­ی­های خاک پناه92

 

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 نمونه­ی مسکونی در اعماق مختلف.95

 

نمودار 21- دمای نمونه­ی مسکونی در عمق 2.5 متر.96

 

نمودار 22- دمای نمونه­ی مسکونی در عمق 2.5 در گرمترین روز سال.97

 

نمودار 23- دمای نمونه­ی مسکونی در عمق 2.5 در سردترین روز سال.97

 

نمودار 24- میزان مصرف انرژی کلی در جهتگیری های اصلی99

 

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 صبح102

 

نمودار 26- میزان مصرف انرژی سرمایشی با تغییر نرخ تعویض هوا در ساعت 24 تا 7 صبح.103