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
