ارزیابی عملکرد سایبان و بام سبز برای محافظت حرارتی از ساختمان ها

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

2. فرمول نویسی ریاضیاتی

3. نتایج و مباحثه

4. نتایج

مقاله ی حاضر یک مدل ریاضیاتی برای ارزیابی ظرفیت سرمایشی بام سبز و سایبان حرارتی خورشیدی در ساختمان ها را توصیف می کند. یک رویکرد حجم کنترل مبتنی بر روش های تفاضل محدود به منظور تحلیل مولفه های بام سبز، سایبان سبز انعکاسی ، خاک و لایه ی پشتیبان مورد استفاده قرار گرفت. علاوه بر این، این مدل های مجزای منفرد با استفاده از الگوریتم تکرارشونده ی نیوتن ادغام شدند تا تقارب برای پیوستگی متغیر های وضع رابط بدست آید. مدل بام سبز با استفاده از تکنیک تبدیل سریع فوریه (FFT) در متلب در کد نویسی شبیه سازی ساختمان در برگرفته شد. این مدل در برابر داده های تجربی از یک باغ با بام سبز مشابه در یامونا نگار (هند) اعتباردهی شد، و سپس به منشور پیش بینی تغییرات در دمای هوای سایبان، که شار حرارتی را از طریق بام و دمای هوای داخلی وارد می کرد، مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان دادند که این مدل در پیش بینی دمای هوای سایبان سبز و تغییرات دمای هوای داخلی بسیار دقیق عمل کرده است (محدوده خطا به ترتیب 3.3% ± و 6.1% ±). این نتایج سپس برای مطالعه ی عملکرد حرارتی بام سبز ترکیب شده با سایبان خورشیدی مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن بودند که ظرفیت سرمایشی بام سبز برای حفظ یک متوسط دمای هوای اتاق به میزان 25.7 درجه سانتی گراد کافی است (3.02 کیلووات ساعت در هر روز برای LAI 4.5). مدل حاضر را به سادگی می توان با کد های شبیه سازی ساختمان و خانه های سبز مختلف ادغام کرد. © 2005 منتشر شده توسط الزوایر با مسئولیت محدود.

استفاده ی بیش از حد از زمین برای اهداف گوناگون موجب کاهش سطوح گیاهی سبز شده است. همانطور که توسط بسیاری از محققان تایید شد [1-5]، به منظور جلوگیری از اثرات خطرناک و دردناک جزیره گرمایی شهری نیاز ناگزیر به سطوح گیاهی کاشته شده کاملاً غیر قابل اجتناب است. محدودیت های فضایی موجب کاهش بیشتر قابلیت عملکردی سطوح سبز در نواحی مختلف پیرامون پوشش ساختمانی شده اند. در نتیجه، بام های سبز تنها گزینه ی امیدوار کننده و پایدار ساز در طرح فعلی به شمار می رود. محافظت گرمایی خوب می تواند تا حد زیادی از بارهای حرارتی بالا که اثر بدی بر شرایط آسودگی ساختمان طی تابستان دارد را بکاهد. یومورفوپولو و آراوانتینوس [2] گزارش دادند که بام های سبز نه تنها به کاهش بار های حرارتی بر پوسته ی ساختمان کمک می کنند، بلکه اثرات جزیره گرمایی شهری در نواحی ساخته شده متراکم دارای محیط زیست طبیعی کم را نیز کاهش می دهند. اکبری و همکارانش [6] ظرفیت انرژی سرمایشی درختان سایه دار را با کاهش دمای متوسط محلی توصیف کرده اند. به منظور عملکرد های بیولوژیکی مانند فتوسنتز، تنفس، ترشح و تبخیر، مواد شاخ و برگ نسبت قابل توجهی از تابش خورشیدی را جذب می کنند. تکنیک های محافظت حرارتی بام سبز می تواند درجه ی بالایی از کاهش دمای هوای محلی نزدیک سایبان را فراهم کنند، بنابراین، کاهش شار حرارتی ورودی در ساختمان کاهش می یابد. یک مطالعه که توسط انمورا [4,7] انجام شده است آشکار کرد که در محیط های بسته با سقف گیاهکاری شده، دمای هوا زیر گیاهان تقریباً 5-4 درجه کمتر از دمای هوا بالای آن است. عملکرد حرارتی بام سبز با جزئیات دقیق اخیراً توسط محققان زیادی مورد مطالعه قرار گرفته است. در اینجا مطالعات انجام شده برای پیش بینی عملکرد حرارتی بام های سبز توسط دل باریو [3] و گود [8]؛ و مطالعات مربوط به اجرای بام سبز در ساختمان توسط لوزانو [9]؛ یومورفوپولو و آراوانتینوس [2] و تاکاکورا و همکارانش [10] شایان ذکر هستند. کاپلی و همکارانش [11] رفتار حرارتی و اثربخشی پوشش های گیاهی با میانگین ضریب جذب متفاوت برای تابش خورشیدی و ویژگی های پراکنشی مختلف را که سپری برای سازه های پوشش دهنده ی بام با جرم های مختلف هستند پیش بینی کردند. در یک مطالعه ی انجام شده توسط نیاچائو و همکارانش [12]، بررسی بام سبز در دو مرحله انجام شد؛ در مرحله ی اول، سنجش های داده ای جامع برای دما، هم بیرونی و هم داخلی در نظر گرفته شدند، و در مرحله ی دوم، ویژگی های حرارتی بام سبز با استفاده از یک رویکرد ریاضیاتی مورد مطالعه قرار گرفت. هویانو [13,14] یک مطالعه ی تجربی در مورد اثر پشت بام گیاه کاری شده روی محیط زیست حرارتی انجام دادند و همچنین کاربرد های اقلیمی گیاهان برای کنترل تابش خورشیدی و تلاش های انجام شده برای محیط زیست حرارتی را توصیف کردند. بسیاری از مطالعات عملکرد حرارتی بام سبز واقع در محوطه ی آزمایش را پیش بینی کرده اند یا چند تکنیک عددی را برای ارزیابی عملکرد حرارتی به کار گرفته اند. این موضوع باعث شده تا کارایی بام سبز به ساختمان های خاص محدود شود و در نتیجه تهویه حرارتی فضا از ساختمان های مختلف را نمی توان پیش بینی کرد، به همین دلیل مدل بام سبز باید در کد شبیه سازی ساختمان ادغام شود. اثر تغییرات پارامتریک در مولفه های حرارتی بام سبز روی ظرفیت سرمایشی نیز توصیف نشده است. این مدل این جنبه ها را با دربرگیری مدلسازی حرارتی مولفه های بام سبز، تغییرات حرارتی در مولفه های بام سبز و ادغام مدل با کد شبیه سازی ساختمان اصلاح کرد. فرایند انتقال گرما به بام گیاهکاری شده بسیار متفاوت از بام معمولی است، هم از لحاظ کیفی و هم از لحاظ کمّی. تحلیل بام سبز را می توان به سه منطقه ی فرعی طبقه بندی کرد، سایبان سبز انعکاسی، خاک، و پشتیبان بام. عملکرد دینامیکی هر منطقه ی فرعی را می توان ارزیابی کرد و با استفاده از شرایط مرزی به یکدیگر مرتبط ساخت. هدف مطالعه ی بام سبز چند منظوره است: تعیین اثر تغییرات در ویژگی های شاخ و برگ، شاخص برگ انعکاسی منطقه (LAI) و ضخامت ارتفاع شاخ و برگ بر عملکرد حرارتی سایبان سبز، تخمین کاهش بار حرارتی در ساختمان و ارزیابی سایه گذاری حرارتی بر تهویه ی فضای ساختمان. نتایج بدست آمده از شبیه سازی مدل بام سبز با داده های تجربی بدست آمده از بام سبز موجود با ویژگی های شاخ و برگی مشابه و پارامتر های ساختمان در بامونا نگار، ایالت هارایانا از هند اعتبار سنجی شد.