طراحي اقليمي فرم، نسبت ابعادي و جهت استقرار ساختمان بر اساس تابش خورشيد در شهر تهران

Climatic design of form, aspect ratio and building’s orientation based on solar radiation in Tehran

با توجه به شرايط خاص جغرافيايي- اقليمي و مصرف بسيار بالاي انرژي‌هاي فسيلي در شهر تهران، طراحي و ساخت بناها و فضاهاي شهري همساز با اقليم و در راستاي بهره‌مندي مطلوب از انرژي‌هاي تجديدپذير از جمله انرژي خورشيدي ضروري است. ويژگي‌هاي كالبدي ساختمان‌ها نقش بسيار مهمي در تنظيم شرايط خرد اقليم و وضعيت حرارتي فضاهاي داخلي و بيروني ساختمان‌ها دارد. هدف اين تحقيق تعيين فرم، نسبت ابعادي و جهت‌گيري مناسب ساختمان‌ها بر اساس ميزان دريافت تابش خورشيدي در شهر تهران است. در اين تحقيق شش فرم هندسي از جمله مربع، مستطيل، شش ضلعي، هشت ضلعي، شانزده ضلعي و سي و دو ضلعي (دايره) با مساحت و ارتفاع برابر و در راستاي رو به جنوب مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از نرم‌افزار Q-BASIC، زاويه سمت و ارتفاع خورشيد استخراج شده، سپس بر اساس روش محاسباتي "قانون كسينوس"، ميزان انرژي تابشي دريافتي سطوح قائم ساختمان‌ها در 32 جهت جغرافيايي محاسبه گرديد. نتايج نشان مي‌دهد كه بيشترين ميزان انرژي دريافتي سالانه مربوط به فرم مستطيل با راستاي شمالي- جنوبي و كمترين نيز مربوط به فرم مستطيل با راستاي شرقي- غربي است. بهترين فرم ساختمان در شهر تهران، مستطيل با راستاي شرقي- غربي و بعد از آن فرم مربع است. مناسب‌ترين نسبت ابعادي براي فرم مستطيل با راستاي شرقي- غربي در شهر تهران، نسبت 1:1/4 است. مناسب‌ترين جهات استقرار ساختمان براي نسبت ابعادي تعيين شده، جهت جهت 165 درجه جنوب شرقي و غربي و بعد از آن جهت رو به جنوب است.

Considering the special geographical-climatic conditions and the high consumption of fossil fuels in Tehran, the design of buildings, consistent with the climate and in order to benefit from renewable energies such as solar energy is necessary. The physical characteristics of buildings have a very important role in the regulation of microclimate conditions and thermal situation of interior and exterior spaces of buildings. The aim of this research is to determine the proper form, aspect ratio and orientation of buildings, based on the amount of received solar radiation in Tehran. In this research, six geometric forms, including square, rectangle, hexagonal, octagonal, hexadecagon and triacontadigon with an equal area and elevation were studied. Using the Q-BASIC software, the azimuth angle and altitude of the sun were extracted, then, based on “Law of Cosines” computational method, the amount of energy received at the vertical surfaces was estimated in 32 geographic directions. The results show that the highest amount of annual received energy is related to the rectangular form with the North-South orientation and the least amount is related to the rectangular form with East-West orientation. The best form of building in Tehran is a rectangle with East-West orientation and after that is the square form. The most suitable aspect ratio for the rectangular form with the East-West orientation is the ratio of 1: 1.4. The most appropriate orientations for the specified aspect ratios, are the 165 degrees South-East and South-West and then is the directions to the South.