بهينه سازي عملكرد حرارتي نماي دو پوسته تيپ جعبه اي با تهويه طبيعي در فصل تابستان در شهر تهران

Optimization of thermal performance of double skin façade box window type with natural ventilation in summer in Tehran

نماي دوپوسته يكي از انواع نماها در ساختمان هاي اداري است كه بين طراحان محبوبيت دارد. پارامتر هايي از جمله عمق حفره مياني، سطح مقطع دريچه هاي تهويه براي نماهاي با تهويه طبيعي، جنس، موقعيت و زاويه سايه بان، جنس شيشه جداره هاي شفاف نما بر عملكرد حرارتي نماي دو پوسته تاثير گذار است. نماي دوپوسته تيپ جعبه اي يكي از انواع اين نماها است كه با توجه به سادگي در عملكرد، نصب و بهره برداري مي تواند در ايران بيشتر مورد توجه قرار گيرد. مكانيزم عملكرد نماي دو پوسته با تهويه طبيعي وابسته به رفتار حرارتي و جريان هوا در حفره مياني است. براي آناليز رفتار حرارتي نماي دوپوسته، ديناميك سيالات محاسباتي مي تواند با هدف ارتقا و بهبود عملكرد آن استفاده شود. در اين مقاله، با استفاده از نرم افزار فلوئنت، بهينه سازي عملكرد حرارتي نماي دو پوسته با تغيير سطح مقطع دريچه هاي تهويه، تغيير عرض حفره مياني و استفاده از شيشه معمولي و كم گسيل براي جداره هاي شفاف، در فصل تابستان در شهر تهران مورد بررسي قرار گرفت. راستي آزمايي روش شبيه سازي ، با مقايسه اندازه گيري هاي آزمايشگاهي يك نمونه نماي دو پوسته تيپ جعبه اي با تهويه طبيعي، ثبت شده در دانشگاه سالفورد منچستر انگلستان با نتايج شبيه سازي همان نمونه در نرم افزار فلوئنت انجام شد. نتايج پژوهش نشان داد، افزايش عرض حفره مياني مي تواند منجر به بهبود عملكرد حرارتي نما شود. افزايش سطح مقطع دريچه هاي تهويه ورودي و خروجي و به تبع آن افزايش نرخ حجمي جريان هوا در حفره مياني لزوما منجر به ارتقا عملكرد حرارتي نما نمي شود و استفاده از شيشه كم گسيل در قياس با شيشه هاي معمولي، مخصوصا براي جداره خارجي نماي دو پوسته باعث كاهش شار گرمايي عبوري از سطح شيشه داخلي نماي دو پوسته به داخل فضاي ساختمان به مقدار متوسط 23/1% مي شود. در نهايت براي طراحي بهينه نماي دو پوسته توجه به تمامي متغير هاي اثر گذار در عملكرد نما و انجام آناليز هاي اقتصادي براي انتخاب از بين گزينه هاي با عملكرد حرارتي مناسب، الزامي است.

Double skin façade (DSF) is a popular type of façade in office buildings among designers. The naturally ventilated double skin façade (NVDSF) is one of the types, which is notable in terms of its energy performance mechanism. Thus, the design of the façade in accordance with climatic conditions is crucial to improve its ventilation function and increase energy savings. The NVDSF functional mechanism is based on thermal performance and airflow in the cavity. Computational Fluid Dynamics (CFD) is used to promote and improve the function of these façades. In this paper, the geometric features of NVDSF are examined to achieve the best flow simulation strategy to promote accuracy and fewer errors in results and obtain the optimal time for computer simulation calculations using FLUENT software and sensitivity analysis. Laboratory measurements of a NVDSF sample were used to verify the simulation results. The findings revealed that the results of the three-dimensional model are more accurate compared to the two-dimensional one, especially for predicting the temperature values of glass surfaces. Also, the Y+ parameter is the determinant parameter in choosing the mesh dimensions so that its value is about 1 for the first grid close to the walls. Determining the optimal scale of the three-dimensional model can reduce computation and design time. On the other hand, the cross section shape and the area of air inlets of NVDSF are effective parameters on façade’s thermal performance. The results showed that increasing the width of the cavity can improve the thermal performance of the facade. Increasing the cross section of the inlet and outlet ventilation consequently increasing the air flow in the cavity does not necessarily lead to improving the thermal performance of the façade. Using the low emission glass compared to ordinary glass, especially for the outer wall of the double skin façade, reduces the heat flux passing through the inner glass surface of double skin facade into the building space by an average of 23.1%. Finally, for the optimal design of double skin facade, it is necessary to pay attention to all the variables affecting the facade performance and perform economic analysis to choose from the options with suitable thermal performance