بهينه‌ سازي سقف ساختمان سه طبقه مسكوني با كمك الگوريتم ژنتيك (مورد پژوهي: اقليم گرم‌ و خشك شهر شيراز)

Roof Optimization of Three Floor Residential Building Using G.A Case Study: Shiraz, Iran

ديواره­ هاي بنا به لحاظ تبادل حرارت و كنترل مصرف انرژي ساختمان مهم است، زيرا خارجي­ترين پوسته بناست كه در تماس مستقيم با هوا وتغييرات دما قرار دارد. بدنه سقف نسبت به ساير ديواره ­هاي ساختمان از اهميت بيشتري برخوردار است، زيرا تبادل حرارتي آن، با توجه به مساحت و زمان، نسبت به ساير ديوارها، بيشتر در معرض تابش خورشيد و ساير عوامل قرار دارد. هدف اين مقاله كاهش مصرف انرژي در ساختمان مسكوني در شهر شيراز و دستيابي به آسايش حرارتي در فضاهاي ساختمان با بهينه­ سازي سقف ساختمان است. در اين راستا پرسش زير طرح شد كه: بهينه ­ترين حالت طراحي سقف ساختمان (مصالح و روش ­هاي غير فعال طراحي) چگونه باشد تا مصرف انرژي ساختمان كمينه شود و فضاهاي بنا در محدوده آسايش حرارتي قرارگيرد؟ ميزان كاهش انرژي مصرفي ساختمان نيز مد نظر اين پژوهش بوده است. روش پژوهش، كمي است و ميزان مصرف انرژي ساختمان و شاخص آسايش حرارتي با نرم­ افزار انرژي پلاس و روند بهينه ­سازي با الگوريتم ژنتيك انجام شده است. متغيرهاي سقف بنا در سه دسته كلي: سيستم غير فعال انرژي، ويژگي­ هاي كالبدي سقف و موقعيت قرارگيري سقف، استخراج و تعريف شد. نتايج به دست آمده از محاسبات شبيه ­سازي ساختمان و خروجي تابع هدف الگوريتم ژنتيك، نشان داد كه بهترين مدل­ هاي سقف ارايه شده، مصرف انرژي را از سي­ونه تا پنجاه درصد كاهش و ميانگين شاخص آسايش حرارتي را نيز به ميزان0.9 و 0.68 به ترتيب در گرم ترين و سردترين ماه­ هاي تابستان و زمستان بهبود مي ­دهد.

Among the components of the building envelope, the roof section is the most important medium of energy loss, because, compared to vertical walls, a larger area of the rooftop is exposed to sunlight and atmospheric condition for a longer period, which results in greater heat exchange through this section. The goal of this research is to reduce the energy consumption of residential buildings in the city of Shiraz (Fars, Iran) through the optimization of their roof sections by answering the bellow question: ”What is the most optimal combination of materials and passive roof design technique for reducing energy consumption in this climate and how much will it reduce energy consumption?” The purpose of the research, which is to identify the best combination of roof specifications and passive design methods for minimizing energy consumption in the buildings of the area of interest, was achieved with help of the EnergyPlus simulation and a genetic algorithm developed in MATLAB. The roof variables were defined in three categories of the passive energy system, physical roof specifications, and positioning and the optimization was carried out using the genetic algorithm and the EnergyPlus software. The outputs obtained from the simulation software and the objective function of the genetic algorithm showed that the roof optimization models could reduce the energy consumption of the building by 39-50%