بررسي عملكرد حياط و خصيصه‌هاي طراحي آن براي بهبود عملكرد گرمايي و آسايش حرارتي در شرايط آب و هوايي تهران

Investigating courtyard and its design parameters for thermal performance and comfort in Tehran climate

حياط به‌ عنوان يكي از عناصر موجود در طراحي ساختمان از ديرباز همواره مورد توجه معماران ايراني بوده است. با توجه به نقش ريزاقليمي حياط و نقش بهبوددهنده‌ي آن در عملكرد گرمايي ساختمان، پژوهش‌هاي بسياري در اين رابطه صورت گرفته است. اين پژوهش نقش عوامل طراحي و فرم حياط را در مراحل پيش طراحي با نقطه‌نظر عملكرد گرمايي و همين‌طور شرايط آسايش حرارتي موردبررسي قرار مي‌دهد. در اين پژوهش نقش ويژه‌ي حياط در عملكرد گرمايي ساختمان، با توجه به جانمايي حياط و ديگر پارامترهاي طراحي، مانند نسبت هندسي اضلاع حياط و جهت‌گيري‌هاي ساختمان و حياط مورد بررسي قرار گرفته است. با در نظر گرفتن نقش ريز اقليمي حياط و همين‌طور شرايط آسايش حرارتي، سه نوع طرح هندسي اصلي حياط يعني تمام‌بسته، نيمه‌بسته و تمام‌باز توسط نرم‌افزار ENVI-met و حل ديناميك سيالات محاسباتي شبيه‌سازي شد و با يكديگر مورد مقايسه قرار گرفت. براي بررسي آسايش حرارتي نيز از مدل ارتقا يافته‌ي آسايش حرارتي فنگر براي محاسبه‌ي معيار PMV در حياط استفاده شده است. نتايج حاصل نشان‌دهنده‌ي عملكرد گرمايي بهتر حياط تمام‌بسته بوده و با بررسي نسبت‌هاي متفاوت طول به عرض در حياط‌هاي تمام‌بسته اين نتيجه به دست آمد كه با نزديك‌تر شدن به نسبت طول به عرض 1، عملكرد حياط در آسايش حرارتي و همين‌طور پايين‌تر آوردن دماي هواي ريز اقليم موفق‌تر خواهد بود. همين‌طور با تمركز بر اقليم آب و هوايي و موقعيت جغرافيايي شهر تهران، طبق نتايج اين پژوهش، جهت‌گيري شمالي-جنوبي و افزايش ارتفاع حياط به‌عنوان راهكارهاي مؤثري بر ارتقا عملكرد گرمايي، به‌ويژه در هندسه‌ي حياط نيمه‌بسته و تمام‌بسته، پيشنهاد مي‌شوند.

Courtyard has been recognized as one of the main elements in the Iranian culture, architecture and building design. According to its micro-climate effect in improving thermal performance of building, courtyard has been considered as a considerable subject for many researches. This paper investigates the courtyard’s design parameters and geometric configurations in pre-design states for improving thermal performance and comfort. For achieving this point, in this research the influence of courtyard orientation, horizontal dimensions and other parameters related to geometry have been evaluated. Due to micro-climate effect of courtyard on parameters related to thermal comfort, three main geometric layouts such as closed, semi-closed and open geometry have been investigated and compared by CFD simulations in ENVI-met software. The thermal comfort parameters are also investigated through comparing mean PMV in all simulations cases, using Fanger’s extended model. The results showed that thermal performance of closed shaped courtyard is better than other layouts. Also the comparison of results related to different aspect ratios (length to width ratios), provide evidence that thermal performance improves as the aspect ratio gets close to 1. That means as the courtyard shape encloses to the form of a square, the thermal performance improves and the mean air temperature in the investigated microclimates declines. To determine the best configuration for Tehran’s climate, the results showed north-south orientation of building and increase of the height of the courtyard, are the two most appropriate considerations that will directly improve the thermal performance and comfort, specifically in closed and semi-closed layout.