بهینه‌‌سازی نورگیر سقفی با هدف تامین روشنایی و کاهش مصرف انرژی در فضاهای یکپارچه فروشگاهی شهر تهران؛ بررسی موردی: فروشگاه زنجیره‌‌ای شهروند مقالة

به‌کارگیری نورگیرهای سقفی در فروشگاه‌های بزرگ، با توجه به تقاضای بالای انرژی این کاربری و پتانسیل بهره‌‌مندی آن از نور طبیعی، می‌‌تواند باعث کاهش مصرف انرژی و انتقال نور روز به فضاهای عمیق‌‌تر شود. این پژوهش به بهینه‌‌سازی مشخصات نورگیر سقفی و جانبی با هدف تأمین روشنایی مناسب و کاهش مصرف انرژی در کاربری فروشگاهی و به‌طور خاص شعبه آل‌‌احمد فروشگاه شهروند در شهر تهران می‌پردازد. به منظور دستیابی به این هدف، پس از تعریف پارامترهای تأثیرگذار بر عملکرد انرژی و روشنایی در دو مدل دارای نورگیر سقفی و نورگیر جانبی به کمک فرایند بهینه‌‌سازی دو هدفه، مشخصات بهینه نورگیرها مشخص شد. در نهایت جهت بررسی میزان تأثیرگذاری متغیرهای بررسی شده بر خروجی، تحلیل حساسیت انجام شد. مطابق نتایج به‌دست آمده، نورگیر سقفی در نسبت مساحت سطح نورگذر خود به مساحت ساختمان در بازه 4.97% تا 6.09% با کمترین ارتفاع دیواره‌‌ها و شیشه دوجداره با ضریب گسیلندگی 0.10، و نورگیر جانبی با ارتفاع زیاد در جبهه شمالی و جنوبی و ارتفاع کم در جبهه شرقی و غربی با شیشه دوجداره با ضریب گسیلندگی 0.10 بهترین عملکرد را از نظر نور و انرژی داراست. همچنین نورگیر سقفی در مقایسه با نورگیر جانبی در شرایط یکسان، با 35% سطح شیشه کمتر اما با 12 کیلووات‌ ساعت بر مترمربع شدت مصرف انرژی بیشتر، سطح مشابهی از نور روز با یکنواختی بیشتر فراهم می‌‌کند.

Due to demographic changes and the growing trend of urbanization and the consequent increase in energy demand in recent decades, energy supply has become one of the main concerns of human societies. The use of passive solutions and renewable resources for sustainable design, especially in the construction sector, is one of the ways to deal with the consequences of the crisis due to limited fossil fuels and greenhouse gas emissions. Among renewable energy, solar energy plays an important role in meeting the needs of the building, especially lighting. Daylight is one of the basic components of a passive solar building design. Proper integration of daylight with architectural design is considered one of the most effective means of reducing energy and the environmental problems and improve the quality of visual comfort and health. Among the various daylight systems available today, toplighting is used because of its ability to provide uniform daylight in spaces without facades or in deep rooms. The use of skylights in large stores, due to the high energy demand of this type of building and also the potential of using natural light, can reduce energy consumption and introduce daylight to deeper spaces. The purpose of this study is primarily to investigate the thermal and lighting performance of the installation of skylights in store buildings and in particular the Shahrvand Al-Ahmad branch store in Tehran. To achieve this goal, after defining the parameters affecting energy and light performance, the process of simulating daylight and energy was done in two stages: 1) skylight, and 2) clerestory. Models with parameters including the dimensions of the skylight, the height of the north and south curb, the type of glass in the model with skylights, and the height and type of glass in the model with clerestory were simulated, so that an appropriate solution in terms of light and energy can be achieved with the help of multi-objective optimization process,. The objectives are energy use intensity (EUI) and spatial useful daylight illuminance (sUDI), which were evaluated after the optimization process with the help of Pareto front diagrams. Finally, in the two mentioned models, sensitivity analysis was performed to evaluate the effect of the studied variables on the outputs. According to the results, the skylights with SFR of 4.97% to 6.09% with the lowest curb height and double glazing with 0.10 emission coefficient, and high clerestories on the north and south walls and low clerestories on the east and west walls with double glazing with 0.10 emission coefficient have the best performance in terms of daylight and energy. Also, the skylight provides the same level of daylight with more uniformity compared to the clerestory in the same conditions, with 35% less glass area but with 12 kWh/m2 of higher energy consumption. According to the results of sensitivity analysis, the dimensions of the skylight and the height of the southern clerestory have the greatest impact on daylight and energy use in the model with skylights and clerestories, respectively.

کلیدواژه ها: بهینه سازی، نور روز، طراحی پارامتریک ، فروشگاه، نورگیر سقفی *این مقاله برگرفته از پایاننامه کارشنایی ارشد نگین توفیقی با عنوان «بهینه سازی نورگیر سقفی با هدف تأمین روشنایی و کاهش مصرف انرژی در فضاهای یکپارچه فروشگاهی شهر تهران (نمونه موردی: فروشگاه زنجیرهای شهروند)» است که با راهنمایی دکتر مجتبی مهدوینیا و دکتر شهریار حبیبی در دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه هنر انجام شده است . از این رو در پژوهش پیش رو طی روندی پارامتریک ، به بررسی و مقایسه دو حالت نورگیری متداول در فروشگاهها شامل نورگیری از سقف و نورگیری از نورگیرهای جانبی و بهینه سازی مشخصات کالبدی و حرارتی آنها با هدف کاهش مصرف انرژی و تأمین نور روز کافی در یکی از شعب یک طبقۀ فروشگاه شهروند در شهر تهران پرداخته می شود. بهرهوری انرژی و تأمین روشنایی در سطحی مناسب ، مهم ترین هدفی است که این مطالعه از طریق طراحی سیستم های روشنایی سقفی به دنبال آن است ، از این رو در مرحله سوم به کمک بهینه سازی چندهدفه به کمک الگوریتم تکاملی NSGA-II در بهینه ساز والسی ۲۲ اهدافی شامل شدت مصرف انرژی۲۳ (EUI) بر حسب کیلووات ساعت بر مترمربع مساحت ساختمان و روشنایی فضایی مفید نور روز برحسب درصد به ترتیب جهت بررسی مصرف انرژی و سطح روشنایی ، مورد بررسی قرار می گیرند. Daylighting and energy performance design for single floor commercial hall buildings. Sensitivity analysis of skylight and clerestory design on energy and daylight performance of retail building. Effect of skylight-roof ratio on warehouse building energy balance and thermal-visual comfort in hot-humid climate area. Integrative algorithm to optimize skylights considering fully impacts of daylight on energy. Analysis of electrical energy savings from daylighting through skylights.