ارزیابی تاثیر فرم ساختمانهای آموزشی در ارتقای آسایش حرارتی فضای باز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
زهرا خزایی 1
مریم آزموده 2
1 دانشجوی کارشناسی ارشد معماری و انرژی، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
2 استادیار، گروه معماری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین،ایران.
10.22034/he.2026.573283.1193
چکیده
با توجه به تاثیر حضور در فضای باز بر بهبود سلامت روانی و فیزیکی محصلان، فضاهای خارجی در محیط‌های آموزشی از اهمیت زیادی برخوردارند. یکی از راه‌های بهبود این فضاها، بهبود شرایط آسایش حرارتی آن‌هاست. از طرفی، طراحی فرم ساختمان مربوط به مراحل اولیه طراحی است و تغییر آن بعد از ساخت، پرهزینه است. ازاین‌رو، سؤال اصلی پژوهش حاضر این است که فرم ساختمان‌های آموزشی چه تأثیری بر شرایط آسایش حرارتی فضاهای باز، در شهر تهران دارد و کدام الگوی فرمی می‌تواند بهترین و بدترین عملکرد را در بازه‌های زمانی مختلف ارائه دهد؟ بنابراین هدف پژوهش حاضر، ارزیابی تاثیر فرم ساختمان‌های آموزشی در ارتقای آسایش حرارتی فضای باز(با شاخص (UTCIدر شهر تهران می‌باشد. همچنین این پژوهش به اهدافی مانند بهینه سازی به منظور یافتن بهترین و بدترین فرم در بازه‌های زمانی مختلف نیز می‌پردازد. با بررسی و دسته‌بندی ۹۲ دانشکده در شهر تهران و نوشتن الگوریتمی با قابلیت تولید ۴۳۲ فرم با ابزارهای راینو، گرس‌هاپر، لیدی باگ و گالاپاگوس، شبیه‌سازی و بهینه‌سازی انجام شد. نتایج نشان داد، بهترین فرم در بازه زمانی بررسی شده، فرم مستطیل شکل با کشیدگی شرقی-غربی است. اختلاف بین بهترین و بدترین فرم، از نظر آسایش حرارتی خارجی C° ۰.۱۳۳ و اختلاف درصد زمان دارای آسایش حرارتی خارجی بین این دو فرم ، ۰.۲۱۵ % است. وجود بهترین فرم در سایت می‌تواند شرایط آسایش حرارتی خارجی را تا فاصله‌ی ۳۰ متری از ساختمان تغییر دهد. با توجه به غالب بودن تنش سرمایی در بازه زمانی مورد بررسی در سایت، بهترین فرم انتخابی توسط بهینه‌سازی، به بهترین فرم فصول سرد نزدیک‌تر است. بنابراین بهترین فرم سطوح رو به خورشید بیشتر و سایه اندازی کمتری داشته و بدون پیش آمدگی و فرورفتگی و دارای کشیدگی شرقی-غربی است.
کلیدواژه‌ها
آسایش حرارتی فضای باز
بهینه سازی
ساختمان‌های آموزشی
فرم
UTCI
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluating the Effect of Educational Buildings' Form on Improving Outdoor Thermal Comfort

نویسندگان English

Zahra Khazaie 1
Maryam Azmoodeh 2
1 M.Sc. Student, Department of Architecture, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Architecture, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده English

Given the effects of outdoor exposure on students' mental and physical health, outdoor spaces are important in educational environments. One way to improve these spaces is to enhance their thermal comfort. This research evaluates how educational building form affects outdoor thermal comfort in Tehran. This paper also uses optimization to identify the best and worst forms across different time frames. We analyzed and categorized 92 buildings from different universities in Tehran and developed an algorithm that produced 432 forms; we then used Rhino, Grasshopper, Ladybug, and Galapagos to run simulations and perform optimization. The results showed that the best form over the entire investigated period was the rectangular form with an east-west extension. Comparing the best and worst forms showed a 0/215 % difference in the percentage of time the spaces have outdoor thermal comfort and a 0/133 °C difference in outdoor thermal comfort between the two forms. The best form can affect outdoor thermal comfort conditions up to 30 meters from the building on the site. Because cold stress prevails throughout the period at the site, the optimization-selected best form is partially similar to the best form for the cold seasons. Therefore, the best form has no gaps, more sun-facing surfaces, and less shading than the worst form. It also has an east-west extension.

کلیدواژه‌ها English

Educational Buildings
Form
Optimization
Outdoor thermal comfort
UTCI
  1. عزیزی، محمدمهدی، امین زاده، بهناز، و آقاملایی، ریحانه (1399). ارزیابی عملکرد حرارتی بافت های شهری در اقلیم شهر تهران: آموزه هایی برای طراحی شهری حساس به شرایط خُرداقلیم. نشریه هنرهای زیبا - معماری و شهرسازی، 25(1)، 5-15. https://doi.org/10.22059/jfaup.2020.296175.672397
  2. عادلی، سمیرا و ندیمی،هادی. (1399). مرزهای مفهومی فرم در معماری، باغ نظر، 17(89)، 55-70. https://doi.org/10.22034/bagh.2020.197836.4263
  3. عالمی، بابک و مجیدی، مرتضی . (1401). ارزیابی تأثیر مؤلفه‌های شکل‌دهنده فرم بر وجوه آن به منظور دستیابی به فرم معماری مطلوب، مورد مطالعاتی: ساختمان سازمان میراث فرهنگی. معماری و شهرسازی آرمان شهر، 15(40)، 129-147. Doi: 10.22034/aaud.2021.272595.2420
  4. عالمی، بابک، پوردیهیمی، شهرام و مشایخ فریدنی، سعید . (1400). سازه، فرم و معماری، مطالعات معماری ایران، 5(9)، 123-140.
  5. علیجانی، بهلول، و سادات رضوی، زینب (1396). مقایسه شاخص های آسایش برای ارزیابی راحتی اقلیمی شهر تهران. اندیشه جغرافیایی، 8(16)، 145-169. https://geonot.znu.ac.ir
  6. کرمی راد، سینا، بنازاده، بهاره، زارعی، هانی، و قزلباش، ابراهیم (1397). ارزیابی و تحلیل آسایش حرارتی حیاط خانه های تاریخی شهر شیراز در دوره ی قاجاریه. پژوهش های باستان شناسی ایران، 9(20)، 202-183.  https://doi.org/10.22084/nbsh.2019.17023.1792
  7. Adeli,S. and Nadimi,H. (2020). Conceptual Limits of Form in Architecture. The Monthly Scientific Journal of Bagh-e Nazar, 17(89), 55-70. https://doi.org/10.22034/bagh.2020.197836.4263 [In Persian].
  8. Alemi,B. and Majidi,M. (2022). Evaluating the Components Constituting Form and their Effects on Form Features to Achieve a Desirable Architectural Form; Case Study: Cultural Heritage Organization Building. Armanshahr Architecture & Urban Development, 15(40), 129-147. doi:10.22034/aaud.2021.272595.2420. Doi: 10.22034/aaud.2021.272595.2420 [In Persian].
  9. Alemi, B. Pourdeihimi, S. and Mashayekh Faridani, S. (2022). Structure, Form and Architecture. Journal of Iranian Architecture Studies, 5(9), 123-140. [In Persian].
  10. Alijani, B., & Sadat Razavi, Z. (2017). Comparing the different climatic indices in assessing the comfort condition of Tehran urban area. Geographical Notion, 8(16), 145-169. https://geonot.znu.ac.ir [In Persian].
  11. ASHRAE. (2017). Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ASHRAE Standard 55-2017.
  12. Azizi, M., Aminzadeh, B., & Aghamolaei, R. (2020). An Evaluation of Thermal Performance of Urban Fabrics in Tehran Climate: Implications for Micro Climate-Sensitive Urban Design. Journal of Fine Arts: Architecture and Urban Planning, 25(1), 5-15. https://doi.org/10.22059/jfaup.2020.296175.672397 [In Persian].
  13. Bedra, K. B., Zheng, B., Li, J., & Luo, X. (2023). A Parametric-Simulation Method to Study the Interconnections between Urban-Street-Morphology Indicators and Their Effects on Pedestrian Thermal Comfort in Tropical Summer. Sustainability, 15(11). https://doi.org/10.3390/su15118902
  14. Blazejczyk, K., Jendritzky, G., Bröde, P., Baranowski, J., Fiala, D.,…Kampmann, B. (2013). An introduction to the Universal Thermal Climate Index (UTCI). Geographia Polonica. 86. 5-10. DOI:10.7163/GPol.2013.1
  15. Borges, R.F. (2001). Evolution of architectural forms of historic buildings. 55. 599-608.
  16. Centnerová, H. (2018). On the history of indoor environment and it's relation to health and wellbeing. REHVA Journal,14-20.
  17. Chen, H., Liu, R., & Zhang, Y. (2023). The Impact of Vegetation Canopy on the Outdoor Thermal Environment in Cold Winter and Spring. Sustainability, 15(17). https://doi.org/10.3390/su151712818
  18. Coccolo, S., Kämpf, J., & Scartezzini, J., & Pearlmutter, D. (2016). Outdoor human comfort and thermal stress: A comprehensive review on models and standards. Urban Climate. 18. DOI:10.1016/j.uclim.2016.08.004.
  19. Dyson, R., & Renk, K. (2006). Freshmen Adaptation to University Life: Depressive Symptoms, Stress, and Coping. Journal of Clinical Psychology, 62(10), 1231-1244. https://doi.org/10.1002/jclp.20295
  20. Erzen-Jale, Nejdet. (2015). Form and meaning in architectural theory. SAJ - Serbian Architectural Journal.      7. 75-84. DOI:10.5937/SAJ1501075E
  21. Fabbri, K. (2015). A Brief History of Thermal Comfort: From Effective Temperature to Adaptive Thermal Comfort. Indoor Thermal Comfort Perception (7-23). DOI:10.1007/978-3-319-18651-1_2
  22. Fiala, D., Havenith, G., Bröde, P., Kampmann, B., & Jendritzky, G. (2011). UTCI-Fiala multi-node model of human heat transfer and temperature regulation. International journal of biometeorology. 56. 429-41. DOI:10.1007/s00484-011-0424-7.
  23. Gachkar, D., Taghvaei, S., & Norouzian-Maleki, S. (2021). Outdoor thermal comfort enhancement using various vegetation species and materials (case study: Delgosha Garden, Iran). Sustainable Cities and Society, 75(1). https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103309
  24. Jamshid Davtalab, Shahram Poor Deyhimi, Valentina Dessi, Mohammad Reza Hafezi, Morteza Adib,
  25. The impact of green space structure on physiological equivalent temperature index in open space,
  26. Urban Climate,Volume 31,2020,100574,ISSN 2212-0955,https://doi.org/10.1016/j.uclim.2019.100574.
  27. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212095518301809)
  28. Kakon, A. N., & Nobuo, M. (2012). The effects of building form on microclimate and outdoor thermal comfort in a tropical city. Journal of Civil Engineering and Architecture, 6(11), 1492-1503. https://www.researchgate.net
  29. karamirad, s., banazade, b., zarei, h., & Ghezelbash, E. (2019). Assessment and Analysis of Thermal Comfort Courtyards of Shiraz Historical Houses in Qajar Era. Pazhohesh-ha-ye Bastanshenasi Iran, 9(20), 183-202. https://doi.org/10.22084/nbsh.2019.17023.1792 [In Persian].
  30. H. Kiani, J. Davtalab, M. Adib, A. Heidari,2025, The Effect of Fountains and Vegetation on Temperature, Humidity and Thermal Comfort in Open Spaces with a Focus on Persian Garden: A Case Study of Kashan City
  31. Volume 16, Issue 2, Spring 2025, Pages 270-278 https://doi.org/10.5829/ijee.2025.16.02.09
  32. Kumar, P & Sharma, A. (2020). Study on importance, procedure, and scope of outdoor thermal comfort –A review. Sustainable Cities and Society, 61. DOI:10.1016/j.scs.2020.102297.
  33. Liu, Z., Li, J., & Xi, T. (2023). A Review of Thermal Comfort Evaluation and Improvement in Urban Outdoor Spaces. Buildings, 13(12), 3050. https://doi.org/10.3390/buildings13123050
  34. López-Cabeza, V. P., Diz-Mellado, E., Rivera-Gómez, C., Galán-Marín, C., & Samuelson, H. W. (2022). Thermal comfort modelling and empirical validation of predicted air temperature in hot-summer Mediterranean courtyards. Journal of Building Performance Simulation, 15(1), 39–61. https://doi.org/10.1080/19401493.2021.2001571
  35. Ning, W., Yin, J., Chen, Q., & Sun, X. (2023). Effects of brief exposure to campus environment on students’ physiological and psychological health. Front Public Health, 11. https://doi.org/10.3389/fpubh.2023.1051864
  36. Olivera, P. C., Gordillo, P. G., Mejía, H. N., Taborga, I. L., Chacón, A. G., & Unzueta, A. S. (2023). Academic stress as a predictor of mental health in university students. Cogent Education, 10(2). https://doi.org/10.1080/2331186X.2023.2232686
  37. Rupp, R., Giraldo Vásquez, N., & Lamberts, R. (2015). A review of human thermal comfort in the built environment. Energy and Buildings. 105. 178–205. DOI:10.1016/j.enbuild.2015.07.047.
  38. Samadpour Shahrak, E., Sattari Sarbangholi, H., & Moosavi, M. (2022). Improving Outdoor Thermal Comfort for Elderly in Residential Complexes. Iranian (Iranica) Journal of Energy & Environment, 13(1), 55-70. https://doi.org/10.5829/ijee.2022.13.01.07
  39. Sedira, S., & Mazouz, S. (2023). The effect of urban geometry on outdoor thermal comfort. Application of the UTCI index in hot and arid climates. Technium: Romanian Journal of Applied Sciences and Technology, 6, 23–31. https://doi.org/10.47577/technium.v2021i.8140
  40. Sun, R., Liu, J., Lai, D., & Liu, W. (2023). Building form and outdoor thermal comfort: Inverse design the microclimate of outdoor space for a kindergarten. Energy & Buildings, 284, 112824. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.112824
  41. Xu, X., Liu, Y., Wang, W., Xu, N., Liu, K., & Yu, G. (2019). Urban Layout Optimization Based on Genetic Algorithm for Microclimate Performance in the Cold Region of China. Applied Sciences, 9(22). https://doi.org/10.3390/app9224747
  42. Yazıcıoğlu, G., & Gursel Dino, I. (2021). From Streetscape to Data Semantic segmentation for the prediction of outdoor thermal comfort. eCAADe. https://doi.org/10.52842/conf.ecaade.2021.1.555
  43. Zafarmandi, S., Mahdavinejad, M., Norford, L., & Matzarakis, A. (2022). Analyzing Thermal Comfort Sensations in Semi-Outdoor Space on a University Campus: On-Site Measurements in Tehran’s Hot and Cold Seasons. Atmosphere, 13(7), 1034. https://doi.org/10.3390/atmos13071034
  44.  
اکولوژی انسانی
دوره 5، شماره 14
بهار 1405
صفحه 2371-2390