تعیین نسبت بهینه پنجره به دیوار در بیمارستان‌‌های شهر مشهد با هدف افزایش بهره‌‌وری انرژی ساختمان

حسینی, سید رضا; مفیدی شمیرانی, سید مجید; اعتصام, ایرج

doi:10.22034/aaud.2023.350077.2685

تعیین نسبت بهینه پنجره به دیوار در بیمارستان‌‌های شهر مشهد با هدف افزایش بهره‌‌وری انرژی ساختمان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری معماری، گروه معماری، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.

² استادیار گروه شهرسازی، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران (نویسنده مسئول).

³ استاد گروه شهرسازی، دانشکده شهرسازی، پردیس هنرهای زیبا، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

10.22034/aaud.2023.350077.2685

چکیده

مطالعات گسترده‌‌ای نشان می‌‌دهند افزایش دسترسی به نور طبیعی از طریق پنجره‌‌های بزرگ‌تر،کیفیت محیط داخلی فضاهای بیمارستانی را بهبود خواهد بخشید؛ در حالی‌که از منظر افزایش بهره‌‌وری انرژی ساختمان، با بزرگ‌ترشدن اندازه پنجره‌‌ها، انتقال حرارت به‌وسیله شیشه‌‌ها و نیاز به بار سرمایشی در تابستان‌‌ها، افزوده شده و عملکرد انرژی ساختمان کاهش می‌‌یابد ‌‌و با کوچک‌تر شدن اندازه پنجره‌‌ها، ضمن افزایش مصرف انرژی به طریقی دیگر، کیفیت محیطی بیمارستان نیز کاهش می‌‌یابد. در شرایط اقلیمی مانند مشهد که اختلاف دمای بیرون و درون ساختمان زیاد است، طراحی پنجره‌‌‌‌ها جهت افزایش بهره‌‌وری انرژی ساختمان از حساسیت بیش‌تری برخوردار است. این تحقیق در پی پاسخ به این سوال است که پنجره‌‌های بیمارستان‌‌ها در مشهد از چه مشخصات کالبدی می‌‌بایست برخوردار باشند تا از طریق جذب بهینه انرژی خورشیدی علاوه بر ایجاد آسایش حرارتی، بهره‌‌وری انرژی در ساختمان افزایش یابد؟ به این منظور شیوه‌های ساختمانی مرسوم در طراحی بیمارستان‌‌ها؛ شیوه‌‌های منتج از دستورالعمل‌‌های مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان ایران و شیوه‌‌های پیشنهادی این مطالعه مبتنی بر افزایش عایق‌‌کاری، با یکدیگر مقایسه شدند. تحقیق به وسیله شبیه‌‌سازی الگوریتمیک شرایط ساختمان، در پلاگین‌‌های تحلیل انرژی و نور (هانی‌‌بی و لیدی‌‌باگ)، در بستر نرم‌‌افزار گرس‌‌هاپر انجام پذیرفت و داده‌‌ها به شیوه مقایسه‌‌ای، توصیف و تحلیل گشت. به عنوان نتیجه؛ ضمن این‌که فضاهایی که بر اساس دستورالعمل‌‌های مبحث 19 شکل گرفته‌‌اند، صرفه‌‌جویی بیش‌تری نسبت به ساختمان‌‌های وضع موجود دارند، کاربست روش‌‌های پیشنهادی این مطالعه، تاثیر بیش‌تری در کاهش مصرف انرژی به همراه دارد. نقش ملاحظاتی مانند عایق‌‌کاری در کاهش اتلاف انرژی، تعیین‌‌کننده اما محدود است. لذا با وجود این‌که در کلیه حالت‌‌ها با پنجره‌‌هایی با نسبت 40-32 درصد روشنایی مفید حاصل می‌‌شود، لزوم در نظرگرفتن حد پایین این بازه جهت افزایش بهره‌‌وری انرژی ساختمان ضروری است. نتایج این تحقیق در طراحی بیمارستان‌‌هایی واقع در اقلیم‌های مشابه و روش آن در طراحی فضاهایی با کارکرد زمانی مشابه کاربرد خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determining the optimal Window-to-Wall Ratio (WWR) in Mashhad hospitals with the aim of increasing building energy efficiency

نویسندگان [English]

seyed reza hosseini ¹
SEYED MAJID MOFIDI SHEMIRANI ²
iraj etessam ³

¹ Department of Architecture, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

² School of Architecture and Environmental Design, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran

³ University of tehran

چکیده [English]

Extensive studies show that increasing access to natural light through windows will improve the quality of the internal environment of hospitals; While from the point of view of increasing the energy efficiency of the building, with the increase in the size of the windows, the heat transfer through the glass and the need for Summer cooling load are increased and the energy performance of the building decreases. By reducing the size of the windows, besides increasing energy consumption in another way, the environmental quality of the hospital also decreases. In climatic conditions like Mashhad, where the temperature difference between outside and inside the building is large, the design of windows is more sensitive to increase the energy efficiency of the building. This research seeks to answer the question, what physical characteristics should the windows of hospitals in Mashhad have in order to increase energy efficiency in the building through the optimal absorption of solar energy in addition to creating thermal comfort? For this purpose, conventional construction methods in the design of hospitals; The methods resulting from the guidelines of the 19th topic of the National Construction Regulations of Iran, and the proposed methods of this study based on increasing insulation were compared with each other. The research was carried out by means of algorithmic simulation of building conditions, in energy and light analysis plugins (Honeybee and Ladybug), in the Grasshopper software platform, and the data were compared, described and It was analyzed. As a result; In addition to the fact that the spaces formed based on the guidelines of topic 19 are more economical than the existing buildings, the application of the proposed methods of this study has a greater impact on reducing energy consumption. The role of considerations such as insulation in reducing energy loss is decisive but limited.

کلیدواژه‌ها [English]

Building energy efficiency
The optimal Window-to-Wall Ratio (WWR)
Hospital
Mashhad

مراجع

Alwetaishi, Mamdooh, and Omrane Benjeddou. 2021. “Impact of Window to Wall Ratio on Energy Loads in Hot Regions: A Study of Building Energy Performance”. Energies 14(4): 1080. https://doi.org/10.3390/en14041080
Bawaneh, Khaled, Farnaz Ghazi Nezami, M. D. Rasheduzzaman, and Brad Deken. 2019. “Energy Consumption Analysis and Characterization of Healthcare Facilities in the United States”. Energies 12(19): 3775. https://doi.org/10.3390/en12193775
Cesari, Silvia, Paolo Valdiserri , Maddalena Coccagna, and Sante Mazzacane. 2020. “The energy saving potential of wide windows in hospital patient rooms, optimizing the type of glazing and lighting control strategy under different climatic conditions”. Energies 13(8): 2116. https://doi.org/10.3390/en13082116
Choi, Joon- Ho, Liliana O. Beltran, and Hway-Suh Kim. 2012. “Impacts of indoor daylight environments on patient average length of stay (ALOS) in a healthcare facility.” Build Environment 50: 65-75. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.10.010
Chung, Mo, and Hwa-Choon Park. 2015. “Comparison of building energy demand for hotels, hospitals, and offices in Korea”. Energy 92: 383-393. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.04.016
Commercial Buildings Energy Consumption Survey (CBECS). 2019. U.S. Energy Information Administration, 2019. https://www.eia.gov/consumption/commercial/
García-Sanz-Calcedo, Justo. 2014. “Analysis on energy efficiency in healthcare buildings”. J. Healthc Eng 5(3): 361-73. doi: 10.1260/2040-2295.5.3.361.
Gatea, Anwer, Mohd Faizal Mohideen Batcha, and Juntakan Taweekun. 2020. “Energy Efficiency and Thermal Comfort in Hospital Buildings: A Review”. International Journal of Integrated Engineering 12(3): 33-41. https://publisher.uthm.edu.my/ojs/index.php/ijie/article/view/2763
González González, Alfonso, Justo García-Sanz-Calcedo, and David Rodríguez Salgado. 2018. “Evaluation of Energy Consumption in German Hospitals: Benchmarking in the Public Sector”. Energies 11(9): 2279. https://doi.org/10.3390/en11092279
Iran’s national building regulations, the 19th topic of saving energy. 2019. http://emaoi.ir/wp-content/uploads/2020/10/new-edit.pdf [in Persian]
Keighley, E. C. 1973. “Visual requirements and reduced fenestration in offices—A study of multiple apertures and window area”. Building Science 8: 321-331. https://doi.org/10.1016/0007-3628(73)90017-0
Lee, Ju- Yoon, and Kyoo Dong Song. 2007. “The Daylighting Effects in Hospital for Healing Patients. International Conference on Sustainable Building Asia, Seoul, Korea, 27 Jun 2007 - 29 Jun 2007. http://www.irbnet.de/daten/iconda/CIB8201.pdf
Morgenstern, Paula, Maria Li, Rokia Raslan, Paul Ruyssevelt, and Andrew Wright. 2016. “Benchmarking acute hospitals: Composite electricity targets based on departmental consumption intensities?” Energy and Buildings 118: 277-290. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2016.02.052
Thinate, Nattanee, Wongkot Wongsapai, and Det Damrongsak. 2017. “Energy performance study in Thailand hospital building”. Energy Procedia (141): 255-259. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.11.102
Stephen Nimlyat, Pontip, Mohd Zin Kandar, and Eka Sediadi. 2015. “Empirical investigation of indoor environmental quality (ieq) performance in hospital buildings in nigeria”. Jurnal Teknologi 77 (14). https://doi.org/10.11113/jt.v77.6445
Saidur, R., M. Hasanuzzaman, S. Yogeswaran, H. A. Mohammed, and M. S. Hossain. 2010. “An end-use energy analysis in a Malaysian public hospital”. Energy 35(12): 4780-4785. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.012
Sherif, Ahmed, Sabry, Hanan, Arafa, Rasha, and Wagdy, Ayman. 2014. “Energy Efficient Hospital Patient Room Design: Effect of Room Shape on Windowto-Wall Ratio in a Desert Climate”. 30th International PLEA Conference: Sustainable Habitat for Developing Societies: Choosing the Way Forward - Proceedings, pp. 352-360. https://eprints.qut.edu.au/204270/
Singer, Brett C. 2009. Hospital Energy Benchmarking Guidance. Version 10 ed. Berkeley, CA, USA.: Lawrence Berkeley National Laboratory. https://www.osti.gov/servlets/purl/974318
Shikder, Shariful , Monjur Mourshed, A. D. F. Price. 2010. “Optimisation of a daylight-window: hospital patient room as a test case”. The International Conference on Computing in Civil and Building Engineering. https://www.researchgate.net/publication/225071502_Optimisation_of_a_daylight-window_hospital_patient_room_as_a_test_case
Standard book of safe hospital planning and design. Volume 10 – Standards and general requirements of hospitals. https://dmr.semums.ac.ir/ [in Persian]
Yuan, Feng, Runming Yao, Sasan Sadrizadeh, Baiyi Li, Guangyu Cao, Shaoxing Zhang, Shan Zhou, Hong Liu, Anna Bogdan, Cristiana Croitoru, Arsen Melikov, C. Alan Short, and Baizhan Li. 2022. “Thermal comfort in hospital buildings – A literature review”. Journal of Building Engineering 45: 103463. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103463