Optimum orientation of the building with the aim of optimal shading and reducing energy consumption (Case Study: Tehran Music Hall)
Subject Areas :Tiam Aram 1 , Javad Eiraji 2 *
1 - Master’s Student in Architectural Technology, Faculty of Art and Architecture, Islamic Azad University of Tehran Southern Branch-Faculty, Tehran, Iran.
2 - Faculty member, Department of Architecture, Islamic Azad University, Hashtgerd branch, Hashtgerd, Iran. (Corresponding author).
Keywords: Optimal orientation, Energy consumption, Shading, Genetic algorithm, Optimization,
Abstract :
The increasing trend of population growth, the energy crisis, and the depletion of energy resources on the planet are all warnings for all sciences and in all fields and professions in order to help sustain the existing situation. Since a large amount of energy consumption in the world is spent on construction purposes, specifically on cooling and heating loads and creating thermal comfort in the building, a study in this field is significantly important. In this research, by choosing a building as a case study, the amount of sunlight received by vertical surfaces has been investigated. Then, using the simulation method and related software, different angles between zero and 180 degrees of rotation are considered for the building to optimize the orientation angle of the building. The optimal angle means that the minimum amount of solar energy is received on vertical surfaces and the maximum amount of shading. Numerous research has been conducted in the past years about the amount of sunlight received in the building and the optimal angle. However, the used software and the measurement on vertical surfaces in Tehran in this research are considered research innovations. The optimal angle results from building energy analysis charts are displayed in this research.
1- ابراهیم پور، ع.، و کریمی واحد، ی. (1391). روش‌های مناسب بهینه‌سازی مصرف انرژی در یك ساختمان دانشگاهی در تبریز. مهندسی مکانیك مدرس، 12(4)، 91-104.
2- اكبري، ح.، هادوي، ف.، زماني، م.، و علي¬پور، ی. (1395). تعيين جهت‌های مناسب استقرار ساختمان به‌منظور دريافت بهينه تابش خورشيدي در شهر زنجان. آمایش محیط، 9(33)، 155-173.
3- اکبری، ح.، و ابراهیمی، ح. (1399). طراحی اقلیمی فرم، نسبت ابعادی و جهت استقرار ساختمان بر اساس تابش خورشید در شهر تهران. مطالعات برنامه‌ریزی سکونتگاه‌های انسانی، 53(15), 1175-1188.
4- برزگر، ز.، و حیدری، ش. (1392). بررسی تأثیر تابش دریافتی خورشید در بدنه‌های ساختمان بر مصرف انرژی‌بخش خانگی، نمونه موردی جهت‌گیری جنوب غربی و جنوب شرقی در شهر شیراز. نشریه هنرهای زیبا - معماری و شهرسازی، 18(1)، 45-56.
5- جهان‌بخش، ح.، و غفارزاده، آ. (1396). بررسی رابطه و میزان تأثیر تابش خورشیدی بر بدنه ساختمان در تعیین جهت‌گیری بنا باهدف کاهش مصرف انرژی نمونه موردی: ساختمان مسکونی در اصفهان. نشریه انرژی ایران، 20(2), 85-101.
6- حجازی کناری، ر. (1384). بررسی راهکارهای طراحی اقلیمی با توجه به عوامل پنج‌گانه کل به‌جز نگر (مقایسه تأثیر عامل دما و رطوبت). چهارمین همایش بین‌المللی بهینه‌سازی مصرف سوخت در ساختمان، تهران.
7- عظمتي ع.، و حسينی، ح. (1390). بررسي تأثیر جهت‌گیری ساختمان‌های آموزشي بر بارهاي حرارتي و برودتي در اقلیم‌های مختلف. علوم و تکنولوژی محیط زیست، 15(12)، 147-157.
8- کسمایی، م. (1382). اقلیم و معماری. نشر خاک، تهران.
9- مدیری، م.، ذهاب ناظوری، س.، علی بخشی، ز.، افشارمنش، ح.، و عباسی، م. (1391). بررسی جهت مناسب استقرار ساختمان‌ها بر اساس تابش آفتاب و جهت باد (مطالعه موردی شهر گرگان). فصلنامه علمی – پژوهشی جغرافیا (برنامه‌ریزی منطقه‌ای)، 2(2)، 141-156.
10- یاوری، ک.، و احمدزاده، خ. (1389). بررسی رابطه‌ی مصرف انرژی و ساختار جمعیت (مطالعه موردی: کشورهای آسیای جنوب غربی). فصلنامه مطالعات اقتصاد انرژی، 7(25)، 33-62.
11- شیخی نشلجی، م.، مهدی¬زاده سراج، ف. (1401). طراحی سایبان هوشمند برای ساختمان اداری جهت کنترل ورود نور مستقیم خورشید مبتنی بر کاهش بار سرمایشی با الگوبرداری از گره‌های ایرانی اسلامی. فصلنامه علمی پژوهش‌های معماری نوین، 2(1)، 7-26.
12- مولایی، م. م.، پیله¬چی¬ها، پ.، زرین¬مهر، ز.، شاعری، ج. (1399). بررسی ترکیب فضای باز و بسته شهری بر کارایی دودکش خورشیدی، مورد مطالعاتی: ساختمان اداری در اقلیم گرم و خشک شیراز. معماری و شهرسازی آرمان¬شهر، 13(31)، 157-167.
13-
14- António, C. A. C. Monteiro, J. B. & Afonso, C. F. (2014). Optimal topology of urban buildings for maximization of annual solar irradiation availability using a genetic algorithm. Applied thermal engineering, 73(1), 424-437.
15- Bomfim, K. & Tavares, F. (2019). Building facade optimization for maximizing the incident solar radiation.
16- Chenari, B., Carrilho, J. D., & da Silva, M. G. (2016). Towards sustainable, energy-efficient and healthy ventilation strategies in buildings: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 59, 1426-1447.
17- Chwieduk, D., & Bogdanska, B. (2004). Some recommendations for inclinations and orientations of building elements under solar radiation in Polish conditions. Renewable energy, 29(9), 1569-1581.
18- Du, X. Li, Y. Wang, P. Ma, Z. Li, D. & Wu, C. (2021). Design and optimization of solar tracker with u-pru-pus parallel mechanism. Mechanism and Machine Theory, 155, 104107.
19- Grynning, S., Gustavsen, A., Time, B., & Jelle, B. P. (2013). Windows in the buildings of tomorrow: Energy losers or energy gainers?. Energy and buildings, 61, 185-192.
20- Gupta, R., & Ralegaonkar, R. V. (2004). Estimation of beam radiation for optimal orientation and shape decision of buildings in India. Architectural Journal of Institution of Engineers India, 85, 27-32.
21- IPCC (International Panel on Climate Change). (2014). Climate change 2014: mitigation of climate change. In: Edenhofer O, Pichs-Madruga R, Sokona Y, Farahani E, Kadner S, Seyboth K, et al. editors. Contribution of Working Group III to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate
change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press.
22- Karimpour, M., Belusko, M., Xing, K., Boland, J., & Bruno, F. (2015). Impact of climate change on the design of energy efficient residential building envelopes. Energy and Buildings, 87, 142-154.
23- Li, D. H., Yang, L., & Lam, J. C. (2012). Impact of climate change on energy use in the built environment in different climate zones–a review. Energy, 42(1), 103-112.
24- Li, X. & Ratti, C. (2019). Mapping the spatio-temporal distribution of solar radiation within street canyons of Boston using Google Street View panoramas and building height model. Landscape and urban planning, 191, 103387.
25- Liping, W., & Hien, W. N. (2007). The impacts of ventilation strategies and facade on indoor thermal environment for naturally ventilated residential buildings in Singapore. Building and Environment, 42(12), 4006-4015.
26- Radhi, H. (2009). Evaluating the potential impact of global warming on the UAE residential buildings–A contribution to reduce the CO2 emissions. Building and environment, 44(12), 2451-2462.
27- Santamouris, M., & Kolokotsa, D. (2015). On the impact of urban overheating and extreme climatic conditions on housing, energy, comfort and environmental quality of vulnerable population in Europe. Energy and Buildings, 98, 125-133.
28- Ürge-Vorsatz, D, Eyre, N, Graham, P, Harvey, D, Hertwich, E, Jiang, Y. (2012). Chapter 10-energy end-use: building. In: Global energy assessment - toward a sustainable future. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA and the International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria
29- Waddicor, D. A., Fuentes, E., Sisó, L., Salom, J., Favre, B., Jiménez, C., & Azar, M. (2016). Climate change and building ageing impact on building energy performance and mitigation measures application: A case study in Turin, northern Italy. Building and Environment, 102, 13-25.
30- Wu, J. Li, X. Lin, Y. Yan, Y. & Tu, J. (2020). A PMV-based HVAC control strategy for office rooms subjected to solar radiation. Building and Environment, 177, 106