نموذج أولي – مدخنة تهوية طبيعية
مشروع مبنى يتم تهويته بمداخن تهوية طبيعية
اتصلت شركة معمارية بشركة EOLIOS Ingénierie لدراسة التهوية الطبيعية لمبنى مستقبلي. كان من المقرر أن تتم تهوية مبنى المكاتب باستخدام أعمدة الرياح. في هذا النوع من التهوية الطبيعية، لا تكون الأولوية في هذا النوع من التهوية الطبيعية لتأثير السحب الحراري بل لتأثير الرياح.
في هذه الدراسة، درست EOLIOS عدة أنواع من المداخن وحددت أي منها يوفر أفضل تدفق للهواء.
نموذج أولي - مدخنة تهوية طبيعية
السنة
2024
العميل
الموقع
رين
التصنيف
هندسة التكييف
مواصلة التصفح :
مشاريعنا الأخرى :
آخر الأخبار :
الملف الفني :
خبراتنا
محاكاة عددية للتهوية الطبيعية باستخدام كومة رياح
عرض عام للمشروع
أجرت Eolios دراسة متعمقة لمشروع معماري مستقبلي يتضمن مكونين رئيسيين: قسم مخصص للسكن وآخر لمباني الأعمال. ينصب تركيزنا تحديداً على هذا القسم الثاني، حيث أن مباني الأعمال هي التي ستستفيد من نظام التهوية الطبيعية.
دراسة المناخ
لإجراء دراسة التهوية الطبيعية هذه، قمنا أولاً بإجراء تحليل مناخي للموقع المستقبلي من أجل جعل عمليات المحاكاة واقعية قدر الإمكان. بالنسبة لهذا المشروع، كشف التحليل المناخي أن الرياح تهب بشكل رئيسي من الجنوب الغربي. وتأتي الرياح السائدة الثانية من الشمال الشرقي. بعد تحديد هذه الرياح السائدة، قمنا بقياس شدّتها، أي متوسط سرعة الرياح في هذه الاتجاهات، بالإضافة إلى السرعات الدنيا والقصوى لدراسة الحالات القصوى.
كما تم إجراء دراسة لدرجات الحرارة كدالة للفصل، ولكن لم يتم عرضها في هذا القسم. في ما تبقى من هذا المقال، سنعرض النتائج لرياح جنوبية غربية بسرعة 6 م/ثانية، والتي، وفقًا لهذه الدراسة المناخية، هي الرياح الأكثر شيوعًا.
نموذج ثلاثي الأبعاد
لدراسة التهوية الطبيعية للمبنى، من الضروري مراعاة المباني المجاورة التي تعمل كأقنعة هوائية. يمكن أن يكون لهذه المباني المحيطة تأثير كبير على تدفق الهواء حولالمبنى قيد الدراسة وعبره. يمكن لوجود المباني المجاورة أن يخلق مناطق متفاوتة الضغط والاضطراب تؤثر على اتجاه الرياح وسرعتها. لذلك، فإن النمذجة الدقيقة لهذه المباني المجاورة ضرورية لإجراء تقييم واقعي للتهوية الطبيعية.
من خلال نمذجة المباني المجاورة، يمكن محاكاة تأثيرات العوائق على تيارات الهواء. ويشمل ذلك تحديد مناطق ظل الرياح، حيث ينخفض تدفق الهواء أو يضطرب، وقنوات الرياح، حيث يتسارع التدفق. يمكن أن تؤثر هذه الظواهر على جودة الهواء الداخلي والراحة الحرارية وكفاءة الطاقة في المبنى قيد الدراسة. وتساعد النمذجة الجيدة على تحديد أفضل المواضع لفتحات التهوية، مثل النوافذ وفتحات التهوية، لتحسين إمداد الهواء النقي والتخلص من الهواء الفاسد.
التحجيم
التحجيم الصحيح لمجاري التهوية ضروري للتهوية الفعالة. تقدم Eolios خبرتها في تحديد حجم أنظمة التهوية الطبيعية وتحسينها. ثم يتم استخدام محاكاة CFD للتحقق من التصميم. تكمن ميزة CFD في إمكانية اختبار العديد من الأنظمة والتكوينات. من الأسهل تعديل أنظمة التهوية أثناء مرحلة المحاكاة أكثر من تعديلها عند تركيبها بالفعل.
جرِّب العديد من مداخن CFD
تم إجراء دراسات على العديد من المداخن:
- واحدة ذات قناة مستطيلة الشكل بارتفاع 4 أمتار وغطاء محرك مسطح
- اثنتان بقناة أسطوانية بارتفاع 4 أمتار: واحدة بغطاء نصف كروي ثابت والأخرى دوارة .
- وواجهة بارتفاع 4 أمتار مع اتجاهين
والهدف من الدراسة هو تحديد الشكل الأنسب للمشروع من خلال مقارنة التدفقات المستخرجة من المداخن وفقًا للتكوينات المختلفة. تكون أسطح الالتقاط وحجم المداخن متكافئة لكل دراسة من أجل مقارنة كفاءة السحب الطبيعي فقط.
سرعات الهواء في 4 تشكيلات مختلفة للمدخنة
تشير الدراسات إلى أن المدخنة ذات الغطاء الدوار تولد أكبر قدر من السحب. ويبلغ الناتج حوالي ضعف ناتج المداخن ذات غطاء المحرك الثابت، بغض النظر عن مصدر الرياح أو أي اضطراب من المباني المحيطة. والأكثر من ذلك، يدور غطاء المحرك بحيث يكون في ظروف مثالية، ممايضمن تيار هواء أفضل.
يمكن أن تكون المداخن المثبتة على الواجهة حلاً مثيراً للاهتمام، على الرغم من بعض القيود. فهي تعتمد بشكل كبير على اتجاه الرياح، واعتماداً على اتجاه الرياح واتجاه المدخنة، يمكن أن تعمل إما كمدخل للهواء أو مخرج للهواء، وهو ما يمكن أن يكون ميزة وعيباً في نفس الوقت.
لأغراض هذه الدراسة، ومن أجل الحصول على أفضل تيار هواء ممكن، فإن المدخنة ذات الغطاء الدوار هي الخيار المفضل.
عمليات المحاكاة والنتائج
يعرض هذا القسم نتائج محاكاة CFD مع القنوات الفردية والمداخن الأسطوانية المتحركة. في الواقع، كما تظهر المحاكاة الأولى، فإن هذا النوع من المداخن هو الأكثر كفاءة.
نتائج المحاكاة المعروضة أدناه هي لرياح جنوبية غربية تبلغ سرعتها حوالي 6 م/ثانية. هذه هي الرياح السائدة في منطقة المشروع. وتجدر الإشارة إلى أنه تم اختبار اتجاهات وسرعات رياح أخرى ولكن لم يتم عرضها في هذه المقالة.
تشير المناطق الحمراء إلى المداخن الأكثر تأثراً بالرياح الجنوبية الغربية. أما المداخن التي لا تحتوي على هذه البقع الحمراء فهي أقل تأثراً بهذه الرياح بسبب وجود مداخن أخرى في أعلى المجرى.
مرة أخرى بهدف المقارنة بين المداخن الثابتة والمتنقلة، تم إجراء دراستين لكل من الحالتين وترد أدناه.
توزيع السرعة في القنوات المنفردة للمداخن المتحركة - دراسة مسبقة الأبعاد
للوهلة الأولى، تكون السرعات في مداخن المداخن المتحركة أعلى من مداخن المداخن الثابتة. هناك أيضًا اختلاف بين مداخن المداخن الثابتة. في حالة المداخن الثابتة، يبلغ معدل التدفق في المدخنة ذات المداخن الأطول (الطابق الأول) 0.7 فولت/ساعة، وهو أقل بكثير من 5 فولت/ساعة المتوقعة. فقط أقصر مدخنة (الطابق الخامس) هي التي تقترب من تحقيق هدف 5 فولت/ساعة، ويزداد معدل التدفق هذا كلما تحركت إلى الطابق العلوي.
يلخص الجدول أدناه معدلات التدفق لكل طابق ولكل نوع مدخنة:
يُظهر هذا الجدول أن التهوية بالمدخنة الثابتة تعمل في المتوسط أقل بمرتين من التهوية بالمدخنة المتحركة. ومن المهم أيضاً ملاحظة وتذكر أنه في حالة المدخنة الثابتة لا تكاد تتم تهوية الطابق الأول على الإطلاق.
في هذه الدراسة، تكون فتحات الواجهة المدروسة في الموضع العلوي وتفتح مرة واحدة كل إطارين، كما يتضح من الشكل أدناه.
يمكن ملاحظة أن سلسلة المداخن المعرضة مباشرةً للرياح (المحاطة بدائرة باللون الأحمر في الشكل أعلاه) لديها معدلات تدفق أعلى بكثير من متوسط المداخن الأخرى. بالنسبة لهذه المداخن، فإن الهدف البالغ 5 فولت/ساعة يتحقق بالتالي في الحالة المتنقلة، ولكن ليس في الحالة الثابتة.
يمكننا أن نرى من هذه النتائج الأولية أن التهوية الطبيعية تعمل بشكل صحيح في حالة المدخنة ذات الشفاط المتحرك.
في هذه الحالة، تم تحديد حجم القنوات بشكل صحيح للحصول على معدل تهوية يبلغ 5 فولت/ساعة.
محاكاة التفريغ الليلي باستخدام التهوية الطبيعية
القياس الكمي لفوائد التهوية الطبيعية عبر المداخن
بعد دراسات لأداء أنواع مختلفة من المداخن، أجريت دراسة لتقييم التفريغ الليلي في هذا المبنى بفضل التهوية الطبيعية وهذه المداخن. يتوافق التفريغ الليلي مع عملية التبريد السلبي التي تستغل انخفاض درجات الحرارة الخارجية أثناء الليل لإخلاء الحرارة المتراكمة أثناء النهار. وتعتمد هذه الظاهرة على الدوران الطبيعي أو القسري للهواء، مما يجعل من الممكن تقليل درجات الحرارة الداخليةوتحسين الراحة الحرارية دون الحاجة إلى تكييف الهواء الميكانيكي.
تهدف هذه الدراسة إلى قياسفعالية هذه الآلية كدالة للظروف المناخية وخصائص المبنى وتدفقات الهواء المستحثة.
حالة التفريغ الليلي
من أجل نمذجة التفريغ الليلي المطابق لسيناريو واقعي، اخترنا محاكاة فرق في درجة الحرارة قدره 10 درجات مئوية بين الهواء الداخلي والهواء الخارجي. وبشكل أكثر تحديدًا، أخذنا في الاعتبار حالتين مميزتين: درجة حرارة خارجية تبلغ 18 درجة مئوية ودرجة حرارة داخلية تبلغ 28 درجة مئوية.
ويستند هذا الاختيار على افتراض أنه خلال فترات الحرارة المرتفعة، يؤدي التراكم الحراري داخل المبنى إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية، بينما يؤدي انخفاض درجات الحرارة الخارجية أثناء الليل إلى ظاهرة التبريد السلبي. يشجع هذا الاختلاف في درجات الحرارة على التهوية الطبيعية، مما يخلق تدرجًا حراريًا يسمح للهواء بالدوران عبر مداخن المبنى وفتحات المبنى.
تم تحديد ظروف الرياح أيضًا على أساس الدراسة المناخية التي أجريت سابقًا. اختيرت غالبية الرياح في الموقع لهذه الدراسة.
نتائج دراسات التصريفات المناخية
تجعل نتائج التفريغ الليلي منالسهل تحديد المناطق ذات التهوية الصحيحة، حيث تكون درجات الحرارة الداخلية قريبة نسبيًا من درجة الحرارة الخارجية. تستفيد هذه المناطق من خلط الهواء بكفاءة، مما يعزز التبريد السلبي للمبنى.
وعلى العكس من ذلك، يتم أيضًا تسليط الضوء على المناطق سيئة التهوية. في هذه المناطق، يكون دوران الهواء في هذه المناطق محدودًا بشكل أكبر، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة المتبقية التي تقترب من 28 درجة مئوية. يعد تحديد هذه المناطق ضروريًا لتحسين استراتيجية التهوية الطبيعية، من خلال تعديل الفتحات أو دمج حلول لتحسين تجديد الهواء وتساوي توزيع درجات الحرارة.
حددت هذه الدراسةالنقاط الساخنة في المبنى وحللت تأثيرها على الراحة الحرارية. وعموماً، أثبت التفريغ الليلي فعاليته في الحفاظ على درجات حرارة مريحة في معظم أنحاء المبنى، مما يعزز التبريد السلبي الأمثل.
ومع ذلك، يمكن ملاحظة أن المناطق ذات الحركة المرورية القليلة لا تستفيد من التفريغ الليلي.
لعبت الدراسة أيضًا دورًا رئيسيًا فيمساعدة عميلنا علىتحسين التهوية الطبيعية. وبفضل النتائج التي تم الحصول عليها، تمكنا من وضع قائمة بأفضل الممارسات لتعظيم التهوية الطبي عية، وبالتاليتحسين الراحة الليلية. تهدف هذه التوصيات على وجه الخصوص إلى تحسين إدارة الفتحات وضبط معدلات تدفق الهواء والاستفادة الكاملة من الاختلافات في درجات الحرارة لتعزيزفعالية التبريد السلبي.
فيديو ملخص الدراسة
فيديو ملخص الدراسة
اكتشف مشاريع أخرى
تأثيرات الرياح على المباني الشاهقة: أبراج أوليمبيادس في باريس
كومفورت – سطح قصر – الدار البيضاء
تور ليبرتيه – لا ديفانس
تأثير الرياح على محطة الطاقة الشمسية
أبراج التبريد (TAR) – ICPE
دراسة راحة المشاة – La Défense
منتجع شاران باي جان نوفيل
دراسة الرياح – لا ديفونس
المبردات الجافة – دراسة نقدية – موجة الحر
الراحة في مهب الريح – مركز تدريب باريس سان جيرمان
التقاط الجسيمات الدقيقة في محطة المترو
قياسات الجسيمات
بالنسياغا – إمكانات الرياح
