نموذج أولي – مدخنة تهوية طبيعية
مشروع لمبنى يتم تهويته بواسطة مداخن التهوية الطبيعية
تواصلت شركة معمارية مع شركة إيوليوس للهندسة لدراسة التهوية الطبيعية لمبنى مستقبلي. سيتألف المبنى من مكاتب سيتم تهويتها باستخدام مداخن هوائية. في هذا النوع من التهوية الطبيعية، لا يُعد تأثير السحب الحراري هو العامل الأساسي، بل حركة الرياح.
في هذه الدراسة، قام فريق EOLIOS بدراسة عدة أنواع من المداخن وتحديد أيها 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
المحاكاة العددية للتهوية الطبيعية عبر مدخنة الرياح
عرض عام للمشروع
أجرت شركة إيوليوس دراسة معمقة حول مشروع معماري مستقبلي يتضمن عنصرين رئيسيين : قسم مخصص للسكن وآخر للمكاتب التجارية . وينصب اهتمامنا بشكل خاص على هذا الجزء الثاني ، حيث ستستفيد المكاتب التجارية من نظام تهوية طبيعي .
دراسة المناخ
لإجراء هذه الدراسة حول التهوية الطبيعية ، قمنا أولاً بتحليل مناخ الموقع المستقبلي لإجراء محاكاة واقعية قدر الإمكان . وكشف تحليل المناخ لهذا المشروع أن الرياح تهب بشكل أساسي من الجنوب الغربي ، بينما تهب رياح سائدة أخرى من الشمال الشرقي . بعد تحديد هذه الرياح السائدة ، قمنا بقياس شدتها ، أي متوسط سرعة الرياح في هذه الاتجاهات ، بالإضافة إلى الحد الأدنى والحد الأقصى للسرعة لدراسة الحالات القصوى .
أُجريت دراسةٌ لدرجات الحرارة بحسب الفصول، لكنها غير مُدرجة في هذا القسم . سنعرض في بقية هذا المقال نتائج رياح جنوبية غربية بسرعة 6 أمتار في الثانية ، وهي، وفقًا لهذه الدراسة المناخية، الرياح الأكثر شيوعًا .
نموذج ثلاثي الأبعاد
لدراسة التهوية الطبيعية لمبنى ما، من الضروري مراعاة المباني المجاورة التي تعمل كحواجز هوائية . إذ يمكن لهذه المباني المحيطة أن تؤثر بشكل كبير على تدفق الهواء حول المبنى قيد الدراسة وداخله. كما أن وجود المباني المجاورة قد يخلق مناطق ذات ضغط واضطراب متفاوتين، مما يؤثر على اتجاه الرياح وسرعتها . لذا، فإن النمذجة الدقيقة لهذه المباني المجاورة ضرورية لإجراء تقييم واقعي للتهوية الطبيعية.
يُمكّننا نمذجة المباني المجاورة من محاكاة تأثير العوائق على تدفق الهواء. ويشمل ذلك تحديد مناطق ظل الرياح ، حيث يقل تدفق الهواء أو يتعطل، وقنوات الرياح ، حيث يتسارع تدفق الهواء. يمكن أن تؤثر هذه الظواهر على جودة الهواء الداخلي ، والراحة الحرارية ، وكفاءة الطاقة في المبنى قيد الدراسة. تساعد النمذجة الفعّالة في تحديد أفضل مواقع فتحات التهوية ، مثل النوافذ والمنافذ، لتحسين دخول الهواء النقي وإخراج الهواء الراكد .
المقاسات
يُعدّ تحديد حجم قنوات التهوية بدقة أمرًا بالغ الأهمية لضمان فعالية التهوية . تُقدّم شركة إيوليوس خبرتها في تحديد حجم أنظمة التهوية الطبيعية وتحسينها . بعد ذلك، تُتيح محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) التحقق من هذا الحجم . تكمن ميزة CFD في القدرة على اختبار أنظمة وتكوينات متعددة . في الواقع، يُعدّ تعديل أنظمة التهوية أسهل خلال مرحلة المحاكاة منه بعد تركيبها.
اختبار عدة مداخن باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية
أُجريت دراسات على العديد من المداخن:
- واحد مزود بقناة مستطيلة الشكل بارتفاع 4 أمتار وغطاء مسطح
- اثنان مزودان بقناة أسطوانية بارتفاع 4 أمتار: أحدهما بغطاء نصف كروي ثابت والآخر دوار
- وواجهة بارتفاع 4 أمتار ذات اتجاهين
تهدف هذه الدراسة إلى تحديد الشكل الأمثل للمشروع من خلال مقارنة تدفق الهواء المستخرج من المداخن في ظل تكوينات مختلفة. وقد تم توحيد مساحات التجميع وأحجام قنوات التهوية في جميع الدراسات بهدف مقارنة كفاءة السحب الطبيعي فقط .
سرعات الهواء عبر التكوينات الأربعة المختلفة للمداخن
تُظهر الدراسات أن المداخن ذات الأغطية الدوارة تُولّد أقوى سحب للهواء . ويبلغ تدفق العادم فيها ضعف تدفق العادم في المداخن ذات الأغطية الثابتة تقريبًا، بغض النظر عن اتجاه الرياح أو تأثيرات المباني المحيطة. علاوة على ذلك، يدور الغطاء لضمان الظروف المثلى، مما يُحسّن من قوة السحب .
قد تكون مداخن الواجهات حلاً مثيراً للاهتمام رغم بعض القيود. فهي تعتمد بشكل كبير على اتجاه الرياح ؛ فبحسب اتجاه الرياح وتوجيه المدخنة، يمكن أن تعمل إما كمدخل للهواء أو كمخرج له، وهو ما قد يكون ميزة وعيباً في آن واحد.
في سياق هذه الدراسة، وللحصول على أفضل سحب ممكن، يفضل استخدام المدخنة ذات الغطاء الدوار .
المحاكاة والنتائج
يعرض هذا القسم نتائج محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية باستخدام قنوات فردية ومداخن أسطوانية متحركة . في الواقع، كما تُظهر المحاكاة الأولية، فإن هذا النوع من المداخن هو الأكثر كفاءة .
تُظهر نتائج المحاكاة الموضحة أدناه رياحًا جنوبية غربية تبلغ سرعتها حوالي 6 أمتار في الثانية ، وهي الرياح السائدة في منطقة المشروع . تجدر الإشارة إلى أنه تم اختبار اتجاهات وسرعات رياح أخرى، ولكنها غير مذكورة في هذه المقالة.
تشير المناطق الحمراء إلى المداخن الأكثر تأثراً بالرياح القادمة من الجنوب الغربي . أما المداخن التي لا تظهر فيها هذه المناطق الحمراء، فهي أقل تأثراً بهذه الرياح لوجود مداخن أخرى في اتجاه الريح .
بهدف مقارنة المداخن الثابتة والمتحركة، تم إجراء دراستين لكل حالة، وسيتم عرضهما أدناه.
توزيع السرعة في قنوات المداخن المتنقلة - دراسة أولية لتحديد الحجم
للوهلة الأولى، تبدو سرعات الهواء في مداخن المداخن المتحركة أعلى منها في مداخن المداخن الثابتة . علاوة على ذلك، يمكن ملاحظة فرق بين مداخن المداخن الثابتة نفسها . ففي حالة المداخن الثابتة، يبلغ معدل تدفق الهواء في المدخنة ذات أطول قناة (الطابق الأول) 0.7 تغيير هواء في الساعة ، وهو أقل بكثير من المعدل المتوقع البالغ 5 تغييرات هواء في الساعة . أما أقصر قناة (الطابق الخامس) فهي الوحيدة التي تقترب من هذا المعدل المستهدف البالغ 5 تغييرات هواء في الساعة ، ويزداد هذا المعدل مع كل طابق .
الجدول أدناه هو ملخص لمعدلات التدفق لكل طابق ولكل نوع من أنواع المداخن :
يُبيّن هذا الجدول أن التهوية باستخدام المداخن الثابتة أقل فعالية بنصف فعالية التهوية باستخدام المداخن المتحركة . ومن المهم أيضًا ملاحظة أن الطابق الأول لا يحصل على أي تهوية تقريبًا في حالة المدخنة الثابتة .
في هذه الدراسة، تقع فتحات الواجهة التي تمت دراستها في موقع مرتفع وتفتح مرة واحدة كل إطارين ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
يُلاحظ أن سلسلة المداخن المعرضة مباشرةً للرياح (المُحاطة بدائرة حمراء في الشكل أعلاه) تُظهر معدلات تدفق أعلى بكثير من متوسط معدلات تدفق المداخن الأخرى . وبالتالي، بالنسبة لهذه المداخن، يتم تحقيق الهدف البالغ 5 حجم/ساعة في حالة المداخن المتحركة ، ولكن ليس بعد في حالة المداخن الثابتة .
تشير هذه النتائج الأولية إلى أن التهوية الطبيعية تعمل بشكل صحيح في حالة المدخنة ذات الغطاء المتحرك . في هذه الحالة، تم اختيار أحجام القنوات بشكل صحيح لتحقيق معدل تهوية يبلغ 5 تغييرات للهواء في الساعة .
محاكاة التفريغ الليلي عن طريق التهوية الطبيعية
قياس مكاسب التهوية الطبيعية عبر المدخنة
بعد إجراء دراسات أداء لأنواع مختلفة من المداخن ، أُجريت دراسة لتقييم تبديد الحرارة ليلاً في هذا المبنى باستخدام التهوية الطبيعية وهذه المداخن . ويشير تبديد الحرارة ليلاً إلى عملية التبريد السلبي التي تستغل انخفاض درجات الحرارة الخارجية ليلاً لإزالة الحرارة المتراكمة خلال النهار. تعتمد هذه الظاهرة على الدوران الطبيعي أو القسري للهواء ، مما يقلل من درجة الحرارة الداخلية ويحسن الراحة الحرارية دون اللجوء إلى تكييف الهواء الميكانيكي .
تهدف هذه الدراسة إلى تحديد مدى فعالية هذه الآلية كدالة للظروف المناخية وخصائص المبنى وتدفقات الهواء المستحثة .
شروط الخروج الليلي
لنمذجة تصريف ليلي يتوافق مع سيناريو واقعي ، اخترنا محاكاة فرق في درجة الحرارة مقداره 10 درجات مئوية بين الهواء الداخلي والخارجي . وبشكل أكثر تحديدًا، أخذنا في الاعتبار حالتين مميزتين: درجة حرارة خارجية تبلغ 18 درجة مئوية ودرجة حرارة داخلية تبلغ 28 درجة مئوية .
يستند هذا الخيار إلى افتراض أنه خلال فترات الحر الشديد، يؤدي تراكم الحرارة داخل المبنى إلى ارتفاع درجة الحرارة الداخلية، بينما يؤدي انخفاض درجات الحرارة الخارجية ليلاً إلى تأثير تبريد طبيعي . ويعزز هذا التفاوت في درجات الحرارة التهوية الطبيعية من خلال خلق تدرج حراري يشجع دوران الهواء عبر مداخن المبنى وفتحاته.
تم تحديد ظروف الرياح أيضاً بناءً على دراسة مناخية سابقة. وقد تم اختيار الرياح السائدة في الموقع لهذه الدراسة.
نتائج دراسات تصريف المناخ
تُسهّل نتائج قياسات الانبعاثات الليلية تحديد المناطق جيدة التهوية ، حيث تكون درجات الحرارة الداخلية قريبة نسبيًا من درجات الحرارة الخارجية . وتستفيد هذه المناطق من دوران هواء فعال ، مما يُعزز التبريد الطبيعي للمبنى.
في المقابل، تبرز أيضاً المناطق سيئة التهوية . ففي هذه المساحات، يكون دوران الهواء محدوداً، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة المتبقية ، لتصل إلى حوالي 28 درجة مئوية . ويُعدّ تحديد هذه المناطق أمراً بالغ الأهمية لتحسين استراتيجية التهوية الطبيعية ، وذلك من خلال تعديل الفتحات أو دمج حلول لتحسين تجديد الهواء وتوزيع درجة الحرارة بشكل متجانس.
حددت هذه الدراسة النقاط الساخنة في المبنى وحللت تأثيرها على الراحة الحرارية . وبشكل عام، أثبت فقدان الحرارة ليلاً فعاليته في الحفاظ على درجات حرارة مريحة في معظم أنحاء المبنى ، مما يعزز التبريد السلبي الأمثل.
ومع ذلك، لوحظ أن المناطق ذات الحركة المائية المنخفضة لا تستفيد من التصريف الليلي.
علاوة على ذلك، لعبت هذه الدراسة دورًا محوريًا في دعم عميلنا لتحسين التهوية الطبيعية . وبفضل النتائج التي توصلنا إليها، تمكّنا من وضع قائمة بأفضل الممارسات لزيادة التهوية الطبيعية إلى أقصى حد ، وبالتالي تحسين فقدان الحرارة ليلًا . وتهدف هذه التوصيات تحديدًا إلى تحسين إدارة الفتحات ، وضبط معدلات تدفق الهواء ، والاستفادة القصوى من فروق درجات الحرارة لتعزيز فعالية التبريد السلبي .
فيديو ملخص الدراسة
فيديو ملخص الدراسة
اكتشف مشاريع أخرى
مكافحة التعرية بفعل الرياح في محطة الطاقة الشمسية
تأثير الرياح على مبنى شاهق الارتفاع
دراسة التحكم في جودة الهواء – موقع إنشاء محطة قطار الأنفاق في إيسي
تأمين موقع تجاري – دراسة CFD لمخاطر الرياح
دراسة الراحة الهوائية – الكلية
دراسة راحة الرياح – السطح – على السطح
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
