معماری و شهرسازی پایدار

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

اخبار و اعلانات

بخش داوری

روند داوری

عضویت و راهنمای پابلونز

ارتقاء عملکرد بادگیر سنتی بابهره گیری از صفحه جاذب انرژی خورشیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه عمران و معماری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربت حیدریه، تربت حیدریه، ایران.

2 استاد، معماری، معماری، پلی تکنیک، آتن، یونان.

10.22061/jsaud.2026.11631.2291

چکیده

اقلیم گرم و خشک با گرمای شدید بخصوص در تابستان و بارندگی بسیار کم در تمام طول سال و در نتیجه خشکی هوا شناخته می شود. قبل از اختراع سیستمهای مکانیکی جدید، از عناصر اصلی که در معماری سنتی برای سرمایش و تهویه مورد استفاده قرار می‌گرفت بادگیر بود. سیستم عملکرد بادگیرها براساس دو نیروی باد و شناوری بوده است. مساله بادگیرهای مرسوم، نخست عملکرد بیشتر بادگیر به عنوان سیستمی تهویه و خروج هوای داخل بنا بوده و علاوه بر این سیستم در زمان‌ها و مناطق با سرعت باد پایین ناکارامد است. در پژوهش حاضر سعی شده با حداقل تغییر در سیستم بادگیر سنتی از نظر شاکله کلی و عملکردی، با افزودن یک صفحه جاذب خورشیدی، کارایی افزایش داده شود. با استفاده از روش عددی بر مبنای دینامیک سیال محاسباتی اثر سرعت باد ورودی به بادگیر و شدت تابش به صفحه جاذب بر سرعت جریان هوا در دریچه ورودی به اتاق و نحوه توزیع جریان هوا در فضای داخل اتاق، همچنین نرخ جریان هوا مورد مطالعه قرار گرفت. اعتبار سنجی مدل بصورت تجربی انجام شد. نتایج نشان داد که سرعت هوا در ورودی اتاق با افزایش شدت تابش بالا رفته که باعث گسترش منطقه گردش هوا در داخل اتاق می شود. همچنین این تاثیر در سرعت‌های پایین‌تر جریان باد ورودی بیشتر است. علاوه بر این نرخ جریان هوا در زمانی که سرعت وزش باد نزدیک صفر است و تابش خورشیدی به میزان 1000 وات بر مترمربع باشد به حدود 006/0 کیلوگرم بر ثانیه می‌رسد، که در سرعت‌های دیگر وزش باد نیز این تاثیر مثبت با نسبت کمتری قابل مشاهده است. می‌توان سیستم پیشنهادی را با افزایش چند برابری دبی جرمی هوا و افزایش حدود 3 برابری سرعت جریان هوا در دریچه ورودی به اتاق، در سرعت‌های پایین باد، در بهبود کارآیی بادگیر در زمان عدم وزش باد محیطی موثر دانست.

چکیده تصویری

ارتقاء عملکرد بادگیر سنتی بابهره گیری از صفحه جاذب انرژی خورشیدی

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Augmenting the Performance of the Traditional Wind Catcher Equipped with Solar Energy Absorber Plate

نویسندگان [English]

  • Azam Noroozi 1
  • Yannis Veneris 2

1 Assistant Prof., Department of Civil and Architecture, Faculty of Engineering, University of Torbat Heydarih, Torbat Heydarih, Iran.

2 Prof., Department of Architecture, National Technical Uni. of Athens, Athens, Greece.

چکیده [English]

Before the invention of modern mechanical systems, one of the essential building elements in the Hot-Dry climate which was used for cooling and natural ventilation is wind catcher. Wind catchers requires a driving force to operate, the traditional system is mostly applied for heat dissipation rather than supplying ambient cool air through the system, moreover, when there is not adequate external airflow, the stack effect is negligible. In this study, a wind catcher integrated with a solar chimney, also CFD simulations were accomplished to evaluate the effect of the influx of solar radiation amount on volume flow rate at the entrance of the room and air-flow pattern inside the room. Predicted air-flow pattern around and inside the designed wind catcher at the different wind speeds (0, 3 and 5 m/s), solar irradiance on the absorber plate of 0 and 1000 W/m2 shows air velocity at the inlet vent, where the air enters the room, and subsequently the zone of air circulation inside the room enhanced with the solar radiation that intensified the buoyancy force. Comparing the air flow pattern of the different wind speeds at the constant solar radiations indicated that increasing the wind speed from 0 to 5 m/s significantly increased the air velocity inside the wind catcher. Moreover, the air flow rate at the conditions of no wind flow with solar radiation of 1000 W/m2 was found to be around 0.006 kg/s and it is clear, that a maximum air flow rate of 0.1334 kg/s is achievable at the wind speed of 5 m/s, the solar irradiance of 1000 W/m2. The zone of air circulation inside the room improve with the solar radiation that intensified the buoyancy force and system has a better performance when the wind speed is zero.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Solar chimney
  • Ventilation
  • Wind speed
  • Solar energy
مراجع
Abdallah, A. S. H., Hiroshi, Y., Goto, T., Enteria, N., Radwan, M. M., & Eid, M. A. (2014). Parametric investigation of solar chimney with new cooling tower integrated in a single room for New Assiut city, Egypt climate. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 5, 1-9. https://doi.org/10.1007/s40095-014-0092-6
Abdallah, A. S. H., Yoshino, H., Goto, T., Enteria, N., Radwan, M. M., & Eid, M. A. (2013). Integration of evaporative cooling technique with solar chimney to improve indoor thermal environment in the New Assiut City, Egypt. International Journal of Energy and Environmental Engineering, 4, 1-15 https://doi.org/10.1186/2251-6832-4-45.
Abdo, P., Taghipour, R., & Huynh, B. P. (2020). Three-dimensional simulation of wind-driven ventilation through a windcatcher with different inlet designs. Journal of Thermal Science and Engineering Applications, 12(4), 041008. https://doi.org/10.1115/1.4045513
Bansal, N. K., & Minke, G. (1995). Climatic zones and rural housing in India: Publikationen vor 2000.
Calautit, J. K. S., Hughes, B. R., & Ghani, S. (2013). Numerical investigation of the integration of heat transfer devices into wind towers. Chemical Engineering Transactions, 34, 43-48. http://dx.doi.org/10.3303/CET1334008
Casey, M., & Wintergerste, T. (2000). European research community on flow, turbulence and combustion. ERCOFTAC best practice guidelines: ERCOFTAC special interest group on “quality and trust in industrial CFD.
Dehghani Mohammadabadi, Hossein, Yazdanfar, Seyyed Abbas, Dehghan, Ali Akbar, & Dehghani Mohammadabadi, Abolfazl. (2017). Numerical analysis of the performance of four-sided wind tower attached to parlor and courtyard in different wind incident angles. Modares Mechanical Engineering, 16(12), 125-134.  
Elmualim, A. A. (2006a). Dynamic modelling of a wind catcher/tower turret for natural ventilation. Building Services Engineering Research and Technology, 27(3), 165-182. https://doi.org/10.1191/0143624406bse159oa
Elmualim, A. A. (2006b). Effect of damper and heat source on wind catcher natural ventilation performance. Energy and Buildings, 38(8), 939-948. DOI: 10.1016/j.enbuild.2005.11.004
Elmualim, A. A., & Awbi, H. B. (2002). Wind tunnel and CFD investigation of the performance of “Windcatcher” ventilation systems. International Journal of ventilation, 1(1), 53-64. https://doi.org/10.1080/14733315.2002.11683622
Franke, J., Hirsch, C., Jensen, A., Krüs, H., Schatzmann, M., Westbury, P., Wright, N. (2004). Recommendations on the use of CFD in wind engineering, In Proceedings of the International Conference on Urban Wind Engineering and Building Aerodynamics, von Karman Insitute for Fluid Dynamics.
Ghadiri, M. H., Mohamed, M. F., & Ibrahim, N. L. N. (2012). Cfd analysis of natural ventilation behaviour in four sided wind catcher. International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering, 6(12), 2726-2730.
Hughes, B. R., & Ghani, S. A. (2009). A numerical investigation into the effect of windvent dampers on operating conditions. Building and Environment, 44(2), 237-248. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2008.02.012
Jafari, S.; Kalantar, V. (2022). Numerical simulation of natural ventilation with passive cooling by diagonal solar chimneys and windcatcher and water spray system in a hot and dry climate. Energy and Buildings, 256, 111714. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111714
Jazayeri, E., & Gorginpour, A. (2011). Construction of windcatcher and necessity of enhancing the traditional windcatcher. Magazine of Civil engineering(6), 56-60.
Jomehzadeh, F., Hussen, H. M., Calautit, J. K., Nejat, P., & Ferwati, M. S. (2020). Natural ventilation by windcatcher (Badgir): A review on the impacts of geometry, microclimate and macroclimate. Energy and Buildings, 226, 110396. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110396
Khakzand, M., Deljouiee, B., Chahardoli, S., & Siavashi, M. (2024). Radiative cooling ventilation improvement using an integrated system of windcatcher and solar chimney. Journal of Building Engineering, 83, 108409.
Li, L., & Mak, C. M. (2007). The assessment of the performance of a windcatcher system using computational fluid dynamics. Building and Environment, 42(3), 1135-1141.
Looman, R., Cauberg, H., van den Dobbelsteen, A., van Timmeren, A., & Tenpierik, M. (2004). Climate–responsiveness of Building Elements. Paper presented at the Proceedings of PLEA.
Ma, Q., Qian, G., Yu, M., Li, L., & Wei, X. (2024). Performance of Windcatchers in Improving Indoor Air Quality, Thermal Comfort, and Energy Efficiency: A Review. Sustainability, 16(20), 9039.
Maerefat, M., & Haghighi, A. (2010). Natural cooling of stand-alone houses using solar chimney and evaporative cooling cavity. Renewable Energy, 35(9), 2040-2052.
Mahdavinejad, M., & Khazforoosh, S. (2014). Combination of wind catcher and chimney for more energy efficient architectural buildings. Sustain Energy, 2(1), 35-38.
Mohamadabadi, H. D., Dehghan, A. A., Ghanbaran, A. H., Movahedi, A., & Mohamadabadi, A. D. (2018). Numerical and experimental performance analysis of a four-sided wind tower adjoining parlor and courtyard at different wind incident angles. Energy and Buildings, 172, 525-536.
Monghasemi, N., & Vadiee, A. (2018). A review of solar chimney integrated systems for space heating and cooling application. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81, 2714-2730.
Moosavi, L., Zandi, M., Bidi, M., Behroozizade, E., & Kazemi, I. (2020). New design for solar chimney with integrated windcatcher for space cooling and ventilation. Building and Environment, 181, 106785.
Noroozi, A., Veneris, Y.S. (2018) Thermal Assessment of a Novel Combine Evaporative Cooling Wind Catcher. Energies, 11(2), 442-452.
Nouanégué, H., Alandji, L., & Bilgen, E. (2008). Numerical study of solar-wind tower systems for ventilation of dwellings. Renewable Energy, 33(3), 434-443.
Saadatian, O., Haw, L. C., Sopian, K., & Sulaiman, M. Y. (2012). Review of windcatcher technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16(3), 1477-1495.
Saifi, N., Baadi, A., Ghedamsi, R., Guerrout, A., & Settou, N. (2024). An experimental study and numerical simulation of natural ventilation in a semi-arid climate building using a wind catcher with evaporative cooling system and solar chimney. Journal of Building Engineering, 85, 108475.
Tominaga, Y., Mochida, A., Yoshie, R., Kataoka, H., Nozu, T., Yoshikawa, M., & Shirasawa, T. (2008). AIJ guidelines for practical applications of CFD to pedestrian wind environment around buildings. Journal of wind engineering and industrial aerodynamics, 96(10-11), 1749-1761.
Zarandi, M. M. (2009). Analysis on Iranian wind catcher and its effect on natural ventilation as a solution towards sustainable architecture (Case Study: Yazd). International Journal of Humanities and Social Sciences, 3(6), 668-673.
معماری و شهرسازی پایدار
دوره 13، شماره 2
اسفند 1404
صفحه 23-36
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار