ההשפעה של בניית טופס ומיסה על נטיית אור יום ואנרגיה

צורת בנייה ומסה הם החלטות עיצוב בסיסיות המעצבות באופן ישיר את האופן שבו מבנה אינטראקציה עם הסביבה שלו.הבחירות האלה משפיעות לא רק על האופי האסתטי של בניין, אלא גם את היכולת שלו לרתום אור יום טבעי ולצמצם את צריכת האנרגיה.בעידן של הידוק קודי אנרגיה ודגש גובר על רווחה של הדיירים, הבנה של היחסים בין צורה, אור יום, שימוש באנרגיה הפך חיוני עבור אדריכלים, מהנדסים, ומחויבים למפתחים גבוהים.

המשחק בין בניין ו-#8217; גאומטריה וחשיפה השמש שלו משפיע על כל דבר מפני עומסי תאורה ועד דרישות קירור. אסטרטגיה המונית מכוסות היטב יכול להפחית את צרכי התאורה המלאכותיים עד 20– 60% ועומסי קירור גבוהים נמוכים יותר עד 10 & #8211; 30%, בהתאם לתבניות האקלים והתפוסה.

Defining Building Form and Massing

(ב) [ה] [ה]] [ה]] [ה]]], [ה],] [ה], [ה]]][ה]]], [ה]]][ה]]]], [ה]ה'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[

בפרקטיקה ארכיטקטונית, צורה ומסה הם לעתים קרובות הדיאגרמטי הראשון מהלכים צוות עיצוב עושה.אם בניין הוא נתפס כמו קוביה קומפקטית, בר מוארך, סדרה של פאות מקושרות, או פונורמה ומגדל, כל בחירה נושאת השלכות על איך שמש מגיע לאזורים פנימיים.יחס הבניין לנפח (יחס S/V) הוא מדד קריטי: עלייה נמוכה יותר של SV / זוג) עלול להפחית את היחסים בין מזג האוויר עם רמות חום גבוהות יותר, אך עלולים עם רמות חום גבוהות יותר של אור גבוה יותר, אך ירידה גבוהה יותר, אך ירידה של אור חום (שלבים).

מפתחי טיר התנצלות ואופייהם

  • (FLT:0) צורות (cubes, בלוקים, תוכניות עמוקות): שטח מעטפה מינימלי של נפח יחידה, צמצום אובדן חום התנהגותי /gain, עם זאת, אזורי פנים רחוק מן המטר מקבלים מעט עד יום אור, מה שהופך אותם הסתמכות רבה על תאורה חשמלית אלא אם כן יש תוספת עם אטריות או אור.
  • (FLT:0) צורות לינאריות או לינאריות (ברים, סלאבים, תוכניות אצבע): אורך מקסימבייט היקפי יחסית לאזור הרצפה.זה מאפשר ליותר חדרים גישה ישירה לחלונות, שיפור חדירת אור היום. צלחת הרצפה הצרה (בדרך כלל 12 & #8211;18 מ') מבטיח כי אור טבעי מגיע הליבה, צמצום האנרגיה.
  • (FLT:0Courtyard and Atriumצורות:IRLT:1) הכירו אור מחוץ לדלתות או חצי-out דלתות בתוך נפח הבניין.אסטרטגיות אלה יוצרות אזורי אור פנימיים על ידי תקשור אור מלמעלה לתוך צלחות עמוקות אחרת.הם גם לקדם ventilation טבעי ערימה-אפקט, עוד צמצום עומסים מכניים.
  • (FLT:0) צורות מרוצפות או מרוצות: FLT:1 השתמש במכשולים כדי ליצור מרפסות חיצוניות ולהקטין את האפיל על רצפות נמוכות יותר. גישה זו נפוצה בסביבות עירוניות בעלות גבוהה כדי לשמור על גישה לאור יום לרחוב ומבנים סמוכים תוך מתן הדיירים עם שטח חיצוני מצל.

הבחירה בין הטיפולוגיות הללו תלויה בהקשר של האתר, האקלים, דרישות התוכנית, ומטרות אסתטיות.מגדל משרדים עמוק באקלים צחיח חם עשוי לדרוש בארות אור פנימיות נרחבות או אטריום מרכזי כדי להביא אור יום אל הליבה, בעוד שזחל מגורים צר באזור טמפל עשוי להיות מוכוון מזרח-מערב כדי לאזן את הבוקר ואת השמש.

כיצד משפיעות על נטישת יום

חדירת יום למבנה נשלטת בעיקר על ידי עומק המרחב מהחלון, גובהו של ראש החלון, הרהרפת משטחים פנימיים, והכיוון של החזית ביחס לשמש & #8217; הנתיב של הבנייה אינטראקציה עם כל אחד מהגורמים האלה. לדוגמה, חדר עם יחס חלון-לקיר של 40% על חזית דרומית יכול להשיג אור טוב עד 1.5 פעמים, כלומר, מעבר לסף העליון של חלון, או גבוה יותר, כלומר, מעבר לסף העליון של מעל פני שטח של 40% על פני שטח של רוחב של למעלה מגובה של 1.5 פעמים.

עקרונות גיאומטריים של הפצת יום

ה-FLT:0 יום אור גורם כפל 1 (DF) הוא מדד נפוץ המבטא את היחס של חוסר איזון פנים אל חוסר נטיות חיצוניות בלתי מאובחנת תחת תנאי השמיים המתפשטים, בעוד DF מדגיש כיצד צורה משפיעה על חלוקת אור. חדר עם חלון צד אחד בבניין חד-פעמי בדרך כלל משיג ערכים מעל 2% רק בתוך 4 ו- 11.82 ואילך, כלומר, הרבה יותר מאשר לטווח גבוה יותר, לעומת זאת, כלומר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, אין צורך ב- 1 ליטרים, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, יותר מצורות גבוהות יותר מאשר ב-1% מהצורה גבוהה יותר מאשר ב- 1 מצורות גבוהות יותר מאשר ב-1% של חלון חיצוני של חלון חיצוני של חלון אחד, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, יותר מאשר ב-ידי מערכת תאורה גבוהה יותר מאשר ב-1%, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת

גובה הבנייה ומכשולים סמוכים משפיעים גם על זמינות אור היום. במסגרות עירוניות צפופות, בניינים גבוהים עשויים להטיל צללים ארוכים אשר להפחית את הגישה לאור היום למבנים שכנים. להיפך, מגדל סלנדר יכול לאפשר לאור השמש להגיע לקומות נמוכות יותר ואת רמת הרחוב במהלך חלקי היום, בתנאי יחס הקנס העירוני (גובה בנייה למרחב הרחוב) אינו עולה על 2:1.

אוריינטציה ו Façade Relativity

הכיוון של בניין & #8217; ציר ארוך יחסית לכיוונים קרדינליים מעצב באופן משמעותי תבניות אור יום.בחצי הצפוני, חזיתות דרומה מצפות לקבל את השמש עקבית ביותר לאורך כל השנה, מה שהופך אותם אידיאליים לחימום השמש פסיבית ואורות יום. החזיתות צפופים צפון-צפופים לספק אור עדין, זוהר ללא תאורה, אבל מציעים מעט חום.

תכונת המודולציה ממלאת תפקיד: FLT:0.Step-backsFLT 1 ו-(FLT:2setbacksssveFLT 3 בקומות העליונות להפחית את החלק של החזית אשר מואר ישירות בשעות השמש השיא, הורדת עומסי קירור תוך שמירה על שטח החלון עבור ראייה ואורות, כאשר ממוקם בלבבות, לפעול כמו אור אנכית ליום התחתון, משקף פחות רוחב או יותר, עד כמה רוחב, עד גובהו של אור, או יותר גבוה, עד כמה נמוך יותר, עד כמה גבוה, יכול להיות מגובהו של אור גבוה, או יותר, או יותר, עד כמה גבוה יותר, עד כה, עד כמה גבוה יותר, הוא יכול להיות מגובהו.

השלכות אנרגיה על בניית המונים

הביצועים התרמיים של בניין קשור ישירות לצורתו.רווחים והפסדים מתרחשים דרך המעטפה, ואת היחס פני השטח-לכול קובע את גודל ההחלפה הזאת.עבור אזור קומה נתון, צורה קומפקטית ממזערת שטח קטן, צמצום עומסי התנהגות.עם זאת, אם הצורה הקומפקטית מגבילה גם את הגישה לאור היום, השימוש המוגבר של תאורה חשמלית מייצר רווחים פנימיים שיש להסיר על ידי מערכות קירור פוטנציאליות, חיסכון בקיץ.

לעומת זאת, צורה מאוד מבוטנת עם הרבה פרופורציות ו-Reesses מגבירה את שטח המעטפה, המוביל לאובדן חום גבוה יותר בחורף ורווח חום גדול יותר בקיץ.המסחר הוא שצורות כאלה לעתים קרובות מאפשרות יותר אור יום היקפי, אשר יכול להפחית עומסי תאורה ואת רווח החום המשויך מנורות.אפקט האנרגיה הנקי תלוי האקלים הספציפי, יעילות המערכות המכאניות, ואת תאורה כוח צפיפות.

מחיאות כפיים ו- Cooling Loads

באקלים קר, צורות קומפקטיות עם יחסי S / V נמוכים הם יתרון כי הם להפחית אובדן חום. דוגמאות כוללות את igloo המסורתי או עיצובים קומפקטי מודרני פסיביהאוס.באקלים חם, צורות קומפקטיות גם לעזור כי הם להפחית את רווח חום השמש דרך שטח קטן יותר קטן, אבל העדיפות משמרות כדי שילינג ומשקפות משטחים.

בניית מסה משפיעה גם על פוטנציאל האוורור הטבעי. בניין עם אטריום מרכזי או רוח רפאים בצד הדליוורד יכול להניע את זרימת האוויר דרך ventilation צלב.theFLT:0stack EffectFLT:1 (תנועת אוויר מונחה על ידי בטיחות) הוא משופר על ידי אטריום גבוה או פירים אנכיים.

Massal ו-Hick

מסה תרמית (למשל, רצפות בטון, קירות מילדות) יכול לספוג חום במהלך היום לשחרר אותו בלילה, מתפתלת תנודות טמפרטורה פנימית. טפסים ומיסה את ההשפעה ביעילות של מסה תרמית יכול להיות פרוס. קומפקטי טפסים עם מחיצות פנים עבות יש מסה תרמית גבוהה אבל ייתכן חסר אור יום מספיק.

אסטרטגיות אופטימיזציה של אור יום ואנרגיה

שילוב מוצלח של אור יום וביצועי אנרגיה דורש גישה הוליסטית אשר רואה צורה, מסה, אוריינטציה, עיצוב חזית, ובחירת מערכות. להלן אסטרטגיות מוכחות בשימוש בתכנון בניין ביצועים גבוהים.

1. & #8194; תחילת המסה של ניתוח גישה השמש

במהלך עיצוב סכימטי, להפעיל סימולציות מטאמטריות שמשנות עומק בנייה, גובה וכיוון. השתמש במודל אור יום מבוסס אקלים (CBDM) כלים כגון רדיאנס או אקליםסטודיו כדי לחזות אוטונומיה שנתית של אור יום (DA) והתאמה יעילה של אור היום (UDI). Simultanely, חישוב אינטנסיביות שימוש באנרגיה (EU) עם כלים כמו אנרגיה פלוס או IES-Thiser מסייע לזהות את התהליך המאוזן בין היום.

2.   Optimize Floor פלטה

עבור חללים חד-צדדיים, עומק צלחת הרצפה לא גדול מ-1.5 עד 2 פעמים גובה הרצפה-לתפוס (בדרך כלל 4.5–6 מ"מ מ perimeter) מבטיח חדירה נאותה של אור יום. עבור לוחיות רצפה עמוקה יותר, לשלב אטריות, clerestories, או מדפים קלים. עיצובים משרדי מודרני רבים משתמשים רוחב רצפה כולל של 18 & #82; 21 עם מ"מ פנימי, המאפשר אור ל-יומיים להגיע אל תוך יום שלם אל תוך כדי להגיע אל תוך כדי אור.

#8194; השתמש ב-Shading זה מתאים כדי ליצור

מכשירים חיצוניים של כיפוף חייב להיות מותאם לנטייה וגיאומטריה של כל חזיתות דרום חזיתות ליהנות מעצימות אופקיות לחסום שמש קיץ גבוה תוך הכרה בשמש חורף נמוכה וחזיתות מערבה דורשות פינים אנכיים או עיוורים חיצוניים.אוטומטיים או ידני גוונים אופרות יכול עוד יותר אופטימיזציה אור יום ובקרת זוהר.

4. & #8194; שילוב אור וולס ובתי משפט

חצרות פנימיות או אריות יכולות להביא אור טבעי לליבת הבניין.העומק וההשתקפות של האור לקבוע היטב כמה אור חודר.סיים בצבע אור ובארות רדודות (יחס של שמונה עד לראייה פחות מ 2:1) משפרים את הביצועים.בבניינים רב קומות, אטריום היקפי יכול לשרת מספר קומות, צמצום הצורך עבור חלונות היקפיים ומאפשרים רצפה עמוקה יותר.

5. & #8194; בדיקה אחרונה ב-Consider Thermal Mass Activation

עיצוב חשוף תקרה בטון ורצפות שיכולים לספוג רווח סולארי נכנס דרך חלונות בחורף. בקיץ, פתח ב Atria או ערימה vents מאפשרות אוויר חם לעלות ולבריחה, לצייר אוויר קריר יותר בתוך ושטף חום מהמסה התרמית.זה אסטרטגיית קירור פסיבית זו יכולה להפחית את העומסים המרקחים שיא עד 30 & #8211; 50% באקלים מתאים.

6.   Integrate Daylight-Responsive controls

גם עם מסה אופטימלית, תאורה חשמלית עדיין יהיה צורך באזורים עמוקים יותר או במהלך תקופות overcast. להתקין נורות LED מלוטשות עם תמונותensors כי להתאים את התפוקה על בסיס אור יום זמין.זה יכול לחתוך אנרגיה תאורה על ידי 50% או יותר. הטופס של הבניין צריך לעשות את זה קל כדי לחצות בקרת תאורה על ידי עומק היקפי (למשל, הראשון, שורה שנייה, הליבה).

דוגמאות ל- Form-Driven Performance

כמה מבנים בולטים מדגימים את העקרונות שנדונו: TheFLT:0Manitoba Hydro PlacephvesLT 1 ב-Winnipeg, קנדה, משתמשת בצורת C עם גן חורף דרומה, שפועל כמו buir תרמי מקור אור יום עבור רצפת המשרד העמוק שלה, רמה גבוהה ומרכזית בסיוע להשיג חיסכון באנרגיה של 60% לעומת מגדל טיפוסי (18; Fg) הוא ממקסם חלקית עם מבנה מלא של אור אנדלוסיה (D2D) עם רמה גבוהה יותר (D) עם רמה גבוהה יותר של אור.

עבור אקלים קיצוני יותר, ה-FLT:0; ראוגלן הולומפט (Rerglan HouseeurFLT) 1 בניו זילנד משתמש בצורת ליניארית עם גג ראות' המודה אור צפון תוך שליטה על רווח סולארי.צורה סולרית פסיבית זו מבטלת את הצורך קירור מכני בקיץ ומפחיתה את הביקוש להתחממות ב-80%.

כלי סימבול ואנליטי

זרימת עבודה עיצוב מודרנית מסתמכת במידה רבה על סימולציה כדי לכמת את ההשפעות של צורה באור יום ואנרגיה.חלק מהכלים הנפוצים ביותר כוללים:

  • (FLT:0)RadianceFLT:1 ו-#8211; מנוע סימולציה המבוסס על פיזית תאורה חישוב גורמי אור יום, חוסר הכרה, ועידנים זוהרים.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ,EnergyverPlusFLT:1 – מנוע סימולציה של אנרגיה פיתוח שלם שיכול מודל HVAC, תאורה, ואינטראקציות מעטפות.
  • (FLT:0) Libug ToolsFLT:1 – קוד פתוח תוסף עבור Grasshopper המאפשר אור יום ניתוח אנרגיה parametric.

כלים אלה מאפשרים למעצבים לבחון מאות חלופות מסה תוך דקות, לזהות את הצורה הטובה ביותר העומדת בפני מטרות ביצועים לפני תחילת עיצוב מפורט.זה קריטי להשתמש בנתונים מזג אוויר ספציפיים אקלים ולהפעלה של סימולציות שנתיות, לא רק ניתוחים חד-מימדיים.

מסקנה

צורת בנייה ושיטה אינם רקעים פסיביים במערכות מכניות וחשמליות; הם קובעים פעילים של חדירה לאור היום וצריכת האנרגיה. אסטרטגיה מסה מתחשבת המעדיפה את הכיוון, עומק הצלחת הרצפה, ואזורי אור פנימי יכולים להפחית משמעותית את התאורה ואת עומסי HVAC, המוביל להורדת עלויות התפעול, שיפור נוחות הדיירים, וטביעת רגל קטנה יותר.

אדריכלים ומהנדסים חייבים לשתף פעולה בשלבים המושגיים המוקדמים ביותר, תוך שימוש בכלים לסימולציה כדי להעריך את האוטונומיה לאור יום ושימוש באנרגיה על פני אפשרויות מרובות של צורות צורה.על ידי הדבקה של השמש, לא נגדה, קהילת העיצוב יכולה לספק מבנים שאינם רק יעילים אלא גם בריאים יותר ויותר מענגים לחיות.

לקריאה נוספת, ה- 0 (ה- 10) מציע משאבים נרחבים על בקרת השמש וקידוד, בעוד משרד האנרגיה של ארצות הברית של מחלקת האנרגיה של הנדסת חשמל:2U.S. Department of EnergyBuild designph:3 מספק הנחיות לתכנון סולארי פסיבי.