ارزیابی عملکرد سامانه‌های منظر یکپارچه بر آسایش بادی عابرپیاده: تحلیل کمی اثر هم‌افزایی با شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه هنرهای کاربردی (معماری منظر)، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

2 کارشناس ارشد، گروه هنرهای کاربردی (معماری منظر)، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

3 دانشیار، گروه هنرهای کاربردی (معماری منظر)، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

چکیده

براساس معیار دانپورت جریان هوا یکی از مؤلفه‌های مهم آسایش حرارتی و بادی در فضاهای باز شهری است که تحت‌تأثیر پیچیدۀ هندسۀ ساختمان‌ها و چیدمان منظر قرار می‌گیرد. پژوهش حاضر به ارزیابی راهکارهای طراحی منظر یکپارچه در جهت ارتقای آسایش بادی در فضاهای باز بین ۱۲ بلوک مسکونی (شهرک امید تهران) می‌پردازد. در این راستا، با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در نرم‌افزار Ansys Fluent و با بهره‌گیری از مدل توربولانسی k-ε، الگوی جریان باد در تراز عابرپیاده (۱.۷۵ متر) براساس معیار داون‌پورت شبیه‌سازی شد. نتایج وضعیت خط مبنا نشان داد که ۴۰درصد از ۴۲ نقطۀ سنجش از آستانه‌های آسایش بادی فراتر می‌روند. به‌دنبال آن، دو سناریوی مداخله (۱: پوشش گیاهی؛ ۲: سیستم یکپارچۀ پوشش گیاهی و موانع متخلخل) ارزیابی شدند. تحلیل‌های کمی نشان دادند که سناریوی یکپارچه (نسل سوم رویکردها) تعداد نقاط فاقد آسایش بادی را به‌میزان ۶۷درصد کاهش داد. مهم‌تر آنکه نتایج تحلیل هم‌افزایی نشان داد که راهبرد یکپارچه و ترکیبی، ۱۵درصد بهبود اضافی فراتر از مجموع خطی مداخلات انفرادی ارائه می‌دهد. این اثر غیرخطی و برتر، لزوم تدوین چهارچوب‌های طراحی مبتنی بر شواهد برای مدیریت جامع ریزاقلیم در شهرک‌های مسکونی را تأیید می‌کند.

تازه های تحقیق

  • نقض معیار داونپورت در ۴۰درصد از فضاهای باز شهرک مسکونی امید (خط مبنا و شرایط موجود)
  • کاهش ۶۷درصد نقاط بحرانی بادی با اجرای سامانه‌های منظر یکپارچه
  • بهبود ۱۵درصد عملکرد فراتر از مجموع خطی با تحلیل اثر هم‌افزایی
  • شناسایی ضریب هم‌افزایی ۱.۲۲ در شکاف‌های بین‌ساختمانی جهت مکان‌یابی

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimizing Pedestrian Wind Comfort via Integrated Landscapes: CFD-Based Synergy Analysis

نویسندگان [English]

  • Mahshid Ghorbanian 1
  • Saeed Banimahdi Dehkordi 2
  • Mehdi Khakzand 3
1 Assistant Professor, Department of Landscape Architecture, School of Architecture and Environmental Design, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 Master of landscape architecture, Department of Landscape Architecture, School of Architecture and Environmental Design, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
3 3- Associate Professor, Department of Landscape Architecture, School of Architecture and Environmental Design, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Airflow is one of the most critical components of outdoor thermal and wind comfort in urban open spaces, influenced by the complex interplay of building geometry and landscape design. The present study aims to quantitatively evaluate wind behavior and develop integrated landscape design strategies by investigating pedestrian wind comfort in the open spaces between 12 residential blocks (Omid Town, Tehran). To this end, the wind flow pattern at the pedestrian level (1.75 meters) was simulated using Computational Fluid Dynamics (CFD) in Ansys Fluent software, employing the k-ε turbulence model and based on the Davenport comfort criterion. Baseline results indicated that 40\% of the 42 measurement points exceeded the pedestrian wind comfort thresholds. Subsequently, two intervention scenarios (1: Vegetation; 2: Integrated system of vegetation and porous barriers) were evaluated. Quantitative analyses demonstrated that the integrated scenario (representing the third generation of approaches) resulted in a 67\% reduction in the number of uncomfortable points. More importantly, the synergy effect analysis revealed that the combined strategy provided a 15\% additional performance improvement beyond the linear sum of individual interventions. This superior, non-linear effect confirms the necessity of developing evidence-based design frameworks for the comprehensive management of microclimates in residential complexes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pedestrian Wind Comfort
  • Synergy Effect
  • Integrated Landscape Systems
  • CFD Simulation
  • Urban Microclimate

مراجع

  • بنی‌مهدی دهکردی، سعید؛ قربانیان، مهشید و خاکزند، مهدی، ۱۴۰۳. شناسایی عناصر مهم در معماری منظر فضای باز بین مجتمع‌های مسکونی با رویکرد آسایش اقلیمی در برابر باد، هشتمین همایش ملی معماری و شهر پایدار، تهران، https://civilica.com/doc/2190721
  • رازجویان، محمود. (1393). آسایش در پناه باد، انتشارات دانشگاه شهیدبهشتی، تهران: ایران.
  • قربانیان، مهشید، (1403)، بهینه‌سازی طراحی شهری برای کاهش اثرات باد با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، هشتمین همایش ملی معماری و شهر پایدار، تهران، https://civilica.com/doc/2190757
  • رضایی حریری، محمدتقی؛ شیوا نجف خسروی، شیوا و پریا سعادت جو، پریا. (1395)، بررسی تأثیر مقطع ساختمان های بلندمرتبه بر رفتار باد در پیرامون بنا، نامه معماری و شهرسازی، دوره نهم، شماره 17، صص 77-61.
  • مولایی، محمدمهدی؛ پیله‌چی‌ها، پیمان و شادانفر، عطیه. (1398). بهینه‌سازی تناسبات بازشو و جبهۀ نورگیری، با رویکرد کاهش مصرف انرژی در ساختمان‌های اداری. نقش جهان، مطالعات نظری و فناوری‌های نوین معماری و شهرسازی، 9(2)، 117-123. https://bsnt.modares.ac.ir/article_856_8c235f89a8143a28a1d6067e959dd858.pdf
  • Aguinaga, S., de Virel, M.D., Guilhot, J., Caniot, G., Sanquer, S., Dias, D., & Nguyen, C. (2017). Design of the citadel of Bonifacio urban area through experimental and numerical assessment of pedestrian comfort. Paper presented at the 7th European-African Conference on Wind Engineering (EACWE 2017). https://cstb.hal.science/hal-02309712/
  • Aynsley, R.J.B.S. (1974). Effects of airflow on human comfort. 9(2), 91-94. https://doi.org/10.1016/0007-3628(74)90003-6
  • Aynsley, R.J.E.D.G. (2014). Natural ventilation in passive design. 1-16. http://www.jstor.org/stable/26151921.
  • Bani-Mahdi Dehkordi, S., Ghorbanian, M., & Khakzand, M. (2024). Shenasaei-ye anasor-e mohem dar memari-ye manzar-e faza-haye baz beyn-e mojteme-haye maskooni ba rooykard-e asayesh-e eghlimi dar barabar-e bad [Identification of key elements in landscape architecture of open spaces between residential complexes with a climatic comfort approach toward wind]. In Proceedings of the 8th National Conference on Architecture and Sustainable City, Tehran, Iran. https://civilica.com/doc/2190721 [in Persian]
  • Blocken, B. (2014). 50 years of computational wind engineering: past, present and future. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 129, 69-102. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2014.03.008
  • Blocken, B., Roels, S., & Carmeliet, J. (2004). Modification of pedestrian wind comfort in the Silvertop Tower passages by an automatic control system. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 92(10), 849-873. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2004.04.004
  • Blocken, B., Stathopoulos, T., & Carmeliet, J. (2007). CFD simulation of the atmospheric boundary layer: wall function problems. Atmospheric environment, 41(2), 238-252. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2006.08.019
  • Blocken, B., Stathopoulos, T., & Van Beeck, J.P.A.J. (2016). Pedestrian-level wind conditions around buildings: Review of wind-tunnel and CFD techniques and their accuracy for wind comfort assessment. Building and environment, 100, 50-81. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.02.004
  • Boutet, T.S.J. (1987). Controlling air movement: a manual for architects and builders.
  • Capeluto, I.G. (2005). A methodology for the qualitative analysis of winds: natural ventilation as a strategy for improving the thermal comfort in open spaces. Building and environment, 40(2), 175-181. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2004.07.003
  • Ghorbanian, M. (2024). Behineh-sazi-ye tarahi-ye shahri baraye kahesh-e asarat-e bad ba estefadeh az dinamikh-e sayalat-e mohasebati (CFD) [Optimization of urban design to reduce wind effects using computational fluid dynamics (CFD)]. In Proceedings of the 8th National Conference on Architecture and Sustainable City, Tehran, Iran. https://civilica.com/doc/2190757 [in Persian]
  • Gromke, C., & Ruck, B. (2007). Influence of trees on the dispersion of pollutants in an urban street canyon—experimental investigation of the flow and concentration field. Atmospheric Environment, 41(16), 3287-3302. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2006.12.043
  • Hala, E., & Shkodrani, N. (2020). Design for wind comfort. The CFD assessment over a future outdoor public space. Academic Platform Journal of Natural Hazards and Disaster Management, 1(1), 13-24. https://dergipark.org.tr/en/pub/apjhad/issue/55024/693250
  • Hong, B., & Lin, B. (2015). Numerical studies of the outdoor wind environment and thermal comfort at pedestrian level in housing blocks with different building layout patterns and trees arrangement. Renewable Energy, 73, 18-27. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.05.060
  • Iqbal, Q.M.Z., & Chan, A. L. S. (2016). Pedestrian level wind environment assessment around group of high-rise cross-shaped buildings: Effect of building shape, separation and orientation. Building and environment, 101, 45-63. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.02.015
  • Isyumov, N., & Davenport, A.G. (1975). The ground level wind environment in built-up areas. In Proceedings of the 4th International Conference on Wind Effects on Buildings and Structures, (Heathrow 1975) (pp. 403-422).
  • Javanroodi, K., Mahdavinejad, M., & Nik, V.M.J.A.E. (2018). Impacts of urban morphology on reducing cooling load and increasing ventilation potential in hot-arid climate. 231, 714-746. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.116
  • Kuo, C.Y., Wang, R.J., Lin, Y.P., & Lai, C.M. (2020). Urban design with the wind: Pedestrian-level wind field in the street canyons downstream of parallel high-rise buildings. Energies, 13(11), 2827. https://doi.org/10.3390/en13112827
  • Mahgoub, A.O., & Ghani, S. (2021). Numerical and experimental investigation of utilizing the porous media model for windbreaks CFD simulation. Sustainable Cities and Society, 65, 102648. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102648
  • Molaei, M. M., Pilehchiha, P., & Shadanfar, A. (2019). Behineh-sazi-ye tanasobat-e bazsho va jabeh-ye noorgiri ba rooykard-e kahesh-e masraf-e energy dar sakhteman-haye edari [Optimization of opening proportions and daylighting façade with an energy consumption reduction approach in office buildings]. Naqsh-e Jahan: Theoretical Studies and New Technologies in Architecture and Urbanism, 9(2), 117–123. https://bsnt.modares.ac.ir/article_856_8c235f89a8143a28a1d6067e959dd858.pdf [in Persian]
  • Osman, M. (2011). Evaluating and enhancing design for natural ventilation in walk-up public housing blocks in the Egyptian desert climatic design region (Doctoral dissertation, University of Dundee. https://discovery.dundee.ac.uk/ws/portalfiles/portal/1274519/Osman_phd_2011.pdf
  • Razjouyan, M. (2014). Asayesh dar panah-e bad [Comfort in shelter from wind]. Tehran, Iran: Shahid Beheshti University Press. [in Persian]
  • Rezaei Hariri, M. T., Najaf Khosravi, S., & Saadatjoo, P. (2016). Barrasi-ye tasir-e maghta-e sakhteman-haye boland-mortabe bar raftar-e bad dar piramoon-e bana [Investigating the effect of high-rise building cross-sections on wind behavior around buildings]. Nameh-ye Memari va Shahrsazi (Journal of Architecture and Urbanism), 9(17), 61–77. [in Persian]
  • Stathopoulos, T. (2009). Wind and comfort. In 5th European and African Conference on Wind Engineering, EACWE 5, Proceedings.
  • 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. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2008.02.058
  • Willemsen, E., & Wisse, J.A. (2007). Design for wind comfort in The Netherlands: Procedures, criteria and open research issues. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 95(9-11), 1541-1550.
  • Yuan, C. (2018). Building porosity for better urban ventilation in high-density cities. In Urban Wind Environment: Integrated Climate-Sensitive Planning and Design (pp. 79-100): Springer. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-5451-8_5
  • Yuan, C., Ng, E., & Norford, L. K. (2014). Improving air quality in high-density cities by understanding the relationship between air pollutant dispersion and urban morphologies. Building and Environment, 71, 245-258. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2013.10.008
  • Zheng, S., Guldmann, J.M., Liu, Z., Zhao, L., Wang, J., Pan, X., & Zhao, D. (2020). Predicting the influence of subtropical trees on urban wind through wind tunnel tests and numerical simulations. Sustainable Cities and Society, 57, 102116. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102116

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری: 27 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش: 12 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار: 16 دی 1404
  • تاریخ انتشار: 30 دی 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار