تهویه طبیعی از بادگیر یک طرفه (ترجمه مقاله علمی)+دانلود

"همواره سبک های معماری در هر فراز تاریخ و درفراخنای کره خاکی دارای زبانی مختص به خود بوده اند. این زبان را الفبایی است تا کلمات و سپس جملاتش را شکل دهد. در این میان الگووارهها نقش همان کلمات و واژگان اصیل را دارند که در نهایت همانها معرف ویژگی های آن سبک از معماری هستند.

الگوواره های معماری ایرانی نیز از این قاعده مستثنی نبوده و فریاد رسای معماری این مرز و بوم اند. یکی از مهمترین موارد در زبان الگوی معماری سنتی ایران، بادگیر ها هستند.

آنچه در ذیل می آید ترجمه ی 5 صفحه آخر مقاله ی علمی پیرامون بادگیر است که با عنوان

مطالعه تجربی بر روی عملکرد تهویه طبیعی از باد گیر یک طرفه

به همت آقایان منتظری و عزیزان تهیه شده است...اصل فایل با زبان انگلیسی قابل دانلود در انتهای مطلب می باشد."

3-2-برآورد میزان تهویه از ضرایب فشار

با توجه به مجموعه ای از داده های توزیع فشار برای یک بنا، به منظور برآورد مقدار جریان هوا تهویه از طریق ورودی و خروجی مدل ساده شده را می توان مورد استفاده قرار داد . معادله برای محاسبه جریان هوا از طریق یک ساختمان با یک موثر ورودی و یک موثر خروجی در زیر داده شده است [12،17،18].

---

که در آن - سرعت جریان هوای تئوری (-), - ضریب تخلیه، - سطح های موثر ورودی و خروجی (-) تفاوت ضریب فشار در سراسر ورودی و خروجی می باشد. این ضرایب از طریق مطالعات تجربی از مدل بادگیر در تونل باد تعیین شده اند. ترکیبی از روابط. (4) - (5) می دهد:

---

که در آن ∆CP,0، تفاوت ضرایب فشار در سراسر ورودی و خروجی برای صفر زاویه ی برخورد هوا می باشد. یاد آور می شود که با توجه به قرار دادن پنجره ی خانه مدل در معرض محیط جو، ضریب فشار برای این بخش برای همه محاسبات ثابت خواهد بود. برای باد گیر، میانگین فشار یک نمونه میتواند از ضربات فشار بدست آید، که در دهانه بادگیر آن واقع شده (ضربات فشار 1 و 2 در همه سطوح).

صرف نظر از وابستگی ضریب تخلیه در جهت جریان، معادله (6) ممکن است برای همه حالت های عملکرد بادگیر یک طرفه استفاده شود.

4. بررسی ها و نتایج:

تجزیه و تحلیل هیدرودینامیکی از بادگیر یک طرفه می تواند برای ارزیابی عملکرد بادگیر ها با شکل های متفاوت بسیار مفید باشد. لذا در این مطالعه، آزمایش متنوعی بر روی مدل آن انجام شد.

به منظور مشخص شدن الگوی جریان درون و بیرون از مدل بادگیر ، دود مورد استفاده قرار گرفت. برای ایجاد جریان، هر دو بام و یک طرف از مدل بادگیر یک طرفه از شیشه ساخته شد و این مدل تحت زاویه صفر برخورد قرار گرفت. شکل 8 رشته جریان در وجه جلو و در زیر کانال هوای این مدل بادگیر را نشان می دهد. در این مورد، سرعت سرچشمه جریان برابر با 7 متر در ثانیه بوده و دود به عنوان یک خط عمودی به جریان هوا تزریق می شود. جریان از هم جدا شده و منطقه دنباله جریان را می توان نزدیک به لبه پایین تر دهانه آن دید که باعث تفاوت شدید ضریب فشار در این منطقه می شود. علاوه بر این، با توجه به وجود این ، پدیده بادگیر نمی تواند به حداکثر بهره وریش برسد. به اضافه، حضور منطقه دنباله جریان در عبور هوا به شدت تحت تاثیر سرعت هوای ناشی از توزیع از طریق کانال است.

شکل 9نمای بالای عبور جریان از طریق بادگیر را برای زوایای مختلف برخورد هوا نشان می دهد. همانطور که در شکل (a9) نشان داده شده است قرار گرفتن بادگیر در مسیر جریان باد غالب (با زاویه صفر درجه)، به هدف ورود حداکثر میزان جریان به بادگیر مجرد است. با افزایش زاویه برخورد هوا، گرداب پدید آمده به داخل کانال و عمود بر مسیر عبور هواست، ناشی از آن سرعت جریان هوا کاهش می یابد (شکلb9). همچنین همراه با افزایش زاویه ی باد و پس از آن توسعه یافتن منطقه نفوذ گردابه ها، ناشی از آن عملکرد بادگیر به طور مداوم کاهش می یابد (شکلc9) و به حداقل مقدار آن در زاویه ی جا به جایی می رسد. در این زاویه که مساوی با 68% برای مدل بادگیر برای مدرسه "خارمانی" است، گردابه ها تمام بازشو های بادگیر را احاطه کرده و در واقع به جریان اجازه ورود به بادگیر را نخواهد داد.

افزایش یافتن زاویه باد بیش از زاویه ی جا به جایی، باعث تغییر در مسیر جریان هوای بادگیر خواهد شد. در این وضعیت، بادگیر به عنوان یک دستگاه مکش عمل می کند، به طوری که هوای وارد شده از پنجره، از تمام فضاهای داخلی عبور می کند، و در نهایت آنجا را از بازشوهای بادگیر ترک می کند. با توجه به این واقعیت علمی است که بدنه بادگیر در معرض مسیر جریان هوا قرار می گیرد، باعث ایجاد یک فشار کم در منطقه پشت آن و نمای بازشوی آن می شود که در آن منطقه با فشار کمتر از فشار محیط می باشد و این که یک جریان هوا از پنجره به سمت بازشوی بادگیر نتیجه خواهد شد.

شکل 10 تغییرات CP به همراه فاصله Y در هر سه سطح از بازشو را نشان می دهد و آن مجرایی برای مقادیر مختلف از نزدیکی زاویه برخورد هواست. همانطور که نشان داده شده است، در زاویه برخورد زیر صفر، برای همه سطوح و برای نقاط 1 و 2، ضرایب فشار مثبت هستند در حالی که برای نقاط 3-8، آنها منفی می شوند. لازم به ذکر است که نقاط 1 و 2 در معرض جریان هوای ورودی قرار دارند در حالی که نقاط 3-8 در زیر کانال هوا قرار گرفته اند. هوای ورودی در نقطه 1 برخورد می کند و از این رو ضرایب فشار آن در حداکثرمقادیرش نشان داده می شوند. در این مورد، نظر به اینکه هوا 90 درجه منحرف می شود تا ادامه راه خود را به سمت پایین از طریق زیر کانال بپیماید، شتاب آن و در نتیجه ضریب فشار ان شروع به کاهش می کند و در نهایت در نقطه 3، آن منفی می شود. تنوع ضرایب فشار شتاب اولیه هوا در داخل کانال و سپس کاهش سرعت را نشان می دهد. شکل 10 نیز کاهش قابل توجهی در ضرایب فشار را در نقاط 3 و 4 نشان می دهد. دلیل این تغییرات این است که، در دهانه ورودی و در کنار لبه پایین تر (در مجاورت نقطه 3) ، یک جریان از هم جدا شده به علت چرخش جریان هوای ورودی به زیر کانال هوا وجود دارد. بدین ترتیب، پس از جداشدن جریان و در منطقه گردابه های هوا ، فشار هوا به شدت کاهش می یابد.

با توجه به شکل 10، برای مقادیر کم زوایای برخورد هوا ، فشار ها در جبهه ی رو به باد مدل تفاوت های بزرگی را بین سطوح مجزا نمایش می دهد. این امر به دلیل جدا شدن جریان در بخش خارج از سطح است، که در معرض جریان هوای ورودی می باشد. در این جهت باد، میانگین ضریب فشار دهانه بادگیر بزرگتر از یک برای پنجره خواهد بود و پس از آن بادگیر ، باد جریان هوای خارجی را می گیرد و به داخل ساختمان می دهد. در نتیجه هوا خانه را از طریق پنجره ترک می کند.

با افزایش زوایای برخورد هوا و نزدیک شدن زاویه باد به 70 درجه، ضرایب فشار در اطراف همه سطوح تقریبا یکسان و برابر با ضریب فشار محیط خواهد بود. در این زاویه، که در مطالعه کنونی به نام زاویه ی جابه جایی می باشد، الگوی جریان بسیار پیچیده خواهد شد. هنگامی که زوایای باد از زاویه جابه جایی تجاوز کند بادگیر به عنوان یک دستگاه مکش عمل می کند. در این موارد، ضرایب فشار در تمام مکان های ضربه برای یک زاویه باد داده شده تقریبا ثابت هستند. این امر به وضوح نشان می دهد که چگونه منطقه دنباله جریان شامل جبهه خلاف جهت باد مدل می شود.

شکل 11 راندمان تهویه طبیعی بادگیر یک طرفه در مقابل زاویه باد برای باد یکنواخت و جوی همانند جریان ها را نشان می دهد. این واضح است که نتایج از روند مشابهی برای هر دو مورد پیروی می کنند. همانطور که نشان داده شده است برای یک بادگیر مجرد حداکثر راندمان در زاویه صفر برخورد هوا بدست آمده است. در این حالت، سرعت ناشی از جریان هوا معادل 0.016 m3/s است. برای اینکه زاویه جهت باد کمتر از زاویه جا به جایی می باشد، راندمان تهویه طبیعی با افزایش وزش باد کاهش می یابد. بیشترین فروکاست در این راندمان در زاویه ی جا به جایی بدست آمده است. در این مورد، هیچ میزان جریانی از طریق بادگیر وجود ندارد و پس از آن مقادیر راندمان تهویه طبیعی به صفر میل می کند. با افزایش وزش باد و با قرار دادن دهانه بادگیر تحت دنباله ی جریان هوای بالادست، بادگیر یک طرفه به عنوان یک دستگاه مکش عمل می کند و عملکرد آن به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد. همانطور که در شکل 10توضیح داده شده است. ، در زوایای بزرگ باد، دهانه بادگیر یک طرفه ضرایب بزرگ فشار منفی را تحمل می کند و پس از آن اختلاف فشار در سراسر ورودی و خروجی را افزایش می دهد. این باعث می شود برای زاویه ی باد 180 درجه، بادگیر بزرگترین راندمان تهویه را به عنوان یک دستگاه مکش داشته باشد.

عملکرد بادگیر برای باد جوی شبیه سازی 50 درصد در زاویه ی صفر برخورد هوا کاهش می یابد. این نسبت برای همه ی زوایای برخورد هوا تقریبا ثابت است.

جدول 1 مقادیر تجربی و نظری راندمان تهویه طبیعی را برای مقادیر مختلف نزدیکی زوایای برخورد هوا می دهد. با توجه به این نتایج، همخوانی کلی نتیجه نظری با داده های تجربی کنونی نسبتا رضایت بخش است. این مقایسه نشان می دهد که روش نظری با دقت می تواند عملکرد تهویه ی بادگیر یک طرفه را ارزیابی کند. بر این اساس می توان نتیجه گرفت که هر چند مقادیر خاص از ضریب تخلیه مناطق، ورودی و خروجی و سرعت مرجع را به طور مستقیم تحت تاثیر حجم جریان هوای به دست آمده قرار خواهد داد، یک تجزیه و تحلیل از (2/1 (∆CP به روشن شدن عملکرد ویژگی های پیکربندی تهویه کمک می کند.

شکل 12 تغییرات راندمان تهویه ی طبیعی از بادگیر یک طرفه به همراه نسبت مقادیر مختلف فاصله به نسبت ارتفاع تک بنا بالادست را نشان می دهد. برای شی بلندتر و فاصله های کوچکتر، دهانه مدل در منطقه دنباله جریان مدل پشت به باد پوشانده می شود. در این موارد، این بخش آزمایش ها فشار را از پنجره ساختمان کاهش می دهد و به عنوان تهویه جریان خروجی عمل می کند. در این شرایط و در فاصله ثابت، راندمان تهویه طبیعی بادگیر با افزایش ارتفاع ساختمان بالادست افزایش می یابد. با بیشتر شدن فاصله ی بنا، بادگیر وارد منطقه ی جا به جایی می شود، که در آن جریان هوا تهویه شده و از این رو راندمان آن به حداقل مقادیرش کاهش می یابد.

از این رو، می توان نتیجه گرفت که بادگیر یک طرفه ، اگر در فاصله جا به جایی ساختمان بلند بالا دست قرار گرفته باشد ناتوان از انجام وظیفه ی خود و به عنوان یک دستگاه منفعل تهویه می باشد. در منطقه جا به جایی که در آن الگوی جریان بسیار پیچیده است، هیچ ورودی و خروجی خاص و جهت معکوس تهویه ی جریان هوا به طور مداوم وجود ندارد.

با فاصله گرفتن از ساختمان مجاور و پشت سر گذاشتن منطقه جا به جایی، باد گیر آن عملیات القائی را دوباره انجام خواهد داد. در این وضعیت، راندمان تهویه با افزایش فاصله برای همه مقادیر ارتفاع بهبود یافته است. در این موارد و در یک فاصله ثابت، کاهش القا شده در جریان را می توان برای ساخت و ساز بلندتر با توجه به این واقعیت دید که مدل ها و به ویژه بخشی از بازشو که تحت دنباله جریان ساختمان بالادست هستند. با افزایش ارتفاع مدل شی بالادست، موقعیتی که در آن رشته جریان از هم جدا شده است، ثابت باقی می ماند، در نتیجه تقریبا تمام منطقه باد گیر در منطقه دنباله جریان واقع شده و تهویه منفعل هوا کاهش می یابد.

همچنین از شکل 12 دیده می شود، قرار دادن ساختمان بالادست با ارتفاع کوتاه تر در مقایسه با باد گیر به ویژه در نسبت با فاصله راندمان آن را افزایش می دهد. در این وضعیت، اثرات جدایی جریان در مکان های مختلف از بادگیر به ویژه در مجاورت لبه پایین تر دهانه ی آن ، کاهش می یابد و باعث می شود که ناشی از آن قابلیت بادگیر افزایش قابل ملاحظه ای یابد. به عبارت دیگر برای بادگیر مجرد و در زاویه صفر برخورد، جریان جدا شده و منطقه دنباله جریان نزدیک به لبه پایین تر دهانه ی آن باعث می شود که بادگیر به حداکثر راندمان تهویه دست یابد. با افزایش نسبت فاصله ، بادگیر تمایل دارد به عنوان یک بادگیر مجرد عمل کند و سپس عملکرد آن کاهش می یابد.

ایجاد دود آزمایش ها برای ثابت کردن اثر یک شیء بالادست کوتاه بر عملکرد تهویه بادگیر یک طرفه انجام شد. نتایج به دست آمده در شکل13 نشان داده شده است. این واضح است که در مقایسه با بادگیر مجرد، شکل. (a)13 ، قرار دادن مدل باد گیر یک طرفه تحت دنباله جریان یک شیء کوتاه بالادست منجر به کاهش منطقه سیرکولاسیون در ورودی و لبه پایین تر بازشو می شود. این باعث می شود منطقه ورودی موثر بادگیر افزایش یابد و کارایی تهویه آن، بطور قابل توجهی بهبود پیدا کند، (b)13.

5. نتیجه گیری

در مناطق مرکزی و خشک ایران و کشورهای همسایه، wind catchers که در ادبیات فارسی آن را بادگیر می نامند، یکی از اجزای اصلی ساختمان قدیمی بوده است. در غیاب سیستم های تهویه مطبوع مدرن یا تجهیزات تهویه مکانیکی هوا، آنها مسئول گرفتن باد از هر جهت و هدایت آن به خانه و یا ساکنان مناطق بودند. در این مطالعه، یک مدل در مقیاس 1:40 از مدرسه خارمانی، به کار گرفته شد و سرعت جریان هوا به داخل اتاق آزمایش و ضرایب فشار در اطراف تمام سطوح آن کانال برای مقادیر مختلف از نزدیکی زوایای برخورد هوا اندازه گیری می شد. با استفاده از این ضرایب فشار، مقادیر تئوری جریان تهویه هوا به منظور ارزیابی توانایی مدل ساده شده در مطالعات تهویه طبیعی تخمین زده می شد. در این مطالعه، اثر قرار دادن بادگیر شهری در لایه مرزی بادهای جوی نیز مورد بررسی قرار گرفت. این آزمایش زمانی که مدل جالب بادگیر با خانه مجاور در دنباله جریان اشیاء بالادست قرار داده شده بود، انجام شد، شبیه ساختمان های همسایه.

نتایج نشان داد که بادگیر یک طرفه ، برای طراحی تهویه موثر برای تنظیم محیط های شهری پتانسیل دارد.

جریان از هم جدا شده و منطقه دنباله جریان نزدیک به لبه پایین تر دهانه باد گیر باعث ضریب فشار به شدت متفاوت در این منطقه می شود و ناشی از آن قابلیت های بادگیر کاهش قابل ملاحظه ای می یابد.

سرعت جریان هوا از بادگیر به خانه به شدت به ضرایب فشار در دهانه بادگیر بستگی دارد. این ضرایب به شدت با زاویه برخورد هوا متفاوت است. بسته به زاویه باد، هوا ممکن است از خانه به بادگیر جریان یابد. در این مورد بادگیر به عنوان یک دستگاه مکش عمل می کند، به طوری که هوا از پنجره وارد می شود ، از تمام فضاهای داخلی عبور می کند و در نهایت آن جا را از دهانه بادگیر ترک می کند.

عملکرد بادگیر برای باد جوی شبیه سازی شده در زاویه صفر برخورد هوا 50 درصد کاهش می یابد. این نسبت برای تمام زوایای برخورد هوا تقریبا ثابت است.

با استفاده از مدل ساده شده برای برآورد راندمان تهویه طبیعی باد گیر یک طرفه، همخوانی کلی در نتیجه نظری با داده های تجربی کنونی نسبتا رضایت بخش است.

کاهش اثرات جدایی در مکانهای مختلفی باد گیر به خصوص در مجاورت لبه پایین تر از دهانه ی باعث خواهد شد ناشی از قابلیت های بادگیر افزایش قابل ملاحظه ای یابد.

قرار دادن یک ساختمان بالادست با ارتفاع کوتاه تر در مقایسه با بادگیر راندمان باد گیر را به ویژه در نسبت با فاصله کم افزایش می دهد. برای شی بالادست بلندتر و در فاصله های کوچک، دهانه ی مدل در منطقه دنباله جریان مدل پشت به باد پوشانده می شود و باد گیر به عنوان یک دستگاه مکش عمل می کند. با فاصله گرفتن از ساختمان مجاور و پشت سر گذاشتن منطقه جا به جایی، باد گیر آن عملیات القائی را دوباره انجام خواهد داد.

تشکر و قدردانی

نویسندگان این مقاله می خواهند از آزمایشگاه ترمودینامیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه یزد برای فراهم کردن لوازم آزمایش و امکانات تجربی تشکر کنند.

دانلود فایل اصلی مقاله به زبان انگلیسی از اینجا

تهویه طبیعی از بادگیر یک طرفه (ترجمه مقاله علمی)+دانلود

مطالب مشابه :

تهویه طبیعی از بادگیر یک طرفه (ترجمه مقاله علمی)+دانلود

8 روش برای حفظ گرمای خانه در زمستان

بادگیر (توضیح کامل)

دانلود مقاله تناسبات انسانی در هنر هخامنشی