آنالیز گرمایی سقف های قوسی با جابجایی آزاد و مقایسه با سقف های تخت

روشهای سرمایش طبیعی ساختمانها از دیر باز در مناطق کویری ایران رایج بوده است. معماران و مهندسان ایرانی از قرنها پیش با استفاده از جریان باد، اختلاف دما در شب و روز و در طول سال توانستند شاهکارهایی ایجاد کنند که در شرایط بسیار گرم کویری ایران بدون مصرف انرژی برای خود آسایش سرمایی به وجود آورند. مطالعه این سیستمها می تواند در طراحی ساختمانهای جدید جهت کاهش انرژی مورد استفاده قرار گیرد. در این پژوهش، بررسی جریان طبیعی و ترکیبی هوا اطراف سقفهای قوسی و مقایسه با سقفهای تخت در شرایط مختلف بررسی می گردد. ابتدا مطالعه بدون حضور باد برای سقفهای قوسی با زاویه های پهنای 90، 120، 150، 180 درجه و تخت?به صورت آرام انجام گردید و سپس جریانهای ترکیبی آزاد همراه با حضور باد با سرعتهای 5/0، 1 و 5/1 متر بر ثانیه با در نظر گرفتن جریان مغشوش انجام شده است. برای مطالعه معادلات حاکم بر جریان شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی به صورت زمانمند و وابسته به یکدیگر حل شده اند. انتقال حرارت سقف از طریق انتقال حرارت هدایت در درون سقف، انتقال حرارت جابجایی با محیط بیرون، انتقال حرارت تشعشع از سقف به آسمان و انتقال حرارات تشعشع ناشی از تابش خورشید به سقف درنظر گرفته شده است. جهت تخمین میزان انرژی تابشی در طول روز از مدل هاتل برای آسمان صاف استفاده شده است و تأثیر زاویه برخورد انرژی تابشی با سطوح نیز در میزان جذب انرژی خورشید نیز منظور گردیده است. در محاسبات از کد عددی fluent و اعمال الگوریتم simple جهت محاسبه جریان آرام طبیعی و ترکیبی مغشوش اطراف سقف قوسی و تخت به صورت زمانمند با گامهای زمانی 2/0 ثانیه استفاده شده است. ابتدا جهت اطمینان از درستی برنامه محاسباتی، مثالهایی که دارای حل تحلیلی یا نتایج تجربی می باشند، با استفاده از کد عددی بررسی گردیده و نتایج حاصل از حل عددی تطابق خوبی با نتایج به دست آمده از تحقیقات گذشته نشان داده است. بر اساس محاسبات، نقطه جدایش جریان روی سقفهای قوسی در جریان طبیعی تابعی از زاویه پهنا و ساعت روز می باشد. افزایش زاویه پهنای سقف باعث بالا رفتن دمای روی سقف می شود. در دو استقرار شمالی- جنوبی و شرقی- غربی مطالعه شده، شار گرمایی وارد شده به ساختمان از طریق سقف قوسی با زاویه پهنای کمتر از 120 درجه، به میزان قابل توجهی کمتر از سقف تخت می باشد. همچنین حضور جریان باد به همراه جریان طبیعی باعث افزایش نرخ انتقال حرارت می شود و بتدریج با افزایش سرعت جریان باد، تأثیر جریان طبیعی روی سقف کاهش پیدا می کند.