Auswirkung einer widerstandsfähigen Architektur in einer alten Windmühle in der Region Sistan auf die Verbesserung der natürlichen Belüftung

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 18240 (2022) Diesen Artikel zitieren

1414 Zugriffe

Details zu den Metriken

Im Laufe der Jahrhunderte wurden in der Architektur unterschiedliche Elemente entwickelt, um eine ausreichende natürliche Belüftung in Wohneinheiten sicherzustellen. Diese Studie bewertet die verschiedenen Komponenten einer alten Windmühle in Sistan, Iran, hinsichtlich der Verbesserung der Raumluftqualität (IAQ) der Struktur. Mehrere Klimaszenarien wurden durch die Windanalyse der meteorologischen Daten von Sistan definiert und mittels CFD analysiert. Die Messungen vor Ort bestätigen die Genauigkeit der Simulationsergebnisse. In der Windmühle sind zwei Deflektoren, die dem vorherrschenden Wind zugewandt sind, die wesentlichen Elemente, die nicht nur den Wind zum Eingang lenken, sondern auch Wirbel in der Nähe der Ost- und Westöffnungen bilden können, die zu einer Sauglüftung führen. Eine Änderung der Windgeschwindigkeit und des Windwinkels von 10 auf 15 m/s und 30° auf 17° würde den Luftwechsel pro Stunde (ACH) um 150 % bzw. 110 % erhöhen. Unterdessen lagen die ACHs über dem von ASHRAE gewünschten Wert (ACH > 0,35).

Heutzutage stellt das Wohlbefinden der Bewohner von Gebäuden eine Belastung für die Energie dar, da der Verbrauch fossiler Brennstoffe steigt. Eine Null-Netto-Energie-Architektur (ZNE) wäre eine Lösung zur Reduzierung des Energieverbrauchs. In ZNE ist die natürliche Belüftung1,2,3,4,5,6 in Wohnhäusern in trockenen7 und windigen Gebieten, wie beispielsweise einigen Teilen des Iran, seit langem üblich. Die Bewohner dieser Gebiete nutzen seit Jahrhunderten den Wind in und um Gebäude, um die Luftqualität in Innenräumen zu verbessern, ohne Energie zu verbrauchen. Eine Untersuchung dieser Arbeiten zeigt, dass sie zweifellos alle aerodynamischen Prinzipien kannten und diese in ihren Entwürfen anwandten.

Die Gestaltungsparameter von Öffnungen und zusätzlichen Lüftungswerkzeugen spielen eine wesentliche Rolle für die windinduzierte Lüftungsleistung. Die Auswirkung von Typ und Position von Oberlichtfenstern8 (TWs) auf ACH wurde in Hochhäusern1 bewertet. Eine Kombination aus CFD-Analyse und dem künstlichen neuronalen Netzwerk hat gezeigt, dass der ACH durch die richtige Gestaltung von TWs (Abmessung und Richtung der Fenster entsprechend der Geschwindigkeit und Richtung des Windes) auf durchschnittlich 108,1 % ansteigen würde.

Windtürme, auch Windfänger genannt, Kolak et al.9, sind typischerweise vertikale Strukturen, die auf dem Dach von Gebäuden errichtet werden und hauptsächlich rechteckige Öffnungen haben, die dem vorherrschenden Wind zugewandt sind, um Innenräume zu kühlen10,11. Standortmessungen12,13,14,15 sowie numerische Studien9,16,17,18,19,20,21,22 bestätigen die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit dieser Strukturen und stellen sie als neue Lösungen für die natürliche Belüftung moderner Gebäude vor23,24,25 ,26.

Flügelwände oder Deflektoren27 sind vertikale28 oder horizontal29 feste Elemente um und in der Nähe von Fenstern oder Windfängern30, die die natürliche einseitige Belüftung31,32 verbessern, indem sie zusätzliche Druckgradienten zwischen den Öffnungen erzeugen. Es kann eine natürliche Sauglüftung induzieren, indem es an den Auslassfenstern einen Unterdruckbereich erzeugt33. Dieses Element ist effizient, wenn der Wind in einem schrägen Winkel strömt, und die Leistung nimmt ab, wenn die Windrichtung zu 90° tendiert32. Obwohl die Flügelwand in landestypischen Gebäuden verwendet wurde (nach außen schwenkbare Flügelfenster), nutzen moderne Architekturen ihre praktische Anwendung im modernen Design; Beispielsweise können die UMNO-Bürokorridore über die Flügelwände auf natürliche Weise belüftet werden34,35. Die Verwendung von Flügelwänden am Rand eines Windfängers ergab, dass dieses Element bei einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s eine maximale Kühlleistung von 9,6 kW liefern würde, was dazu beitragen könnte, die Innentemperatur unter der maximalen adaptiven Temperatur zu halten30.

Die Luftqualität in Innenräumen würde sich verschlechtern, wenn die Außenluft warm36, warm-feucht und verschmutzt37 wäre. Daher werden alternative Methoden vorgeschlagen, um die direkte Wechselwirkung zwischen Außen- und Innenluft unter extrem heißen/kalten Außenbedingungen zu verhindern. Im Hinblick auf warme Außenbedingungen wurde die Kombination aus Verdunstungskühlung und Solarkamin vorgeschlagen7,38,39,40,41 um die Innentemperatur um etwa 8 °C zu senken, wenn die Außentemperatur höher als 35 °C war. Da die Anwendbarkeit der Verdunstungskühlung in warm-feuchten Regionen nicht empfohlen wird, wurde außerdem der Venturi-förmige Windfänger42 entwickelt, der die Belüftungsrate um das Achtfache im Vergleich zur Querlüftung43 steigern kann. Diese Struktur wurde auf der Grundlage des Bernoulli-Effekts44 entworfen, der erklärt, wie der Unterdruck entsteht, wenn die Geschwindigkeit auf einer Seite der venturiförmigen Struktur zunimmt, was zu Saug-Ventilation führt. Darüber hinaus kann sich der Außenbereich bei Luftverschmutzung negativ auf die Raumluftqualität auswirken7,45,46 und die Verwendung von Filtern an Eingängen wurde empfohlen47. Es wurden jedoch nur wenige Studien zu den gekoppelten Wirkungen von Filtern mit Windfängern und Solarkaminen als wirksame Möglichkeit zur Belüftung durchgeführt7,47.

Die Umweltverschmutzung in Sistan (einer Region an der Grenze zwischen Iran und Afghanistan), wo aufgrund der Trockenheit und der 120-Tage-Winde gelegentlich Staubstürme48,49,50 auftreten51, machte diese Region im Jahr 2016 zur am stärksten verschmutzten Stadt52. In dieser Region Antike Architekturen nutzten den Wind, der neben der Kühlung auch das Eindringen von Staub in Gebäude kontrollieren konnte15,19,21. Heidari hat drei Elemente für die Querlüftung in Sistans Gebäuden19 identifiziert, nämlich einen Windfänger (genannt „Kolak“), Öffnungen (genannt „Daricheh“) und eine Wandnut28 (genannt „Surak“). Davtalab53 hat ein traditionelles Sistani-Element identifiziert, eine Einlassöffnung namens Kharkhona, die durch die gleichzeitige Nutzung von Wind und Feuchtigkeit in trockenen Gebieten das menschliche Wohlbefinden beeinträchtigen kann53. Die Ergebnisse zeigten, dass Kharkhona die Innenbedingungen von „sehr heiß“ und „heiß“ auf „warm“ umstellen würde, indem die physikalische Äquivalenttemperatur (PET) gesenkt und die Luftfeuchtigkeit um 9 °C bzw. 30 % erhöht würde.

Diese Studie verwendete CFD-Analysen, um den windgetriebenen Belüftungsmechanismus zu bewerten, der in einer alten Windmühle in der Hozdar-Region, Sistan, Iran, auf einem Längengrad von \(61,27^\circ \) und einem Breitengrad von \(30,55^\circ \) eingesetzt wurde. . Durch den Auftriebseffekt kommt es aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen Innen- und Außenbereich zu einer Luftveränderung im Gebäude. Allerdings wurde in dieser Studie die Auftriebsbelüftung als vernachlässigbar angesehen, da in trockenen Gebieten der Temperaturgradient zwischen Innen- und Außenbereich nicht signifikant ist6,43,54. Langfristige meteorologische Daten wurden analysiert, um die Windgeschwindigkeiten und -richtungen zu beurteilen, die für vier Szenarien der CFD-Analysen berücksichtigt wurden, dh zwei unterschiedliche Windwinkel bei zwei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten.

Die Windmühle besteht aus drei Innenteilen; der Arbeitsplatz (wo die Bewohner die meiste Zeit verbrachten), der Eingang und die Rückseite. Die Struktur war auf den vorherrschenden Wind ausgerichtet, wobei auf der Luvseite zwei vertikale Deflektoren in den angegebenen Winkeln und Längen angebracht waren. Zu den weiteren Belüftungselementen gehörten eine Öffnung als Einlass, sechs Öffnungen an zwei Seitenwänden (vier von sechs befanden sich in zwei Korridoren an zwei Seitenwänden des Arbeitsplatzes und zwei verbleibende Öffnungen an den Seitenwänden des Eingangs) und zwei Öffnungen auf dem Dach .

In diesem Artikel sollte untersucht werden, wie die Menschen der Antike Elemente ihrer Architektur nutzten, um die Luftqualität in Innenräumen durch natürliche Belüftung auf ein gewünschtes Niveau zu verbessern. Tatsächlich kann die Raumluftqualität anhand verschiedener Kriterien untersucht werden; In dieser Untersuchung wurde der ACH als bekanntes Kriterium basierend auf internationalen Standards eingeführt. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, wie Deflektoren die Bildung von Wirbeln hinter ihnen und in der Nähe der Seitenwände verursachen können, was zu einer natürlichen Sauglüftung in einem weiten Bereich von Einfallswinkeln führt.

Sistan ist eine Region im östlichen Teil des Iran und im westlichen Teil Afghanistans. Untersuchungen zur Windenergie im Iran55,56,57,58,59,60,61 und der globale Windatlas62 ergaben, dass Sistan eine Region mit dem höchsten Windenergiepotenzial auf iranischem Territorium ist (Abb. 1).

Die höchste Windgeschwindigkeit tritt in der Region Sistan62 auf.

Für windstatistische Analysen wurden die 56-Jahres-Winddaten (von Februar 1963 bis Februar 2020) der Wetterstation des Flughafens Zabol (Stations-ID = 40.829) auf 31° 5′ nördlicher Länge und 61° 32′ östlicher Breite verwendet. Die Verteilung der Windgeschwindigkeit und -richtung wurde analysiert und in der Windrose dargestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass die vorherrschenden Windrichtungen von Nordwesten nach Südosten von \(315^\circ \) bis \(360^\circ \) waren. Der Winkel des resultierenden Vektors betrug \(343^\circ \) (oder \(17^\circ \) entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Nordrichtung, Ω1), und die vorherrschende Windrichtung war \(330^\circ \) (oder \(30^\circ \) entgegen dem Uhrzeigersinn aus Nordrichtung, Ω2) (Abb. 2).

Der Wind stieg aus Sistan und es gab zwei vorherrschende Windrichtungen.

Darüber hinaus zeigen die Analysen, dass die durchschnittliche Windgeschwindigkeit im Juli zwar auf nahezu 10 m/s (bzw. 36 \(\mathrm{km}/\mathrm{h}\)) anstieg, der Jahresdurchschnitt der Spitzenwindgeschwindigkeiten jedoch etwa bei etwa 10 m/s (bzw. 36 km/h) liegt 15 m/s (oder 54 \(\mathrm{km}/\mathrm{h}\)) (Abb. 3).

Durchschnitt und Durchschnitt der maximalen Windgeschwindigkeit (1963–2020).

Signifikante Winkel der Windmühle sind in Abb. 4 dargestellt. An der Grenzwand des Bauwerks wurden zwei Deflektoren angebracht, um dem vorherrschenden Wind entgegenzuwirken. Die Deflektoren hatten zwei Hauptfunktionen:

Die wichtigste Funktion bestand darin, den Wind zu sammeln und in Richtung des Propellers63,64,65,66,67,68,69 und des Windeintritts zu lenken.

Die zweite Funktion bestand darin, die turbulente Strömung (durch Bildung von Wirbeln) an der Ost- und Westwand zu reduzieren, um die Belüftung der Innenräume zu verbessern.

Dimension der Elemente in der Windmühle.

Der Westdeflektor wurde durch den Winkel \({\alpha }_{1}=145^\circ \) und die Länge \({L}_{1}=4,5 \mathrm{m}\) konstruiert, wobei der Winkel des Ostdeflektors war \({\alpha }_{2}=119^\circ \) mit der Länge von \({L}_{2}=4 \mathrm{m}\).

Entsprechend den Deflektoren und dem Winkel der Struktur (\(17^\circ \) in der NE-SW-Richtung) betrugen die Abmessungen des Bausteins in dieser Windmühle 9,5 m (B)\(\times \) 22 m( Länge) \(\times \) 9 m(Höhe), (Abb. 5). Die CFD-Domäne wurde gemäß den Autodesk-Richtlinien70 zugewiesen. Die Abmessungen der Domäne betrugen 5 W (97,5 m) \(\times \) 6d (156 m) \(\times \) 3 h (27 m). Im Hinblick auf die CFD-Analyse wurden der Domäne vier verschiedene Randbedingungen zugeordnet: die stationäre Geschwindigkeitsbedingung für den Einlass (je nach Szenario unterschiedlich), die Schlupf-/Symmetriebedingung für seitliche und obere Grenzen, die Nulldruckbedingung für den Auslass und die Nicht-Druck-Bedingung. Rutschzustand des Bodens.

Domänendimensionen und Randbedingungen.

Bei dieser Windmühle wurden neun Öffnungen für die natürliche Belüftung berücksichtigt. Vier Entlüftungsöffnungen wurden in zwei Korridore eingebettet (die zur Verhinderung turbulenter Strömungen in Innenräumen konstruiert wurden), d. h. drei Entlüftungsöffnungen im westlichen Korridor (beschriftet mit WV1, WV2 und WV3) und eine Entlüftungsöffnung im östlichen Korridor (beschriftet mit EV1) (Abb. 6). . Darüber hinaus wurden im mittleren Raum drei Lüftungsöffnungen gebaut, eine auf der Westseite, WV4, eine über der Tür als Oberlichtfenster1, EV2, und eine auf dem Dach, die als Schornstein fungiert, RV1. Der Abzug RV2 war ein identischer Schornstein auf dem Dach des Hinterraums. Als Lufteinlass diente ein Lüftungsschlitz an der Grenzmauer (EINGANG).

Elemente an (a) Ost- und (b) Westwand der Windmühle.

Gemäß der Windrose in Sistan (Abb. 2) sind der resultierende Windvektor und der dominante Windvektor \(\Omega 1=17^\circ \) bzw. \(\Omega 2=30^\circ \). Darüber hinaus betragen die maximale monatliche Windgeschwindigkeit (im Juli) und die durchschnittliche maximale Windgeschwindigkeit 10 m/s und 18 m/s (Abb. 3). Daher betrachtete diese Studie vier verschiedene Szenarien basierend auf einer statistischen Analyse des Windes in Sistan: zwei Winkel von \(17^\circ \) (der Winkel des resultierenden Windvektors sowie der Windmühle) und 30° und zwei verschiedene Winde Geschwindigkeiten, 10 \(\mathrm{m}/\mathrm{s}\) und 15 \(\mathrm{m}/\mathrm{s}\) (Abb. 7).

Szenarien für die CFD windgetriebener Belüftung.

Zur Berücksichtigung der Modellgenauigkeit und des Rechenaufwands wurde das pseudostationäre inkompressible Reynolds-durchschnittliche Navier-Stokes-Modell (RANS) für das Turbulenzmodell mit zwei Gleichungen \(k-\varepsilon \)30 ausgewählt. Mit anderen Worten: Das Belüftungsmodell wurde nur unter Berücksichtigung des Windes durchgeführt. Die maßgeblichen Gleichungen sind in den Gleichungen aufgeführt. (1)–(5)4,70.

Kontinuität:

Impulserhaltung:

Die Wirbelviskosität (\({v}_{t}\)) wird anhand von \(k\) und \(\varepsilon \) berechnet

Turbulente kinetische Energie (TKE):

Turbulente Dissipationsrate (TKE):

wobei \(\overline{u}{ }_{i}\) und \(\overline{p }\) die gemittelten Geschwindigkeitskomponenten bzw. der gemittelte Druck sind. Die fünf Modellierungskonstanten \({C}_{1\varepsilon }\), \({C}_{2\varepsilon }\), \({C}_{\mu }\), \({\sigma }_{k}\) und \({\sigma }_{k\varepsilon }\) sind 1,44, 1,92, 0,09, 1,0 bzw. 1,3.

Windrichtung und -geschwindigkeit an drei westlichen und östlichen Korridorschloten wurden mit einem Anemometer in verschiedenen Abschnitten in der Nähe der Wände gemessen. Das in dieser Studie verwendete Anemometer war UNI-T UT363 mit einer Windgeschwindigkeitsgenauigkeit und einer Auflösung von (± 5 % v. M. + 0,5 m/s) bzw. 0,1 m/s. Die Messungen wurden im Mai 2020 durchgeführt, wobei die durchschnittliche Windgeschwindigkeit und -richtung 10 m/s bzw. \(20^\circ \) betrugen (Abb. 8). Die Windgeschwindigkeit an bestimmten Orten wurde gemessen, während die Windbedingungen um die Windmühle herum während der Messung identisch blieben.

Feldmessung der Windgeschwindigkeit an Profilen senkrecht zu Lüftungsschlitzen.

Der quadratische Mittelwert des Fehlers (RMSE) (Gleichung 6) wurde zur Bewertung der Validierung der CFD-Ergebnisse verwendet.

wobei \({U}_{o}^{i}=({V}_{o}^{i}/{V}^{\infty })\) die dimensionslose gemessene Durchschnittsgeschwindigkeit an Position i ist und \ ({U}_{s}^{i}=({V}_{s}^{i}/{V}^{\infty })\) stellt die dimensionslose simulierte Durchschnittsgeschwindigkeit an derselben Position dar, und n bezeichnet die Anzahl der Messungen. Die Referenzgeschwindigkeit betrug am Messtag etwa \({V}^{\infty }=10\) m/s. Gemäß dem genannten Parameter wurde ein durchschnittlicher Margenfehler von 17 % ermittelt (Tabelle 1).

Das unstrukturierte Tetraedernetz wurde von Autodesk CFD generiert, um die Simulation durchzuführen. Der Rechenbereich bestand aus ~ 5,6 Millionen Zellen als Referenznetz (Abb. 9). Aufgrund der Komplexität der Geometrie wurde der Rechenbereich in kritischen Zonen wie den Entlüftungsöffnungen und Korridoren verfeinert.

Schematische Darstellung des CFD-Netzes.

Es wurde eine Netzunabhängigkeitsanalyse durchgeführt, um sicherzustellen, dass eine Straffung der Netzauflösung die Ergebnisse nicht wesentlich beeinflussen würde. Daher wurden im CFD-Modell grobe, mittlere und feine Netze für Sc17-10 generiert. Die durchschnittliche Differenz \({R}_{a}\) (Gleichung 7) zwischen den Geschwindigkeitsprofilen für verschiedene Maschengrößen wurde definiert, um die Maschenunabhängigkeitskriterien zu untersuchen.

Dabei ist \({V}^{*}\) der Geschwindigkeitswert bei einem feineren Netz und nicht \(V\) bei einem gröberen Netz. Tabelle 2 zeigt die Gesamtzahl der Zellen und den prozentualen Unterschied zwischen den Geschwindigkeitsprofilen über fünf verschiedene Linien, die jeweils senkrecht zu den Entlüftungsöffnungen EV1, WV1, WV2, WV3 und WV4 verlaufen. Wie in Tabelle 1 zu sehen ist, liegt der \({R}_{a}\) zwischen dem groben und dem mittleren Gitter nahe bei 1,5 % und zwischen dem mittleren und dem feinen Gitter unter 1 %. Daher wurde das Netz mit etwa 5,8 Millionen Zellen als Hauptnetz für die vorliegende Studie ausgewählt.

Zur Überwachung der Konvergenz wurde die automatische Konvergenzbewertung71 gewählt. Zunächst wurden die Kriterien auf „moderat“ eingestellt, während die Genauigkeit erhöht wurde, indem die Kriterien auf „eng“ geändert wurden. Außerdem wurden während der Konvergenzprüfung die folgenden Lösungskonvergenzmetriken berechnet:

Momentane Konvergenzsteigung: Diese Metrik berechnet die Steigungen der Konvergenzdaten von einer Iteration zur nächsten. Wenn die maximale momentane Steigung unter dem eingestellten Wert lag, wurde die Lösung gestoppt. In der Studie wurde der eingestellte Wert als \(1\times {10}^{-4}\) definiert.

Zeitlich gemittelte Konvergenzsteigung: Diese Metrik bewertet die Steigung der Konvergenzdaten über mehrere Iterationen. Der Schwellenwert wurde auf \(1\times {10}^{-2}\) festgelegt.

Zeitgemittelte Konvergenzkonkavität: Die Ableitung der maximalen zeitgemittelten Konvergenzsteigung ist ein Maß dafür, ob die Kurve abflacht (Steigung fällt ab) oder wächst (Steigung steigt an). Die Lösung stoppt, wenn die Konkavität unter dem eingestellten Wert liegt. Dieser Wert wurde nach strengen Kriterien auf \(1\times {10}^{-2}\) festgelegt.

Schwankungen der Feldvariablen: Berechnet die Standardabweichung der abhängigen Variablen, wobei die Lösung stoppt, wenn die Abweichung unter dem festgelegten Wert liegt. Dieser Wert wurde in dieser Studie auf \(1\times {10}^{-5}\) festgelegt.

In dieser Studie haben CFD-Analysen die Leistung von Wirbeln hinter Deflektoren aufgedeckt und bewertet, wie sie sich auf die windgetriebene Belüftung von Innenräumen auswirken. Die Belüftung basierte auf der Windströmung in einer Grenzschicht in der Nähe der Entlüftungsöffnungen, die zu einem Druckabfall und Vakuum in diesen führen würde.

In dieser Struktur spielen Deflektoren eine entscheidende Rolle für die natürliche Belüftung. Sie können aufgrund des induzierten Druckgefälles zwischen dem Innen- und Außenbereich des Gebäudes für eine Luftzirkulation sorgen. Um die Notwendigkeit von Deflektoren zu verstehen, ist die Gesamtdruckverteilung des Modells in Abb. 10 dargestellt. Wie in Abb. 10 dargestellt, sorgt die Zirkulation auf der Leeseite der Deflektoren für einen negativen Druckgradienten (der Außendruck ist höher als der Innendruck). ). Der Druckgradient und die Luftgeschwindigkeit durch die Lüftungsöffnungen in vier Szenarien sind in Abb. 11 dargestellt. Dies führte zu Sogkräften, die die Innenluft durch Flurlüftungsöffnungen sowie WV4 und EV2 belüfteten.

Druckverteilung um und innerhalb der Windmühle.

Druckgradient in vier Szenarien für westliche und östliche Quellen.

Strömungsmuster rund um die Windmühle sind in Abb. 12 dargestellt. Die Belüftung durch westliche und östliche Entlüftungsöffnungen stand in direktem Zusammenhang mit den Wirbeln, die sich hinter den Deflektoren bildeten (Abb. 12, 13, 14). Im Allgemeinen gilt, wenn die Windrichtung \(\omega =\beta =17^\circ \) war (senkrecht zur Grenzwand mit Anstellwinkeln von \({\gamma }_{1}=55^\circ \) und \({\gamma }_{2}=29^\circ \)), d. h. Sc17-10 und Sc17-15, war die Länge des Wirbels hinter dem westlichen Deflektor größer als hinter dem östlichen und umgekehrt, was die Länge vergrößerte Der Strömungswinkel zu \(\omega =30^\circ \), also Sc30-10 und Sc30-15, führte zu einer größeren Wirbellänge hinter dem östlichen Deflektor.

Strömungsmuster um das Gebäude in verschiedenen Szenarien: (a) Sc17-10, (b) Sc17-15, (c) Sc30-10 und (d) Sc30-15.

\({V}_{y{^{\prime}}}\) auf den Profilen parallel und in der Nähe der (a) westlichen und (b) östlichen Wand, hinter den Deflektoren.

\({\mathrm{V}}_{\mathrm{y{^{\prime}}}}\) auf den senkrechten Profilen zu westlichen und östlichen Schloten in den Szenarien (a) Sc17-10, (b) Sc17-15 , (c) Sc30-10 und (d) Sc30-15.

Die parallele Komponente der Strömung zu den Wänden, \({V}_{y{^{\prime}}}\), wäre eine geeignete Schätzung für die Form der Strömungen um die Windmühle. Die positiven Werte, \({V}_{y{^{\prime}}}>0\), zeigten eine umgekehrte Strömung, während die negativen Werte eine Strömung in der gleichen Richtung wie der vorherrschende Wind im Raum darstellten (normale Strömung). . Daher wurden die Windgeschwindigkeitsprofile (\({V}_{y{^{\prime}}}\)) berücksichtigt, um die Länge und Breite der Wirbel zu bestimmen.

Die Länge der Wirbel wurde anhand von zwei 25-m-Profilen von Deflektoren in der Nähe der Ost- und Westwände ermittelt (Abb. 13).

Darüber hinaus wurden die Breiten der Wirbel anhand von sechs Profilen zehn Meter von den Entlüftungsöffnungen entfernt gemessen (Abb. 14). Diese Grafiken zeigten auch, wie sich die Windwinkel und -geschwindigkeiten auf die Wirbel hinter den Deflektoren auswirkten.

Bei \(\omega =17^\circ \) betrug die Länge der Wirbel an der West- und Ostwand etwa 16,5 m bzw. 8,5 m, und zwar für beide Windgeschwindigkeiten, also 10 und 15 m/s. Irgendwie betrug die Länge der Wirbel bei \(\omega =30^\circ ,\) 7 m und 9 m bei einer Windgeschwindigkeit von 10 bzw. 15 m/s an der Westwand. Dieser Wert trat bei beiden Windgeschwindigkeiten mehr als 25 m hinter dem östlichen Deflektor (höher als die Strukturlänge) auf.

Im Allgemeinen waren die Breiten der Wirbel an der Westwand größer, wenn der Windwinkel \(\omega =17^\circ \) betrug, während sie hinter dem östlichen Deflektor bei \(\omega =30^\circ \\) breiter waren. ) (Abb. 14). In diesen Profilen trat auf den Wirbeln das Maximum \({V}_{y{^{\prime}}}\) etwa 50 cm von den Wänden entfernt auf und nahm dann mit zunehmendem Abstand von den Entlüftungsöffnungen ab. Bei \(\omega =17^\circ \) wurden die Strömungen auf ein normales Strömungsmuster bei etwa 9 m an der Westwand und 6,5 m an der Ostwand gerichtet (Abb. 14). Andererseits tendierten sie bei \(\omega =30^\circ \) zu einem normalen Strömungsmuster bei 5 m und mehr als 10 m für die West- bzw. Ostwände.

Darüber hinaus zeigten die CFD-Ergebnisse in den Abschnitten AA, dass RV1 und RV2 ordnungsgemäß zur natürlichen Belüftung beitrugen (Abb. 15).

Strömungsmuster im Abschnitt AA bei verschiedenen Szenarien; (a) Sc17-10, (b) Sc17-15, (c) Sc30-10 und (d) Sc30-15.

Das \({V}_{y\mathrm{^{\prime}}}\) in der Nähe der westlichen und östlichen Entlüftungsöffnungen und der Druckgradient in den Entlüftungsöffnungen sind in den Abbildungen dargestellt. 16 bzw. 17. Im Allgemeinen korrelierte die Belüftung durch Lüftungsschlitze direkt mit der Windströmung in der Nähe der Lüftungsschlitze.

\({V}_{y{^{\prime}}}\) der Strömung in der Nähe der (a) westlichen und (b) östlichen Entlüftungsöffnungen.

Druckgradient in (a) westlichen und (b) östlichen Schloten.

Der Druckgradient in den Entlüftungsöffnungen wurde im Allgemeinen verringert, wenn der Abstand von den Deflektoren vergrößert wurde. Der Trend unterschied sich in WV3 und WV4 bei \(\omega =30^\circ \) (Abb. 17a), da das absolute \({V}_{y\mathrm{^{\prime}}}\) höher war WV4 als in WV3 (Abb. 16a).

Bei einem Windwinkel von \(\omega =30^\circ ,\) bildete sich an WV3 und WV4 kein Wirbel, und die Strömungsströme an diesen Entlüftungsöffnungen waren normale Strömungsmuster (Abb. 13). Dies liegt an der Bildungslänge der Wirbel hinter den Deflektoren. Bei diesem Winkel bildete sich der Wirbel vor WV3 (Abb. 12), woraufhin die Strömung an einem bestimmten Punkt vor dieser Entlüftungsöffnung Null erreichte und dann auf WV3 und WV4 stetig zunahm. Somit war die absolute Windgeschwindigkeit in WV4 höher als in WV3 (Abb. 16). Wenn der Windwinkel außerdem \(\omega =17^\circ ,\) betrug, waren die Wirbel an den östlichen Öffnungen klein genug, dass sich auf EV2 keine Wirbel bildeten (Abb. 13).

Die Strömungsgeschwindigkeit (FR, \({\mathrm{m}}^{3}/\mathrm{h})\) in Entlüftungsöffnungen wurde berechnet und in Abb. 18 dargestellt. Abgesehen vom Strömungsmuster in der Nähe der Wände (umgekehrt oder normal) war die Durchflussrate in allen Entlüftungsöffnungen draußen (dh Vakuum). Die Ergebnisse zeigten, dass die maximale Durchflussrate in allen Szenarien in WV4 auftrat, gefolgt von EV2. Darüber hinaus würden die westlichen Entlüftungsöffnungen mehr zur Belüftung beitragen als die östlichen Entlüftungsöffnungen, und zwar um 343 % im Winkel von \(17^\circ \) bzw. 169 % im Winkel von \(30^\circ \).

Beitrag verschiedener Lüftungsöffnungen zur Belüftung von Innenräumen.

Die Auswirkung der Windgeschwindigkeit auf die Belüftung ist in Tabelle 3 dargestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Durchflussrate mit zunehmender Windgeschwindigkeit von 10 auf 15 m/s zunahm.

Die Auswirkung der Windrichtung auf die Belüftung ist in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass bei einer Änderung der Windrichtung von \(17^\circ \) auf \(30^\circ \) die Belüftung in den östlichen Lüftungsöffnungen dramatisch zunahm ( 149 % im Durchschnitt) und nahm in westlichen Quellen ab (73 % im Durchschnitt). Die Werte fielen mit zunehmender Entfernung vom Westdeflektor kontinuierlich ab, außer in WV4 aufgrund unterschiedlicher Strömungsmuster auf WV3 und WV4. Die Belüftung der Dachlüftungsöffnungen änderte sich bei Änderung der Windrichtung nicht.

Die höhere Durchflussrate in WV4 und EV2 hing mit der größeren Oberfläche dieser beiden Entlüftungsöffnungen zusammen. Dementsprechend wurde die Durchschnittsgeschwindigkeit berechnet, wobei die Ergebnisse in Abb. 19 dargestellt sind.

Durchschnittsgeschwindigkeit (Strömungsrate pro Fläche), (\(\left({\mathrm{m}}^{3}/\mathrm{h}\right)/{\mathrm{cm}}^{2}\)) .

Betrachtet man jedes Szenario, wobei \(\omega =17^\circ \), die höchsten und niedrigsten Durchschnittsgeschwindigkeiten in WV1 bzw. EV2 auftraten. Bei \(\omega =30^\circ \) fanden die maximalen und minimalen Durchschnittsgeschwindigkeiten in EV2 bzw. WV3 statt. Darüber hinaus wurde die niedrigste Durchschnittsgeschwindigkeit erwartungsgemäß in WV3 erreicht, gefolgt von WV4 im Szenario Sc30-10.

Die Analysen ergaben, dass, obwohl die Belüftung an der Westwand um 126 % höher war, der Beitrag der Ostwand zur Belüftung um 126 % höher war. Tabelle 5).

Darüber hinaus waren Korridorlüftungen (CV) bei der natürlichen Belüftung wirksamer als andere Lüftungsöffnungen (OV) (Tabelle 6). Dieser Effekt wurde in westlichen Schloten deutlich. Das maximale Verhältnis der mittleren Durchschnittsgeschwindigkeit in drei Entlüftungsöffnungen des westlichen Korridors (WCV) zu WV4 trat bei Sc30-10 aufgrund des niedrigsten Durchschnittsgeschwindigkeitswerts in WV4 auf. Darüber hinaus trat erwartungsgemäß der Minimalwert von WV3/WV4 in Sc30-15 auf.

Wie bereits erwähnt, war das Strömungsmuster in der Nähe von WV4 in Sc30-15 normal und das absolute \({V}_{y{^{\prime}}}\) war höher als in Sc17-15 (auf dem sich der Wirbel befand). gebildet wurde), \( \left| {\underbrace {{V_{{yWV4}}^{{'30 - 15}} }}_{{ - 0,72}}} \right| > \left| {\underbrace { {V_{{yWV4}}^{{'17 - 15}} }}_{{0.41}}} \right| \); Der Druckgradient und die Durchschnittsgeschwindigkeit hatten jedoch ein umgekehrtes Muster, \( \underbrace {{\Delta P_{{WV4}}^{{30 - 15}} }}_{{3.77}} < \underbrace {{\Delta P_{{WV4}}^{{17 - 15}} }}_{{7.69}} \) und \( \underbrace {{FRPA_{{WV4}}^{{30 - 15}} }}_{{ 352}} < \underbrace {{FRPA_{{WV4}}^{{17 - 15}} }}_{{477}} \).

Daraus könnte geschlossen werden, dass die Strömung in Wirbeln die Belüftung stärker beeinflussen würde als gewöhnliche Strömungen.

Wenn man sich Abb. 16 ansieht, war in der Nähe der Entlüftungsöffnungen \({V}_{y{^{\prime}}}\) in Sc17-15 die maximale Rate im Westen zu verzeichnen und nicht in anderen Szenarien, was zum höchsten Druck führte Steigung und Durchschnittsgeschwindigkeit. Darüber hinaus änderten sich in Sc30-10 und Sc30-15 der Druckgradient und die Durchschnittsgeschwindigkeit mit \({V}_{y{^{\prime}}}\) (Tabelle 7).

Dieses Muster war in WV1 und WV2 in Sc17-10 unterschiedlich. Obwohl in diesem Szenario die Durchschnittsgeschwindigkeit in WV2 niedriger war als in WV1 (\( \underbrace {{FRPA_{{WV2}}^{{17 - 10}} }}_{{355}} < \underbrace {{FRPA_ {{WV1}}^{{17 - 10}} }}_{{393}} \)), \({V}_{y{^{\prime}}}\) in der Nähe von WV2 war höher als in der Nähe von WV1 (\( \underbrace {{V_{{{y'}} _{{WV2}}}^{{17 - 10}} }}_{{1.15~{\text{m}}/{\text{s }}}} > \underbrace {{V_{{{y'}} _{{WV1}}}^{{17 - 10}} }}_{{1.02~{\text{m}}/{\text {S}}}} \)). Dies könnte auf Mikrowirbel zurückzuführen sein, die sich in der Nähe von WV1 und WV2 bildeten, während der Rückstrom im Mikrowirbel in der Nähe von WV1 stärker war als in der Nähe von WV2 (Abb. 20, 21). Diese Mikrowirbel bildeten sich genau dann, als die Windgeschwindigkeit 10 m/s betrug.

Mikroskalige Wirbel in der Nähe von WV1 und WV2 hinter dem westlichen Deflektor.

Wirbel in der Nähe von (a) WV1 und (b) WV2 in Sc17-10 sowie (c) WV1 und (d) WV2 in Sc30-10.

Bei \({V}_{\infty }=10 \)m/s und einem Windwinkel von \(\omega =17^\circ \) begann der Mikrowirbel 35 cm von der Mitte des WV1 entfernt (Abb. 21) und um 25 cm fortgesetzt. In diesem Wirbel betrug der maximale Absolutwert von \({V}_{y{^{\prime}}}\) \(\left|{{V}_{y{^{\prime}}}}_ {WV1}^{Sc17-10}\right|=1,02 \mathrm{m}/\mathrm{s}\), die 15 cm von der Mitte des Schlots entfernt auftrat. Darüber hinaus begann der Wirbel 25 cm bis fast 10 cm vom Zentrum von WV2 entfernt (die Länge betrug 15 cm) und der maximale Absolutwert betrug \(\left|{{V}_{y{^{\prime }}}}_{WV2}^{Sc17-10}\right|=0,13 \mathrm{m}/\mathrm{s}\), auftretend in einem Abstand von 15 cm. Wenn \({V}_{\infty }=10 \mathrm{m}/\mathrm{s}\) und \(\omega =30^\circ \), bildete sich der Wirbel von 20 bis 10 cm von WV1 ( die Länge betrug 10 cm), wobei der absolute Maximalwert \(\left|{{V}_{y{^{\prime}}}}_{WV1}^{Sc30-10}\right|=0,56 \mathrm war {m}/\mathrm{s}\). Schließlich bildete sich im selben Szenario und in der Nähe von WV2 der Wirbel 16 cm bis 14 cm von der Mitte des Schlots entfernt (2 cm Länge) mit dem Maximalwert von \(\left|{{V}_{y{^{\ prime}}}}_{WV2}^{Sc30-10}\right|=0,13 \mathrm{m}/\mathrm{s}\) 15 cm von der Entlüftungsmitte entfernt.

Da also die maximale Rückströmung am Wirbel in Sc17-10 in der Nähe von WV1 auftrat, hat \({V}_{y{^{\prime}}}\) in diesem Szenario in der Nähe dieses Schlots stärker abgenommen als in anderen (Abb . 16).

Darüber hinaus trat gemäß Abb. 16 das Minimum \({V}_{y{^{\prime}}}\) in WV1 in Sc17-10 auf, was aus dem beschriebenen Mikrowirbel resultierte.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Mittelwert der Raumluftgeschwindigkeit in den vier betrachteten Szenarien etwa 0,31 m/s betrug. Andererseits muss in natürlich belüfteten Gebäuden der thermische Komfort der Bewohner anhand adaptiver thermischer Komfortmodelle bewertet werden. Daher verwenden wir in der vorliegenden Studie das adaptive thermische Komfortmodell des ASHRAE-Standards 55-202072. Unter Berücksichtigung der sommerlichen Außendurchschnittstemperatur der Region Sistan (ca. 33 °C) und einer mittleren Luftgeschwindigkeit von 0,31 m/s zeigt das adaptive Komfortmodell, dass ohne den Einsatz mechanischer Kühlsysteme für den Innenraum der Windmühle die Das Wärmeempfinden der Insassen liegt im Komfortbereich mit einer Akzeptanzgrenze von 80 %.

Die Raumluftqualität (IAQ) hängt von verschiedenen Parametern wie der Luftströmungsrate, der Luftwechselrate und dem lokalen Durchschnittsalter der Luft (LMA) in einer horizontalen Ebene von 1,5 m ab (Standhöhe des Menschen bei Aktivitäten). Da der Parameter Luftwechsel pro Stunde (ACH) in ähnlichen Studien häufig verwendet wurde, wurde dieses Kriterium zur Bewertung der IAQ herangezogen.

Der Luftwechsel pro Stunde, ACH (/h), wurde berechnet, indem die integrierten Lüftungsgeschwindigkeiten durch das Raumvolumen V dividiert wurden (Gleichung 8).

Dabei ist \({v}_{j}\) der Geschwindigkeitsvektor, \({n}_{j}\) der gewöhnliche Vektor zur Oberfläche der Entlüftungsöffnungen und \({A}_{j}\) die Fläche der j-ten Zelle, n ist die Gesamtzahl der Zellen an den Lüftungsschlitzen und k zeigt die Anzahl der Lüftungsschlitze im Gebäude.

Die Ergebnisse (Abb. 22) zeigten, dass alle Szenarien über dem ASHRAE-Standard für Wohngebäude lagen (ACH = 0,35)73,74. Diese Zahl zeigt an, dass der Luftwechsel zunimmt, wenn der Wind schneller weht. Eine der interessanten Erkenntnisse ist, dass der Luftwechsel mit zunehmendem Windwinkel abnahm.

Luftwechsel pro Stunde (ACH) in der Windmühle in verschiedenen Szenarien.

Der Einsatz von Wind bei der Belüftung traditioneller Gebäude wurde in verschiedener Literatur erläutert. Die wichtige Frage ist tatsächlich, wie wir mit diesem Wissen die Belüftungsrate in der modernen Architektur verbessern können. Projekte wie das Kidderminster College75 und Windcatcher Zero76 sind die Fälle, die natürliche Belüftung in der modernen Architektur nutzen7,36. Die Eigenschaften der untersuchten Struktur, einschließlich ihrer Ausrichtung, der Verwendung von Deflektoren sowie der Form und Platzierung von Lüftungsöffnungen und Korridoren, können ein geeignetes Modell für die Nutzung des Windes beim Luftaustausch in Innenräumen sein. Darüber hinaus kann jeder der genannten Ansätze (z. B. die Wirkung von Unterdruck43 hinter Deflektoren) oder eine Kombination dieser Ansätze als wirksame Lösung für Kreuz- oder einseitige Belüftungsstrategien vorgeschlagen werden. Beispielsweise könnte dieses System als geeignete Hilfslösung für den ordnungsgemäßen Belüftungsprozess in großen öffentlichen Räumen wie Hallen, Museen77, Lagerhallen, geschlossenen Stadien78 und Fabriken empfohlen werden, die einerseits durch Überfüllung die in Innenräumen verursachten Schadstoffe79 erhöhen der Raum, und andererseits sind die Kosten für die Belüftung an diesen Orten hoch.

In diesem Artikel wurde die windbetriebene Belüftung in einem alten Bauwerk, einer Windmühle in Sistan, Iran, untersucht. CFD-Analysen wurden zur Untersuchung der natürlichen Belüftung eingesetzt und durch Messungen vor Ort validiert. Der Sistan-Wind strömt in NW-SO-Richtung mit dem resultierenden Vektor \(17^\circ \), der von 0° bis 60° schwankt. Dementsprechend wurde die Windmühle auf der Grundlage des resultierenden Windvektors in der Region gebaut. Zwei Deflektoren wurden breit genug konstruiert, um alle Winde innerhalb des genannten Bereichs aufzufangen und den Wind im höheren Bereich zu nutzen. Zur Verbesserung der Belüftung wurden zwei westliche und östliche Korridore gebaut.

Diese Studie wählte vier verschiedene Klimaszenarien entsprechend dem Sistan-Windmuster, dh zwei signifikante Windgeschwindigkeiten bei zwei vorherrschenden Windrichtungen. Der aktuelle Ansatz veranschaulichte die Funktionen von Deflektoren bei der Bildung von Wirbeln und den Beitrag von Lüftungsöffnungen zur Innenraumbelüftung. Für die Validierung wurde aufgrund des Übergangszustands im natürlichen Windmuster und der hohen Unsicherheit bei den Standortmessungen ein Fehler von 17 % berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Funktionalität der Lüftungsöffnungen an der Ost- und Westwand mit Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung dramatisch ändern würde. Im Allgemeinen lassen sich die Ergebnisse dieser Studie wie folgt zusammenfassen:

Im Hinblick auf die natürliche Belüftung hatten die Deflektoren zwei Hauptfunktionen:

Die wichtigste Funktion bestand darin, den Wind zu sammeln und zum Windeintritt zu leiten.

Die zweite Funktion bestand in der Verringerung turbulenter Strömungen (durch Bildung von Wirbeln) an den Ost- und Westwänden, um die Belüftung der Innenräume zu verbessern.

Den meteorologischen Daten zufolge beträgt der resultierende Windvektor in Sistan \(17^\circ \). Darüber hinaus trug die Westwand im Hinblick auf die natürliche Belüftung bei \(\omega =17^\circ \) um 126 % mehr bei als die Ostwand. Daher wurden an der Westwand weitere Lüftungsöffnungen entworfen und gebaut, um die Belüftung zu verbessern.

Durch die Änderung der Windrichtung von \(17^\circ \) auf \(30^\circ \) führte die größere Wirbellänge hinter den östlichen Deflektoren zu einer um 149 % höheren Belüftung an dieser Wand.

Obwohl die höhere Windgeschwindigkeit (15 m/s) die Belüftung in den Dachlüftungsöffnungen verbesserte, hatte die Windrichtung keinen Einfluss auf diesen Wert in RV1 und RV2.

Der Mikrowirbel in der Nähe von WV1 führte zu einer Verringerung von \({V}_{y{^{\prime}}}\) an diesem Schlot, insbesondere in Sc17-10. Es wird vorgeschlagen, eine Entlüftung mit einer abgerundeten Kante zu entwerfen, um den Strömungsverlustkoeffizienten in der Nähe von Entlüftungsöffnungen zu verringern80.

Als die Windgeschwindigkeit von 10 m/s auf 15 m/s anstieg, sanken die ACHs um 150 %. Durch die Änderung des Windwinkels von \(17^\circ \) auf \(30^\circ \) sank der ACH um 10 %. Allerdings waren die ACHs höher als der ASHRAE-Standard (ACH > 0,35).

Für die Windnutzung in Wohngebieten sollten einige Aspekte spezifiziert werden, darunter die Strömungsdynamik um Gebäude herum, der Winkel und die Geschwindigkeit des Windes, der auf das Gebäude trifft, Tief- und Hochdruckgebiete sowie Wirbel um die Gebäude herum. Auf diese Weise konnte das vollständige Strömungsmuster um die Gebäude ermittelt und sowohl für Ingenieure als auch für Architekten bereitgestellt werden.

In diesem Artikel müssen einige Einschränkungen berücksichtigt werden, beispielsweise die geometrischen Eigenschaften der Deflektoren (dh Länge und Winkel) in Bezug auf die Vakuumrate. Die menschlichen Komfortanalysen (dh thermische, Luftfeuchtigkeits- und Windgeschwindigkeitseffekte) sollten in weiteren Untersuchungen durchgeführt werden, wobei die Wirkung von Korridoren auf die Verhinderung turbulenter Strömungen in Innenräumen berücksichtigt wird. Der Einfluss feuchter und poröser Medien auf den Eingang (Kharkhona53 in der Muttersprache von Sistan) sollte am EINGANG analysiert werden.

Die durch diese Forschung aufgedeckten Grundprinzipien und die Gestaltungsart dieser Struktur können in vielen Gebäuden und geschlossenen Räumen mit einem hohen Anteil an Innenraumverschmutzung übernommen werden. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle Strategien zur Gestaltung dieser Struktur auf jeden Standort anwendbar sind und es empfohlen wird, sie unter ähnlichen klimatischen Bedingungen zu verwenden.

Der Autor möchte dem Global Wind Atlas für den Zugriff auf die Windkarte von Sistan danken. Die während der aktuellen Studie analysierten Datensätze sind im figshare-Repository verfügbar, https://doi.org/10.6084/m9.figshare.19775980.

Liu, T. & Lee, WL Bewertung des Einflusses von Oberlichtfensterkonstruktionen auf die natürliche Belüftung in Wohnhochhäusern in Hongkong. Aufrechterhalten. Städte Soc. 62, 102406. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102406 (2020).

Artikel Google Scholar

Gratia, E., Bruyère, I. & De Herde, A. Wie man natürliche Belüftung nutzt, um enge Bürogebäude zu kühlen. Bauen. Umgebung. 39, 1157–1170. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2004.02.005 (2004).

Artikel Google Scholar

Rizk, A., El Morsi, M. & Elwan, M. Ein Überblick über windgetriebene Querlüftungstechniken in Einzelräumen. Int. J. Sci. Ing. Res. 6, 75 (2018).

Google Scholar

Cheung, JOP & Liu, C.-H. CFD-Simulationen des natürlichen Lüftungsverhaltens in Hochhäusern in regelmäßiger und versetzter Anordnung in verschiedenen Abständen. Energieaufbau. 43, 1149–1158. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.11.024 (2011).

Artikel Google Scholar

Kosutova, K., van Hooff, T., Vanderwel, C., Blocken, B. & Hensen, J. Querlüftung in einem generischen isolierten Gebäude mit Lamellen: Windkanalexperimente und CFD-Simulationen. Bauen. Umgebung. 154, 263–280. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.03.019 (2019).

Artikel Google Scholar

Khan, N., Su, Y. & Riffat, SB Ein Überblick über windbetriebene Lüftungstechniken. Energieaufbau. 40, 1586–1604. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.02.015 (2008).

Artikel Google Scholar

Ahmed, T., Kumar, P. & Mottet, L. Natürliche Belüftung in warmen Klimazonen: Die Herausforderungen des thermischen Komforts, der Hitzewellenresistenz und der Raumluftqualität. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 138, 110669. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110669 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Aflaki, A., Hirbodi, K., Mahyuddin, N., Yaghoubi, M. & Esfandiari, M. Verbesserung der Luftwechselrate in Hochhäusern durch ein Hecklüftungspaneel: Eine Fallstudie. Bauen. Umgebung. 147, 35–49. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.10.011 (2019).

Artikel Google Scholar

Varela-Boydo, CA & Moya, SL Einlassverlängerungen für Windtürme zur Verbesserung der natürlichen Belüftung in Gebäuden. Aufrechterhalten. Städte Soc. 53, 101933. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101933 (2020).

Artikel Google Scholar

Iyengar, K. Nachhaltiges Architekturdesign: Ein Überblick. (2015).

Bahadori, MN Passive Kühlsysteme in iranischer Architektur. Wissenschaft. Bin. 238, 144–155 (1978).

Artikel Google Scholar

Yaghoubi, MA, Sabzevari, A. & Golneshan, AA Windtürme: Messung und Leistung. Sol. Energie 47, 97–106. https://doi.org/10.1016/0038-092X(91)90040-4 (1991).

Artikel ADS Google Scholar

Sangdeh, PK & Nasrollahi, N. Windfänger und ihre Anwendungen in der zeitgenössischen Architektur. Energie gebaute Umwelt. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2020.10.005 (2020).

Artikel Google Scholar

Elmualim, AA Verifizierung der Entwurfsberechnungen eines natürlichen Windfänger-/Turmlüftungssystems mit Leistungstests in einem realen Gebäude. Int. J. Vent. 4, 393–404. https://doi.org/10.1080/14733315.2005.11683717 (2006).

Artikel Google Scholar

Molanaei, S. & Soleimani, S. Einblick in die wertvollen Elemente der lokalen Architektur in Sistan in Bezug auf klimatische Faktoren nachhaltiger Architektur. Bd. 13 (Bagh-E Nazar Garden of Vision), 2016).

Calautit, JK, O'Connor, D. & Hughes, BR Bestimmung des optimalen Abstands und der optimalen Anordnung für kommerzielle Windtürme für die Belüftungsleistung. Bauen. Umgebung. 82, 274–287. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.08.024 (2014).

Artikel Google Scholar

Montazeri, H. & Montazeri, F. CFD-Simulation der Querlüftung in Gebäuden mit Windfängern auf dem Dach: Einfluss von Auslassöffnungen. Erneuern. Energie 118, 502–520. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.11.032 (2018).

Artikel Google Scholar

Liu, S., Mak, CM & Niu, J. Numerische Bewertung der Lamellenkonfiguration und Belüftungsstrategien für das Windfängersystem. Bauen. Umgebung. 46, 1600–1616. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.01.025 (2011).

Artikel Google Scholar

Heidari, A., Sahebzadeh, S. & Dalvand, Z. Natürliche Belüftung in der einheimischen Architektur von Sistan, Iran; Klassifizierung und CFD-Studie von Verbundräumen. Nachhaltigkeit 9, 1048. https://doi.org/10.3390/su9061048 (2017).

Artikel Google Scholar

Elmualim, AA Dynamische Modellierung eines Windfängers/Turmturms für natürliche Belüftung. Bauen. Serv. Ing. Res. Technol. 27, 165–182. https://doi.org/10.1191/0143624406bse159oa (2006).

Artikel Google Scholar

Sahebzadeh, S., Heidari, A., Kamelnia, H. & Baghbani, A. Nachhaltigkeitsmerkmale der einheimischen Architektur Irans: Eine vergleichende Studie zwischen der Architektur heiß-trockener und heiß-trocken-windiger Regionen. Nachhaltigkeit 9, 749 (2017).

Artikel Google Scholar

Bahadori, MN Ein verbessertes Design von Windtürmen für natürliche Belüftung und passive Kühlung. Sol. Energie 35, 119–129. https://doi.org/10.1016/0038-092X(85)90002-7 (1985).

Artikel ADS Google Scholar

Bahadori, MN, Mazidi, M. & Dehghani, AR Experimentelle Untersuchung neuer Designs von Windtürmen. Erneuern. Energie 33, 2273–2281. https://doi.org/10.1016/j.renene.2007.12.018 (2008).

Artikel Google Scholar

Alwetaishi, M. & Gadi, M. Neue und innovative Windfangdesigns zur Verbesserung der Raumluftqualität in Gebäuden. Energie gebaute Umwelt. 2, 337–344. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2020.06.009 (2021).

Artikel Google Scholar

Calautit, JK, O'Connor, D. & Hughes, BR Ein Windturm mit natürlicher Belüftung und Wärmerückgewinnung durch Wärmerohre für kalte Klimazonen. Erneuern. Energie 87, 1088–1104. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.08.026 (2016).

Artikel Google Scholar

Calautit, JK et al. Entwicklung eines Windfängers mit natürlicher Belüftung und passivem Wärmerückgewinnungsrad für mild-kalte Klimazonen: CFD und experimentelle Analyse. Erneuern. Energie 160, 465–482. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.05.177 (2020).

Artikel Google Scholar

Che, W., Ding, J. & Li, L. Luftstromabweiser von Außenfenstern, um die Belüftung zu induzieren: Auf dem Weg zur Prävention und Kontrolle von COVID-19. Sustain Cities Soc 77, 103548. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103548 (2022).

Artikel PubMed Google Scholar

Aflaki, A., Mahyuddin, N., Al-Cheikh Mahmoud, Z. & Baharum, MR Ein Überblick über natürliche Belüftungsanwendungen durch Gebäudefassadenkomponenten und Belüftungsöffnungen in tropischen Klimazonen. Energieaufbau. 101, 153–162. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.04.033 (2015).

Artikel Google Scholar

Givoni, B. Man, Climate and Architecture (Applied Science Publishers, 1976).

Google Scholar

Nejat, P., Salim Ferwati, M., Calautit, J., Ghahramani, A. & Sheikhshahrokhdehkordi, M. Passive Kühlung und natürliche Belüftung durch den Windfänger (Badgir): Eine experimentelle und Simulationsstudie zur Raumluftqualität, zum thermischen Komfort und passive Kühlleistung. J. Bauen. Ing. 41, 102436. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102436 (2021).

Artikel Google Scholar

Mak, CM, Cheng, C. & Niu, JL Die Anwendung der rechnergestützten Fluiddynamik zur Bewertung grüner Merkmale in Gebäuden: Teil 1: Flügelwände. Archit. Wissenschaft. Rev. 48, 121–134. https://doi.org/10.3763/asre.2005.4816 (2005).

Artikel Google Scholar

Mozaffari Ghadikolaei, F., Ossen, DR & Mohamed, MF Auswirkungen der Flügelwand am Balkon auf die natürliche Belüftungsleistung in mittelgroßen Wohngebäuden. J. Bauen. Ing. 31, 101316. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101316 (2020).

Artikel Google Scholar

Natürliche Belüftung. https://www.briangwilliams.us/solar-energy/natural-ventilation.html (2020).

Wood, A. & Salib, R. CTBUH Technischer Leitfaden Natürliche Belüftung in Bürohochhäusern Hauptautoren Mitwirkende/Peer Review (Routledge, 2012).

Buchen Sie Google Scholar

Gomaa, B. In PLEA.

Zafarmandi, S. & Mahdavinejad, M. Technologie moderner Windfänger: Ein Rückblick. Int. J. Archit. Ing. Stadtplan. 31, 1–11. https://doi.org/10.22068/ijaup.31.3.549 (2021).

Artikel Google Scholar

Choi, Y. & Song, D. Wie lässt sich die natürliche Belüftungsrate einer einseitigen Belüftung mit einem Erhaltungsventilator quantifizieren? Bauen. Umgebung. 181, 107119. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107119 (2020).

Artikel Google Scholar

Abdallah, ASH et al. Integration einer Verdunstungskühlungstechnik mit einem Solarkamin zur Verbesserung des thermischen Innenklimas in der Stadt New Assiut, Ägypten. Int. J. Energieumwelt. Ing. 4, 45. https://doi.org/10.1186/2251-6832-4-45 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Hassan Abdallah, AS Wohnkomfort und Reduzierung der Innentemperatur durch den Einsatz einer passiven Klimaanlage mit Solarkamin-Konzept in heißem, trockenem Klima. Fortgeführt. Ing. 205, 1100–1107. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.178 (2017).

Artikel Google Scholar

Abdallah, ASH et al. Parametrische Untersuchung eines Solarkamins mit neuem Kühlturm, der in einem einzigen Raum für das Klima der Stadt New Assiut, Ägypten, integriert ist. Int. J. Energieumwelt. Ing. 5, 92. https://doi.org/10.1007/s40095-014-0092-6 (2014).

Artikel Google Scholar

Maerefat, M. & Haghighi, AP Natürliche Kühlung von Einzelhäusern mithilfe eines Solarkamins und eines Verdunstungskühlraums. Erneuern. Energie 35, 2040–2052. https://doi.org/10.1016/j.renene.2010.02.005 (2010).

Artikel Google Scholar

Zhang, L. et al. Studie zum Einfluss und zur Optimierung des Venturi-Effekts auf die natürliche Belüftung von Gebäuden im Raum Xichang. Energien 14, 5053 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Haw, LC, Saadatian, O., Sulaiman, MY, Mat, S. & Sopian, K. Empirische Untersuchung eines windinduzierten natürlichen Belüftungsturms unter heißen und feuchten Klimabedingungen. Energieaufbau. 52, 28–38. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.05.016 (2012).

Artikel Google Scholar

Lechner, N. Heizung, Kühlung, Beleuchtung: Nachhaltige Designmethoden für Architekten (Wiley, 2014).

Google Scholar

Liu, C. et al. Einfluss der natürlichen Belüftungsrate auf die PM2,5-Ablagerung in Innenräumen. Bauen. Umgebung. 144, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.08.039 (2018).

Artikel Google Scholar

Chen, J., Brager, GS, Augenbroe, G. & Song, X. Einfluss der Außenluftqualität auf die natürliche Belüftungsnutzung von Gewerbegebäuden in den USA. Appl. Energie 235, 673–684. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.11.020 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Kang, K. et al. Filtrationseffizienz und Belüftungsleistung von Fensterfiltern. Bauen. Umgebung. 178, 106878. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.106878 (2020).

Artikel Google Scholar

Kaskaoutis, DG et al. Meteorologische Aspekte im Zusammenhang mit Staubstürmen in der Region Sistan im Südosten des Iran. Aufstieg. Dyn. 45, 407–424. https://doi.org/10.1007/s00382-014-2208-3 (2015).

Artikel Google Scholar

Miri, A., Ahmadi, H., Ekhtesasi, MR, Panjehkeh, N. & Ghanbari, A. Umwelt- und sozioökonomische Auswirkungen von Staubstürmen in der Region Sistan, Iran. Int. J. Umgebung. Zucht. 66, 343–355. https://doi.org/10.1080/00207230902720170 (2009).

Artikel Google Scholar

Rashki, A., Kaskaoutis, D., Francois, P., Kosmopoulos, P. & Legrand, M. Staubsturmdynamik über der Region Sistan, Iran: Saisonalität, Transporteigenschaften und betroffene Gebiete. Äolische Res. 16, 25. https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2014.10.003 (2015).

Artikel ADS Google Scholar

Alizadeh-Choobari, O., Zawar-Reza, P. & Sturman, A. Der „Wind von 120 Tagen“ und Staubsturmaktivität über dem Sistan-Becken. Atmosphäre. Res. 143, 328–341. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2014.02.001 (2014).

Artikel CAS Google Scholar

Nelson, WL Zabol hat die am stärksten verschmutzte Luft der Welt (The Free Library, 2016).

Google Scholar

Davtalab, J. & Heidari, A. Die Wirkung von Kharkhona auf den thermischen Komfort im Freien in heißem und trockenem Klima: Eine Fallstudie der Region Sistan im Iran. Aufrechterhalten. Städte Soc. 65, 102607. https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102607 (2021).

Artikel Google Scholar

Hughes, BR & Cheuk-Ming, M. Eine Studie über wind- und auftriebsgetriebene Strömungen durch kommerzielle Windtürme. Energieaufbau. 43, 1784–1791. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.03.022 (2011).

Artikel Google Scholar

Mostafaeipour, A., Jadidi, M., Mohammadi, K. & Sedaghat, A. Eine Analyse des Windenergiepotenzials und der wirtschaftlichen Bewertung in Zahedan, Iran. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 30, 641–650. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.11.016 (2014).

Artikel Google Scholar

Fazelpour, F., Soltani, N., Soltani, S. & Rosen, MA Bewertung des Windenergiepotenzials und der Wirtschaftlichkeit in den nordwestlichen iranischen Städten Tabriz und Ardabil. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 45, 87–99. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.045 (2015).

Artikel Google Scholar

Keyhani, A., Ghasemi-Varnamkhasti, M., Khanali, M. & Abbaszadeh, R. Eine Bewertung des Windenergiepotenzials als Stromerzeugungsquelle in der iranischen Hauptstadt Teheran. Energie 35, 188–201. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.09.009 (2010).

Artikel Google Scholar

Kahkha Moghaddam, P. & Delbari, M. Bewertung der Machbarkeit der Windenergienutzung in Sistan und der Provinz Belutschistan. Physik. Geogr. Res. Q. 49, 441–455. https://doi.org/10.22059/jphgr.2017.218706.1006952 (2017).

Artikel Google Scholar

Fadai, D. Die Machbarkeit der Herstellung von Windkraftanlagen im Iran. Erneuern. Aufrechterhalten. Energy Rev. 11, 536–542. https://doi.org/10.1016/j.rser.2005.01.012 (2007).

Artikel Google Scholar

Fazelpour, F., Soltani, N. & Rosen, MA Windressourcenbewertung und Windkraftpotenzial für die Stadt Ardabil, Iran. Int. J. Energieumwelt. Ing. 6, 431–438 (2015).

Artikel Google Scholar

Fazelpour, F., Markarian, E. & Soltani, N. Windenergiepotenzial und wirtschaftliche Bewertung von vier Standorten in der Provinz Sistan und Balouchestan im Iran. Erneuern. Energie 109, 646–667. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.03.072 (2017).

Artikel Google Scholar

Atlas, GW https://globalwindatlas.info/en/area/Islamic%20Republic%20of%20Iran?print=true

Agha, A., Chaudhry, HN & Wang, F. Diffusor-erweiterte Windturbinentechnologien (DAWT): Ein Rückblick. Int. J. Erneuern. Energieres. 8, 1369–1385 (2018).

Google Scholar

Altan, BD, Atılgan, M. & Özdamar, A. Eine experimentelle Studie zur Verbesserung der Leistung eines Savonius-Rotors durch Vorhang. Exp. Thermoflüssigkeitswissenschaft. 32, 1673–1678. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2008.06.006 (2008).

Artikel Google Scholar

Vaz, JRP & Wood, DH Einfluss der Diffusoreffizienz auf die Leistung von Windkraftanlagen. Erneuern. Energie 126, 969–977. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.04.013 (2018).

Artikel Google Scholar

Khamlaj, TA & Rumpfkeil, MP Analyse und Optimierung von Kanalwindkraftanlagen. Energie 162, 1234–1252. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.08.106 (2018).

Artikel Google Scholar

Bagheri-Sadeghi, N., Helenbrook, B. & Visser, K. Optimierung von kanalisierten Windkraftanlagen und Empfindlichkeit gegenüber der Rotorposition. Windenergiewissenschaft. 3, 221–229. https://doi.org/10.5194/wes-3-221-2018 (2018).

Artikel ADS Google Scholar

Şahin, B., İlhan, A. & Bilgili, M. Untersuchung von Diffusor-erweiterten Windturbinentechnologien. Zeitschrift der Fakultät für Ingenieurwesen und Architektur der Universität Çukurova (2017).

Kanya, B. & Visser, K. Experimentelle Validierung einer Entwurfsstrategie für kanalisierte Windkraftanlagen. Windenergiewissenschaft. Diskutieren. 20, 1–22. https://doi.org/10.5194/wes-2017-54 (2017).

Artikel Google Scholar

Autodesk. Natürliche Belüftung, https://knowledge.autodesk.com/support/cfd/learn-explore/caas/CloudHelp/cloudhelp/2014/ENU/SimCFD/files/GUID-F6011744-B69B-47D0-BB2B-50E1BA8DC32D-htm.html (2019).

Launder, BE & Spalding, DB Die numerische Berechnung turbulenter Strömungen. Berechnen. Methoden Appl. Mech. Ing. 3, 269–289. https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2 (1974).

Artikel ADS MATH Google Scholar

American Society of Heating, R. a. A.-CE (2021).

Das, D. et al. Schätzung der Luftwechselraten in Wohngebieten im ländlichen Bangladesch mithilfe eines Nahfeld-Fernfeld-Modells. Bauen. Umgebung. 206, 108325. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.108325 (2021).

Artikel Google Scholar

ASHRAE, AAS (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc, Atlanta, GA, 2019).

Kidderminster College. https://www.monodraught.com/projects/kidderminster-college (2022).

Windfänger Null. https://www.monodraught.com/products/natural-ventilation/windcatcher-zero. (2022).

Litti, G., Audenaert, A. & Braet, J. Natürliche Belüftung als passive Kühlstrategie zur Reduzierung sommerlicher Überhitzung in denkmalgeschützten Gebäuden: Die Fallstudie des Vleeshuis-Museums in Antwerpen (Belgien). (2014).

van Hooff, T. & Blocken, B. CFD-Bewertung der natürlichen Belüftung von Innenräumen durch die Konzentrationsabfallmethode: CO2-Gasverteilung aus einem halbgeschlossenen Stadion. Bauen. Umgebung. 61, 1–17. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.11.021 (2013).

Artikel Google Scholar

Ali, MY, Hanafiah, MM, Khan, MF & Latif, MT Quantitative Quellenverteilung und Humantoxizität von Spurenmetallen in Innenräumen in Universitätsgebäuden. Bauen. Umgebung. 121, 238–246. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.05.032 (2017).

Artikel Google Scholar

Costa, NP, Maia, R., Proença, MF & Pinho, FT Kanteneffekte auf die Strömungseigenschaften in einer 90-Grad-T-Verbindung. J. Fluids Eng. 128, 1204–1217. https://doi.org/10.1115/1.2354524 (2006).

Artikel Google Scholar

Referenzen herunterladen

Tose Sazan Pahne Kiyansea (TSPK) Company, Inkubatorzentrum, Universität Zabol, Zabol, Iran

Elham Mohammadi & Mohammadreza Jarkeh

Fakultät für Maschinenbau, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Birjand, Birjand, Iran

Seyed Alireza Zolfaghari und Vahid Arbabi

Abteilung für Orthopädie, Universitätsklinikum Utrecht, Utrecht, Niederlande

Wahid Arbabi

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

MJ und EM sind für die Entwicklung von Methoden, das Zeichnen von Diagrammen, die Analyse der Ergebnisse und das Verfassen des Originalentwurfs verantwortlich. VA und SAZ sind für die Datenkuratierung und methodische Verbesserungen verantwortlich.

Korrespondenz mit Vahid Arbabi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Mohammadi, E., Jarkeh, M., Zolfaghari, SA et al. Auswirkung einer widerstandsfähigen Architektur in einer alten Windmühle in der Region Sistan auf die Verbesserung der natürlichen Belüftung. Sci Rep 12, 18240 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23027-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 09. Mai 2022

Angenommen: 24. Oktober 2022

Veröffentlicht: 29. Oktober 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23027-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein gemeinsam nutzbarer Link verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.