بهینه سازی مورفولوژی ساختمان های شهری در اقلیم سرد با تاکید بر بهبود ریزاقلیم و کارایی انرژی: چارچوبی تحلیلی–شبیه سازی (مطالعه موردی: زنجان)

افزایش مصرف انرژی در بخش ساختمان و تشدید ناپایداری های اقلیمی، ضرورت توجه به طراحی اقلیم محور در مقیاس شهری را بیش از پیش برجسته ساخته است. در این میان، مورفولوژی ساختمان های شهری به عنوان یکی از عوامل کلیدی در شکل دهی به ریزاقلیم و تعیین الگوهای مصرف انرژی، نقش تعیین کننده ای در ارتقای کارایی انرژی و بهبود آسایش حرارتی دارد. پژوهش حاضر با هدف تحلیل و بهینه سازی مورفولوژی ساختمان های شهری در اقلیم سرد، با تاکید بر بهبود شرایط ریزاقلیمی و کاهش مصرف انرژی، در شهر زنجان به عنوان مطالعه موردی انجام شده است. روش تحقیق مبتنی بر رویکرد تحلیلی–شبیه سازی بوده و به منظور بررسی همزمان اثرات پارامترهای کالبدی، از نرم افزارهای ENVI-met برای مدل سازی ریزاقلیم و DesignBuilder برای شبیه سازی مصرف انرژی استفاده شده است. در این راستا، سناریوهای مختلفی شامل تغییر در تراکم ساختمانی، ارتفاع، نسبت ارتفاع به عرض معابر (H/W)، فاصله بین ساختمان ها و جهت گیری بناها تعریف و مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش تراکم ساختمانی منجر به کاهش معنادار مصرف انرژی گرمایشی شده و تراکم های بالا با کاهش سطح تماس با محیط بیرونی، عملکرد حرارتی بهتری ارائه می دهند. همچنین، ارتفاع متوسط ساختمان ها (حدود ۵ تا ۶ طبقه) به عنوان حالت بهینه در بهبود شرایط حرارتی شناسایی شد، در حالی که افزایش بیش از حد ارتفاع به دلیل سایه اندازی، اثر منفی بر دریافت تابش خورشیدی دارد. یافته ها همچنین نشان داد که نسبت H/W برابر با ۱.۵ و فاصله کم بین ساختمان ها موجب کاهش سرعت باد و افزایش دمای محیط شده و شرایط آسایش حرارتی را بهبود می بخشد. در بررسی جهت گیری، ساختمان های با جهت گیری جنوبی بیشترین دریافت انرژی خورشیدی و کمترین مصرف انرژی را نشان دادند. در نهایت، تحلیل ترکیبی سناریوها نشان داد که الگوی بهینه مورفولوژیک شامل تراکم بالا، ارتفاع متوسط و نسبت H/W بهینه است که می تواند به طور همزمان موجب کاهش مصرف انرژی و بهبود ریزاقلیم شهری شود. نتایج این پژوهش چارچوبی کاربردی برای طراحی شهری در اقلیم های سرد ارائه می دهد و می تواند به عنوان مبنایی برای تدوین ضوابط شهرسازی مبتنی بر انرژی مورد استفاده قرار گیرد.