ارزیابی تاثیر شکل و تناسبات هندسی پلان، جهت‌گیری و ارتفاع طبقه، بر عملکرد نور روز ساختمان‌های بلند اداری شهر تهران

بیان مسئله: استفاده بهینه از نور روز به‌عنوان یکی از عوامل اصلی موثر در ارتقا کیفیت فضاهای اداری، نقش مهمی در کاهش مصرف انرژی الکتریکی، بهبود عملکرد و سلامت کارکنان دارد. در طراحی ساختمان‌های بلندمرتبه، مولفه‌های متعددی بر میزان نور طبیعی در فضای داخلی تاثیر می‌گذارند. با اتخاذ تدابیری نظیر بهینه‌سازی شکل و تناسبات هندسی پلان، جهت‌گیری و ارتفاع طبقات در مراحل آغازین طراحی، می‌توان ضمن بهره‌مندی از مزایای استفاده از نور طبیعی، از تعارضات آتی میان مولفه‌های مختلف طراحی جهت بهینه‌سازی روشنایی طبیعی ساختمان جلوگیری نمود. اهمیت این موضوع در طراحی ساختمان‌های بلند اداری باتوجه‌به اهمیت نور طبیعی، مقیاس و همبستگی مولفه‌های طراحی، بیشتر به چشم می‌آید.سوال تحقیق: ارتباط میان شکل و تناسبات هندسی پلان، جهت‌گیری و ارتفاع طبقات ساختمان‌های بلند اداری، با شاخص کفایت فضایی نور روز (sda)، به‌عنوان معیاری برای سنجش میزان روشنایی طبیعی در فضای داخلی چگونه است؟اهداف تحقیق: این پژوهش پس از ارزیابی میزان حساسیت شاخص sda به هریک از متغیرها، شکل هندسی و جهت‌گیری بهینه پلان و حداقل ارتفاع طبقه متناسب با مساحت کل طبقه را در ساختمان‌های بلند اداری جهت دستیابی به حداکثر امتیاز استاندارد روشنایی لید (leed)، در اقلیم شهر تهران، تعیین می‌کند.روش تحقیق: فرایند کلی این پژوهش از سه مرحله شامل؛ جمع‌آوری و تحلیل داده‌های حاصل از مطالعه‌ 100 ساختمان بلند اداری برای تعیین بازه مجاز بهینه‌یابی و مدل پایه، شبیه‌سازی نور روز به روش «مدل‌سازی روشنایی طبیعی مبتنی بر اقلیم» با نرم‌افزار رادیانس، مقایسه نتایج شبیه‌سازی و بهینه‌یابی هریک از متغیرها، تشکیل‌یافته است.مهم‌ترین یافته‌ها و نتیجه‌گیری تحقیق: بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، مقادیر مربوط به شاخص (sda300/50%) در فضاهای اداری با تغییر جهت‌گیری پلان،1 تا 5/4% نسبت به مدل پایه، ارتقا یافته است. موثرترین شکل هندسی از میان الگوهای هندسی طراحی پلان ساختمان‌های بلند اداری برای بهبود شاخص مذکور، مثلث متساوی‌الاضلاع و پس از آن بیضی، مستطیل، مربع و دایره می‌باشد. شاخص sda با تعیین شکل هندسی مناسب پلان، تا بیش از 10% بهبودیافته است. ارتفاع پیشنهادی کف تا سقف طبقه باهدف دستیابی به حداکثر امتیاز استاندارد روشنایی (leed v4.1)، برای اشکال هندسی موردمطالعه، در بازه‌ی مساحتی 1500 مترمربع و کمتر، 270 سانتی‌متر، 1500 تا 2500 مترمربع، 270 تا 310 سانتی‌متر و بازه‌ 2500 تا 3500 مترمربع، 310 تا 340 سانتی‌متر، است. نتایج این پژوهش می‌تواند راهنمایی اجرایی در مراحل آغازین طراحی برای ارتقا سطح آسایش کاربران ساختمان‌های بلند اداری در شهر تهران باشد.

evaluation of the shape plan, orientation, and ceiling height on daylight performance of tall office buildings in tehran, iran

research problem: optimum use of daylight, as one of the main effective factors in improving the quality of office spaces, plays an important role in reducing electric energy consumption and improving the performance and health of employees. in high-rise buildings, usable space with the potential to benefit from sufficient daylight is often placed between the outer wall and the core of the building, which we call &useful space& here. the floor height, the floor area, the geometric shape of the plan, and the orientation of the building are the most important physical components affecting the ratio between the useful space and the entire floor space. by simple decision in the initial stages of design, while increasing the ratio of useful space to the entire floor space, future conflicts between different design components can be avoided to optimize the natural lighting of the building. the importance of this issue in the design of tall office buildings is more visible due to the importance of using natural lighting, scale, and correlation of design components.research question: how is the correlation between floor height, plan shape, and the orientation of the building with the spatial daylight autonomy (sda), as an index to measure the amount of useful floor space with the potential of using natural lighting in the interior space?research method: this paper applies spatial daylight autonomy (sda) to assess the impact of geometrical parameters on daylight performance by dynamic simulation in typical plan shapes of tall open office buildings in tehran’s climatic conditions. the research involves three steps: first, 100 high-rise office buildings built before 2022 are investigated to find tall office buildings’ most common geometrical aspects. each geometry is parametrically modeled in the grasshopper plugin in the second stage. for this step, initial data such as floor area core to floor area are entered as inputs of daylight simulation. the honeybee parametric plugin inputs include data such as material reflection, glass visual transmission (vt), geographic location, activity period, and office layout. in the last part, simulation results for each case are compared and optimized.the most important results and conclusion: the results indicate that among the evaluated geometrical factors, the orientation of the building is less important than the plan shape and ceiling height on the sda. among the studied plan shapes, the triangle shape had the best daylight performance concerning the sda index, followed by the rectangle and ellipse plan shapes. results show that a slight change in the geometry can improve sda by more than 10%. a comparison of the results of the orientation study on the amount of natural light in the indoor environment based on the sda index in each of the studied geometric shapes shows that the change of orientation of the building relative to the south improves to about 4.5% in the geometry of the triangle. this effect is up to 3% in rectangular geometry, about 2% in the ellipse, and about 1% in the square. results can be used as a simplified method for architects in the early design stages to assess the impact of the geometrical characteristics on the daylight performance of tall office buildings in tehran city.