نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
گروه معماری،واحد ملایر، دانشگاه آزاد اسلامی، ملایر، ایران
چکیده
تابش خورشیدی از مهمترین عوامل تعیینکننده عملکرد انرژی ساختمانها است و شاخصهای سازمان فضایی بافت شهری نقش مستقیمی در میزان دسترسی سطوح ساختمانی به تابش دارند. با توجه به اهمیت ویژه این موضوع در اقلیمهای سرد، هدف پژوهش تحلیل رابطه میان این شاخصها و میزان جذب تابش خورشیدی در اقلیم سرد همدان است. برای این منظور، ۲۰ گونه بافت شهری در نرمافزار دیزاینبیلدر با موتور انرژیپلاس شبیهسازی شد و مقادیر جذب تابش سالانه و فصلی محاسبه گردید. تحلیلهای آماری شامل؛ ضریب همبستگی، آزمون واریانس، رگرسیون چندگانه و خوشهبندی K-means با پایتون انجام شد. نتایج نشان داد؛ شاخصهای هندسی تأثیر معناداری بر جذب تابش خورشیدی دارند(05/0>p) و مدل رگرسیون توانست بخش بزرگی از تغییرات را توضیح دهد(90/0=R2(Tottal، 90/0=R2(Winter)،90/0=R2،79/0=R2(Sumer) ). سه شاخص؛ S/A، Ssun/A و H/Wanua بیشترین نقش را داشتند. تحلیل PCA، دو مؤلفه اصلی را با 35/79% واریانس-تبیینشده آشکار کرد: مؤلفه نخست؛ ظرفیت مواجهه تابشی/توسعه سطوح کالبدی و مؤلفه دوم؛ شدت سایهاندازی. خوشهبندی سه تیپ ریختشناسی(سایهدار، در معرض تابش و ریختشناسی باز) را مشخص کرد که در جذب تابش زمستانی تفاوت معناداری دارند(001/>p، 227/18=F). نوآوری پژوهش معرفی شاخص SSBI است که توازن بهرهگیری جذب تابش زمستانی و کنترل تابش تابستانی را میسنجد و ابزاری کمّی برای تصمیمگیری طراحی فراهم میکند. SSBI بین تیپها تفاوت معنادار نشان داد و تیپ «در معرض تابش» بالاترین مقدار و بهترین تعادل عملکردی را ثبت کرد. این تیپ با ترکیبی از توسعه مناسب سطوح پوسته و کنترل متعادل سطوح در معرض سایه، امکان تقویت دریافت تابش زمستانی در عین محدودسازی نسبی تابش تابستانی را فراهم میکند. این نتایج چارچوبی کمّی برای هدایت طراحی شهری در اقلیمهای سرد ارائه میکند و توصیه میشود طراحان، مواجهه تابشی بیشتر و مقدار سطوح سایهدار کنترلشده را در ساختار معابر و توده–فضا اولویت دهند و سیاستگذاران آستانههای پیشنهادی را در دستورالعملهای محلی ادغام کنند تا تعادل فصلی عملکرد تابشی در مقیاس بافت تضمین شود.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Morphological Analysis of Urban Block Solar Potential in the Cold Climate of Hamadan Using the SSBI Index
نویسنده [English]
- Hojjat Ghiasvand
Department of Architecture, Ma.B, Islamic Azad University, Malayer, Iran
چکیده [English]
Solar radiation is one of the most significant factors affecting energy performance in cold climates, and the spatial configuration indices of urban fabric play a direct role in determining the level of solar access to building surfaces. This study aims to analyze the relationship between these indices and solar radiation absorption in the cold climate of Hamadan, Iran. To achieve this, 20 urban fabric typologies were simulated using DesignBuilder software with the EnergyPlus engine, and annual as well as seasonal solar radiation absorption values were calculated. Statistical analyses, including correlation coefficient, analysis of variance (ANOVA), multiple regression, principal component analysis (PCA), and K-means clustering, were conducted in Python.
The results indicated that geometric indices have a statistically significant effect on solar radiation absorption (p < 0.05), and the regression model explained a substantial proportion of the observed variations (R²Total = 0.90, R²Winter = 0.90, R²Annual = 0.90, and R²Summer = 0.79). Three indices—S/A, Ssun/A, and H/Wanua—showed the strongest influence. PCA revealed two principal components explaining 79.35% of the total variance: the first component represented solar exposure capacity/development of physical surface areas, while the second reflected shading intensity. Cluster analysis identified three morphological typologies (shaded, solar-exposed, and open morphology), which exhibited significant differences in winter solar absorption (F = 18.227, p < 0.001).
The main innovation of this study is the introduction of the Seasonal Solar Balance Index (SSBI), which evaluates the balance between maximizing winter solar gain and controlling summer solar exposure, thereby providing a quantitative tool for design decision-making. SSBI showed significant differences among the identified typologies, with the “solar-exposed” typology achieving the highest value and the best overall seasonal performance balance. This typology, through an appropriate combination of envelope surface development and controlled shaded surfaces, enhances winter solar access while relatively limiting excessive summer radiation.
These findings provide a quantitative framework for guiding urban design in cold climates. It is recommended that urban designers prioritize greater solar exposure and controlled shaded surface ratios within street networks and mass–space configurations, while policymakers integrate the proposed thresholds into local design guidelines to ensure seasonal balance in solar performance at the urban fabric scale.
کلیدواژهها [English]
- Urban fabric morphology
- geometric indices
- solar radiation absorption
- cold climate of Hamadan
- SSBI index
)