Simulation Based - Early Design (SBED) Tool for Apartment Buildings

Abstract

Building Envelope design functions as one of the most effective passive design strategies in controlling thermal performance and energy consumption in buildings. A properly designed envelope should contribute to better building performance with minimum energy demand, and so carefully simulating different envelope configurations and assessing their effect on indoor air quality and energy consumption is very essential and is highly needed to be tested while designing buildings which is rarely done within the building design process in Palestine. This thesis presents a parametric simulation algorithm to apartment buildings in Mediterranean climate. The most common envelope designs and construction materials available in Palestine and specifically in the highlands of Nablus, Jerusalem, Bethlehem, Ramallah and Hebron were carefully identified and selected for the purpose of the parametric simulation. The variables design parameters were carefully identified: apartment layout, orientation, floor level, insulation thickness, glazing type, site density and topography. Their influence was tested and evaluated in terms of their effect on indoor air temperatures and on energy consumption using Design Builder simulation program. A simplified tool was developed to help architects and designers to check different envelope parameters and their effect on building performance as well as on energy consumption. The tool’s objective is to alert designers to carefully select building envelopes components and to facilitate the integration of building simulation within building design process so as to achieve energy efficient buildings. The results proved that such tools can help in assessing the effect of building envelope parameters on building performance and on energy consumption and so in improving thermal performance while minimizing energy consumption. As well as, pointing out the importance of treating each living space as a separate structure and assessing design decisions carefully to help in achieving best indoor atmosphere. Energy consumption of living spaces in residential buildings can be minimized by 40 - 45% if designers define and test envelope related parameters at early design stages. يعمل تصميم غالف المبنى كواحد من أكثر العوامل الفعالة في التحكم في األداء الحراري للمبنى وكمية استهالكه الطاقة. يساهم غالف المبنى المصمم بشكل صحيح في تحسين أداء المبنى مع الحد من عملية استهالك الطاقة الالزمة للتدفئة والتبريد، وبالتالي فإن عملية تجربة وخوض محاكاة لتكوينات مختلفة لغالف المبنى وتقييم تأثيرها على جودة الهواء الداخلي وعلى كمية استهالك الطاقة مفيد من أجل معرفة تأثير تصميم الغالف على األداء الحراري. مع التأكيد على أن هناك حاجة شديدة الختبار كفاءة الغالف المصمم أثناء عملية تصميم المباني للمساهمة في تصميم وبناء مباني موفرة للطاقة. ان عملية دراسة أداء المبنى الحراري عملية تعتمد على برامج مختصة وهي عملية تستغرق وقت وجهد كبير وبحاجة لمختصين لتنفيذ هذا النوع من األعمال ولذلك فهي نادرا تقدم هذه الدراسة اداة _مصممة باالعتماد ً ما يتم اختبارها جنبا الي جنب مع عملية تصميم المباني في فلسطين. على المحاكاة_ متعددة المعايير تختص بالمباني السكنية المتعددة الطوابق التي تقع ضمن مناخ البحر األبيض المتوسط. تم تحديد في مكونات وتصميمات غالف المبنى المعتمد بدقة وباالعتماد على مواد البناء األكثر شيو ًعا والمتوفرة في فلسطين _تحديداً مرتفعات نابلس، القدس، رام هللا، الخليل وبيت لحم_ واختيارها لغرض المحاكاة المتعددة المعايير. تم تحديد العوامل المتغيرة الممكن التحكم بتغيرها من خالل هذه األداة بعناية وتشمل: تخطيط المبنى السكني )عدد الشقق السكنية بالطابق الواحد(، توجيه غرفة المعيشة، الطابق، سمك العزل المستخدم بالجدران، نوع الزجاج وخصائصه، كثافة البناء المجاور والتضاريس. تم اختبار وتقييم تأثير كل هذه العوامل على أداء المبنى وعلى كمية استهالك الطاقة باستخدام برنامج محاكاة (DesignDuilder). تقدم هذه الدراسة أداة لمساعدة المهندسين المعماريين والمصممين على اختبار تأثير مكونات الغالف المصمم على األداء الحراري وكمية استهالك المبنى للطاقة. باإلضافة لتسهيل دمج عملية المحاكاة في مرحلة تصميم المبنى بهدف تصميم مباني موفرة للطاقة. أثبتت النتائج أن مثل هذه األدوات ان وجدت تساعد في تقييم تأثير تصميم غالف المبنى على أداء المبنى وعلى استهالك الطاقة وبالتالي في تحسين األداء الحراري وبالتالي تقليل كمية استهالك الطاقة الالزمة للتدفئة والتبريد بغرف المعيشة بنسبة -40 - .45