Iranian Journal of Energy

fa بررسی بهینه سازی انرژی در ساختمان با استفاده از بام و دیوار سبز در اقلیم نیمه خشک ایران Energy Performance Optimization of Buildings through Green Roofs and Green Walls in Iran’s Semi-Arid ClimateEnergy Performance Optimization of Buildings through Green Roofs and Green Walls in Iran’s Semi-Arid Climate انرژی و محیط زیست Energy and Environment پژوهشي Research این مطالعه به بررسی جامع تأثیرات سامانه‌های سبز ساختمانی بر شاخص‌های انرژی و محیط‌زیستی در اقلیم نیمه‌خشک تهران می‌پردازد. پژوهش حاضر با اتخاذ رویکردی ترکیبی شامل مدلسازی دینامیکی در نرم‌افزار EnergyPlus , DesignBuilder و مطالعات میدانی در پنج ساختمان مسکونی نمونه، به تحلیل مقایسه‌ای چهار سناریوی مختلف پرداخته است. سناریوی پایه به ساختمان‌های متعارف فاقد پوشش گیاهی اختصاص دارد، در حالی که سه سناریوی دیگر شامل ساختمان‌های مجهز به دیوار سبز، بام سبز و ترکیب همزمان این دو فناوری می‌شوند. در بخش روش‌شناسی، ابتدا مدل پایه ساختمان با استفاده از داده‌های واقعی مصرف انرژی اعتبارسنجی شد. پارامترهای ورودی مدل بر اساس ویژگی‌های اقلیمی تهران شامل دمای متوسط سالانه 17.5 درجه سانتی‌گراد، بارندگی سالانه 230 میلی‌متر و رطوبت نسبی 40% تنظیم گردید. برای سامانه‌های سبز، از ماژول‌های تخصصی Green Roof و Vertical Greenery در نرم‌افزار استفاده شد که قابلیت شبیه‌سازی دقیق فرآیندهای تبخیر-تعرق، ظرفیت عایقی و تبادل حرارتی را دارا می‌باشند. نتایج کمی پژوهش نشان می‌دهد که کاربرد توأمان بام و دیوار سبز موجب کاهش 34.2% در مصرف انرژی سالانه ساختمان‌های مورد مطالعه شده است. این بهبود عملکرد از طریق مکانیسم‌های متعددی حاصل می‌شود: اولاً، دیوارهای سبز با ایجاد سایه‌اندازی و افزایش ضریب عایق‌کاری حرارتی نما (کاهش ضریب U-value از 1.2 به 0.83 W/m².K)، بار سرمایشی را تا 40% کاهش داده‌اند. ثانیاً، بام‌های سبز با عمق 15 سانتی‌متر و پوشش گیاهی سدوم، از طریق افزایش مقاومت حرارتی (1.2 m².K/W) و تعدیل تابش خورشیدی (کاهش 45% جذب تابش)، بار گرمایشی را تا 25% کاهش داده‌اند. از منظر محیط‌زیستی، یافته‌ها حاکی از تأثیرات چندبعدی این سامانه‌هاست. در مقیاس خرد، دمای سطح ساختمان‌ها تا 15 درجه سانتی‌گراد کاهش یافته و رطوبت نسبی محیط تا 18% افزایش نشان می‌دهد. در مقیاس کلان، مدلسازی‌ها نشان می‌دهند که گسترش این فناوری می‌تواند اثر جزیره گرمایی شهری را در مناطق متراکم تهران بین 2 تا 5 درجه سانتی‌گراد تعدیل نماید. همچنین، پوشش گیاهی این سامانه‌ها قادر به جذب سالانه 20% ذرات معلق (PM2.5) و کاهش 38 تنی انتشار CO₂ به ازای هر ساختمان است. بررسی چالش‌های اجرایی نشان می‌دهد که هزینه اولیه نصب این سامانه‌ها حدود 15 تا 20 میلیون تومان بر مترمربع و نیاز آبی آن‌ها 35 لیتر بر مترمربع در روز است. با این حال، استفاده از راهکارهای بهینه‌سازی مانند انتخاب گیاهان بومی مقاوم به خشکی (مانند گونه‌های سدوم)، سیستم‌های آبیاری قطره‌ای هوشمند و طراحی سازه‌ای سبک می‌تواند دوره بازگشت سرمایه را به 4 تا 7 سال کاهش دهد. مقایسه نتایج این پژوهش با مطالعات مشابه در اقلیم‌های مختلف نشان می‌دهد که کارایی سامانه‌های سبز در مناطق نیمه‌خشک حدود 15-20% بیشتر از مناطق معتدل است. این تفاوت عمدتاً ناشی از اثرات تشدید شده مکانیسم‌های تبخیر-تعرق و سایه‌اندازی در اقلیم‌های گرم است. در بخش نتیجه‌گیری، این مطالعه پیشنهاد می‌کند که ادغام این فناوری‌ها با سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر (مانند پنل‌های خورشیدی) می‌تواند به راهکاری جامع برای توسعه ساختمان‌های پایدار در منطقه تبدیل شود. همچنین، تدوین دستورالعمل‌های طراحی بومی و ارائه مشوق‌های مالیاتی می‌تواند گسترش این سامانه‌ها را تسهیل نماید. یافته‌های این پژوهش می‌تواند مبنای علمی برای بازنگری در مقررات ملی ساختمان ایران و سیاست‌گذاری‌های کلان شهری قرار گیرد. این تحقیق از چند جهت دارای نوآوری است: نخست آنکه اولین مطالعه جامع در زمینه ترکیب بام و دیوار سبز در اقلیم تهران محسوب می‌شود. دوم آنکه روش‌شناسی ترکیبی آن (شبیه‌سازی دینامیکی + مطالعات میدانی) امکان ارزیابی دقیق‌تر پارامترهای انرژی را فراهم کرده است. سوم آنکه به ارائه راهکارهای اجرایی متناسب با محدودیت‌های منابع آبی منطقه پرداخته است. محدودیت‌های اصلی پژوهش شامل تمرکز بر ساختمان‌های مسکونی متوسط و عدم بررسی اثرات بلندمدت می‌شود که می‌تواند موضوع مطالعات آینده قرار گیرد.   This study provides a comprehensive examination of the effects of building green systems on energy and environmental indicators in Tehran's semi-arid climate. Adopting a mixed-method approach that includes dynamic modeling in EnergyPlus and DesignBuilder software, along with field studies in five sample residential buildings, the research conducts a comparative analysis of four different scenarios. The baseline scenario pertains to conventional buildings without vegetation, while the other three scenarios involve buildings equipped with green walls, green roofs, and a combination of both technologies. In the methodology section, the base building model was first validated using real energy consumption data. Input parameters were adjusted based on Tehran’s climatic characteristics, including an average annual temperature of 17.5°C, annual rainfall of 230 mm, and relative humidity of 40%. For the green systems, specialized Green Roof and Vertical Greenery modules were used in the software, enabling precise simulation of evapotranspiration processes, insulation capacity, and heat exchange. Quantitative results indicate that the combined application of green roofs and walls reduces annual energy consumption in the studied buildings by 34.2%. This improvement is achieved through multiple mechanisms: <ol start="1"> <li> Green walls reduce cooling loads by 40% through shading and improved thermal insulation of facades (lowering the U-value from 1.2 to 0.83 W/m²·K). </li> <li> Green roofs (with 15 cm depth and Sedum vegetation) reduce heating loads by 25% by enhancing thermal resistance (1.2 m²·K/W) and moderating solar radiation (reducing absorption by 45%). </li> </ol> From an environmental perspective, findings highlight the multidimensional impacts of these systems. At the micro-scale, building surface temperatures decrease by 15°C, while ambient humidity increases by 18%. Macro-scale modeling suggests that widespread adoption could mitigate the urban heat island effect in dense areas of Tehran by 2–5°C. Additionally, the vegetation in these systems can absorb 20% of particulate matter (PM2.5) annually and reduce CO₂ emissions by 38 tons per building. An assessment of implementation challenges reveals an initial installation cost of 15–20 million IRR per square meter and a daily water demand of 35 liters per square meter. However, optimization strategies—such as drought-resistant native plants (e.g., Sedum species), smart drip irrigation, and lightweight structural design—can shorten the payback period to 4–7 years. A comparison with similar studies in different climates shows that green systems are 15–20% more effective in semi-arid regions than in temperate zones, primarily due to enhanced evapotranspiration and shading effects in hot climates. In conclusion, the study suggests that integrating these technologies with renewable energy systems (e.g., solar panels) could offer a holistic solution for sustainable building development in the region. Additionally, developing local design guidelines and providing tax incentives could facilitate broader adoption. The findings provide a scientific basis for revising Iran’s national building codes and urban policies. سقف/بام سبز, دیوار سبز ,بهینه‌سازی انرژی , اثر جزیره گرمایی Green roof, Green wall ,Energy efficiency,UHI 59 71 http://necjournals.ir/browse.php?a_code=A-10-2888-1&slc_lang=fa&sid=1 vahid sadeghi وحید صادقی V-sadeghi@tabrizu.ac.ir 10031947532846007628 10031947532846007628 No mahya gholizade محیا قلی زاده ma.gholizade@tabriziau.ac.ir 10031947532846007629 10031947532846007629 Yes