فصلنامه علمی مدیریت محیط زیست شهری
فصلنامه مدیریت محیط زیست شهری

ارزیابی اثر مصالح هوشمند بر عملکرد حرارتی و کاهش بار گرمایش ساختمان‌های صفر انرژی در اقلیم سرد و کوهستانی شهر تبریز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

داود پایدار خیابانی 1
محمد جدیری عباسی 2
امین علیزاده 1
رضا فتحی پور 1
سعیده فیضی 3

1 گروه معماری، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران.

2 گروه معماری، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی ، اهر، ایران.

3 گروه معماری، واحد آذرشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، آذرشهر، ایران.

10.48306/juem.2026.590040.1168
چکیده
افزایش مصرف انرژی در بخش ساختمان و سهم بالای گرمایش در اقلیم‌های سرد، ضرورت بهره‌گیری از مصالح هوشمند را دوچندان کرده است. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر مصالح هوشمند بر کاهش بار گرمایش و ارتقای عملکرد حرارتی در ساختمان‌های نزدیک به صفر انرژی، مطالعه‌ای کاربردی و تحلیلی را در اقلیم سرد و کوهستانی تبریز انجام داده است. برای این منظور، ساختمان آموزشی چهارطبقه «مدرسه نور ارم» به‌عنوان نمونه موردی انتخاب و با استفاده از نرم‌افزار DesignBuilder و موتور EnergyPlus مدل‌سازی شد. پس از تهیه مدل پایه، سه سناریوی بهبود شامل به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده، نصب شیشه‌های کم‌گسیل و استفاده از عایق حرارتی نوین شبیه‌سازی و نتایج با وضعیت موجود مقایسه شد. یافته‌ها نشان می‌دهد که مصالح هوشمند تأثیر قابل توجهی بر کاهش بار گرمایش دارند، اما میزان کارایی آن‌ها متفاوت است. سناریوی مواد تغییر فازدهنده توانست با کاهش نوسانات حرارتی، بار گرمایش سالانه را حدود ۲۳ درصد کاهش دهد. شیشه‌های کم‌گسیل نیز با کاهش اتلاف حرارت تابشی، عملکرد حرارتی را بهبود بخشیدند، هرچند سهم جداره‌های شفاف در تلفات حرارتی نسبتاً محدود بود. بیشترین اثرگذاری مربوط به سناریوی عایق حرارتی نوین بود که با کاهش حدود ۳۴ درصدی بار گرمایش، بیشترین نقش را در نزدیک‌سازی عملکرد ساختمان به استانداردهای انرژی صفر ایفا کرد. نتایج نشان می‌دهد که انتخاب مصالح هوشمند باید به‌صورت اقلیم‌محور انجام شود و توجه به سهم اجزای غیرشفاف در تلفات حرارتی تبریز اهمیت ویژه‌ای دارد. این مطالعه نشان می‌دهد که ترکیب هوشمندانه مصالح واکنش‌پذیر می‌تواند زمینه‌ساز توسعه ساختمان‌های کم‌مصرف و پایدار در اقلیم‌های سرد کشور باشد.

کلیدواژه‌ها

مصالح هوشمند
بار گرمایشی
ساختمان‌های انرژی صفر
معماری اقلیم سرد
[1] Alassaad A, Seyedmahmoudian M, Horan B. Energy performance of smart building materials in zero-energy building applications: A comprehensive review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2025; 192: 114237. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114237.
[2] Rodrigues J, Martins A, Silva C. Energy consumption patterns in residential buildings: Global comparison and regional disparities. Building and Environment. 2023; 237:110347. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2023.110347.
[3] Wang S, Cheng L, Huang C. Zero-energy building design: Thermal performance of advanced façade systems using smart materials. Applied Energy. 2024; 355:121022. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121022.
[4] Barbhuiya S, Islam H, Shalaby S. Intelligent façade materials and technologies for energy-efficient buildings: Advances and prospects. Journal of Cleaner Production. 2025; 453:141982. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141982.
[5] Bal L, Nandi S, Dey S. Smart building materials and their role in adaptive thermal comfort: A systematic review. Construction and Building Materials. 2025; 420:133996. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.133996.
[6] Li Y, Zhang Z, Chen M. Integration of renewable energy systems and advanced materials toward next-generation zero-energy buildings. Energy Reports. 2025;13: 904–926. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2024.10.145.
[7] Bal S, Asha Rani NR. Next generation building materials for energy efficiency and climate responsive design. Discover Applied Sciences. 2025;7:796. https://doi.org/10.1007/s42452-025-07360-z.
[8] Al-Yasiri Q, Al-Maamori M. A comprehensive review of PCM applications in building envelopes for energy efficiency in cold climates. Energy and Buildings. 2021;241:110944. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.110944.
[9] Stephen SS, Aigbavboa CO. Gyroscopic materials and smart technologies: Shaping resilient and energy-efficient buildings. Intelligent Buildings International. 2025:1–17. https://doi.org/10.1080/17508975.2025.2498936.
[10] Ren J. Optimizing Phase Change Material Integration in Residential Building Envelopes for Cold Climates. Journal of Building Physics. 2025. https://doi.org/10.1177/17442591251324485.
[11] مجتبوی، سیده مریم و ارغوانی، نگین . (1402). واکاوی تأثیر مصالح هوشمند در ارتقاء آسایش ساکنان. رهپویه معماری و شهرسازی، 2(3)، 69-79. https://racj.ir/user/articles/1273
[12]. میرزایی، علیرضا (1403) کاربرد مصالح هوشمند در معماری ساختمان‌های سبز. رویکردهای پژوهشی در مهندسی عمران و معماری ایران. (35) . ص26-37. www.magiran.com/p2917603.  
[13] شیخ لویی بناب، وحید و شقاقی، شهریار . (1401). چگونگی شکل گیری یک ساختمان مسکونی پایدار با استفاده از مواد و مصالح هوشمند در شهر تبریز. مطالعات هنر اسلامی، 19(47)، 303-318، https://doi.org/10.22034/rau.2023.2002009.1043.
[14] براتی الناز، تشکر سامان، شمس نیا امیر، (1402)، طراحی ساختمان انرژی صفر با استفاده از نرم افزار PVsyst و Energy Plus  فصلنامه پژوهش های سیاست گذاری وبرنامه ریزی انرژی. ۹ (۱) :۶۴-۹۴http://epprjournal.ir/article-1-1119-fa.html
[15] عباس زاده، زهره. حق لسان، مسعود. ابراهیمی اصل، حسن. (1401). شبیه سازی ساختمانهای مسکونی با مولفه های مختلف معماری در جهت بهینه سازی مصرف انرژی در شهر تبریز(مطالعه موردی منطقه 1). فصلنامه جغرافیا (برنامه ریزی منطقه ای)، 12(49)، 430-448، https://doi.org/10.22034/jgeoq.2021.162869
[16]. طاهری گرجی، فاطمه. ابراهیم‌نژاد، محمدرضا و عباسی، نوشین. (1404). بررسی تحلیلی رابطۀ میان مصرف انرژی و ویژگی‌های کالبدی طراحی اقلیمی (فرم، جداره، بازشو و بام) در آپارتمان‌های مسکونی ناحیۀ معتدل و مرطوب ایران از دیدگاه خبرگان. فصلنامه سیستم های انرژی پایدار، 4(4)، 427-443. https://doi.org/10.22059/ses.2025.390771.1124.
[17] Nilimaa J, Zhaka V. An Overview of Smart Materials and Technologies for Concrete Construction in Cold Weather. Eng. 2023;4(2):1550–1580. https://doi.org/10.3390/eng4020089.
[18]. رخشانی‌نسب، ح.، چهارراهی، م.، سلیمانی دامنه، م. (۱۴۰۲). بررسی و تحلیل شاخص‌های شهرسازی مؤثر بر مسکن هوشمند در شهر شیراز. فصلنامه برنامه‌ریزی و توسعه محیط شهری، ۳(۱۰)، ۱۷–۳۴. 10.30495/JUEPD.2023.1980290.1146
[19] Moulaii M, Lotfi A, RezaeiRad H. Benefiting from smart materials in the shell of desert buildings to control thermal conductivity of interior spaces. Building Engineering. 2025;3(2):2196. https://doi.org/10.59400/be2196.
[20] Mirala F, Sajadi B, Akhavan Behabadi MA, Naderi E. The effect of using smart shadings on thermal and visual performances of buildings in Iran: A numerical simulation. Energy Equipment and Systems. 2023;11(4):371–386. https://doi.org/10.22059/ees.2023.2002587.1428.
[21] Baylis R, Monaci D, Firth S. Performance evaluation of phase change materials in residential buildings under cold climate conditions. Applied Thermal Engineering. 2024;235:121324. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121324.
[22] Energy Analysis of Double-Layer PCM System. Energy performance evaluation of a double-layer PCM wall system in cold climate conditions. Sustainable Cities and Society. 2023;93:104525. https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104525.
[23] Alwetaishi N, Alzaed A. Smart construction materials for sustainable and resilient infrastructure innovations. Innovative Reviews in Engineering and Science. 2026;3(2):60–72. https://doi.org/10.31838/INES/03.02.07.
[24] Vedrtnam A, Kalauni K, Soares N, Salazar B, Ostertag CP, Taylor HK. Phase change materials for climate-adaptive buildings: A review framed by tropical and Mediterranean climates. Journal of Energy Storage. 2025; 125:116938. https://doi.org/10.1016/j.est.2025.116938.

  • تاریخ دریافت 13 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 22 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 31 تیر 1405
  • تاریخ اولین انتشار 31 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1405

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما