نقش تنوع گونه‌های گیاهی بام سبز در بهینه‌سازی مصرف انرژی: مطالعه موردی مدرسه شکوه بابل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
روح اله رحیمی 1
فاطمه فیروزمندی بندپی 2
1 دانشیار،گروه معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران.
2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد مهندسی معماری، دانشکده هنر و معماری، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران.
10.22034/usd.2026.2068767.1375
چکیده
با افزایش مصرف انرژی و کاهش منابع تجدیدناپذیر، بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌های آموزشی به یک چالش اساسی تبدیل شده است. در این میان، بام‌های سبز به‌عنوان یک راهکار پایدار، با کاهش بارهای حرارتی و انتشار کربن، پتانسیل بالایی برای بهبود این وضعیت دارند. با این حال، تأثیر کلیدی تنوع گونه‌های گیاهی بر کارایی انرژی این سیستم‌ها، به‌ویژه در اقلیم‌های معتدل و مرطوب که ویژگی‌هایی مانند رطوبت نسبی بالا و بارندگی فراوان دارند، کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. این پژوهش به‌طور مشخص به این پرسش می‌پردازد که هر یک از گونه‌های گیاهی منتخب در یک بام سبز تا چه اندازه می‌توانند الگوی مصرف انرژی و انتشار دی‌اکسیدکربن را در یک مدرسه واقع در اقلیم معتدل و مرطوب شهر بابل بهینه‌سازی کنند؟ برای پاسخ به این پرسش، عملکرد چهار گونه گیاهی بومی و سازگار شامل ناز گوشتی، آویشن خزنده، سدوم‌ها و فرانکنیا با استفاده از نرم‌افزار دیزاین‌بیلدر شبیه‌سازی و با حالت پایه (بدون بام سبز) مقایسه شد. نتایج به‌وضوح نشان داد که همه گونه‌ها در کاهش مصرف انرژی مؤثر هستند، اما گونه سدوم‌ها با کاهش 17/7 درصدی در مصرف کل انرژی (معادل ۲۵۶۵۱ کیلووات‌ساعت)، 17/8 درصدی در سرمایش و 17/4 درصدی در گرمایش، بهترین عملکرد را ارائه داد. همچنین، این گونه موجب کاهش دمای سطح سقف به 20/11 درجه سانتی‌گراد و کاهش 7/5درصدی (۲۹۹۸۴ کیلوگرم) در انتشار کربن شد. در مقابل، فرانکنیا با کاهش 28/7 درصدی در انرژی گرمایشی، گزینه‌ای مناسب‌تر برای فصول سرد شناسایی شد. این پژوهش با پر کردن شکاف مطالعاتی در اقلیم معتدل و مرطوب، راهکارهای عملی برای طراحی بام‌های سبز در محیط‌های آموزشی ارائه می‌دهد و به‌طور مشخص گونه سدوم را به‌عنوان گونه بهینه برای دستیابی به حداکثر بهره‌وری انرژی و پایداری زیست‌محیطی در این اقلیم معرفی می‌کند.
کلیدواژه‌ها
بام سبز
بهینه‌سازی انرژی
گونه‌های گیاهی
اقلیم معتدل و مرطوب
موضوعات

عنوان مقاله English

The Role of Plant Species Diversity in Green Roofs for Energy Optimization: A Case Study of Shokouh School in Babol

نویسندگان English

Rouhollah Rahimi 1
Fatemeh Firozmandi Bandpi 2
1 Associate Professor, Department of Architecture, Faculty of Arts and Architecture, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
2 MS.C in Architecture, Department of Architecture, Faculty of Arts and Architecture, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.
چکیده English

With the increasing energy consumption and depletion of non-renewable resources, optimizing energy use in educational buildings has become a critical challenge. Green roofs, as a sustainable solution, offer significant potential to reduce thermal loads and carbon dioxide emissions. However, the crucial influence of plant species diversity on the energy performance of green roofs—particularly in temperate and humid climates characterized by high relative humidity and abundant rainfall—remains underexplored. This study specifically investigates the extent to which selected plant species on a green roof can optimize energy consumption patterns and CO₂ emissions in a school located in the temperate and humid climate of Babol, Iran. To address this question, the performance of four native and well-adapted plant species—Sedum album (white stonecrop), Thymus serpyllum (creeping thyme), various Sedum species, and Frankenia laevis—was simulated using Design Builder software and compared to a baseline scenario (conventional roof without green cover). The results clearly indicated that all species reduced energy consumption, but Sedum species achieved the highest overall performance, with a 17.7% reduction in total energy use (25.651 kWh), 17.8% in cooling load, and 17.4% in heating load. This species also lowered the average roof surface temperature to 20.11 °C and reduced CO₂ emissions by 7.5% (29/984 kg). In contrast, Frankenia laevis, with a remarkable 28.7% reduction in heating energy demand, proved particularly effective during the cold season. By filling an existing research gap for temperate and humid climates, this study provides practical guidelines for green roof design in educational buildings and identifies Sedum species as the optimal choice for maximizing energy efficiency and environmental sustainability in such climatic conditions.

کلیدواژه‌ها English

Green roof
Energy optimization
Plant species
Temperate and humid climate
·      اعرابی، مریم، دهقان، مازیار، و ضیائی راد، سعید. (1400). بهسازی عملکرد انرژی یک ساختمان موجود به همراه تأثیرات بام سبز بر میزان مصرف انرژی در اقلیم اصفهان: مطالعه تطبیقی مبحث ۱۹ در برابر استاندارد  ASHRAE2018-2/90.. نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، ۵۱(۴)، 330-323.
https://doi.org/10.22034/jmeut.2022.11528
·      حسینی، مریم، و بینا، محسن. (۱۴۰۱). میزان کاهش مصرف انرژی خانگی با اصلاح جزئیات معماری بام سبز در منطقه گرم و نیمه‌خشک، دزفول (ایران). نشریه علمی اندیشه معماری، ۶(۱۱)، 212-193.
https://civilica.com/doc/1523371/
·      فقیهی‌نیا، زینب، حامی، احمد، و سعادت‌جو، پریا. (۱۴۰۴). ارزیابی تأثیر تنوع پوشش گیاهی در بام سبز گسترده بر مصرف انرژی ساختمان (مطالعه موردی: ساختمان‌های مسکونی شهر تبریز). فصلنامه مطالعات توسعه پایدار شهری و منطقه‌ای، ۶(۱)، 100-118.
https://www.srds.ir/article_214007.html
·      نیرومند، محمد، و فرامرزی‌فرد، نگار. (۱۴۰۰). بررسی نقش بام سبز در کاهش میزان مصرف انرژی ساختمان‌های آموزشی (مطالعه موردی: مدرسه ابتدایی دخترانه حق‌پناه در شهر اصفهان). نشریه انرژی‌های تجدیدپذیر و نو، ۸(۲)، 139-145.
https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.24234931.1400.8.2.15.1
·      یارمحمد، فاطمه، و مهدی‏زاده‌سراج، فاطمه. (۱۴۰1). امکان‌سنجی استفاده از راهکارهای بهینه‌سازی پوسته ساختمان‌های اداری در مناطق معتدل ایران با بهره‌گیری از نمونه‌های بناهای صفر انرژی اجرا شده در اقلیم‌های مشابه. معماری و شهرسازی ایران، ۲۴(۱۳)، 177-195.
https://www.doi.org/10.30475/isau.2022.225316.1384
·      Amii, B., Flavia, B., Luca, D. A., Roberto, C., & Giulia, C. (2025). Enhancing biodiversity and functionality of extensive green roof: a comparative study of five native Mediterranean perennial species in Rome. Building and Environment, 282, 113285.‏
https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2025.113285
·      Anderson, V., & Gough, W.A. (2021). Nature-based cooling potential: a multi-type green infrastructure evaluation in Toronto, Ontario, Canada. International Journal of Biometeorology, 66, 397 - 410.
https://doi.org/10.1007/s00484-021-02100-5
·      Bianchini, F., & Hewage, K. (2012). How “green” are the green roofs? Lifecycle analysis of green roof materials. Building and Environment, 48, 57–65.
https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2011.08.019
·      Borghei, S., Niroumand, N., Niroumand, H., Balachowski, L., Taghizadeh, K., & Gultekin, A. B. (2025). The Impact of Green Roofs and Internal Patios on Energy Consumption in a School Building A computer simulation model. International review for spatial planning and sustainable development, 13(2), 7-24.‏
https://doi.org/10.14246/irspsd.13.2_7
·      Cascone, S., & Leuzzo, A. (2023). Thermal Comfort in the Built Environment: A Digital Workflow for the Comparison of Different Green Infrastructure Strategies. Atmosphere,14(4),685.
https://doi.org/10.3390/atmos14040685
·      Cook, L. M., & Larsen, T. A. (2021). Towards a performance-based approach for multifunctional green roofs: An interdisciplinary review. Building and Environment, 188, 107489.
https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107489
·      Elantary, A., & Saleem, M. (2023). The Energy-Saving Potential of a Green Roof on Existing Residential Buildings. A Case Study of Jubail Industrial City, Saudi Arabia. Journal of Engineering Research, 7(2), 125-132.‏
https://doi.org/10.21608/erjeng.2023.206539.1174
·      Gultekin, A.B., Yıldırım, H.Y., & Tanrıvermiş, H. (2018). A Holistic Conceptual Scheme for Sustainable Building Design in the Context of Environmental, Economic and Social Dimensions. In: Sustainable Buildings - Interaction Between a Holistic Conceptual Act and Materials Properties.
https://doi.org/10.5772/intechopen.74031
·      Idouanaou, A., Malha, M., Bah, A., & Kardellass, S. (2025). The potential of green roof strategies for reducing CO2 emissions and energy use in Moroccan office buildings. Green Technologies and Sustainability, 3(3), 100177.‏
https://doi.org/10.1016/j.grets.2025.100177
·      Jamei, E., Chau, H. W., Seyedmahmoudian, M., & Stojcevski, A. (2021). Review on the cooling potential of green roofs in different climates. Science of the Total Environment, 791, 148407.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148407
·      Kumar, P., Debele, S.E., Khalili, S., Halio C.H., Sahani, J., Aghaoammadi, N., de Fátima Andrae M., Athanassiadou, M., Bhui, K Calvillo, N., Cao, S., Coulon, F., Edndson, J.L., Fletcher, D., Dias de Fritas, E., Guo, H., Hort, M.C., Katti,M., Kjeldsen, T.R., Lehmann, S., Loosselli, G.M., Malham, S.K., Morwska, L., Parajuli, R., Rogers, C.D., ao, R., Wang, F., Wenk, J., & Jones, L. (2024). Urban heat mitigation by green and blue infrastructure: Drivers, effectiveness, and future needs. The Innovation, 5(2),100588.
https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100588
·      Lee, E., Seo, Y., & Woo, D. K. (2024). Enhanced environmental and economic benefits of green roofs in a humid subtropical region under future climate. Ecological Engineering, 201, 107221.
https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2024.107221
·      Nursat, Kulumkanov., Abid, Nadeem., Serik, Tokbolat. (2023). 26. Green roof energy performance in different climate zones: a simulation study. Journal of Physics: Conference Series, 2600(9).
https://doi.org/10.1088/1742-6596/2600/9/092027
·      Perez, G., Coma, J., Martorell, I., & Cabeza L.F. (2014). Vertical Greeery Systems (VGS) for energy saving in buildings: A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 39, 139-165.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.055
·      Rabbani, M., & Kazemi, F. (2022). Water need and water use efficiency of two plant species in soil-containing and soilless substrates under green roof conditions. Journal of Environmental Management, 302, 113950.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113950
·      Ran, J., Yang, Z., Feng, Y., Xiong, K., & Tang, M. (2020). Energy performance assessment and optimization of extensive green roofs in different climate zones of China. In E3S Web of Conferences (Vol. 172, p. 16003). EDP Sciences.‏
https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017216003
·      Santiago, J.L., & Rivas, E. (2021). Advances on the Influence of Vegetation and Forest on Urban Air Quality and Thermal Comfort. Forests, 12(8), 1133.
https://doi.org/10.3390/f12081133?urlappend=%3Futm_source%3Dresearchgate.net%26utm_medium%3Darticle
·      Tayefeh, A., Aslani, A., Zahedi, R., & Yousefi, H. (2024). Reducing energy consumption in a factory and providing an upgraded energy system to improve energy performance. Cleaner Energy Systems, 100124.
https://doi.org/10.1016/j.cles.2024.100124
·      Vahabikhah, M., Zahedi, R., Eskandarpanah, R., Mirzaei, A. M., Farahani, O. N., Malek, I., & Rezaei, N. (2023). Optimal sizing of residential photovoltaic and battery system connected to the power grid based on the cost of energy and peak load. Heliyon, 9(3), e14414.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e14414
·      Zabeti, M., & Dessel, S.V. (2015). Potential Contribution of Urban Developments to Outdoor Thermal Comfort Conditions: The Influence of Urban Geometry and Form in Worcester, Massachusetts, USA. Procedia Engineering, 118, 1153-1161.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.457
·      Zahedi, R., Omidifar, R., Balaghi, S. F., Pourezzat, A. A., Yousefi, H., Taghitahooneh, M., ... & Ahmadi, A. (2024). Heating, cooling, and energy management of cold climate educational built environments using green roofs. Urban Governance, 4(4), 297-312.‏
https://doi.org/10.1016/j.ugj.2024.10.001
·      Zhou, W., Cao, F., & Wang, G. (2019). Effects of Spatial Pattern of Forest Vegetation on Urban Cooling in a Compact Megacity. Forests, 10(3), 282.
https://doi.org/10.3390/f10030282
توسعه پایدار شهری
دوره 7، شماره 22
بهار 1405
صفحه 109-129