Bioclimatic Design and Indoor Human Comfort in Commercial Sector : A Case Study of Traditional Bazaar of Iran (Arak)
Authors:   , Heidari Ali 
Published: June 2024

The present study comprises two essential components, each focusing on a separate aspect of sustainable design practices and their impact on energy efficiency.

In Part I, an in-depth scientometric analysis through the utilization of a bibliometric search, scientometric methodology, and a rigorous qualitative analysis is conducted on the practice of bioclimatic retrofitting in commercial buildings. This method is considered crucial in reducing energy consumption and addressing the challenges posed by climate change. By leveraging the extensive literature search capabilities of Scopus, we collected bibliographic data from about 400 papers. And finally, 81 articles were meticulously examined in accordance with the research objectives. The scientometric approach incorporates a range of quantitative criteria, such as intermediate citations, occurrences, average publication year, and overall connection strength. An analysis of historical data spanning from 2008 to May 2022 indicates a noticeable increase in scholarly investigations pertaining to commercial structures during this 15-year period. Nevertheless, there has been a notable increase in research pertaining to bioclimatic design, retrofitting techniques, and green building practices within the context of commercial buildings, particularly during the period from 2016 to 2020. This section also provides qualitative perspectives, emphasizing research topics such as thermal comfort, energy management, ventilation systems, sustainable architectural designs, retrofitting strategies for enhancing energy efficiency, the relationship between CO2 levels and energy resources, solar energy utilization, and techniques for simulating building energy consumption.

Part II of this study presents an in-depth study of the traditional bazaar of Arak city, focusing on its bioclimatic design and thermal performance. Situated at latitude 34.07N and longitude 49.78E in Iran, Arak experiences distinct hot summers and cold winters, demanding efficient architectural solutions for thermal comfort. The research utilizes the Design Builder software to simulate the thermal behavior of the Nowzari Caravanserai within the bazaar, particularly examining the influence of different roofing types dome, flat, and sloped. The study's findings indicate that dome-shaped structures, characteristic of traditional Iranian architecture, provide superior insulation and thermal efficiency. This is evidenced by the significant indoor temperature variations compared to outdoor temperatures, in the hottest month of the year, with a mean absolute temperature differential of -6.44C during the day and -1.54C at night. The average daytime temperature difference in the coldest month is 19.32 C. On average, nighttime temperatures vary by 21.94 C.

Additionally, buildings with dome roofs featuring ventilation apertures exhibit reduced energy consumption, highlighting the importance of passive ventilation strategies. The study reveals that the variation in energy efficiency and thermal regulation among different architectural designs is significant, particularly underlining the effectiveness of dome-shaped edifices in Arak Bazaar. A notable finding is that the indoor air temperature in the caravanserai remains within the comfort range for the majority of the year, deviating only 18.75% in July and 12.5% in December from the ideal thermal comfort levels.

The research also acknowledges the limitations posed by the software used, suggesting that future investigations might explore additional factors and employ experimental methodologies to validate the simulation results further. This study contributes significantly to the field of sustainable architectural design, particularly in the context of traditional marketplaces, offering insights that can inform decision-making in sustainable building design and urban planning.

RESUMEN

El presente estudio comprende dos componentes esenciales, cada uno centrado en un aspecto separado de las prácticas de diseño sostenible y su impacto en la eficiencia energética.

En la Parte I, se realiza un análisis cientométrico en profundidad a través de la utilización de una búsqueda bibliométrica, metodología cientométrica y un riguroso análisis cualitativo sobre la práctica del retrofit bioclimático en edificios comerciales. Este método se considera crucial para reducir el consumo de energía y abordar los desafíos planteados por el cambio climático. Al aprovechar las amplias capacidades de búsqueda de literatura de Scopus, recopilamos datos bibliográficos de unos 400 artículos. Y finalmente, 81 artículos fueron meticulosamente examinados de acuerdo con los objetivos de la investigación. El enfoque cientométrico incorpora una gama de criterios cuantitativos, como citas intermedias, ocurrencias, año promedio de publicación y fuerza de conexión general. Un análisis de datos históricos que abarca desde 2008 hasta mayo de 2022 indica un notable aumento en las investigaciones académicas relacionadas con estructuras comerciales durante este período de 15 años. Sin embargo, ha habido un notable aumento en la investigación relacionada con el diseño bioclimático, técnicas de retrofit y prácticas de construcción verde en el contexto de edificios comerciales, particularmente durante el período de 2016 a 2020. Esta sección también proporciona perspectivas cualitativas, enfatizando temas de investigación como el confort térmico, la gestión de la energía, sistemas de ventilación, diseños arquitectónicos sostenibles, estrategias de retrofit para mejorar la eficiencia energética, la relación entre los niveles de CO2 y los recursos energéticos, la utilización de energía solar y técnicas para simular el consumo de energía en edificios.

La Parte II de este estudio presenta un estudio en profundidad del bazar tradicional de la ciudad de Arak, centrándose en su diseño bioclimático y rendimiento térmico. Situada en la latitud 34.07N y longitud 49.78E en Irán, Arak experimenta veranos calurosos y fríos inviernos, lo que exige soluciones arquitectónicas eficientes para el confort térmico. La investigación utiliza el software Design Builder para simular el comportamiento térmico del Caravasar de Nowzari dentro del bazar, examinando particularmente la influencia de diferentes tipos de techos: cúpula, plano e inclinado. Los hallazgos del estudio indican que las estructuras en forma de cúpula, características de la arquitectura tradicional iraní, proporcionan una mejor aislación y eficiencia térmica. Esto se evidencia por las significativas variaciones de temperatura interior en comparación con las temperaturas exteriores, en el mes más caluroso del año, con una diferencia de temperatura media absoluta de -6.44C durante el día y -1.54C por la noche. La diferencia promedio de temperatura diurna en el mes más frío es de 19.32 C. En promedio, las temperaturas nocturnas varían en 21.94 C.

Además, los edificios con techos en forma de cúpula que cuentan con aperturas de ventilación muestran un consumo de energía reducido, destacando la importancia de las estrategias de ventilación pasiva. El estudio revela que la variación en la eficiencia energética y la regulación térmica entre diferentes diseños arquitectónicos es significativa, subrayando en particular la efectividad de las edificaciones en forma de cúpula en el Bazar de Arak. Un hallazgo notable es que la temperatura del aire interior en el caravasar permanece dentro del rango de confort durante la mayor parte del año, desviándose solo un 18.75% en julio y un 12.5% en diciembre de los niveles ideales de confort térmico.

La investigación aporta al diseño arquitectónico sostenible, sugiriendo mejoras en futuras investigaciones mediante la inclusión de más factores y metodologías experimentales para superar las limitaciones del software actual.