شماره ركورد
34093
پديد آورنده
مهسا عرب
عنوان
ارتقاي همبست آب، انرژي، غذا در واحدهاي همسايگي روستاهاي سواحل مكران بهمنظور دستيابي به خوداتكايي با بهرهگيري از نمونههاي الگويي مسكن بومي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي معماري
سال تحصيل
1400
تاريخ دفاع
1404/8/4
استاد راهنما
دكتر مهدي خاك زند و دكتر فاطمه مهديزاده سراج
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
معماري و شهرسازي
چكيده
امروزه با توجه به بحران ناشي از افزايش تقاضاي آب و مسئله هيدروپلتيك و بهتبع آن مصرف انرژي، نگاه ويژه به اهميت صرفهجويي منابع و با هدف بهينهسازي مصرف آن در بخش مسكن از طريق معاصر سازي طراحي الگوي بومي در مناطق گرم و مرطوب شده است.
سواحل جنوبي كشور از جمله مناطق بارزي هستند كه با اين معضلات دستوپنجه نرم ميكنند. همچنين قرارگرفتن اين مناطق در كمربند هيدروپلتيكي و شامل بودن رودخانههاي مرزي، سياستهاي مربوط به توزيع كنترل و كيفيت منابع آب، دليل اصلي انتخاب منطقه گرم و مرطوب مرزي بهعنوان منطقه موردمطالعه ميباشد؛ بنابراين طراحي و معاصر سازي مسكنهاي موجود با حفظ هويت گذشتهشان و تطبيق آن با شرايط و تكنولوژي معاصر ميتواند تسهيلگر اين مسير باشد. هدف اصلي، ارائه راهكارهاي معمارانه جهت تقليل مصرف انرژي، آب و توليد خوداتكاي غذا از طريق همبست آب و انرژي و غذا ميباشد بهطوريكه با ارائه الگوي مسكن خوداتكا از طريق تكنولوژيهاي همساز با اقليم و استفاده از منابع تجديدپذير، اين رويكرد توسعه مييابد تا از طريق بازيافت و استفاده مجدد از آب، محصولات كشاورزي آبياري و به خوداتكايي در زمينه تأمين غذا رسيد. همچنين در مصرف انرژي صرفهجويي شده و از انرژيهاي سبز جايگزين مانند انرژي خورشيدي و انرژي باد و سيستمهاي استحصال رطوبت آب از هوا استفاده ميشود و تقاضاي انرژي ساختمان را از شبكه برق كاهش ميدهد.
جوامع مختلف بهويژه روستاها، در برابر تقاضاي آينده براي غذا، انرژي و آب آسيبپذير هستند و اين آسيبپذيري در اقليمهايي كه علاوه بر مواجهه با بحران كمآبي، معضلات اقتصادي هم دارند، تشديد ميشود. پيوند آب-انرژي-غذا توجه جهاني را به خود جلب كرده است، زيرا وابستگي متقابل اين منابع براي توسعه ابزارهاي مفهومي براي پايداري محيطي بسيار مهم است؛ بنابراين، پيوند آب-انرژي-غذا زيربناي توسعه اقتصادي است و زندگي و رفاه را بهبود ميبخشد. پيوند آب-انرژي نقش حياتي در فازبندي مجدد، برنامهريزي و توسعه يك منطقه روستايي براي نيازهاي حال و آينده دارد؛ بنابراين هدف اصلي در اين تحقيق ﺗﺤﻠﻴﻞ ﻭ ﺷﺒﻴﻪﺳﺎﺯﻱ ﺍﺛﺮﺍﺕ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﺩﺭ ﺍﻟﮕﻮﻫﺎﻱ ﻣﺴﻜﻮﻧﻲ ﺑﻮﻣﻲ ﻣﻜﺮﺍﻥ ﺑﺮ ﺷﺎﺧﺺﻫﺎﻱ ﺁﺏ، ﺍﻧﺮﮊﻱ ﻭ ﻏﺬﺍ در راستاي رسيدن به خوداتكايي مردم در اين منطقه ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ.
در راستاي رسيدن به اهداف، از ابزارهاي مختلفي براي شبيهسازي و بهينهسازي استفاده شده است و سيستمهاي مختلفي براي آب و انرژي و غذا تعريف شدند. ﺩﺭ ﺍﻳﻦ تحقيق ﺑﺎ بهكارگيري ﺷﺒﻴﻪﺳﺎﺯﻱﻫﺎﻱ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻳﻚ ﺩﺭ MATLAB، ﺍﺛﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﭘﺎﺭﺍﻣﺘﺮﻫﺎﻱ ﻣﻌﻤﺎﺭﻱ (ﻣﺎﻧﻨﺪ ﻣﺴﺎﺣﺖ ﺑﺎﻡ ﻭ ﺣﻴﺎﻁ) ﺑﺮ ﺷﺎﺧﺺﻫﺎﻱ جمعآوري ﺁﺏ ﺑﺎﺭﺍﻥ، صرفهجويي ﺍﻧﺮﮊﻱ ﻭ ﻓﻀﺎﻱ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻣﺤﺼﻮﻻﺕ ﻏﺬﺍﻳﻲ ﺑﺮﺭﺳﻲ ﻭ ﺗﺤﻠﻴﻞ شد، با بررسي وضعيت موجود سيستمها و همافزايي خوداتكايي به هر يك از پارامترهاي آب و انرژي و غذا، ارتقا اين پيوند تحليل شده است. در اين راستا، ابتدا نرمافزارهاي تخصصي همچون Nexus Tool.2، AMOS و VOSviewer به كار گرفته شد تا دادههاي ميداني با مدلهاي سيستماتيك ادغام و اعتبارسنجي شوند. همچنين طرحهاي مفهومي و كالبدي سامانههاي پيشنهادي در مقياس واحد مسكوني (شامل مخازن آب، مزارع پشتبامي واحد توليد انرژي، فيلترهاي طبيعي) طراحي و ارزيابي شدند. يكي از نوآوريهاي برجسته اين پژوهش، طراحي و تحليل سناريوهاي تركيبي WEF براي سكونتگاههاي روستايي بود كه بهصورت چند مدلي (multi-scenario) در چهار دسته تدوين و مورد ارزيابي قرار گرفتند. سناريوها با هدف دستيابي به حداكثر بازده در مصرف منابع، كاهش اتلاف انرژي و تقويت توان خوداتكايي غذايي، طراحي شدند.
يافتههاي ميداني، بهويژه در بخشهايي مانند كشت پشتبامي سامانههاي ذخيرهسازي و تصفيه آب باران و بهرهبرداري از انرژي خورشيدي و باد، نشان داد كه نهتنها اجراي اين سيستمها در بافت بومي منطقه ممكن است، بلكه از منظر هزينه و بازده نيز توجيهپذير بوده و رضايت كاربران بالقوه را نيز در پي دارد. آزمونهاي تحليل حساسيت بر روي متغيرهاي WEF نشان داد كه طراحي بهينه اين سامانهها با در نظر گرفتن شرايط محلي ميتواند بهصرفهجويي چشمگير در مصرف منابع و بهبود وضعيت معيشتي بهاندازه 26% در خوداتكايي منجر شود.
درنهايت، اين پژوهش با تأكيد بر لزوم تلفيق طراحي معماري با ملاحظات اكولوژيك و اقتصادي، مدلي يكپارچه و اجرايي براي طراحي مسكن خوداتكا ارائه داد كه در راستاي سياستهاي كلان توسعه پايدار، كاهش فشار بر منابع طبيعي و ارتقاي كيفيت زندگي در مناطق كمبرخوردار عمل ميكند. اين الگو، از يكسو مبتني بر ظرفيتهاي بومي منطقه و از سوي ديگر متكي بر فناوريهاي مدرن و تجارب بينالمللي است و ميتواند بهعنوان الگويي قابلتعميم، الهامبخش برنامهريزان روستايي، معماران و تصميمگيران توسعه منطقه اي قرار گيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/10
عنوان به انگليسي
Enhancing the Water–Energy–Food Nexus in the Neighborhood Units of Rural Settlements along the Makran Coast toward Achieving self-sufficiency through the Adaptation of Indigenous Housing Models
تاريخ بهره برداري
10/26/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهسا عرب
چكيده به لاتين
In response to the growing crisis of increasing water demand, hydropolitical tensions, and the consequent rise in energy consumption, recent attention has been directed toward resource efficiency, with a focus on optimizing consumption in the housing sector through the modernization of indigenous architectural patterns in hot and humid climatic regions. The southern coastal areas of Iran represent prominent examples that are critically affected by these challenges. The location of these regions within the hydropolitical belt, combined with the existence of transboundary rivers and policy constraints related to water distribution, control, and quality, formed the main rationale for selecting the humid and hot border zone as the case study. Accordingly, adapting and modernizing existing housing typologies—while preserving their cultural identity and aligning them with contemporary technological and environmental requirements—can facilitate a sustainable transition. The primary objective of this study is to propose architectural strategies that reduce energy and water consumption while fostering on-site food production through integration of the Water–Energy–Food (WEF) nexus. This approach promotes the development of self-sufficient housing models by utilizing climate-responsive technologies and renewable resources, enabling water recycling and reuse for crop irrigation and enhancing food autonomy. Moreover, energy efficiency is achieved through the incorporation of alternative green energy systems such as solar and wind power, as well as atmospheric water harvesting technologies, which collectively reduce reliance on the conventional power grid. Rural communities are particularly vulnerable to future demands for water, energy, and food; this vulnerability is exacerbated in regions simultaneously experiencing water scarcity and economic constraints. The WEF nexus has therefore received increasing global attention owing to the interdependencies among these resources, which serve as a foundation for developing conceptual frameworks for environmental sustainability. In this context, the WEF nexus underpins economic development and enhances wellbeing. The integration of water and energy systems plays a pivotal role in re-phasing, planning, and developing rural areas to address both current and future needs. Consequently, this research aims to analyze and simulate the effects of modifications in indigenous housing typologies in the Makran region on key water, energy, and food indicators to enhance community self-sufficiency. To achieve the research objectives, a set of simulation and optimization tools were employed, and integrated WEF systems were defined. Parametric simulations in MATLAB were conducted to assess the influence of architectural features (such as roof and courtyard area) on metrics related to rainwater harvesting, energy savings, and available space for food production. By evaluating existing system configurations and quantifying the synergistic effects of water, energy, and food parameters on self-sufficiency, the enhancement of this nexus was examined. Specialized software, including Nexus Tool 2, AMOS, and VOSviewer, was utilized to integrate and validate field data through systematic modeling. Conceptual and spatial frameworks of the proposed systems at the housing scale—comprising water storage units, rooftop cultivation modules, energy generation systems, and natural filtration mechanisms—were designed and evaluated. A key innovation of this study is the development and assessment of multi-scenario WEF strategies for rural settlements, categorized into four configurations. These scenarios were designed to maximize resource efficiency, minimize energy loss, and strengthen self-sufficiency in food production. Field findings, particularly regarding rooftop agriculture, rainwater collection and purification systems, and the exploitation of solar and wind energy, demonstrated not only the technical feasibility of implementing these strategies within local settlements but also their economic viability and the acceptance of potential users. Sensitivity analyses of WEF variables indicated that optimized system design tailored to local conditions could result in significant resource savings and approximately 26% improvement in self-sufficiency. In conclusion, this research emphasizes the necessity of integrating architectural design with ecological and economic considerations and introduces a comprehensive, applicable model for designing self-sufficient housing. This model aligns with macro-level sustainable development policies, alleviates pressure on natural resources, and enhances quality of life in underprivileged areas. Based on local capabilities and supported by modern technologies and international best practices, the proposed framework can serve as a transferable and inspirational model for rural planners, architects, and regional development policymakers.
كليدواژه هاي فارسي
پيوند آب- انرژي- غذا , مسكن خوداتكا , بازيافت آب , معماري سبز , انرژي بيوگاز , مكران بلوچستان
كليدواژه هاي لاتين
Water–Energy–Food Nexus , Self-sufficient Housing , Water Recycling , Green Architecture , Biogas Energy , Balochistan Makran
Author
Mahsa Arab
SuperVisor
Mehdi Khakzand, Fatemeh Mehdizadeh Seradj