Natural ventilation in buildings relies on wind and thermal buoyancy as driving forces. Humankind has used these driving forces throughout history to create the desired thermal environment and to transport away undesired contaminants. From the first primitive living quarters with the fireplace in the center of a tent or a cabin, the technique we take advantage of to control and adjust our indoor climate has grown ever more sophisticated. This technique has in the 20th century been dominated by mechanical ventilation and air conditioning. These technologies have developed into systems of great complexity with an increasing number of components, need for space, and use of energy. Despite this, many of the mechanical systems do not manage to deliver the desired indoor climate. Because of this contradiction, the focus has again been put on simpler, more robust and less energy consuming solutions. The driving pressures derived from wind and thermal buoyancy are low compared to those produced by fans in mechanical ventilation systems. It is therefore necessary to minimize the resistance in the airflow path through the building. Thus, the building itself, with its envelope, rooms, corridors and stairways, rather than the ducts familiar from mechanical ventilation systems, is used as air path. A natural ventilation concept is therefore highly integrated in the building body and will consequently have influence on building design and architecture. Le Corbusier’s perhaps most famous dictum was “a house is a machine for living in.” In the context of natural ventilation it can be said that the building in itself is a machine, and not a structure to put a machine into. This work examines the relationship between building design and natural ventilation and in bigger scale the relation between urban design and natural ventilation. The work tries in the first instance to seek out the architectural consequences of natural ventilation, and in the next instance to find out to what extent the natural airflow has a potential of being a design criterion, a contributing parameter in the design of buildings and in the urban design. The primary goal of this study is to offer a better understanding of the architectural presuppositions for utilization of natural ventilation, and from that suggest some architectural possibilities associated with the utilization of natural driving forces. The target group of this thesis is primarily architects in general and researchers within the field, but also other actors in the building industry, e.g. consultants, contractors and building owners, may find this study of interest. The most important findings of this work are that: • Utilization of natural ventilation in buildings has architectural consequences as well as possibilities. • Natural ventilation primarily affects the facades, the roof/silhouette and the layout and organization of the interior spaces. • The ventilation principle applied (single-sided, cross- or stack ventilation) together with the nature of the supply and extract paths, i.e. whether they are local or central, are of key importance for the architectural consequences and possibilities. • The impact of urban form and geometry on urban climate like size, density, orientation, ventilation. • Passive cooling of the building in traditional methods and reuse of these methods with modern architecture. • Designing a naturally ventilated building is more difficult than designing a similar but mechanically ventilated building. An interdisciplinary approach from the initial stages of design is mandatory for achieving successful natural ventilation concepts. • Guide lines for using natural ventilation in urban design and housing.
La ventilazione naturale negli edifici si basa sul vento e la galleggiabilità termica come forze motrici. L'umanità ha utilizzato queste forze guida nel corso della storia per creare l'ambiente termico desiderato e per il trasporto via contaminanti indesiderati. Dalle prime abitazione primitive con il camino al centro di una tenda o una capanna, la tecnica ne approfittiamo di controllare e regolare il clima interno è cresciuta sempre più sofisticati. Questa tecnica è nel 20 ° secolo stato dominato dalla ventilazione meccanica e di aria condizionata. Queste tecnologie hanno sviluppato in sistemi di grande complessità con un crescente numero di componenti, necessità di spazio, e l'utilizzo di energia. Nonostante questo, molti dei sistemi meccanici non riescono a consegnare il clima interno desiderato. A causa di questa contraddizione, l'attenzione è ancora stato messo in soluzioni che consumano più semplice, più robusti e meno energia. Le pressioni di guida derivati dal vento e spinta termica sono bassi rispetto a quelli prodotti dai fan in sistemi di ventilazione meccanica. È quindi necessario minimizzare la resistenza nel percorso del flusso d'aria attraverso l'edificio. Così, l'edificio stesso, con le sue busta, camere, corridoi e scale, piuttosto che i condotti familiari dai sistemi di ventilazione meccanica, viene utilizzata come percorso aereo. Un concetto di ventilazione naturale è quindi altamente integrato nel corpo dell'edificio e sarà di conseguenza avere influenza sul design e l'architettura degli edifici. Forse il più famoso detto di Le Corbusier era "una casa è una macchina per abitare." Nel contesto di ventilazione naturale si può dire che l'edificio in sé è una macchina, e non una struttura di mettere una macchina in. Questo lavoro prende in esame il rapporto tra design costruzione e la ventilazione naturale e in scala più grande è il rapporto tra design urbano e ventilazione naturale. I tentativi di lavoro in primo luogo per cercare le conseguenze architettoniche di ventilazione naturale, e nella successiva istanza per scoprire in che misura il flusso d'aria naturale ha un potenziale di essere un criterio di progettazione, un parametro che contribuisce alla progettazione di edifici e in la progettazione urbana. L'obiettivo primario di questo studio è quello di offrire una migliore comprensione dei presupposti architettonici per l'utilizzo di ventilazione naturale e da quella suggeriscono alcune possibilità architettoniche associati con l'utilizzo di motori naturali. Il gruppo target di questa tesi è principalmente architetti, in generale, e dei ricercatori nel campo, ma anche altri attori del settore edile, ad esempio, consulenti, appaltatori e proprietari di immobili, possono trovare questo studio di interesse. I risultati più importanti di questo lavoro sono i seguenti: • Utilizzo di ventilazione naturale degli edifici ha conseguenze architettoniche e possibilità. • Ventilazione naturale colpisce soprattutto le facciate, il tetto / silhouette e il layout e l'organizzazione degli spazi interni. • Il principio di ventilazione applicata (single-sided, trasversale o ventilazione stack) insieme con la natura della fornitura ed estrarre i percorsi, cioè se sono locali o centrali, sono di fondamentale importanza per le conseguenze e le possibilità. • L'impatto della forma urbana e della geometria sul clima urbano come dimensione, densità, orientamento, ventilazione. • Raffreddamento passivo dell'edificio a metodi tradizionali e il riutilizzo di questi metodi con l'architettura moderna. • Progettazione di un edificio ventilato naturalmente è più difficile che progettare un edificio simile ma ventilati meccanicamente. Un approccio interdisciplinare dalle fasi iniziali della progettazione è obbligatorio per il conseguimento di successo concetti di ventilazione naturale. • Linee guida per l'utilizzo di ventilazione naturale in progettazione urbana e degli alloggi.
The role of natural ventilation in providing thermal comfort area in housing & urban design in hot & arid regions
BAHARBIN, BEHRANG
Abstract
Natural ventilation in buildings relies on wind and thermal buoyancy as driving forces. Humankind has used these driving forces throughout history to create the desired thermal environment and to transport away undesired contaminants. From the first primitive living quarters with the fireplace in the center of a tent or a cabin, the technique we take advantage of to control and adjust our indoor climate has grown ever more sophisticated. This technique has in the 20th century been dominated by mechanical ventilation and air conditioning. These technologies have developed into systems of great complexity with an increasing number of components, need for space, and use of energy. Despite this, many of the mechanical systems do not manage to deliver the desired indoor climate. Because of this contradiction, the focus has again been put on simpler, more robust and less energy consuming solutions. The driving pressures derived from wind and thermal buoyancy are low compared to those produced by fans in mechanical ventilation systems. It is therefore necessary to minimize the resistance in the airflow path through the building. Thus, the building itself, with its envelope, rooms, corridors and stairways, rather than the ducts familiar from mechanical ventilation systems, is used as air path. A natural ventilation concept is therefore highly integrated in the building body and will consequently have influence on building design and architecture. Le Corbusier’s perhaps most famous dictum was “a house is a machine for living in.” In the context of natural ventilation it can be said that the building in itself is a machine, and not a structure to put a machine into. This work examines the relationship between building design and natural ventilation and in bigger scale the relation between urban design and natural ventilation. The work tries in the first instance to seek out the architectural consequences of natural ventilation, and in the next instance to find out to what extent the natural airflow has a potential of being a design criterion, a contributing parameter in the design of buildings and in the urban design. The primary goal of this study is to offer a better understanding of the architectural presuppositions for utilization of natural ventilation, and from that suggest some architectural possibilities associated with the utilization of natural driving forces. The target group of this thesis is primarily architects in general and researchers within the field, but also other actors in the building industry, e.g. consultants, contractors and building owners, may find this study of interest. The most important findings of this work are that: • Utilization of natural ventilation in buildings has architectural consequences as well as possibilities. • Natural ventilation primarily affects the facades, the roof/silhouette and the layout and organization of the interior spaces. • The ventilation principle applied (single-sided, cross- or stack ventilation) together with the nature of the supply and extract paths, i.e. whether they are local or central, are of key importance for the architectural consequences and possibilities. • The impact of urban form and geometry on urban climate like size, density, orientation, ventilation. • Passive cooling of the building in traditional methods and reuse of these methods with modern architecture. • Designing a naturally ventilated building is more difficult than designing a similar but mechanically ventilated building. An interdisciplinary approach from the initial stages of design is mandatory for achieving successful natural ventilation concepts. • Guide lines for using natural ventilation in urban design and housing.File | Dimensione | Formato | |
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