Analysis of active chilled beams to improve energy efficiency, indoor air quality and thermal comfort in an office building by means of CFD

New buildings should provide a high-quality interior environment with the least energy consumption in order to reach the 2020-target set by the European Council. The aim of this work is to assess the energy-efficiency, the indoor air quality and the occupants’ thermal comfort of a storey of a glazed office building placed in Milan city centre (Italy) by using a computational fluid dynamics (CFD) software. Firstly, the most energy-efficient heating, ventilation and air conditioning system (HVAC) is chosen and applied to the case study. Secondly, the system is sized according to the building’s function, the construction technology and the external environment. Finally, the indoor thermal comfort in a typical storey is evaluated through CFD simulations assessing age of air, ventilation ef-ficiency, indoor air temperature and velocity and indexes of thermal comfort following the standard EN ISO 7730. Results show that the active chilled beam system (ACB) is the HVAC-system that guarantees the highest energy-saving. As a matter of fact, an external air handling unit provides pri-mary air which passes through the ACB at a high velocity thanks to nozzles. The renovation air is discharged in the zone once mixed with the induced room air that cools down as it passes through the ACB’s cooling coil. Indoor air temperature is always inside the comfort boundaries and its spa-tial distribution profile close to the ideal one. Conditions are satisfying both in summer and in winter if the primary air is supplied in a consistent amount.

I nuovi edifici dovrebbero garantire un ambiente interno di alta qualità con il minor consumo di energia per raggiungere l'obiettivo 2020 fissato dal Consiglio Europeo. Lo scopo di questo lavoro è valutare l'efficienza energetica, la qualità dell'aria interna e il comfort termico degli occupanti di un piano di un edificio vetrato per uffici situato nel centro di Milano utilizzando un software di fluido-dinamica computazionale (CFD). In primo luogo, il sistema di riscaldamento, ventilazione e condi-zionamento (HVAC) più efficiente viene scelto e applicato al caso di studio. In secondo luogo, il si-stema è dimensionato in base alla funzione dell'edificio, alla tecnologia costruttiva e all'ambiente esterno. Infine, il comfort termico interno in un piano tipo viene determinato attraverso simulazioni CFD che misurano età dell'aria, efficienza di ventilazione, temperatura dell'aria interna e velocità e indici di comfort termico secondo la norma EN ISO 7730. I risultati mostrano che il sistema di travi fredde attive (ACB) è il sistema HVAC che garantisce il maggior risparmio energetico. Di fatto, un'unità di trattamento aria esterna somministra aria primaria che passa attraverso l'ACB ad alta ve-locità grazie ad ugelli di immissione. L'aria di rinnovo viene scaricata nella zona una volta miscelata con l'aria indotta dall’ambiente che si raffredda mentre passa attraverso la batteria di raffreddamen-to dell'ACB. La temperatura dell'aria interna è sempre all'interno dei limiti di comfort e il suo profilo di distribuzione spaziale vicino a quello ideale. Le condizioni sono soddisfacenti sia in estate che in inverno a patto che l'aria primaria venga fornita in buone quantità.