Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rebelo, Rafael Pimenta
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/36444
Resumo: Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018
id RCAP_2e6b870d979324c4055bbde2a31caa6c
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/36444
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office spaceVentilação naturalVentilação monofachadaPenetração de ar novoEnergyPlusTeses de mestrado - 2018Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e EnergiaTese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Nowadays, a lot is being discussed by politicians from all countries to define the energetic goals that will mitigate the negative environmental impact on the planet. On the specific case of office buildings, caused by their larger electrical energy bills regarding climatization when compared to residential ones, there is a necessity of studying and developing different ventilation strategies integration like natural ventilation (NV). Since most non-residential buildings display all the windows in a single-sided (SS) way (all the windows on one façade), this work revolves around the viability of the current imposed limits on the air flow depth (ventilation effectiveness) of SS NV strategies, regarding thermal comfort and good levels of indoor air quality in office spaces. The limits addressed here are given by California’s Title 24 20 ft rule, which specifies a limitation of 20 ft (roughly 6.1 m) between the ventilated façade and the opposed one, and the CIBSE recommendations for the maximum room depth of up to 2.5 room floor to ceiling heights (2.5H). In Portugal, according to RECS, the distances considered for SS NV applications in offices have to be larger than 7.5 m from the façade or 2H. With experimental setup conditions of around 1.5-3 hours of test duration, 7-12 m2 per occupant and internal gains of 25-28 W/m2, tested on three distinct rooms with different internal dimensions and namely 3.5-5.7 floor to ceiling heights, values of temperature and CO2 were measured on several points of the rooms. The results obtained are somehow conclusive for pointing out that the limits are strictly defined, since it was verified that for at least 4H there is still a good ventilation effectiveness when compared to the limits of the rules addressed. Further model validations were also made for each of the three rooms recurring to EnergyPlus simulation tool.Um dos principais objetivos de uma empresa é maximizar os lucros e minimizar as despesas. É por isso emergente a necessidade de implementar as mais indicadas soluções de redução de custos disponíveis em mercado que visam melhorar significativamente a eficiência (energética e económica) da empresa. Mais concretamente, a ventilação natural (VN) é uma eventual solução possível de ser aplicada que permite grandes reduções nos custos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), em virtude de ser um processo influenciado por diferenças de pressão e temperatura entre o interior e o exterior de um edifício, ou seja, sem custos de consumo associados. Este é um tópico bastante fulcral na motivação de estudos aprofundados sobre este tema, uma vez que em edifícios de escritórios o consumo de energia em AVAC representa 50%-60% do consumo energético total do edifício. Historicamente verificou-se que, com o evoluir das tecnologias e da industrialização dos países, e com o aparecimento das unidades de ventilação mecânica controlada, deixou de ser tão prejudicial a quantidade de envidraçados nos edifícios, em termos de conforto térmico no interior em relação à época em que não existia ventilação mecânica controlada. Este facto explica-se devido à procura da maximização de iluminação natural em edifícios de escritórios que faz com que, aumentando a área de envidraçados, existam elevados ganhos solares e, consequentemente, se necessite de efetuar arrefecimento forçado mais frequentemente. Resultantes deste facto advêm alguns casos de falta de estudos em termos da viabilidade de VN em certos edifícios de escritórios, nos quais há capacidade de aplicar medidas otimizadas de VN. Concretamente, nalguns edifícios mais atuais, verifica-se que existe a capacidade de garantir estratégias de VN nos meses em que as condições meteorológicas não são muito extremas. Uma das soluções arquitetónicas bastante recorrente para edifícios de escritórios, são espaços com janelas apenas numa das fachadas. Assim, e devido à falta de investigação em casos mais específicos, a empresa é obrigada a instalar unidades de ar condicionado sem haver estudo caso a caso. Exemplos destas regras limitam o uso da VN em escritórios com uma só fachada que tenham um comprimento no máximo de 2.5H (2.5 vezes o pé direito do edifício - CIBSE), ou que tenham mais do que 6 metros desde a fachada com as janelas até ao fundo da sala (Regra dos 20 pés presente no California’s Title 24). Em Portugal, segundo consta no RECS, considera-se ineficaz aplicar VN SS em escritórios com profundidades maiores que 7.5 m ou que ultrapassem 2H. O que se pretende concluir com esta tese é precisamente sobre a aplicabilidade de métodos de VN em situações não permitidas por regras instauradas pelos governos, devido à inexistência de um estudo mais específico a cada situação. Considerando os fatores enumerados anteriormente, e tendo em vista o melhoramento da informação disponível sobre este tema, verifica-se de facto a existência de interesse na investigação do mesmo. Concretamente nesta tese, foi abordado o estudo da ventilação natural com janelas apenas numa fachada de um edifício de escritórios, no qual foram feitos estudos com as aberturas à mesma altura (Single-sided ventilation). Em termos da estrutura da tese, no primeiro capítulo encontra-se a Introdução. No capítulo seguinte é feita uma análise aos fundamentos teóricos. Já no capítulo 3, outras publicações relevantes para o tema desta tese são analisadas resumidamente. No capítulo 4 é onde se encontra a descrição de todo o processo experimental. Estão descritas as características dos 3 casos de estudo (escritórios Large, Medium e Long), bem como a metodologia ligada quer às medições práticas como às simulações em EnergyPlus. No capítulo 5 são mostrados os resultados na forma de gráficos e tabelas, e subsequentemente analisados. O capítulo 6 resume as conclusões retiradas deste trabalho e, por fim, o capítulo 7 expõe as referências bibliográficas consultadas durante a elaboração desta dissertação. Antes do início da componente experimental deste trabalho, e após algum estudo introdutório do tema, foram selecionadas 3 perguntas “objetivo”. Perguntas relevantes às quais se procuraria encontrar respostas após o término desta dissertação, sendo essas: • Qual é a profundidade típica de ar novo em escritórios VN SS? • Estarão os limites em vigor (da CIBSE e regra dos 20 pés) bem definidos, ou deve continuar-se a estudar este tema e, possivelmente, reformulá-los? • Qual é a precisão que um Engenheiro que efetue simulação térmica de escritórios com sistemas VN SS espera obter? Assim, foi dado início à componente experimental onde, neste trabalho, foram realizadas medições em três casos de estudo. Estes são representativos de escritórios com janelas em apenas uma fachada, e mediram-se variáveis como temperatura e níveis de CO2 em vários pontos das salas, de modo a poder concluir-se sobre a penetração de ar novo em cada uma delas. Daí, concluiu-se também sobre a capacidade ou não de se efeituar ventilação natural monofachada de uma forma que eficazmente cumpra os limites de conforto térmico e de qualidade do ar. Os três escritórios estão localizados no campus da FCUL (Latitude 38.76 N; Longitude 9.16 W) e tinham dimensões variadas entre si. Um escritório mais largo: Large Office, com dimensões de 12.6 m por 12.6 m e altura de 3.5 m; um escritório médio: Medium Office, com cerca de 9.1 m por 5.7 m e com pé direito de 2.6 m; e um escritório mais estreito e alongado: Long Office, com 14.7 m por 2.8 m e 2.6 m de altura. As condições experimentais variaram a sua duração entre 1.5-3 horas, com 7-12 m2 por ocupante e ganhos internos de 25-28 W/m2, sendo as dimensões de profundidade das três salas representadas nomeadamente por 3.5-5.7H. Respondendo então às questões iniciais, foi verificado a partir dos resultados obtidos que para os escritórios Large e Medium a ventilação foi eficaz até (pelo menos) 3H relativo à posição do último sensor a contar da fachada, enquanto que para o escritório Long essa distância foi de 4H (penúltimo sensor). Este último resultado mostrou que existe uma zona de estagnação ou acumulação principalmente ao nível do CO2, mas demonstrou também que nos últimos 2.6 m do escritório a temperatura sofreu um aumento abrupto de 0.25 °C. Quanto à segunda questão, os resultados foram de certa forma conclusivos por demonstrarem que os limites em causa são demasiado restritos, ao ter-se verificado que pelo menos até 4H ainda se garante uma boa eficácia de ventilação quando comparada com os limites, seja a nível de temperatura como também a nível de CO2. Durante as medições verificou-se também que os níveis de CO2 estiveram sempre de acordo com o limite estabelecido na EN 15251 para ventilação natural de 1625 ppm, bem como os níveis de renovações de ar se encontraram quase sempre (exceto em 2.8% do tempo de experiência relativa ao Large Office) dentro dos limites, reforçando assim as capacidades da SS VN. Os modelos das três salas foram subsequentemente simulados e validados recorrendo-se a simulações em EnergyPlus. Sendo que os resultados daí obtidos também foram positivos. O software demonstrou capacidade em simular a distribuição de temperatura com erros médios de 0.7% e os níveis de CO2 com 11.4%. Apesar deste último valor não ser muito reduzido, este erro apresentou-se inferior a 10% para os escritórios Medium e Long. Para o futuro resta lembrar a importância que este assunto tem e reforçar a necessidade de continuar com este tipo de estudos, sendo que um passo bastante importante seria efetuar medições com procedimentos semelhantes aos escolhidos nesta tese, mas em casos reais de escritórios, pois só assim será permitido concluir absolutamente sobre a viabilidade dos limites e normas em vigor.Graça, Guilherme Carrilho daMateus, Nuno André Marques, 1987-Repositório da Universidade de LisboaRebelo, Rafael Pimenta2019-01-16T11:25:28Z201820182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/36444TID:202185311enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:33:11Zoai:repositorio.ul.pt:10451/36444Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:50:46.836658Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
title Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
spellingShingle Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
Rebelo, Rafael Pimenta
Ventilação natural
Ventilação monofachada
Penetração de ar novo
EnergyPlus
Teses de mestrado - 2018
Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia
title_short Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
title_full Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
title_fullStr Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
title_full_unstemmed Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
title_sort Investigation of single-sided natural ventilation air flow penetration depth in an open plan office space
author Rebelo, Rafael Pimenta
author_facet Rebelo, Rafael Pimenta
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Graça, Guilherme Carrilho da
Mateus, Nuno André Marques, 1987-
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Rebelo, Rafael Pimenta
dc.subject.por.fl_str_mv Ventilação natural
Ventilação monofachada
Penetração de ar novo
EnergyPlus
Teses de mestrado - 2018
Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia
topic Ventilação natural
Ventilação monofachada
Penetração de ar novo
EnergyPlus
Teses de mestrado - 2018
Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia
description Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018
2018
2018-01-01T00:00:00Z
2019-01-16T11:25:28Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/36444
TID:202185311
url http://hdl.handle.net/10451/36444
identifier_str_mv TID:202185311
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134442667638784

Registros relacionados