Qualitative and comparative assessment of natural ventilation flow patterns through the use of physical models in a Water Table and CFD simulations
Keywords:
natural ventilation, water table, CFDAbstract
Natural ventilation is essential for air renewal, building cooling, and promoting thermal comfort for users; however, its analysis requires complex software. Water tables present an accessible and easy-to-handle alternative to overcome this limitation. The objective is to qualitatively assess whether the results generated by the water table accurately represent natural ventilation flow patterns in more complex physical models. Experimental tests are conducted on a water table and compared with Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations to achieve this. The methodology consists of four stages: 1) Determining the model; 2) Characterizing the water table; 3) Describing the configurations used in the computational simulations; and 4) Analyzing the results. The results were satisfactory, showing similarities in air flow behavior in both the internal and external areas of the building, although discrepancies emerged in zones with low air circulation.
References
Almeida, F. S.; Ribeiro, R. M.; Scalco, V. A.; Fossati, M.; Ordenes, M. Análise do uso de aplicativo virtual para estudo da ventilação natural em ambientes internos. In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO. Porto Alegre: ANTAC, 2020.18: p. 1-10.
BACH, Arthur Henrique; VEIGA, Rita de Cássia Gnutzmann. Produção da Habitação de Interesse Social em Rio Grande/RS: diagnóstico de edificações assistidas pelo SAsCC. 12º SIEPE – Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão. 2020.
BITTENCOURT, Leonardo; CÂNDIDO, Christina. Ventilação Natural em Edificações. Rio de Janeiro: PROCEL Edifica, 2010.
CHEN, Qingyan (Yan). Using computational tools to factor wind into architectural environment design. Energy And Buildings, [s. l.], v. 36, n. 12, p. 1197-1209, dez. 2004. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2003.10.013.
CUSTÓDIO, Maria Isabel P.; ALMEIDA, Fernando da S.; RIBEIRO, Roseana M.; RODRIGUES, Ricardo César; BATISTA, Juliana O. Estudo qualitativo da ventilação natural em ambientes internos: uma análise comparativa do aplicativo de smartphone Windtunnel CFD e CFD (ANSYS). v ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 16., 2021. Anais [...]. [S. l.], 2021. p. 958–967. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/4494. Acesso em: 12 set. 2024.
CUSTÓDIO, Maria Isabel Pedrosa; IMAI, Cesar; SILVA, Fernando Vitor Marques da; SHIMOMURA, Alessandra Rodrigues Prata; LUKIANTCHUKI, Marieli Azoia. Avaliação da taxa de obstrução do modelo físico reduzido na área de ensaio na mesa d’água. Ambiente Construído, [s. l.], v. 23, n. 4, p. 105-120, dez. 2023. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212023000400693.
ELSHAFEI, Ghada; NEGM, Abdelazim; BADY, Mahmoud; SUZUKI, Masaaki; IBRAHIM, Mona G.. Numerical and experimental investigations of the impacts of window parameters on indoor natural ventilation in a residential building. Energy And Buildings, [s. l.], v. 141, p. 321-332, abr. 2017. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.02.055.
FROTA, Anésia Barros e SCHIFFER, Sueli Terezinha Ramos. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, 1999.
GAO, Caifeng; LEE, Wai Ling. Evaluating the influence of openings configuration on natural ventilation performance of residential units in Hong Kong. Building And Environment, [s. l.], v. 46, n. 4, p. 961-969, abr. 2011. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2010.10.029.
LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano e PEREIRA, Fernando O. R. Eficiência Energética na Arquitetura. 3. ed. São Paulo: Ed. PW., 2014.
LIMA, Lucas Lauton de; SHIMOMURA, Alessandra R. Prata. O uso da mesa d´água: ventilação natural e o desafio de requalificar ambientes de escritórios. In: Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído, 16., 2021. Anais [...]. [S. l.], 2021. p. 1076–1085. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/4506. Acesso em: 12 set. 2024.
MATTIA, Pedro Henrique Silva; CHVATAL, Karin Maria Soares. Mesa d’água como ferramenta para a simulação do deslocamento de aerossóis em ambientes internos. In: Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído, 16., 2021. Anais [...]. [s. l.], 2021. p. 1957–1966. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/encac/article/view/4594. Acesso em: 12 set. 2024.
MORAIS, Juliana Magna da Silva Costa; LABAKI, Lucila Chebel. CFD como ferramenta para simular ventilação natural interna por ação dos ventos: estudos de caso em tipologias verticais do “Programa Minha Casa, Minha Vida”. Ambiente Construído, [s. l.], v. 17, n. 1, p. 223-244, mar. 2017. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1590/s1678-86212017000100133.
MUNDHE, Pooja; DAMLE, Rashmin M.. A methodology for quantifying flow patterns in a water-table apparatus for naturally ventilated buildings. Architectural Science Review, [s. l.], v. 64, n. 1-2, p. 98-108, fev. 2020. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1080/00038628.2020.1733482.
Olgyay, V. Arquitectura y Clima. 1 ed. Barcelona: Editorial Gustavo Gili, 2016.
RIBEIRO, Roseana Martins. Análise do desempenho da ventilação natural de acordo com as diretrizes referentes às aberturas na ABNT NBR 15.575 e em Códigos de Obras e Edificações no Brasil. 2022. 161 f. Dissertação (Doutorado) - Curso de Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Centro Tecnólogico, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2022.
RIVERO, Roberto. Arquitetura e clima: acondicionamento natural. 2. ed. Porto Alegre: D.C. Luzzatto Editores, 1986.
ROSSI, M. M.; VALE, F. I.; SHIMOMURA, A. R. P.; CHVATAL, K. M. S.A mesa d’água como ferramenta de apoio para a caracterização de um modelo genérico a ser ensaiado em túnel de vento. Revista IPT: Tecnologia e Inovação, v. 3, n. 10, p. 70-80, abr. 2019.
ROYAN, Monisha; VAIDYA, Prasad. Construction, validation and testing of a water table for natural ventilation analysis. Energy And Buildings, [s. l.], v. 226, p. 110-356, nov. 2020. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110356.
SACHT, Helenice; LUKIANTCHUKI, Marieli Azoia. Windows Size and the Performance of Natural Ventilation. Procedia Engineering, [s. l.], v. 196, p. 972-979, 2017. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2017.08.038.
SHIRZADI, Mohammadreza; MIRZAEI, Parham A.; NAGHASHZADEGAN, Mohammad. Development of an adaptive discharge coefficient to improve the accuracy of cross-ventilation flow patterns calculation in building energy simulation tools. Building And Environment, [s. l.], v. 127, p. 277-290, jan. 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.10.019.
SUBHASHINI, S; THIRUMARAN, K. CFD simulations for examining natural ventilation in the learning spaces of an educational building with courtyards in Madurai. Building Services Engineering Research And Technology, [s. l.], v. 41, n. 4, p. 466-479, out. 2019. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1177/0143624419878798.
TIBÚRCIO, Isabela Cristina da Silva Passos; BITTENCOURT, Leonardo. A influência da porosidade das portas internas no desempenho da ventilação natural em edificações residenciais multifamiliares. In: Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído, 2019, João Pessoa. Anais […]. João Pessoa: ANTAC, 2019. p. 1425-1434.
TOLEDO, Alexandre Márcio; PEREIRA, Fernando Oscar Ruttkay. O potencial da Mesa d’água para a visualização analógica da ventilação natural em edifícios. In: Encontro Nacional de Conforto no Ambiente Construído, 7., 2003, Curitiba. Anais […]. Curitiba: ANTAC, 2003. p. 1383-1390.
TOLEDO, Alexandre Márcio; PEREIRA, Fernando Oscar Ruttkay. Natural ventilation due to wind action: practice knowledge against experimental flow patterns visualisation. In: INTERNATIONAL CONFERENCE PASSIVE AND LOW ENERGY COOLING FOR THE BUILT ENVIRONMENT. Santorini, Greece, 2005. p. 1009-1014.
TRIANA, Maria Andrea; LAMBERTS, Roberto; SASSI, Paola. Characterisation of representative building typologies for social housing projects in Brazil and its energy performance. Energy Policy, [s. l.], v. 87, p. 524-541, dez. 2015. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2015.08.041.
United Nations Environment Programme. Global Status Report for Buildings and Construction: Towards a Zeroemission, Efficient and Resilient Buildings and Construction Sector. Nairobi: United Nations Environment Programme, 2021. Disponível em: https://globalabc.org/sites/default/files/2021-10/GABC_Buildings-GSR-2021_BOOK.pdf. Acesso em: 1 jul. 2023.
WIDIASTUTI, R; HASAN, M I; BRAMIANA, C N; PRAMESTI, P u. CFD Simulation on the Natural Ventilation and Building Thermal Performance. Iop Conference Series: Earth and Environmental Science, [s. l.], v. 448, n. 1, mar. 2020. IOP Publishing. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1088/1755-1315/448/1/012004.
XAVIER, Ana Clara de Almeida; GULARTE, Izabella Hafele; MIZGIER, Martin Ordenes; LUKIANTCHUKI, Marieli Azoia. Visualização da ventilação natural em ensaios na mesa d´’água comparado a simulações computacionais. Parc Pesquisa em Arquitetura e Construção, [s. l.], v. 11, p. 1-16, set. 2020. Disponível em: http://dx.doi.org/10.20396/parc.v11i0.8656954.
YI, Yun Kyu; ANIS, Manal; JANG, Keun; KIM, You-Jeong. Application of machine learning (ML) and genetic algorithm (GA) to optimize window wing wall design for natural ventilation. Journal Of Building Engineering, [s. l.], v. 68, p. 106-218, jun. 2023. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106218.
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