Numerical and experimental assessment of the hygrothermal conditions in Azorean residential buildings

Dissertação de Mestrado em Reabilitação de Edifícios apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA presente dissertação pretendeu contribuir, através de avaliação experimental e de simulação numérica, para a caracterização das condições higrotérmicas de edifícios residenciais no arquipélago dos Açores e para a definição de estratégias que contribuam para a melhoria do ambiente interior nas habitações. Estes objetivos passaram, numa primeira fase, pela monitorização in-situ das condições higrotérmicas de edifícios de habitação nas ilhas Terceira e de São Miguel, por recurso a sensores de temperatura e humidade e pela realização de ensaios complementares de determinação da condutibilidade térmica de paredes exteriores e da taxa de renovação de ar. Observou-se que, independentemente do local monitorizado, a percentagem de tempo em que vigoram condições de conforto térmico para os ocupantes é bastante reduzida, variando de 5% a 32%. A causa principal de desconforto está relacionada com o nível de humidade presente no ambiente interior.Paralelamente à componente experimental, desenvolveu-se um modelo de simulação higrotérmica em DesignBuilder e EnergyPlus, tendo por base as soluções construtivas e materiais típicos do arquipélago, os dados climáticos disponíveis para a região e os perfis de utilização do edifício. Assumiu especial relevância a modelação dos fenómenos de geração e transporte de vapor de água, pela importância de que se reveste a humidade no contexto açoriano. O modelo numérico desenvolvido permitiu avaliar, ainda que de forma condicionada pelo insuficiente processo de validação com dados experimentais rigorosos, diferentes estratégias de intervenção no edifício em análise.Compararam-se os resultados numéricos com registos recolhidos nos compartimentos monitorizados do edifício, sendo possível perceber a concordância existente entre os valores medidos experimentalmente in-situ e os resultados obtidos por via numérica. Para quantificar o potencial de redução da humidade absoluta das habitações por via da renovação do ar, estabeleceram-se cenários para simular diferentes estratégias de ventilação. Os resultados obtidos evidenciam a sensibilidade do problema em análise, mostrando que a simples ação de ventilar pode não ser, por si só, benéfica para o conforto dos utilizadores dos edifícios. Importa, sobretudo, que os regimes de ventilação sejam estabelecidos tendo em conta outros critérios que não apenas a taxa de renovação de ar, nomeadamente os períodos do dia e do ano em que essa ventilação é feita e a duração desses períodos.This dissertation contributes to the numerical and experimental assessment of the hygrothermal conditions of residential buildings in the Azores archipelago and to define strategies that may contribute to the improvement of indoor air quality in those buildings. These objectives were fulfilled by in-situ monitoring of the hygrothermal conditions of selected residential buildings in the Terceira and São Miguel islands with temperature and humidity sensors and by performing complementary tests to determine the thermal conductivity of exterior walls and actual ventilation rates. Regardless of the site being monitored, the percentage of time in which thermal comfort conditions are achieved is very low, varying from 5% to 32%, being the main cause for discomfort the humidity level in the indoor environment.A hygrothermal simulation model was also developed in DesignBuilder and EnergyPlus, based on the typical construction methods and materials of the archipelago, reference weather data sets available for the region and building usage profiles. Modeling the phenomena of generation and transport of moisture was of particular relevance because of the importance of humidity in the Azorean context. The numerical model developed allowed the assessment of different ventilation strategies in the building under analysis.A good agreement between numerical results and values measured experimentally in-situ was achieved. To quantify the potential for reducing the absolute humidity of buildings through air renewal, scenarios were established to simulate different ventilation strategies. Results point out to the sensitivity of the problem under analysis, showing that ventilation may not by itself be beneficial to thermal comfort inside buildings. In particular, ventilation systems should be established taking into account criteria other than the air renewal rate, namely the periods of the day and year in which ventilation should be performed, as well as the length of those periods