Natural Ventilation in Old Buildings: recommendations for its improvement

Tese de doutoramento em Sistemas Sustentáveis de Energia, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraCurrently it is recognized that residential building sector is one of the largest energy consumers in the worldwide. The 70s´ energy crises was important to draw attention to the energy performance subject. Reinforcing thermal insulation is one of the usual solutions to improve energy efficiency of buildings. However, this thermal insulation reinforcement normally leads to a decrease of the natural ventilation of the building. The reduction of natural ventilation and infiltration in the old existing building, due to rehabilitation works, has been causing a reduction in indoor air quality and an increment of relative humidity levels in the indoor environment compared with that observed before rehabilitation. Therefore, it is important to find a balance between the thermal performance of the building and an acceptable quality of indoor air in term of ventilation effectiveness. Providing optimal indoor condition is not only related to the renewal of the air but also with its distribution. Hence airflow patterns in historical buildings influence interior conditions. The aim of this work is to develop solutions that will enable an increment of natural ventilation of old buildings that have already been rehabilitated, taking into account its architectural characteristics and constraints due to the fact that we are dealing with old buildings with some conservation and preservation limitations. With these solutions it will be possible to increase the indoor air quality of the buildings and to improve its thermal characteristics and thus the life conditions of its inhabitants will be also improved. To achieve the proposed objective, the research was developed resorting to measurements in-situ and simulations. The in-situ measurements were achieved by using Blower Door Test method. Energy and airflow simulation was performed on Design-Builder software with the main goal of answering to some questions, such as: - What are the existing conditions of the buildings? - How effective are the suggested solutions toward the improvement of natural ventilation in buildings? The results of this research can be interesting for architectures, engineers and persons which are working on retrofit and renovation of the old existing buildings. RESUMO: É correntemente reconhecido que o sector dos edifícios residenciais é um dos maiores consumidores mundiais de energia. A crise energética dos anos 70 foi importante para chamar a atenção para o conceito de desempenho energético. O reforço do isolamento térmico é uma das soluções mais usuais nos edifícios para melhorar a sua eficiência energética. No entanto, o reforço do isolamento térmico leva, normalmente, a uma diminuição da ventilação natural do edifício. A redução da ventilação natural e da infiltração nos edifícios antigos, causada por trabalhos de reabilitação, tem levado a uma redução da qualidade do ar interior e do aumento da sua humidade relativa num ambiente interior comparando com o que se observava antes da intervenção. Neste sentido, é importante estabelecer um equilíbrio entre o desempenho térmico do edifício e uma qualidade do ar interior aceitável em termos de eficácia de ventilação. A obtenção de condições interiores ótimas não está apenas relacionada com a renovação do ar interior, mas também com a sua distribuição. Assim, os padrões de fluxo de ar existentes nos edifícios históricos influenciam a sua condição interior. O objetivo deste trabalho centra-se no desenvolvimento de soluções que irão permitir o aumento da ventilação natural, em edifícios que já foram reabilitados e tendo em atenção as suas características arquitetónicas e restrições existentes devido ao fato dos edifícios serem antigos e terem algumas limitações de conservação e preservação. Pretende-se também estudar o mesmo tipo de soluções para aplicação em futuras intervenções. Ao longo do trabalho são sempre tidas em consideração as. Com estas soluções será possível melhorar a qualidade do ar interior dos edifícios e as térmicas e consequentemente as condições de vida das habitantes serão melhordas. Para atingir o objetivo proposto a investigação foi desenvolvida recorrendo a medições in-situ e simulações. As medições in-situ foram conseguidas usando o Blower door test. As simulações do desempenho energético e do fluxo de ar foram realizadas com software Design-Builder com objetivo principal de se responder às seguintes perguntas: - Quais são as condições existentes dos edifícios? - Quão eficazes são as soluções sugeridas para a melhoria da ventilação natural nos edifícios? Os resultados desta investigação podem ser interessantes para arquitetos, engenheiros e para os profissionais das áreas de reabilitação e renovação de edifícios antigos.É correntemente reconhecido que o sector dos edifícios residenciais é um dos maiores consumidores mundiais de energia. A crise energética dos anos 70 foi importante para chamar a atenção para o conceito de desempenho energético. O reforço do isolamento térmico é uma das soluções mais usuais nos edifícios para melhorar a sua eficiência energética. No entanto, o reforço do isolamento térmico leva, normalmente, a uma diminuição da ventilação natural do edifício. A redução da ventilação natural e da infiltração nos edifícios antigos, causada por trabalhos de reabilitação, tem levado a uma redução da qualidade do ar interior e do aumento da sua humidade relativa num ambiente interior comparando com o que se observava antes da intervenção. Neste sentido, é importante estabelecer um equilíbrio entre o desempenho térmico do edifício e uma qualidade do ar interior aceitável em termos de eficácia de ventilação. A obtenção de condições interiores ótimas não está apenas relacionada com a renovação do ar interior, mas também com a sua distribuição. Assim, os padrões de fluxo de ar existentes nos edifícios históricos influenciam a sua condição interior. O objetivo deste trabalho centra-se no desenvolvimento de soluções que irão permitir o aumento da ventilação natural, em edifícios que já foram reabilitados e tendo em atenção as suas características arquitetónicas e restrições existentes devido ao fato dos edifícios serem antigos e terem algumas limitações de conservação e preservação. Pretende-se também estudar o mesmo tipo de soluções para aplicação em futuras intervenções. Ao longo do trabalho são sempre tidas em consideração as. Com estas soluções será possível melhorar a qualidade do ar interior dos edifícios e as térmicas e consequentemente as condições de vida das habitantes serão melhordas. Para atingir o objetivo proposto a investigação foi desenvolvida recorrendo a medições in-situ e simulações. As medições in-situ foram conseguidas usando o Blower door test. As simulações do desempenho energético e do fluxo de ar foram realizadas com software Design-Builder com objetivo principal de se responder às seguintes perguntas: - Quais são as condições existentes dos edifícios? - Quão eficazes são as soluções sugeridas para a melhoria da ventilação natural nos edifícios? Os resultados desta investigação podem ser interessantes para arquitetos, engenheiros e para os profissionais das áreas de reabilitação e renovação de edifícios antigos a fim de encontrar a melhor solução antes de iniciar o processo.EMSURE Project