Modelling ventilation phenomena in passive houses

Abstract

The present dissertation aims to combine the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) software, to support the design of ventilation systems in passive houses. Sustainable construction is an increasing concern in the current construction market, finding in these houses a valid alternative in order to enhance energy savings in this sector. A passive house is known for achieving high levels of thermal comfort without consuming too much energy. In addition to an extremely rigorous thermal insulation, the use of highly efficient ventilation systems is one of the main factors in achieving such levels of comfort. Therefore, this dissertation intends to study the circulation of air associated to the mechanical ventilation system of a passive house in Portugal and consequent analysis of its thermal comfort. To achieve such purpose, a CFD commercial program called FLOW-3D® will be used. It was necessary to perform a validation of the program by comparing air velocities obtained numerically by the program and experimentally through the registration of air velocities in the studied passive house with the use of digital anemometers. Lastly, after the validation described above, an analysis over the thermal comfort of the building was performed, based on temperature registrations obtained experimentally and velocity values obtained from the numerical simulations.

A presente dissertação visa aliar o uso de programas de simulação numérica de fluidos, mais concretamente a mecânica dos fluidos computacional (CFD), no apoio à conceção de sistemas de ventilação em casas passivas. A construção sustentável é cada vez mais uma preocupação no mercado atual da construção, encontrando nessas casas uma alternativa muito válida no que toca a poupanças de energia neste setor. Uma casa passiva é reconhecida por obter altos níveis de conforto térmico sem necessidade de grandes consumos de energia. Para além de um isolamento térmico rigoroso, o uso de sistemas de ventilação de elevada eficiência é um dos principais fatores para atingir tais níveis de conforto. Esta dissertação pretende, por isso, fazer um estudo da circulação de ar resultante de um sistema de ventilação mecânica numa casa passiva construída em Portugal e a consequente análise do conforto térmico que nela se obtém, tendo sido utilizado um programa comercial de CFD, o FLOW-3D®. Foi necessário realizar uma validação do programa através da comparação de valores de velocidade do ar obtidos numericamente pelo respetivo algoritmo de cálculo e experimentalmente através do registo de velocidades do ar na casa passiva objeto de estudo, tendo-se utilizado para o efeito anemómetros digitais. Por fim, após a validação descrita anteriormente, foi feita uma análise do conforto térmico do edifício em estudo com base em registos de temperatura obtidos experimentalmente e de velocidades do ar obtidos da simulação efetuada.