Design strategy for low-energy ventilation and cooling within an urban heat island

Authors: C. A. Short¹; K. J. Lomas²; A. Woods³

Source: Building Research and Information, Volume 32, Number 3, May-June 2004 , pp. 187-206(20)

Publisher: Routledge, part of the Taylor & Francis Group

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Abstract:

Natural ventilation is a proven strategy for maintaining thermal comfort in non-domestic buildings in the UK. The energy consumption and thus the carbon dioxide emissions that contribute to global warming are lower than in conventional air-conditioned buildings. However, the ambient temperatures in the UK have risen over the last decade and new climatic data for use in the design of naturally ventilated buildings has been published. Using these data and dynamic thermal modelling, it is shown that passive stack ventilation alone was unlikely to maintain summertime comfort in a proposed University College London building within an urban heat island. The stack ventilation strategy was evolved by the introduction of passive downdraught cooling. This low-energy technique enables cooled air to be distributed throughout the building without mechanical assistance. The underlying principles of the technique were explored using physical models and the anticipated performance predicted using thermal modelling. The architectural integration is illustrated and the control strategy described. The resulting building is believed to be the first large-scale application of the passive downdraught cooling technique; construction began in late 2003.

La ventilation naturelle est une stratégie qui a fait ses preuves lorsqu'il s'agit de maintenir le confort thermique dans des bâtiments à usages autres que d'habitation au Royaume-Uni. La consommation d'énergie - et donc les émissions de CO² - qui contribuent au réchauffement global sont inférieures à celles que l'on relève dans les bâtiments climatisés classiques. Au Royaume-Uni, les températures ambiantes ont cependant augmenté au cours de la dernière décennie et on dispose désormais de nouvelles données climatiques pour concevoir des bâtiments bénéficiant de la ventilation naturelle. Ces données et des modèles thermiques dynamiques ont permis de démontrer que la seule ventilation par colonne ne suffirait pas à assurer le confort pendant l'été dans un bâtiment proposé pour l'Université de Londres implanté au milieu d'un îlot thermique urbain. La ventilation par colonne a évolué depuis l'introduction de systèmes de réfrigération par aspiration descendante. Cette technique à faible consommation d'énergie permet de distribuer l'air réfrigéré dans l'ensemble du bâtiment sans assistance mécanique. Les principes sous-jacents de cette technique on été analysés au moyen de modèles physiques et les performances escomptées ont été prédites par modélisation thermique. Cet article illustre l'intégration architecturale et décrit la stratégie de contrôle. Le bâtiment qui en résulte est sans doute la première application à grande échelle de la technique de réfrigération passive par aspiration descendante. Les travaux de construction ont commencé fin 2003.

Keywords: alternative technology; climate change; energy; innovation; natural ventilation; sustainability; thermal modelling; urban heat island; Technologies alternatives; changements climatiques; énergie; innovation; ventilation naturelle; durabilité; modélisation thermique; îlot thermique urbain

Document Type: Research article

DOI: http://dx.doi.org/10.1080/09613210410001679875

Affiliations: 1: Department of Architecture University of Cambridge Cambridge CB2 1PK UK, Email: a.short@arct.cam.ac.uk 2: Institute of Energy and Sustainable Development De Montfort University Leicester LE1 9BH UK, Email: klomas@dmu.ac.uk 3: BP Institute for Multiphase Flow University of Cambridge Cambridge CB2 4NX UK, Email: andy@bpi.cam.ac

Publication date: 2004-05-01

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