De effectiviteit van niet-mechanische, lage-energiemethoden voor het matigen van temperatuur en vochtigheid zijn geëvalueerd in een reeks experimenten door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge.

De onderzoekers ontdekten dat een temperatuurverschil tussen binnen en buiten een opmerkelijk klein effect heeft op hoe goed een ruimte wordt geventileerd wanneer ventilatie voornamelijk wordt aangedreven door wind. In tegenstelling tot, wind kan de ventilatiesnelheid verhogen met maar liefst 40% boven die welke wordt veroorzaakt door een temperatuurverschil tussen een kamer en de buitenlucht. De exacte ventilatiesnelheid hangt af van de geometrie van de kamer.

De resultaten, gerapporteerd in het journaal Gebouw en omgeving , kan worden gebruikt om ontwerpers en stedenbouwkundigen te helpen natuurlijke ventilatieprincipes in hun ontwerpen op te nemen, zodat gebouwen op een comfortabele temperatuur kunnen worden gehouden met minder energie.

Verwarming en koeling zijn verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van het energieverbruik in gebouwen:in de VS, dit is maar liefst 50 procent. In aanvulling, terwijl de mondiale temperatuur blijft stijgen, de vraag naar airconditioning – die broeikasgassen uitstoot – stijgt ook, het creëren van een schadelijke feedbacklus.

Natuurlijke ventilatie, die de binnentemperatuur regelt zonder gebruik te maken van mechanische systemen, is een alternatief voor traditionele verwarmings- en koelingsmethoden, wat het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen vermindert.

"Natuurlijke ventilatie is een energiezuinige manier om gebouwen op een aangename temperatuur te houden, maar om het gebruik ervan te vergroten, we hebben behoefte aan eenvoudige, nauwkeurige modellen die snel kunnen reageren op veranderende omstandigheden, " zei hoofdauteur Dr. Megan Davies Wykes van de afdeling Engineering van Cambridge.

Er zijn twee hoofdtypen natuurlijke dwarsventilatie:door de wind en door het drijfvermogen. Kruisventilatie komt voor in kamers met ramen aan weerszijden van een kamer. Wind die tegen een gebouw waait, kan leiden tot een hoge druk aan de loefzijde en een lage druk aan de lijzijde, die de stroom door een kamer drijft, frisse lucht van buiten naar binnen brengen en een ruimte ventileren. Ventilatie kan ook worden aangedreven door temperatuurverschillen tussen binnen en buiten een ruimte, omdat de binnenkomende lucht wordt verwarmd door mensen of apparatuur, resulterend in een drijfvermogen gedreven stroming bij een raam.

"We zijn er allemaal aan gewend geraakt om een ​​goed gecontroleerde, smal temperatuurbereik in onze huizen en kantoren, " zei Davies Wykes. "Het beheersen van natuurlijke ventilatiemethoden is veel uitdagender dan het inschakelen van de verwarming of de airconditioning, omdat je rekening moet houden met alle variabelen in een kamer, zoals het aantal mensen, het aantal computers of andere warmteopwekkende apparatuur, of de kracht van de wind."

In de huidige studie, de onderzoekers gebruikten een miniatuurmodelkamer die in een goot was geplaatst om de luchtbewegingen in een kamer na te bootsen wanneer ramen worden geopend bij verschillende temperatuur- en windomstandigheden.

Met behulp van de resultaten van laboratoriumexperimenten, Davies Wykes en haar collega's bouwden wiskundige modellen om te voorspellen hoe het temperatuurverschil tussen binnen en buiten van invloed is op hoe goed een ruimte wordt geventileerd.

De onderzoekers ontdekten dat de mate van ventilatie minder afhankelijk is van de temperatuur en meer van wind. Iedereen die op een hete nacht heeft geprobeerd af te koelen door het raam open te zetten, weet ongetwijfeld hoe ondoeltreffend dit is als er geen wind is.

Dit komt omdat in veel kamers, ramen zijn halverwege de muur geplaatst, en als ze worden geopend, de warme lucht bij het plafond kan niet gemakkelijk ontsnappen. Zonder het 'mengeffect' van de wind, de warme lucht blijft aan het plafond, tenzij er een andere manier is om bovenaan de kamer te ontsnappen.

"Het was verrassend dat, hoewel temperatuurverschillen geen sterk effect hebben op de luchtstroom door een raam, zelfs kleine temperatuurverschillen kunnen van belang zijn bij het ventileren van een kamer, " zei Davies Wykes. "Als er geen openingen zijn in de buurt van het plafond van een kamer, warme binnenlucht kan vast komen te zitten in de buurt van het plafond en wind is niet effectief in het verwijderen van de ingesloten lucht."

De volgende stappen zullen zijn om de resultaten op te nemen in het ontwerp van het gebouw, waardoor het gemakkelijker wordt om goed geventileerde, energiezuinige gebouwen.