Method of calculation of geometrical parameters of building atrium structures considering the comfort of temperature and air regime

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The influence of atrium on temperature stratification under indoor natural ventilation of the teaching-laboratory building of the Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) with the help of full-scale experiments is considered. Based on this, the aim of the research is to develop a new method of calculating the optimal geometric parameters of a building atrium considering the comfort of its temperature-air regime by solving the developed basic airflow equations in combination with mathematical modelling methods. The formula for determining the air flow rate for natural ventilation in atriums, analyzing and designing a natural ventilation system in a building with an atrium with more than two ventilation outlets was derived. Based on the results obtained, a conclusion is made about the optimal area of exhaust and supply openings in an atrium building at different heights. These data may have practical application in the design of buildings with atriums.Materials and methods. Semi-empirical research methods were used. Simple linear regression methods were carried out to establish a correlation between the measured variables air temperature and building construction height in an atrium with specific conditions to determine the temperature at any height.Results. The formula for calculating the optimal area of inlet and outlet openings in connection with the atrium height and their influence on the thermal characteristics of the structures of buildings with atriums was developed.Conclusions. The results of the research make it possible to quickly and accurately determine the geometric parameters to ensure the reduction of air temperature in buildings with atriums. This plays an important role in the initial design phase.

About the authors

Pham Thi Hong Tham

Ho Chi Minh University of Technology (HCMUT); Vietnam National University Ho Chi Minh City (VNU-HCM); Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: ptham0825@gmai.com
ORCID iD: 0000-0002-7418-2084
SPIN-code: 9515-2143

De Tai Duong

Tran Dai Nghia University (TDNU)

Email: duongdetai@gmail.com

A. K. Solovyev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: kafedraarxitektury@yandex.ru
SPIN-code: 3821-9431

References

  1. Hung W.Y., Chow W.K. A review on architectural aspects of atrium buildings // Architectural Science Review. 2001. Vol. 44. Issue 3. Pp. 285–295. doi: 10.1080/00038628.2001.9697484
  2. Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. doi: 10.1016/j.rser.2014.02.035
  3. Acred A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. doi: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007
  4. Wang L., Huang Q., Zhang Q., Xu H., Yuen R.K.K. Role of atrium geometry in building energy consumption: the case of a fully air-conditioned enclosed atrium in Cold Climates, China // Energy and Buildings. 2017. Vol. 151. Pp. 228–241. doi: 10.1016/j.enbuild.2017.06.064
  5. Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038
  6. Abdullah A.H., Wang F. Modelling thermal stratification in atrium using TAS program and verification of prediction results // International Journal of Integrated Engineering. 2009. Vol. 1. Issue 2. Pp. 79–93.
  7. Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. doi: 10.1016/j.rser.2014.02.035
  8. Крашенинникова Т.С., Гришкова А.В. Анализ параметров микроклимата в здании с атриумом в заданных климатических условиях с использованием программы ANSYS FLUENT // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. № 4 (24). С. 46–61. doi: 10.15593/2409-5125/2016.04.04.EDNUUZFAB.
  9. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания : учебное пособие. М. : АВОК-пресс, 2003. 192 c.
  10. Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038
  11. Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. doi: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7
  12. Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. doi: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002
  13. Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. doi: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7
  14. Zhang M., Li N., Zhang E., Hou S., He D., Li J. Effect of atrium size on thermal buoyancy-driven ventilation of high-rise residential buildings: A CFD study // Proceedings — 6th International Symposium on Heating, Ventilating and Air Conditioning, ISHVAC. 2009. Vol. 2. Pp. 1240–1247.
  15. Moosavi L., Mahyuddin N., Ghafar N. Atrium cooling performance in a low energy office building in the Tropics, a field study // Building and Environment. 2015. Vol. 94. Pp. 384–394. doi: 10.1016/j.buildenv.2015.06.020
  16. Andrew A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. doi: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007
  17. Li C., Zhang Z., Zhang J., Ji Q. The temperature stratification measurement and simulation in atrium of Wuhan Station // 2011 International Conference on Multimedia Technology. 2011. doi: 10.1109/ICMT.2011.6003151
  18. Laouadi A., Atif M.R., Galasiu A. Towards developing skylight design tools for thermal and energy performance of atriums in cold climates // Building and Environment. 2002. Vol. 37. Issue 12. Pp. 1289–1316. doi: 10.1016/S0360-1323(02)00008-2
  19. Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. doi: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002
  20. Ji Y., Xu M., Zhang T., He Y. Intelligent parametric optimization of building atrium design: a case study for a sustainable and comfortable environment // Sustainability. 2023. Vol. 15. Issue 5. P. 4362. doi: 10.3390/su15054362
  21. Фам Тхи Хонг Тхам, Соловьев А.К., Корнеев С.С. A field study on effects of openings on thermal performance of natural cooling efficiency for atrium buildings // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 2. С. 149–158. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48167896 doi: 10.22227/1997-0935.2022.2.149-158

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».