Developing a new design passive house with a partial double-skin façade, double-skin roof, underground space and earth tube based on energy and airflow performance

Abstract

Bu araştırma sürdürülebilirliği teşvik etmeye yönelik bütünsel ve disiplinler arası mühendislik yaklaşımıyla ürün geliştirme ilgisinden kaynaklanmaktadır. Bu çalışma ev içinde konfor seviyesinde sıcaklıkları sağlarken geleneksel bir referans ev ile karşılaştırıldığında ısıtma ve soğutma için daha iyi enerji tüketim performansı gösteren yeni tasarım bir pasif ev geliştirdi. Yeni evin performansını geçerli bir kıyaslama ile gösterebilmek için, yeni evin yaşam alanının geometri, malzeme ve şartları ile aynı olan tek cidarlı bir referans ev tasarlandı. Yeni ve referans ev simüle vakadır ve gerçek modellerle kalibre edilmemiştir. Tasarımcıların tasarım aşamasının en başından daha iyi karar vermesini sağlayan Yumuşak Sistemler Metodolojisi kavramsal model geliştirme ve performans karşılaştırması için katı metodlar ile birleştirilip uygulandı. Bununla beraber hava akımının enerji performansına katkısını ortaya koyabilmek için çift cidar zarfın içindeki havanın akışkanlar mekaniği davranışı incelendi. Enerji simülasyonları yeni evin ısıtma ve soğutma talebinin referans evden sırasıyla yüzde 19.1 ve yüzde 18.8 daha düşük olduğunu gösterdi. Buna ek olarak, hesaplamalı akışkanlar mekaniği simülasyonları yaz günü yeraltı alanındaki türbülanslı hava akımının ısı iletimini artırdığını ve kış günü çift cidar çatıdaki laminar hava akımının bu iletimi azaltığını açığa çıkardı.

This research originates from the interest in developing products with a holistic and interdisciplinary systems engineering approach, toward fostering sustainability. The study develops a new-design passive house with a double-skin envelope that delivers better energy consumption performance for heating and cooling relative to a conventional reference house, while achieving comfort-level indoor temperatures. A single-façade reference house is designed with the identical geometry, material and conditions of the new house living quarters, in order to demonstrate the performance of new house using a valid comparison. The new and reference houses are simulated cases and are not calibrated by actual models. The Soft Systems Methodology which enables designers to make better decisions at the earliest design stage is applied integrated with hard methods for the conceptual model development and performance comparison. Additionally, fluid dynamics behaviour of the air inside the double-skin envelope is analysed to demonstrate the airflow's contribution to the energy performance. The energy simulations demonstrate that the heating and cooling demands of new house are 19.1 per cent and 18.8 per cent lower than those of reference house, respectively. Furthermore, the computational fluid dynamics simulations reveal that turbulent airflow in the underground space on summer day increases heat transfer, and laminar airflow in the double-skin roof on winter night decreases such transfer.