Natural ventilation (NV) through window openings is an inexpensive and effective
solution to bring fresh air into internal spaces and improve indoor environmental
conditions. This study attempts to address the “indoor air quality – thermal comfort”
dilemma of naturally ventilated office buildings through the effective use of early
window design. This study proposes a method of early window design for an optimised
natural ventilation potential, by reducing the level of indoor carbon dioxide (CO2)
concentration and improving thermal comfort, and consequently minimising
supplementary heating/cooling loads. The model consists of various stages: (1)
Knowledge acquisition, (2) establishing a relationship between window design and
natural ventilation, (3) identifying performance criteria and design of experiments
(DOE), (4) conducting performance-based dynamic simulations, (5) evaluation of
findings, and (6) making informed design decisions. The study also proposed an
evaluation method by which the assessments of indoor CO2 concentration and adaptive
thermal comfort were performed using the threshold suggested by the World Health
Organisation (WHO) and the acceptability categories of the British/European standard
EN 15251:2007. The measurement criteria are: carbon dioxide levels, airflow rate, air conditioning (AC) loads, and thermal comfort. The relevant indicator was the time
(hours) during which pertinent performance criteria were met in the occupancy period,
as well as the AC loads during that time. As suggested by the EN 15251:2007 standard,
the hourly dynamic simulation method was employed using EDSL Tas Engineering.
The proposed model was applied using different hypothetical scenarios of different
types of office spaces, NV strategies, and window design possibilities. The findings
show that the developed model of performance-based window design enables the
handling of various window design variables along with different performance criteria
to determine the near-optimal window design alternatives for effective NV and mixed mode (MM) offices. This model can guide architects towards making knowledge based and informed-decisions in the early stages of office window design.
Keywords: window design, natural ventilation, indoor air quality, carbon dioxide
(CO2) concentration, adaptive thermal comfort, office building, Performance-based
design.
ÖZ:Açık pencereden doğal havalandırma (NV) yoluyla iç mekanlara temiz hava girişinin
sağlanması ve iç mekan çevre koşullarının geliştirilmesi, hem ucuz hem de etkili bir
çözümdür. Bu çalışmada, doğal yolla havalandırılan ofis binalarındaki “iç mekan hava
kalitesi – ısıl konfor” ikileminde erken pencere tasarımının etkili bir şekilde
kullanılması konusu irdelenmiştir. Bu araştırma, iç mekandaki karbondioksit (CO2)
yoğunluğunun seviyesini düşürüp, ısıl konforu geliştirmeyi ve sonuç itibarıyla ek
ısınma ve soğuma yükünü minimize etmeyi amaçlamaktadır. Bu bağlamda optimize
edilmiş doğal havalandırma potansiyelinin kullanılmasına imkan veren bir erken
pencere tasarımı yöntemi sunmaktadır. Hazırlanan model farklı aşamaları bünyesinde
barındırmaktadır: (1) Bilgi edinme, (2) pencere tasarımı ve doğal havalandırma
arasında ilişki kurma, (3) performans kriteri belirleme ve deneylerin tasarlanması, (4)
performansa dayalı dinamik simülasyonlar gerçekleştirme, (5) bulguların
değerlendirilmesi, ve (6) tasarım kararı verilmesi. Calışma aynı zamanda, iç mekan
karbondioksit yoğunluğunun ölçülmesi ve uyarlanabilir ısıl konforun Dünya Sağlık
Örgütü tarafından (WHO) önerilen eşiğin ve İngiliz/Avrupa standardı EN
15251:2007’nin kabul edilebilirlik kategorilerinin kullanıldığı bir değerlendirme
yöntemi ortaya koymaktadır. Ölçüm kriterleri şunlardan oluşmaktadır: hava akım
oranı, karbondioksit seviyeleri, uyarlanabilir ısıl konfor ve iklimlendirme (AC)
yükleri. Hesaplanan gösterge, belli bir performans kriterini sağlayan kullanım
süresindeki toplam saat ve o süredeki iklimlendirme yükü olmuştur. EN 15251:2007
standardında önerildiği üzere, saatlik dinamik simülasyonlar EDSL Tas Yazılımının
kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Önerilen model, farklı ofis alanlarına ilişkin farklı
varsayımsal senaryolar, NV stratejileri ve pencere tasarım olasılıkları kullanılarak
uygulanmıştır. Bulgular, geliştirilen performans temelli pencere tasarım modelinin,
etkili NV ve karışık mod (MM) ofisleri için optimale yakın pencere tasarımının
belirlenmesini sağlayacak farklı performans kriterlerinin yanı sıra birçok pencere
tasarım paramatreleri ile başa çıkmayı kolaylaştırdığını ortaya koymuştur. Bu model,
ofis pencerelerinin erken tasarımında mimarlara bilgi temelli ve bilgili kararlar üretme
noktasında rehberlik edecek niteliktedir.
Anahtar kelimeler: pencere tasarımı, doğal havalandırma, iç mekan hava kalitesi,
karbondioksit (CO2) yoğunluğu, uyarlanabilir ısıl konfor, ofis binası, performansa
dayalı tasarım.
