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A. Balmus:
"Evaluation of five Single-Sided Natural Ventilation Calculation Methods";
Supervisor: A. Mahdavi, M. Schuss; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2017; final examination: 2017-11-22.

Natural ventilation is a frequently used principle and an efficient strategy when it comes to designing buildings with a lower cooling energy demand and improved indoor air quality. In the design phase of buildings, it is necessary to have information about the quantity of fresh air coming through the openings in the buildings envelope. As a result, many natural ventilation models for prediction of air change rate have been developed in the past years: analytical/empirical models, network models and Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. Although the last two can in principle offer more reliable predictions of natural ventilation, in an early phase of building design, analytical models can offer a quick and simple estimation of the air change rates without requiring extensive input information.
In the present thesis the air change rates estimated by five single-sided natural ventilation calculation methods are evaluated through full-scale measurements in a university building in Vienna, Austria. The measurements are made using the tracer gas technique with SF6 as tracer gas and considering different scenarios of window openings. Subsequently, the measured air change rates are compared with those obtained from the estimation methods in order to examine the models´ predictive performance. This validation study also makes it possible to investigate the sources of discrepancy between the measured and estimated air change rates in different settings with regard to window states and outside boundary conditions.
The results of the study shows that besides opening area, wind velocity and temperature difference, wind direction also has a significant effect on the air change rates, which is not captured in all models. Besides, in case of the models which consider opening area, the predictions are mainly more accurate for smaller openings. In general, it can be argued that three of the studied models provide estimations with good agreement with the measurements.

Die natürliche Lüftung ist ein häufig verwendetes Prinzip und eine effiziente Strategie wenn es um den Entwurf von der Gebäuden mit einem geringeren Verbrauch and Kühlenergie und einer verbesserten Raumluftqualität geht. In der Entwurfsphase von der Gebäuden müssen Informationen über die Menge an der Frischluft vorliegen, die durch die Öffnungen in der Gebäudehülle kommt. In den letzten Jahren wurden daher viele natürliche Lüftungsmodelle zur Vorhersage der Luftwechselrate entwickelt: analytische / empirische Modelle, Netzwerkmodelle und Verfahren der numerischen Strömungsmechanik (CFD). Obwohl die letzten beiden Prinzipien prinzipiell zuverlässigere Vorhersagen der natürlichen Belüftung liefern können, in einer frühen Bauphase können die analytische Modelle eine schnelle und einfache Abschätzung der Luftwechselraten ermöglichen, ohne die Notwendigkeit von der umfangreichen Eingabeinformationen.
In der vorliegenden Arbeit werden die durch fünf einseitige natürliche Lüftungsberechnungsverfahren geschätzten Luftwechselraten durch vollmaßstäbliche Messungen in einem Universitätsgebäude in Wien bewertet. Die Messungen werden mit der Tracergas-Technik mit SF6 als Tracergas und unter Berücksichtigung verschiedener Szenarien von Fensteröffnungen durchgeführt. Anschließend werden die gemessenen Luftwechselraten mit denen aus den Lüftungsberechnungsverfahren verglichen, um die Vorhersagekraft der Modelle zu untersuchen. Diese Validierungsstudie ermöglicht es auch, die Quellen der Diskrepanz zwischen den gemessenen und geschätzten Luftwechselraten in verschiedenen Einstellungen hinsichtlich Fensterzuständen und äußeren Randbedingungen zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass zusätzlich zu der Öffnungsfläche, der Windgeschwindigkeit und der Temperaturdifferenz auch die Windrichtung einen signifikanten Einfluss auf die Luftwechselraten hat, die nicht bei allen Modellen erfassen würde. Darüber hinaus, im Fall der Modelle die die Öffnungsfläche berücksichtigen, sind die Vorhersagen hauptsächlich für kleinere Öffnungen genauer. Im Allgemeinen, kann argumentiert werden, dass drei der untersuchten Modelle Schätzungen die gut mit den Messungen übereinstimmen liefern.

Natural ventilation, Single-sided ventilation, Air change rate, Calculation method, Tracer gas measurements

http://publik.tuwien.ac.at/files/publik_262645.pdf