Natural ventilation for office building retrofit in dense urban context under hot and humid climate Translated title: Ventilação natural na reabilitação de edifícios de escritórios em contexto urbano denso e clima quente e úmido

Abstract

Abstract Recent studies underline that simple and non-invasive retrofit solutions can recover natural ventilation potential in existing buildings under temperate climate. Nonetheless, the efficiency of these solutions in dense urban contexts under hot and humid climate remains unclear. This paper aims to evaluate the thermal comfort gains caused by natural ventilation when retrofitting an office building in downtown Rio de Janeiro. Computational Fluid Dynamics (CFD) and thermal simulations are carried out on Ansys CFX and Design builder to assess indoor air flow before and after retrofit. The diagnosis of the current scenario indicates that the surrounding buildings block a significant part of the wind flow, and occupants experience only a few hours of thermal comfort during the year, especially on lower floors. To increase indoor air flow, the fixed upper windows were transformed into pivot windows and kept open permanently. This measure increases the annual hours of thermal comfort by 0.5-35%, depending on the floor and the adaptive comfort model. These findings suggest that natural ventilation itself may not be sufficient to ensure occupants' comfort throughout the year under the investigated context.

Translated abstract

Resumo Estudos recentes evidenciam que soluções arquitetônicas simples e não invasivas possibilitam recuperar o potencial de ventilação natural na reabilitação de edifícios em clima temperado. No entanto, a eficiência destas soluções em meios urbanos densos e clima quente e úmido ainda não foi investigada. Este artigo objetiva avaliar os benefícios para o conforto térmico decorrente da ventilação natural na reabilitação de um edifício de escritórios situado no centro do Rio de Janeiro. Simulações computacionais térmicas e fluidodinâmicas (CFD) são realizadas com os softwares Design builder e Ansys CFX para avaliar a circulação internas dos ventos antes e após reabilitação. O diagnóstico do cenário atual indica que o entorno bloqueia uma parcela significativa dos ventos, comprometendo o conforto térmico na maior parte do ano, sobretudo nos andares mais baixos. Para aumentar a vazão de ar interna, as bandeirolas fixas foram transformadas em janelas pivotantes e mantidas abertas permanentemente. Esta medida aumenta em 0,5-35% as horas anuais de conforto térmico, a depender do pavimento e do modelo de conforto adaptativo, o que indica que a ventilação natural por si só não é suficiente para garantir o conforto térmico dos usuários por todo o ano no contexto em questão.