HVAC & IAQ article summary

  ( h ttp ://w ww.a cce ssscie nce .c o m .e zp ro xy2 .lib ra ry .d re xe l. e du/) H id e N atu ra l  v e ntila tio n fo r b uild in gs A rtic le  b y:

B atta glia , F ra ncin e  D epartm ent o f M ech anic a l E ngin eerin g, V ir g in ia  P oly te ch nic  In stitu te  a nd S ta te  U niv e rs ity , B la cksb urg , V ir g in ia . P asse, U lr ik e  D epartm ent o f A rc h ite ctu re , C olle ge o f D esig n, Io w a S ta te  U niv e rs ity , A m es, Io w a. L ast u pdate d: 2 016 D OI: h ttp s://d oi­ o rg .e zp ro xy2 .lib ra ry .d re xe l.e du/1 0.1 036/1 097­8 542.Y B150704   ( h ttp s://d oi­ o rg .e zp ro xy2 .lib ra ry .d re xe l.e du/1 0.1 036/1 097­ 8 542.Y B150704) C onte nt W hat is  n atu ra l  v entila tio n, a nd w hy u se it ?

V entila tio n p rin cip le s S patia l  c om posit io n B uild in g d esig n s tr a te gie s T o ols  a nd n um eric al  m odels B enefit s A ddit io nal  R eadin gs V en tila tio n is  a  w ay t o  in tro duce f re sh  a ir  in to  a  r o om  a n d s im ult a n eo usly  e xtra ct w arm , s ta le , p ollu te d , o r o doro us a ir .   N atu ra l  v e ntila tio n h as b eco m e a n im porta nt c o nsid era tio n a s w e s e ek w ays to  im pro ve  in door a ir  q ualit y ( c le an a ir ) in  b uild in gs. T he e nerg y r e quir e d to  c o ol  a nd v e ntila te  b uild in gs c o ntin ues to  in cre ase , a lo ng w it h  a sso cia te d c o sts  a nd th e b uild in g c a rb on fo otp rin t. N atu ra l  v e ntila tio n c a n b e u tiliz e d to  d ecre ase  th e a m ount o f e nerg y n eeded to c o ndit io n b uild in gs, a nd d elv in g in to  th e p ast fe w  c e ntu rie s, w e fin d b uild in gs d esig ned s p ecif ic a lly  to  e xp lo it  n atu ra l v e ntila tio n. H is to ric a l  e xa m ple s in clu de th e P alla dia n v illa s ( Ita ly ), th e c o rb elle d d om ed r o ofs  o f th e H arra n h ouse s ( T urk e y), a nd th e w in d c a tc h ers  o f Y a zd  ( Ir a n). T hre e e xtr a ord in ary  a nd fa m ous tw entie th ­c e ntu ry  h ouse s th at u tiliz e  n atu ra l v e ntila tio n s tr a te gie s a re  th e H ow  H ouse  ( L os A ngele s, C A), th e A ff le ck H ouse  ( B lo om fie ld , M I) , a nd th e E sh eric k H ouse ( C hestn ut H ill,  P A ). T o  r e duce  e nerg y r e quir e m ents  a nd c o sts  to  v e ntila te  b uild in gs a nd p ro vid e th erm al  c o m fo rt ( h ow h um ans p erc e iv e  c o m fo rt) , th ese  h is to ric a l  b uild in gs c a n s e rv e  a s a  b asis  fo r fu tu re  d esig ns.

W hat is  n atu ra l v en tila tio n, a n d w hy u se it ?

V entila tio n is  d ependent o n th e m otio n o f a ir , w hic h  c a n a ls o  a cco m pany h eat tr a nsfe r. C onve ctio n is  a  fo rm  o f e nerg y t r a nsfe r d ue to  b oth  m ole cu la r m otio n a nd b ulk  m otio n ( a dve ctio n). T he o ccu rre nce  o f a  te m pera tu re  g ra die nt in  a ddit io n to f lu id  m otio n is  c o nve ctiv e  h eat tr a nsfe r. W hen th e flo w  is  a  r e su lt  o f a n e xte rn al  s o urc e , s u ch  a s a  fa n o r a tm osp heric  w in d, t h e h eat tr a nsfe r is  c la ssif ie d a s fo rc e d c o nve ctio n. N atu ra l  ( o r fr e e) c o nve ctio n o ccu rs  w hen te m pera tu re  d if f e re nce s in  th e f lu id  c a use  d ensit y  d if f e re nce s, c re atin g a  b uoya ncy­d riv e n flo w . If th e b uoya ncy fo rc e  is  d om in ant, a  s tr o nger u pw ard  flo w i s  p ro duce d a s h ot a ir  r is e s a nd c o ld  a ir  d esce nds, fo rm in g c o nve ctio n c u rre nts . T here fo re , n atu ra l  v e ntila tio n is  a  m eans to p assiv e ly  c o ol  o r h eat a  r o om  b y c ir c u la tin g a ir  w it h out r e quir in g m ech anic a l  s yste m s. T he r e su lt in g e ff e ct m ove s th e a ir  in a  r e gio n a nd a ssis ts  w it h  r e m ovin g h eat a nd h um id it y , a nd e xch angin g a ir .  S ee a ls o :  B uoyan cy ( /c o nte n t/b uoyan cy/0 99500) ;   C onvectio n ( h eat)   ( /c o nte n t/c o nvectio n­h eat/1 60000) ;   H eat t ra n sfe r   ( /c o nte n t/h eat­ t ra n sfe r/3 111 00) N atu ra l  v e ntila tio n is  e ff e ctiv e  in  im pro vin g a ir  q ualit y , p ro vid in g th erm al  c o m fo rt, a nd r e ducin g e nerg y c o nsu m ptio n w hen u tiliz e d p ro perly . In  th e U nit e d S ta te s, r is in g p ric e s o f n atu ra l  g as a nd e le ctr ic it y , a nd c o nce rn s a bout th e d eple tio n o f v a lu able  n atu ra l  r e so urc e s, m otiv a te  r e se arc h  to  e xp lo re  h ow  s o cie ty  u se s e nerg y. M ore  th an 7 0%  o f th e e nerg y u se d in t h e U nit e d S ta te s is  c o nsu m ed b y h om es, b usin esse s, s ch ools , a nd in dustr ie s. O ne a ppro ach  to  a ddre ssin g e nerg y c o nce rn s is  th e d eve lo pm ent o f a lt e rn ativ e  fu els , w hic h  s till  r e quir e s r e so urc e s. H ow eve r, if  a tte ntio n is  tu rn ed to a rc h it e ctu ra l  b uild in g d esig n, s tr a te gie s c a n b e d eve lo ped to  u tiliz e  th e b uild in g s tr u ctu re  to  p ro vid e th erm al  c o m fo rt.

I d eally , if  n atu ra l  v e ntila tio n c o uld  a ch ie ve  th e s a m e e nvir o nm ent a s m ech anic a l  h eatin g, v e ntila tio n, a nd a ir  c o ndit io nin g ( H VA C ) s yste m s, th en b uild in g d esig ns u sin g n atu ra l  v e ntila tio n w ould  n ot c o nsu m e n atu ra l  g as a nd e le ctr ic it y  fo r e nerg y n eeds to  v e ntila te  a nd c o ndit io n th e in door e nvir o nm ent. A  m ajo r b enefit  o f n atu ra l  v e ntila tio n is  th at it  is  a  fr e e r e so urc e t h at w e c a n u se  w it h out h arm in g th e e nvir o nm ent.  S ee a ls o :  A ir  c o ndit io nin g   ( /c o nte n t/a ir ­c o ndit io nin g/0 17000) ; H eatin g s yste m   ( /c o nte n t/h eatin g­s yste m /7 57298) ;   V en tila tio n   ( /c o nte n t/v en tila tio n/7 29900) T he u se  o f n atu ra l  d riv in g fo rc e s is  a n u nderu tiliz e d d esig n s tr a te gy to  c o ntr o l  th e in door e nvir o nm ent. A ir  m ove m ent is a ch ie ve d w hen th ere  a re  p re ssu re  d if f e re nce s o r te m pera tu re  d if f e re nce s. F or in sta nce , o penin g a  w in dow  c re ate s a p re ssu re  d if f e re nce  b etw een th e in te rio r a nd e xte rio r o f a  b uild in g. E ve n if  th e a ir  te m pera tu re  is  th e s a m e b etw een th e tw o e nvir o nm ents , a ir  c a n s till  m ove , a  p henom enon k n ow n a s s in gle ­s id ed v e ntila tio n. O penin g tw o w in dow s c a n e nhance  a ir m ove m ent, a nd th e c a se  o f o pposin g o pen w in dow s is  k n ow n a s c ro ss v e ntila tio n. In  c ro ss v e ntila tio n, th e p re ssu re d if f e re nce  is  o fte n c re ate d b y w in d. A  h ig her p re ssu re  o n th e w in dw ard  s id e o f th e b uild in g a nd a  lo w er p re ssu re  o n th e l e ew ard  s id e d riv e  th e a ir flo w  fr o m  w in dw ard  to  le ew ard . A  te m pera tu re  d if f e re nce  b etw een th e in door a nd o utd oor e nvir o nm ent c re ate s a  p re ssu re  d if f e re nce , a nd a ir  v e ntila te s th ro ugh a n o penin g, w here  s u ch  b uoya ncy­d riv e n flo w  is c a lle d th e s ta ck e ff e ct. M ost flo w s a re  a  c o m bin atio n o f b uoya ncy­d riv e n a nd w in d­d riv e n e ff e cts  ( F ig . 1 ) .  S ee a ls o : P re ssu re   ( /c o nte n t/p re ssu re /5 43500) ;   T e m pera tu re   ( /c o nte n t/t e m pera tu re /6 83500) T a b le  1  ­  In door t h erm al c o m fo rt c o ndit io ns O utd oor a ir  t e m pera tu re 1 0°C  ( 5 0°F ) 3 3.5 °C  ( 9 2.3 °F ) L ow er lim it U pper lim it L ow er lim it U pper lim it 9 0%  a cce pta ble 1 7.5 °C  ( 6 3.5 °F ) 2 3.5 °C  ( 7 4.3 °F ) 2 3°C  ( 7 3.4 °F ) 3 0.5 °C  ( 8 6.9 °F ) 8 0%  a cce pta ble 1 8.5 °C  ( 6 5.3 °F ) 2 4.5 °C  ( 7 6.1 °F ) 2 6°C  ( 7 8.8 °F ) 3 1°C  ( 8 7.8 °F ) U se d w ith  p erm is sio n fr o m  A SH RAE S ta ndard  5 5­2 013, c o pyrig ht ©  A SH RAE ( w ww.a sh ra e.o rg ), 2 013. V en tila tio n p rin cip le s F ig . 1   S ketc h o f c ro ss v entila tio n c om bin ed w it h  a  s ta ck a tr iu m  t o  in cre ase c ir c ula tio n. ( F ro m  U . P asse a nd F . B atta glia , D esig nin g S paces f o r N atu ra l V entila tio n: A n A rc hit e ct's  G uid e, R outle dge, T a ylo r &  F ra ncis , 2 015 ) * * O ne a sp ect o f n atu ra l  v e ntila tio n is  th at it  c a n c o uple  th e b uild in g d esig n a nd e nvir o nm enta l  fa cto rs  ( s u ch  a s w in d) to e xch ange s ta le  b uild in g a ir  w it h  fr e sh  a ir . In door a ir  q ualit y  ( a ls o  r e fe rre d to  a s in door e nvir o nm enta l  q ualit y ) a nd th erm al c o m fo rt a re  p re ssin g is su es b eca use , o n a ve ra ge, m ost A m eric a ns s p end a s m uch  a s 9 0%  o f th eir  tim e in doors , a cco rd in g t o  th e U .S . E nvir o nm enta l  P ro te ctio n A gency's  ( E PA 's ) r e port o n in door p ollu tio n to  th e U .S . C ongre ss in  1 989, w hic h  is  s till a  b ench m ark  s tu dy a lm ost 3 0 y e ars  la te r.

T here  a re  tw o g oals  w hen v e ntila tin g b uild in gs: p ro vid in g a  c o ole r e nvir o nm ent fo r o ccu pants , a nd e xch angin g a ir  to m ain ta in  a  h ealt h y in door e nvir o nm ent. C ool  a ir  c a n b e a ch ie ve d b y r e ducin g th e a ir  te m pera tu re  o r b y in cre asin g th e a ir m ove m ent to  in duce  e va pora tio n. T he e xch ange o f a ir  h elp s to  e lim in ate  p ollu ta nts  a nd v o la tile  o rg anic  c o m pounds, a nd to r e ple nis h  o xyg en. T here  h as b een g re at c o nce rn  fo r h ealt h  is su es, w it h  th e fo cu s s h if tin g fr o m  o utd oor to  in door p ollu tio n.

I t h as b een s h ow n th at v e ntila tio n r a te s lo w er th an 3 6 m / h  ( 1 271 ft / h ) c a n a dve rs e ly  a ff e ct o ccu pants , e sp ecia lly  c h ild re n a nd th e e ld erly .  S ee a ls o :  I n door a ir  p ollu tio n   ( /c o nte n t/in door­a ir ­p ollu tio n/7 57411 ) A  p ara m ete r to  in dic a te  q ualit y  v e ntila tio n is  th e a ir  c h ange r a te  ( A C H), d efin ed a s th e v o lu m e flo w  r a te  in to  a  r o om  d iv id ed b y th e r o om  v o lu m e. A C H s im ply  m eans th e m ove m ent o f a  v o lu m e o f a ir  in  a  1 ­h  p erio d. T o  m ain ta in  m in im um  a ir  q ualit y , t h e r e co m mended A C H is  1  to  2 , a nd to  r e m ove  h eat o r p ollu ta nts , A C H s h ould  r a nge fr o m  2  to  1 5. T he A m eric a n S ocie ty o f H eatin g, R efr ig era tin g, a nd A ir ­C ondit io nin g E ngin eers  ( A SH RAE) h as s e t fo rth  r e co m mendatio ns fo r th erm al  c o m fo rt ( T a b le  1 ) , p ro vid in g lo w er a nd u pper lim it s  a s a  fu nctio n o f o utd oor te m pera tu re . T herm al  c o m fo rt is  d ete rm in ed fr o m  th e c o ndit io ns in  w hic h  8 0%  o f th e o ccu pants  p erc e iv e  th at th e e nvir o nm ent is  a cce pta ble . If th e in door te m pera tu re s a re l o w er, 9 0%  o f th e o ccu pants  a re  s a tis fie d. A ir flo w  v e lo cit ie s a re  r e co m mended b ase d o n p erc e iv e d c o m fo rt le ve ls  w it h t e m pera tu re  c h anges ( T a b le  2 ) . T a b le  2  ­  A ccep ta b le  t e m pera tu re  in cre ase d ue t o  m ovin g a ir A ir  s peed, m /s  ( ft/s ) T e m pera tu re  in cre ase, ° C  ( ° F ) 0 .6  ( 2 .0 ) 1 .2  ( 2 .1 6) 0 .9  ( 3 .0 ) 1 .8  ( 3 .2 4) 1 .2  ( 3 .9 ) 2 .2  ( 3 .9 6) U se d w ith  p erm is sio n fr o m  A SH RAE S ta ndard  5 5­2 013, c o pyrig ht ©  A SH RAE ( w ww.a sh ra e.o rg ), 2 013. S patia l c o m posit io n T o  u tiliz e  n atu ra l  v e ntila tio n e ff e ctiv e ly , th e d esig n o f a  b uild in g m ust a llo w  a ir  to  flo w  fr e ely . S patia l  la yo ut c o nsid ers  h ow a re as a nd r o om s a re  in te rc o nnecte d in  a  b uild in g. T he u tiliz a tio n o f b uild in g s p ace  m ust b e c o nduciv e  to  d eve lo p p re ssu re d if f e re nce s fr o m  o ne e nd o f th e b uild in g to  th e o th er to  fa cilit a te  a ir flo w . T he a m ount o f flo w  c a n b e c o ntr o lle d b y th e s iz e a nd o rie nta tio n o f th e s p ace s. T hus, th e p rin cip le s o f n atu ra l  v e ntila tio n m ust b e c o nsid ere d in  th e d esig n o f th e b uild in g a nd n ot s im ply  b e a n a fte rth ought.

T hre e s p atia l  c o nce pts  th at e nhance  n atu ra l  v e ntila tio n a re  th e s ta ck e ff e ct, th e w in d c a tc h er, a nd c ro ss v e ntila tio n. A  ta ll s p ace  c a n a ct a s e it h er a  w in d c a tc h er o r a  s ta ck c h im ney, d ependin g o n th e p re ssu re  d if f e re nce . W hen th e a m bie nt p re ssu re  is  h ig her th an th e in te rio r b uild in g p re ssu re , th e v e rtic a l  s p ace  b ehave s lik e  a  w in d c a tc h er, d ra w in g a ir  d ow nw ard i n to  th e b uild in g. O th erw is e , w hen a m bie nt p re ssu re  is  lo w er th an th e in te rio r, a ir  m ove s u p th e s ta ck. T hese  s p atia l 3 3 * * a ttr ib ute s a re  fo und in  th e th re e p re vio usly  m entio ned “ b re ath in g” b uild in gs: th e H ow  H ouse  d esig ned b y R udolp h M .

S ch in dle r ( 1 925), th e A ff le ck H ouse  d esig ned b y F ra nk L lo yd  W rig ht ( 1 940), a nd th e E sh eric k H ouse  d esig ned b y L ouis  I.

K ahn ( 1 961).

B uild in g d esig n s tr a te g ie s S urv e ys h ave  s h ow n th at o ccu pants  h ave  a  p re fe re nce  fo r o pen w in dow s a nd n atu ra l  lig ht. C urre ntly , s o cie ty  r e adily  u se s H VA C  s yste m s to  c o ndit io n in te rio r e nvir o nm ents , w here by th e b uild in g to polo gy h as b een d eco uple d fr o m  th e H VA C r e quir e m ents  in  th e b uild in g d esig n. C ountle ss b eautif u l  b uild in gs w it h  e xce ssiv e  H VA C  r e quir e m ents  a re  w astin g e nerg y b eca use  it  is  n ot e asy o r e ff ic ie nt to  c o ndit io n th e in te rio r th erm ally .

N atu ra l  v e ntila tio n m ust b e in co rp ora te d in to  th e d esig n o f th e b uild in g a nd s h ould  b e a n im porta nt c o nsid era tio n a lo ngsid e t h e b uild in g e nve lo pe, e nerg y u se , o ccu pancy h abit s , h um an h ealt h , a nd c o m fo rt. P ro per u se  o f n atu ra l  v e ntila tio n w ill p ro vid e e nerg y a t n o c o st a nd w it h  n o a dve rs e  e nvir o nm enta l  e ff e cts . H ow eve r, b uild in gs th at u tiliz e  n atu ra l  v e ntila tio n m ust b e d esig ned d if f e re ntly , k e epin g in  m in d th at th eir  c o ntr o l  a nd o pera tio n a re  d if f e re nt fr o m  th at o f th ose  th at u se  tr a dit io nal H VA C  s yste m s. T he c a ve at is  k n ow in g w hen a nd h ow  o fte n to  o pen w in dow s, a nd th e a ppro pria te  s iz e s o f th e o penin gs. A c h alle nge is  th at n atu ra l  v e ntila tio n r e lie s o n e nvir o nm enta l  fa cto rs  s u ch  a s a tm osp heric  w in d a nd te m pera tu re , w hic h c h ange d aily . T hus, c o ntr o l  o f n atu ra l  v e ntila tio n b eco m es th e r e sp onsib ilit y  o f th e o ccu pants .

I n  th e d esig n o f b uild in gs th at u tiliz e  n atu ra l  v e ntila tio n, a rc h it e cts  e m plo y c e rta in  r u le s o f th um b b ase d o n r e co m mendatio ns b y th e C harte re d In stit u tio n o f B uild in gs S erv ic e s E ngin eers . T he r u le s o f th um b in clu de r e co m mendatio ns fo r c ro ss v e ntila tio n a nd s in gle ­s id ed v e ntila tio n. C ro ss v e ntila tio n is  e xp ecte d to  b e e ff e ctiv e  if  th e s p ace d epth ­to ­h eig ht r a tio  is  5 :1  w it h  a n u nre str ic te d flo w  p ath . F or s in gle ­s id ed v e ntila tio n w it h  o nly  o ne o penin g, th e d epth ­to ­ h eig ht r a tio  is  2 :1 , a nd fo r tw o o penin gs, th e r a tio  is  2 .5 :1 . W it h  in cre asin g flo or­to ­c e ilin g h eig ht, th e r o om  te m pera tu re s a re  m ore  s tr a tif ie d a nd p ollu ta nts  r is e  a bove  th e o ccu pie d s p ace .

I n tu it io n a nd e xp erie nce  h ave  b een th e d ecid in g fa cto rs  in  b uild in g d esig ns, b ut s o ftw are  to ols  a re  b ein g d eve lo ped a nd u se d to  a ssis t a rc h it e cts  a nd e ngin eers . T hese  to ols  c a n b e c o uple d w it h  w eath er d ata  to  p re dic t te m pera tu re  d is tr ib utio ns a nd a ir flo w  p atte rn s w it h in  a  b uild in g. S pecif ic  s ce nario s c a n b e c o nsid ere d s o  th at th e d esig ner c a n tr y  to  o ptim iz e  th e b est s p atia l  c o m posit io n a nd s p atia l  p rin cip le s to  c re ate  a  w ell­ fu nctio nin g, n atu ra lly  v e ntila tin g b uild in g.

T o ols  a n d n um eric al m odels T he U .S . E nvir o nm enta l  P ro te ctio n A gency h as c re ate d to ols  to  a ssis t d esig ners  a nd p ro vid e g uid ance  fo r in door a ir  q ualit y w it h  th e c o nstr u ctio n o f n ew  b uild in gs. O ne to ol  is  th e In door A ir  Q ualit y  B uild in g E duca tio n a nd A sse ssm ent M odel  ( I­ B EAM ), a nd a noth er p opula r to ol  is  In door a ir P LU S. T here  a re  a ls o  to ols  th at h elp  d ete rm in e th erm al  c o m fo rt o f th e b uild in g o ccu pants . S oftw are  to ols  a ls o  e xis t th at e va lu ate  e nerg y r e quir e m ents  to  m ain ta in  a  c o m fo rta ble  b uild in g e nvir o nm ent. T he U .S . D epartm ent o f E nerg y d eve lo ped E nerg yP lu s, w hic h  p ro vid es in fo rm atio n r e la te d to  e nerg y c o nsu m ptio n o f a  b uild in g, a nd th e N atio nal  In stit u te  o f S ta ndard s a nd T e ch nolo gy ( N IS T) to ol  is  C O NTA M , w hic h  p ro vid es a ir  q ualit y , in clu din g th e tr a nsp ort o f c o nta m in ants . A noth er to ol  d eve lo ped b y N IS T is  L oopD A, w hic h  c a n d ete rm in e th e s iz e s o f n atu ra l  v e ntila tio n o penin gs. T hese  to ols  a re  v e ry  u se fu l  to  p ro vid e g uid elin es fo r d esig nin g b uild in gs a s w ell  a s a naly ze  e xis tin g b uild in gs s o  th at im pro ve m ents  c a n b e m ade to  r e duce  e nerg y c o sts .

V entila tio n c a n b e a sse sse d u sin g e xp erim enta l  m eth ods s u ch  a s w in d tu nnel  a nd fie ld  m easu re m ents , e m pir ic a l  a nd a naly tic a l  m eth ods, m ult iz o ne a nd z o nal  m eth ods, a nd c o m puta tio nal  flu id  d yn am ic s ( C FD ). E xp erim ents  c a n b e c o stly  d ue t o  e quip m ent a nd r e so urc e  r e quir e m ents . E m pir ic a l  m odels  u se  e xp erim enta l  d ata  to  d eve lo p s im ple  r e la tio nsh ip s.

A naly tic a l  m odels  a re  d eve lo ped b y s im plif y in g e quatio ns th at g ove rn  th e m otio n o f m ass, m om entu m , a nd e nerg y. A  m ore i n clu siv e  a nd p ow erfu l  to ol  is  C FD , w hic h  c a n p re dic t p re ssu re , te m pera tu re , a nd flu id  m otio n, a s w ell  a s p ro vid e a  w ay to v is u aliz e  a ir flo w . E xa m ple s o f C FD  c o m pute r p ro gra m  to ols  in clu de A N SYS F lu ent, C FX, a nd O penF O AM .  S ee a ls o : C om puta tio nal f lu id  d yn am ic s   ( /c o nte n t/c o m puta tio nal­ flu id ­d yn am ic s/7 57259) ;   W in d t u nnel   ( /c o nte n t/w in d­ t u nnel/7 46800) A  m odel  o f th e E sh eric k H ouse  w as s im ula te d u sin g F lu ent. U niq ue fe atu re s o f th e h ouse  a re  th e w in dow s a nd w ooden s h utte rs , w here by th e s h utte rs  h elp  c o ntr o l  a ir flo w  ( F ig . 2 ) . T he fr o nt o f th e h ouse  h as s m all  w in dow s, w hile  th e r e ar s id e h as la rg er w in dow s. D if f e re nt s ce nario s w ere  s im ula te d u sin g C FD  fo r c o olin g ( F ig . 3 ) , a ssu m in g th e fr o nt s h utte rs  a nd b alc o ny d oors  w ere  o pen. S im ula tio ns n ot o nly  p re dic t te m pera tu re  c h anges th ro ugh th e h ouse , b ut h ow  w in d is  e ntr a in ed a nd m ove s th ro ugh th e o pen flo or la yo ut. C FD  c a n b e u se d to  p re dic t a nd v is u aliz e  m any s ce nario s u sin g a  th re e­ d im ensio nal  b lu eprin t o f a  b uild in g to  d ete rm in e e ff e ctiv e  v e ntila tio n.

F ig . 2   F ro nt v ie w  o f t h e E sheric k H ouse w it h  s hutte rs  c lo sed. [ P hoto gra ph b y S m allb ones ( p ublic  d om ain ) v ia  W ik im edia C om mons ] B en efit s V entila tin g b uild in gs u sin g n atu ra l  d riv in g fo rc e s is  a  c o m ple x b ut w orth w hile  e ndeavo r. T he p ush  fo r g re en d esig n s tr a te gie s to  s a ve  e nerg y a nd n atu ra l  r e so urc e s s u pports  th e u se  o f n atu ra l  v e ntila tio n in  fu tu re  a rc h it e ctu ra l  d esig ns. It is w orth  n otin g th at e ve n H VA C  s yste m s h ave  th eir  d ra w backs. A lt h ough th erm osta ts  c a n b e p ro gra m med to  c o ntr o l  in te rio r h eatin g a nd c o olin g, o ccu pants  a re  n ot n ece ssa rily  s a tis fie d w it h  th e th erm al  c o m fo rt, a nd th ey m ay fe el  th at th e e nvir o nm ent is  d ra fty  o r s tu ff y , to o c o ld  o r to o h ot. N atu ra l  v e ntila tio n is  a n e co nom ic a l  w ay to  p ro vid e d esir a ble  fr e sh  ( c o ol) a ir , a lb eit  c o ntr o lle d b y th e o ccu pants . B earin g in  m in d th e p ro s a nd c o ns, n atu ra l  v e ntila tio n h as g re at p ote ntia l  to  b e a s ta ndard  in co rp ora te d in to  n ew  c o nstr u ctio n to  c re ate  a  n ew  g enera tio n o f h ealt h y, e nerg y­e ff ic ie nt b uild in gs. F ra ncin e B atta glia U lr ik e P asse A ddit io nal R ead in gs F ig . 3   C FD  s im ula tio ns o f t h e E sheric k H ouse, s how in g t e m pera tu re  d is tr ib utio n ( c olo r) a nd a ir flo w  p atte rn s ( w hit e  lin es).  T =  t e m pera tu re .  T ( ° F ) =  1 .8   T ( ° C ) +  3 2. ( I m age c ourte sy o f P . J . S to akes, S im ula tio n o f A ir flo w  a nd H eat T ra nsfe r in  B uild in gs, M .S . t h esis , V ir g in ia  T e ch, B la cksburg , V A , 2 009 ) A m eric a n S ocie ty  o f H eatin g, R efr ig era tin g, a nd A ir ­C ondit io nin g E ngin eers  ( A SH RAE),  A SH RAE S ta ndard  5 5­2 013: T herm al  E nvir o nm enta l  C ondit io ns fo r H um an O ccu pancy ,  A tla nta , G A, 2 013 D . E th erid ge,  N atu ra l  V entila tio n o f B uild in gs: T heory , M easu re m ent a nd D esig n ,  W ile y, 2 012 D . E th erid ge a nd M . S andberg ,  B uild in g V entila tio n: T heory  a nd M easu re m ent ,  W ile y, 1 996 U . P asse  a nd F . B atta glia ,  D esig nin g S pace s fo r N atu ra l  V entila tio n: A n A rc h it e ct's  G uid e ,  R outle dge, T a ylo r &  F ra ncis , 2 015 P . J . S to ake s,  S im ula tio n o f A ir flo w  a nd H eat T ra nsfe r in  B uild in gs ,  M .S . th esis , V ir g in ia  T e ch , B la cksb urg , V A , 2 009 B re ath in g B uild in gs   ( h ttp ://w ww.b re ath in gbuild in gs.c o m /h om e) M assa ch use tts  In stit u te  o f T e ch nolo gy: C oolV ent   ( h ttp ://c o olv e nt.m it .e du) U niv e rs it y  o f C alif o rn ia –B erk e le y, C ente r fo r th e B uilt  E nvir o nm ent: C BE T herm al  C om fo rt T o ol ( h ttp ://w ww.c b e.b erk e le y.e du/r e se arc h /th erm al­ to ol. h tm ) U niv e rs it y  o f S id ney, P ro fe sso r R ic h ard  d e D ear: H um an H eat B ala nce  ( c a lc u la to r)   ( h ttp ://w eb.a rc h .u syd .e du.a u/~ rd edear) U .S . E PA : A n O ff ic e  B uild in g O ccu pants  G uid e to  In door A ir  Q ualit y : W hy is  In door A ir  Q ualit y  Im porta nt?

( h ttp ://w ww.e pa.g ov/in door­a ir ­q ualit y ­ia q/o ff ic e ­b uild in g­o ccu pants ­g uid e­in door­a ir ­q ualit y # w hy­in door)