mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.3.349-357mgssuvest-208Research ArticleАрхитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрацияArchitecture and urban planning. Reconstruction and refurbishmentМетод расчета геометрических параметров конструкций атриума здания с учетом комфорта температурно-воздушного режимаMethod of calculation of geometrical parameters of building atrium structures considering the comfort of temperature and air regimehttps://orcid.org/0000-0002-7418-2084ТхамФам Тхи ХонгThamPham Thi Hong

Фам Тхи Хонг Тхам — преподаватель лаборатории строительной физики; аспирант кафедры архитектурно-строительного проектирования и физики окружающей среды

г. Хошимин, район 10, 14-й квартал, ул. Ли Тхыонг Киет, д. 268; 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Россия

Scopus: 57222268423, ResearcherID: rid21029

Pham Thi Hong Tham — lecturer at Laboratory of Building Physics, Faculty of Civil Engineering; postgraduate student of the Department of Architectural, Structural Design and Environmental Physics

268 Ly Thuong Kiet Street, District 10, Ho Chi Minh City; 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Scopus: 57222268423, ResearcherID: rid21029

ptham0825@gmai.comЗыонгДе ТайDuongDe Tai

Зыонг Де Тай — кандидат физико-математических наук, старший преподаватель кафедры базового проектирования

г. Хошимин, район Го Вап, 10-й квартал, ул. Нгуен Оан, д. 189

De Tai Duong — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, senior lecturer of the Department of Basic Design

189 Nguyen Oanh st., District Go Vap, Ho Chi Minh City

duongdetai@gmail.comСоловьевА. К.SolovyevA. K.

Алексей Кириллович Соловьев — доктор технических наук, профессор кафедры архитектурно-строительного проектирования и физики окружающей среды

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Aleksey K. Solovyev — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Architectural, Structural Design and Environmental Physics

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

kafedraarxitektury@yandex.ruТехнологический университет Хошимина; Вьетнамский национальный университет Хошимина; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)ВьетнамHo Chi Minh University of Technology (HCMUT); Vietnam National University Ho Chi Minh City (VNU-HCM); Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Viet NamУниверситет Тран Дай НгиаВьетнамTran Dai Nghia University (TDNU)Viet NamНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation202430032024193349357Copyright © Тхам Ф., Зыонг Д., Соловьев А.К., 20242024Тхам Ф., Зыонг Д., Соловьев А.К.Tham P., Duong D., Solovyev A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/208Введение

Введение. Рассматривается влияние атриума на температурную стратификацию при естественной вентиляции внутри помещений учебно-лабораторного корпуса Московского государственного строительного университета (МГСУ) с помощью натурных экспериментов. Целью исследования является разработка нового метода расчета геометрических параметров атриума здания с учетом комфорта его температурно-воздушного режима с применением решения разработанных базовых уравнений воздушного потока в сочетании с методами математического моделирования. Получена формула для определения расхода воздуха при естественном охлаждении в атриумах, анализа и проектирования системы естественной вентиляции в здании с атриумом с более чем двумя вытяжными отверстиями. На основании полученных результатов сделан вывод об оптимальной площади вытяжных и приточных проемов в здании атриума при различной его высоте. Эти данные могут иметь практическое применение при проектировании зданий с атриумами.

Материалы и методы

Материалы и методы. Использованы методы полуэмпирического исследования, методы простой линейной регрессии для установления корреляции между измеряемыми переменными температурой воздуха и высотой здания в атриуме с конкретными условиями, позволяющими определять температуру на любой высоте.

Результаты

Результаты. Разработана формула расчета площади вытяжных и приточных отверстий в связи с высотой атриума, установлено их влияние на тепловые характеристики конструкций зданий с атриумами.

Выводы

Выводы. Результаты исследования позволяют быстро и точно определить геометрические параметры для обеспечения снижения температуры воздуха в зданиях с атриумами. Это играет важную роль на начальном этапе проектирования.

Introduction

Introduction. The influence of atrium on temperature stratification under indoor natural ventilation of the teaching-laboratory building of the Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) with the help of full-scale experiments is considered. Based on this, the aim of the research is to develop a new method of calculating the optimal geometric parameters of a building atrium considering the comfort of its temperature-air regime by solving the developed basic airflow equations in combination with mathematical modelling methods. The formula for determining the air flow rate for natural ventilation in atriums, analyzing and designing a natural ventilation system in a building with an atrium with more than two ventilation outlets was derived. Based on the results obtained, a conclusion is made about the optimal area of exhaust and supply openings in an atrium building at different heights. These data may have practical application in the design of buildings with atriums.

Materials and methods

Materials and methods. Semi-empirical research methods were used. Simple linear regression methods were carried out to establish a correlation between the measured variables air temperature and building construction height in an atrium with specific conditions to determine the temperature at any height.

Results

Results. The formula for calculating the optimal area of inlet and outlet openings in connection with the atrium height and their influence on the thermal characteristics of the structures of buildings with atriums was developed.

Conclusions

Conclusions. The results of the research make it possible to quickly and accurately determine the geometric parameters to ensure the reduction of air temperature in buildings with atriums. This plays an important role in the initial design phase.

геометрические параметрытемпературная стратификациявысота атриуматепловые характеристикиконструкции атриумаэффект дымовой трубытепловой комфортестественная вентиляцияэффективность охлаждениярасход воздухаgeometrical parameterstemperature stratificationatrium heightthermal characteristicsatrium structuresstack effectthermal comfortnatural ventilationcooling efficiencyair flow rateАвторы выражают благодарность Национальному исследовательскому Московскому государственному строительному университету за оказание поддержки и предоставление необходимых ресурсов и времени для проведения исследования.The authors express their gratitude to the Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU) for providing support and providing the necessary resources and time to conduct the research.ReferencesHung W.Y., Chow W.K. A review on architectural aspects of atrium buildings // Architectural Science Review. 2001. Vol. 44. Issue 3. Pp. 285–295. DOI: 10.1080/00038628.2001.9697484Hung W.Y., Chow W.K. A review on architectural aspects of atrium buildings. Architectural Science Review. 2001; 44(3):285-295. DOI: 10.1080/00038628.2001.9697484Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014; 34:654-670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035Acred A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007Acred A., Hunt G. R Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: a dimensionless design approach. Building and Environment. 2014; 72:44-52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007Wang L., Huang Q., Zhang Q., Xu H., Yuen R.K.K. Role of atrium geometry in building energy consumption: the case of a fully air-conditioned enclosed atrium in Cold Climates, China // Energy and Buildings. 2017. Vol. 151. Pp. 228–241. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.06.064Wang L., Huang Q., Zhang Q., Xu H., Yuen R.K.K. Role of atrium geometry in building energy consumption: the case of a fully air-conditioned enclosed atrium in Cold Climates, China. Energy and Buildings. 2017; 151:228-241. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.06.064Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance. Energy and Buildings. 2013; 57:1-5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038Abdullah A.H., Wang F. Modelling thermal stratification in atrium using TAS program and verification of prediction results // International Journal of Integrated Engineering. 2009. Vol. 1. Issue 2. Pp. 79–93.Abdullah A.H., Wang F. Modelling thermal stratification in atrium using TAS program and verification of prediction results. International Journal of Integrated Engineering. 2009; 1(2):79-93.Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: an overview of natural ventilation effective designs. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014; 34:654-670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035Крашенинникова Т.С., Гришкова А.В. Анализ параметров микроклимата в здании с атриумом в заданных климатических условиях с использованием программы ANSYS FLUENT // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. № 4 (24). С. 46–61. DOI: 10.15593/2409-5125/2016.04.04.EDNUUZFAB.Krasheninnikova T., Grishkova A. Analysis of thermal environment in the atrium building under given conditions using the ANSYS fluent software. PNRPU Bulletin. Urban development. 2016; 4(24):46-61. DOI: 10.15593/2409-5125/2016.04.04. EDNUUZFAB.(rus.).Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания : учебное пособие. М. : АВОК-пресс, 2003. 192 c.Tabunshchikov Yu.A., Brodach M.M., Shil-kin N.V. Energy efficient buildings : manual. Moscow, AVOK-press, 2003; 192. (rus.).Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance. Energy and Buildings. 2013; 57:1-5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation. Building and Environment. 2003; 38(3):409-426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building. Energy and Buildings. 2009; 41(9):907-914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation. Building and Environment. 2003; 38(3):409-426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7Zhang M., Li N., Zhang E., Hou S., He D., Li J. Effect of atrium size on thermal buoyancy-driven ventilation of high-rise residential buildings: A CFD study // Proceedings — 6th International Symposium on Heating, Ventilating and Air Conditioning, ISHVAC. 2009. Vol. 2. Pp. 1240–1247.Zhang M., Li N., Zhang E., Hou S., He D., Li J. Effect of atrium size on thermal buoyancy-driven ventilation of high-rise residential buildings: A CFD study. Proceedings — 6th International Symposium on Heating, Ventilating and Air Conditioning, ISHVAC. 2009; 2:1240-1247.Moosavi L., Mahyuddin N., Ghafar N. Atrium cooling performance in a low energy office building in the Tropics, a field study // Building and Environment. 2015. Vol. 94. Pp. 384–394. DOI: 10.1016/j.buildenv.2015.06.020Moosavi L., Mahyuddin N., Ghafar N. Atrium cooling performance in a low energy office building in the Tropics, a field study. Building and Environment. 2015; 94:384-394. DOI: 10.1016/j.buildenv.2015.06.020Andrew A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007Andrew A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: a dimensionless design approach. Building and Environment. 2014; 72:44-52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007Li C., Zhang Z., Zhang J., Ji Q. The temperature stratification measurement and simulation in atrium of Wuhan Station // 2011 International Conference on Multimedia Technology. 2011. DOI: 10.1109/ICMT.2011.6003151Li C., Zhang Z., Zhang J., Ji Q. The temperature stratification measurement and simulation in atrium of Wuhan Station. 2011 International Conference on Multimedia Technology. 2011. DOI: 10.1109/ICMT.2011.6003151Laouadi A., Atif M.R., Galasiu A. Towards developing skylight design tools for thermal and energy performance of atriums in cold climates // Building and Environment. 2002. Vol. 37. Issue 12. Pp. 1289–1316. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00008-2Laouadi A., Atif M.R., Galasiu A. Towards developing skylight design tools for thermal and energy performance of atriums in cold climates. Building and Environment. 2002; 37(12):1289-1316. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00008-2Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building. Energy and Buildings. 2009; 41(9):907-914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002Ji Y., Xu M., Zhang T., He Y. Intelligent parametric optimization of building atrium design: a case study for a sustainable and comfortable environment // Sustainability. 2023. Vol. 15. Issue 5. P. 4362. DOI: 10.3390/su15054362Ji Y., Xu M., Zhang T., He Y. Intelligent parametric optimization of building atrium design: a case study for a sustainable and comfortable environment. Sustainability. 2023; 15(5):4362. DOI: 10.3390/su15054362Фам Тхи Хонг Тхам, Соловьев А.К., Корнеев С.С. A field study on effects of openings on thermal performance of natural cooling efficiency for atrium buildings // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 2. С. 149–158. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48167896 DOI: 10.22227/1997-0935.2022.2.149-158Hong-Tham T. Pham, Solovyev A.K., Korneev S.S. A field study on effects of openings on thermal performance of natural cooling efficiency for atrium buildings. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(2):149-158. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48167896 DOI: 10.22227/1997-0935.2022.2.149-158 (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.