Earth Architecture - Improving Living Conditions for Rural-Low Income Housing - Self Build With Earth

March 22, 2018 | Author: Atishay Jain | Category: Brick, Masonry, Window, Hemp, Cement
Share Embed Donate


Short Description

Descripción: Housing is a very important sector having enormous potential for saving energy and carbon emissions. With 3...

Description

 

 II 

 

 

 

ABSTRACT 

 

 

 

 

  Housing is a very important sector having enormous poten al for saving energy and carbon emissions. With 32% of the  people below the interna onal poverty line and 70% of the people below a wage of 2$ per day, there is an enormous  lack of  sound housing in India. Prac ces in recent years is seeing a huge shi  from vernacular to the use of modern materials argued on basis of be er durability and be er indoor performance compared to natural materials.  This research  inves gates the applica on of various natural materials, specifically earth within rural housing. It tries to improve living  condi ons  in  current  built  form  by  using  passive  design  strategies,  u lising  various  building  simula on  tools  and  knowledge from tradi onal prac ces.  It also looks into the benefits of using environmental friendly natural materials to  that of conven onal ones.  This study was carried out at the Architectural Associa on School of Architecture, London, UK in 2012.   

 III 

 

 IV 

 

 

 

 

 

 

ACKNOWLEDGEMENT    I wish to thank my family for their uncondi onal support during the tenure of this disserta on.  I would especially like to thank my tutor, Dr. Rosa Schiano-Phan for providing con nuous guidance and support throughout the process of this study.  I would like to thank the course director, Dr. Simos Yannas, for providing integral and valuable insights.   Special thanks and acknowledgment to Architect Vasant & Revathi Kamanth and Dhunas Ali for providing and gran ng  access to their residence, informa on and literature for the fieldwork studies. I’d like to thank Humberto M. and Jose  Luis B. for there insights and for collabora ng during group work. Finally, thanks to my colleagues, friends and all tutors  for their valued comments, guidance and reviews towards my research study.  

 V 

 

 VI 

 

TABLE OF CONTENTS    CHAPTER 1  1_SCENARIO……………………………………………………………………………………………………………….…………………… 

01  

 

1.1 

Introduc on………………………………………………………………………………………………………………………….. 

03 

1.2   

Popula on below the Poverty Line………………………………………………………………………………………..  

03 

1.3   

Rural Living Condi ons………………………………………………………………………………………………………….   

03 

1.4   

Current Approach to Housing……………………………………………………………………………………………….. 

04 

1.5   

Classifica on of Houses………………………………………………………………………………………………………… 

05 

1.6   

Housing Shortage………………………………………………………………………………………………………………….  

05 

1.7

‘INDIRA AWAAS YOJNA’…………………………………………………………………………………………………………  

06 

1.8   

Shi  from ‘Kutcha’ to ‘Pakka’………………………………………………………………………………………………..

07 

1.9   

Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………. 

08 

    CHAPTER 2  2_ NATURAL MATERIALS……………………………………………………………………………………………………………… 

11  

 

 

2.1   

Environmental Impacts of Conven onal Materials……………………………………………………………….. 

13 

2.2   

Life Cycle of Materials…………………………………………………………………………………………………………… 

14 

2.3  

 Embodied Energy and Embodied Carbon…………………………………………………………………………….. 

14 

2.4  

 Embodied Energy and Carbon Assessment…………………………………………………………………………...  

16 

2.5   

Thermal Performance…………………………………………………………………………………………………………… 

17 

2.6   

Thermal Capacity………………………………………………………………………………………………………………….. 

18 

2.7  

Environmental Impact of Building Tech. in Kutch Distrct, Gujrat, India (NW region of India)...  

18 

2.8   

Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………. 

20 

 

  CHAPTER 3  3_CLIMATE ANALYSIS………………………………………………………………………………………………………………….. 

23  

 

3.1  

Clima c Zone and Loca on…………………………………………………………………………………………………… 

25 

 

3.2  

Temperature and Season Varia ons……………………………………………………………………………………… 

25 

 

3.3 

Wind Studies………………………………………………………………………………………………………………………… 

28 

 

3.4  

Ven la ve Cooling……………………………………………………………………………………………………………….. 

28 

 

3.5  

Global Horizontal Radia on………………………………………………………………………………………………….. 

30 

 

3.6 

Temporal Distribu on of Global Horizontal Irradiance and Solar Bins………………………………….. 

30 

 

3.7  

Daylight Hours in a Year………………………………………………………………………………………………………… 

31 

 

3.8  

Ligh ng Levels……………………………………………………………………………………………………………………… 

31 

 

3.9  

Temperature Swings…………………………………………………………………………………………………………….. 

32 

 

3.10  

Ground Temperature……………………………………………………………………………………………………………. 

32 

 

 

       VII 

 

 

 VIII 

 

CHAPTER 4  4_COMFORT ZONE AND MEANS TO ACHIEVE IT PASSIVELY………………………………………………………… 

35  

 

4.1 

Comfort Band……………………………………………………………………………………………………………………….. 

37 

 

4.2 

Shading…………………………………………………………………………………………………………………………………. 

39 

 

4.3 

Thermal Mass……………………………………………………………………………………………………………………….. 

39 

 

4.4 

Night Time Ven la on…………………………………………………………………………………………………………… 

39 

 

4.5 

Physiological Cooling……………………………………………………………………………………………………………… 

40 

 

4.6 

Evapora ve Cooling…………………………………………………………………………………………………..………….. 

40 

 

4.7 

Dynamic Earth Contact Building: Poten al Heat Sink .…………………………………………………………… 

41 

 

4.8 

Cooled Soil as a Cooling Source…………………………………………………………………………………………….. 

42 

 

 

CHAPTER 5  5_PRECEDENT……………………………………………………………………………………………………………………………….. 

45  

 

5.1 

Genesis Centre……………………………………………………………………………………………………………………… 

47 

 

5.2 

Courtyard House…………………………………………………………………………………………………………………… 

55 

 

 

 

CHAPTER 6  6_FIELDWORK…………………………………………………………………………………………………………………………….…. 

61  

 

6.1 

CAT-WISE Auditorium…………………………………………………………………………………………………………… 

63 

 

6.2 

Kamath House………………………………………………………………………………………………………………………. 

71 

 

6.3 

‘BHUNGA’ Architecture…………………………………………………………………………………………………………. 

85 

 

CHAPTER 7  7_ANALYTICAL WORK…………………………………………………………………………………………………………...……… 

93  

 

7.1 

Introduc on………………………………………………………………………………………………………………………….. 

95 

 

7.2 

Flow Chart…………………………………………………………………………………………………………………………….. 

96 

 

7.3 

Basic Principles Applied to Design and for Modelling in  TAS for NW Region of India……………. 

97 

 

7.4 

Model Inputs………………………………………………………………………………………………………………………… 

98 

 

7.5 

Vernacular VS New CSEB Structures……………………………………………………………………………………… 

100 

 

7.6 

Interven ons………………………………………………………………………………………………………………………… 

103 

 

CHAPTER 8  8_CONCLUSION AND FUTURE RESEARCH...………………………………………………………………………………….. 

119  

 

8.1 

Conclusion...………………………………………………………………………………………………………………………….. 

121 

 

8.2 

Future Research…………………………………………………………………………………………………………………….. 

123 

REFERENCES & BIBLIOGRAPHY……………………………………………………………………………………………………… 

125 

APPENDIX……………………………………………………………………………………………………………………………………… 

129 

 

Appendix A_ Natural Materials……………………………………………………………………………………………………….…… 

131 

 

Appendix B_Clima c Analysis……………………………………………………………………………………………………….……… 

145 

 

Appendix C_Comfort Zone and Means to achieve it passively…………………………………………………….……….. 

149 

 

Appendix D_Fieldwork…………………………………………………………………………………………………………….………….. 

151 

 

Appendix E_Analy cal Work………………………………………………………………………………………………….……………. 

159 

 

   

 IX 

 

 

LIST OF FIGURES  Figure 1.1_    Figure 1.2_    Poverty Headcount $1.25 & $2 per day   Figure 1.3_    Percentage popula on living on less than $1.25/day    Figure 1.4_    World distribu on of earth architecture.   Figure 1.5_    Rural Rajasthan Family House   Figure 1.6_    Structure in ‘Khuri’ Village  Figure 1.7_    Cluster of houses in Rajasthan  Figure 1.8_    Temporary ‘kutcha’ house  Figure 1.9_    Embodied energy in various types of wall construc on materials.   Figure 1.10_  Carbon emissions of various types of wall construc on materials.   

Figure 2.1_     Figure 2.2_     World per capita produc on of steel and cement.  Figure 2.3_     Carbon emissions of various types of bricks/blocks.  Figure 2.4_     Materials life-cycle and emissions.  Figure 2.5_     Industries distribu on schemes.  Figure 2.6_     Typical life carbon.  Figure 2.7_     Contemporary scenarios of opera onal and embodied carbon according to use.  Figure 2.8_     Future scenarios of opera onal and embodied carbon according to use.  Figure 2.9_     Embodied carbon and energy—cradle to gate.  Figure 2.10_   Compara ve graph of U-values based on average densi es and wall thickness.  Figure 2.11_   Compara ve graph showing thermal capacity for different materials.  Figure 2.12_   Graph Showing Total Energy consump on for const. and maintenance for different building technology.  Kutch District,            Gujrat, India.    Figure 2.13_   Graph Showing Total NRE and RE including transporta on for different building technology. Kutch District, Gujrat, India.    Figure 2.14_   Graph Showing CO2 emissions for construc on and maintenance including transport for different building technology.            Kutch District, Gujrat, India.    Figure 2.15_   Graph Showing Water Consump on in lt/m2 for different building technology.  Kutch District, Gujrat, India.    Figure 2.16_   Rammed earth process   

Figure 3.1_World Climate Map  Figure 3.2_     Loca on of India   Figure 3.3_     Clima c Zones in India   Figure 3.4_     Graphical representa on of the monthly average temperature range with dis nct seasonal classifica on.  Figure 3.5_     Rela ve Humidity  Figure 3.6_     Year round hours and direc on of prevailing winds  Figure 3.7_     Hours and Direc on of winds  Figure 3.8_     Monthly Wind Speeds  Figure 3.9_     January Winds 

 

 X 

 

Figure 3.10_   August Winds  Figure 3.11_   Monthly Global Horizontal Radia on and Cloud Cover  Figure 3.12_   Solar Radia on Frequency (Upper) & Temporal distribu on (Lower)  Figure 3.13_   Daily daylight hours  Figure 3.14_   Daylight availability curve  Figure 3.15_   Monthly min/mean/max temperature swings  Figure 3.16_   Ground temp. at 1m and 4m depth.   

Figure 4.1_ Graph showing yearly clima c condi ons overlaid with the adap ve comfort band  Figure 4.2_     Graph showing yearly clima c condi ons overlaid with the adap ve comfort band and strategies.  Figure 4.3_     Graph showing the Average Daily Incident Solar Radia on (Wh/m²) for all orienta ons for New Delhi   Figure 4.4_     Different earth-structure configura ons with different boundary interfaces  Figure 4.5_     DBT and soil temperatures of the treated (bo om) & untreated soil  Figure 4.6_     A layer of gravel blocks solar radia on away from the soil surface and reduces convec ve exchange.   

Figure 5.1_ Genesis centre entrance  Figure 5.2_     Earth Pavilion interior (Genesis Centre)  Figure 5.3_     Straw Pavilion (Genesis Centre)  Figure 5.4_     Glass Pavilion (Genesis Centre)  Figure 5.5_     Timber Pavilion (Genesis Centre)  Figure 5.6_     Clay Pavilion (Genesis Centre)  Figure 5.7_     Schema c plan of the Genesis Centre in Somerset  Figure 5.8_     Schema c Plan of the Genesis Centre highligh ng the earth pavilion.   Figure 5.9_     Rammed earth wall under construc on. (Genesis Centre)  Figure 5.10_   Cob blocks used on site (Genesis Centre)  Figure 5.11_   Massed cob wall under construc on (Genesis Centre)  Figure 5.13_   Earth Pavilion—Floor Plan (Genesis Centre)  Figure 5.14_   Earth Pavilion—Roof Plan.  (Genesis Centre)  Figure 5.15_   Rubble Roof (Genesis Centre)  Figure 5.15_   Rubble Roof (Genesis Centre)  Figure 5.16_   Rammed earth walls under construc on. (Genesis Centre)  Figure 5.17_   External Insula on: Wood waste Fibreboards (Genesis Centre)  Figure 5.18_   Detail of Glass Pavilion roof mee ng Earth Pavilion and Ven la on slots (Genesis Centre)  Figure 5.19_   Connec on between the roof and the cob wall. (Genesis Centre)  Figure 5.20_   Street façade of the courtyard house  Figure 5.21_   Courtyard residen al Units (Courtyard House)  Figure 5.22_   Courtyard house Interior (Courtyard House)  Figure 5.23_   Cooling Tower on West walls (Courtyard House)  Figure 5.24_   Transparent Roof on South (Courtyard House) 

 XI 

 

Figure 6.1_  Cat-wise premises   Figure 6.2_     Centre of alterna ve technologies, Wales Ins tute of Sustainable Educa on  Figure 6.3_     General Plan of Cat-Wise   Figure 6.4_     Sec on showing the buffer spaces and the interior of auditorium  Figure 6.5_     Sec on showing different loca on of the sensors  Figure 6.6_     Recorded temperatures and humidity on 25th and 26th of May  Figure 6.7_     Spot Measurements taken  on 245th and 26th of May  Figure 6.8_     Recorded temperatures from the installed sensors on South Wall  Figure 6.9_     Recorded temperatures from the installed sensors on North wall  Figure 6.10_   Upper Floor Living Room—Kamath House  Figure 6.11_   Main entrance to house (Kamath House)  Figure 6.12_   North east façade (Kamath House)  Figure 6.13_   Upper living room (Kamath House)  Figure 6.14_   Lower living room (Kamath House)  Figure 6.15_   Images showing adobe and stone  const. (Kamath House)  Figure 6.16_   Courtyard near lower living cum  dining  (Kamath House)  Figure 6.17_   Misters  installed in the courtyard  provide evapora ve cooling. (Kamath House)  Figure 6.18_   Images showing openings in upper  Living and staircase spaces (Kamath House)  Figure 6.19_   Green roof supported on bamboo—Crete and rough wood. (Kamath House)  Figure 6.20_   Sketch showing cross ven la on through the house. Small openings  at various levels reduce thermal         stra fica on. (Kamath House)  Figure 6.21_   Sketch showing sec on of house with various techniques and strategies incorporated into the hands of design of  the                            house (Kamath House)  Figure 6.22_   Upper floor plan (Kamath House)  Figure 6.23_   Lower floor plan. (Kamath House)  Figure 6.24_   Posi on of data logger in Upper   living room  (Kamath House)  Figure 6.25_   Posi on of data logger in Lower living room  (Kamath House)  Figure 6.26_   Posi on of data logger in Bed room (Kamath House)  Figure 6.28_   Graph showing temperature and rela ve humidity readings in the upper living room. (Kamath House)  Figure 6.29_   Graph showing temperature and rela ve humidity readings in the lower living room. (Kamath House)  Figure 6.30_   Graph showing temperature and rela ve humidity readings in the master bedroom. (Kamath House)  Figure 6.31_   Graph showing surface temperature measurements of the inner surface of an adobe wall oriented south    

        west. (Kamath House) 

Figure 6.32_   Graph showing spot measurement in various places of the house on 16th July’12. (Kamath House)  Figure 6.33_   Graph showing spot measurement in various places of the house on 16th July’12. (Kamath House)  Figure 6.34_   Sketch showing indoor surface temperature measurements in the Upper Living  Room. (Kamath House)  Figure 6.35_   Stone Slates  in Kamath House  Figure 6.36_   Graph showing spot surface temperature measurements of stone slate—covering roof surface taken on 16th July’12.                            (Kamath House)     

 XII 

 

Figure 6.37_  Stone wall in Kamath House  Figure 6.38_ Graph showing spot surface temperature measurement of stone wall taken on 16th July’12.   Figure 6.39_  Tradi onal ‘Bhunga’ in Kutch region of Gujrat. NW region of India.  Figure 6.40_  Typical Vernacular ‘bhunga.’   Figure 6.41_  Centre of 2001 Earthquake—Bhuj.  Figure 6.42_  Damage to conven onal structures. (Bhunga)  Figure 6.43_  Plan and Eleva on view of a typical ‘Bhunga’  showing key details (With wooden post).  Figure 6.44_  Circular and rectangular house under Construc on in 2001  Figure 6.45_  Completed structures built by  NGO’s  and the government.  Figure 6.46_  House that was measured. Author (in green) with the occupant  of the house (in purple). (Bhunga)  Figure 6.47_  Window opening in Bhunga  Figure 6.48_  Pyramidal roof structure of the Bhunga   Figure 6.49_  New CSEB house adjacent to the vernacular bhunga  Figure 6.50_  Graph showing spot temperature and rela ve humidity readings of the (Bhunga)    Figure 7.1_     Flowchart of Analy c Work  Figure 7.2_    Flowchart of the methodology followed for analytic work.  Figure 7.3_    Sketch showing orienta on and built form incorporated in design and for modeling in EDSL TAS.  Figure 7.4_    Sketch showing roof form incorporated in design and for modeling in EDSL TAS.  Figure 7.5_    Sketch showing advantage of using pitched flat roof and different ground covering.  Figure 7.5a_  Sketch showing how vegeta on can help in aiding ven la on by direc ng and increasing wind speeds.    Figure 7.6_    Housewife waiting for her husband to return from farm, Rajasthan.  Figure 7.7_    Housewives with their children during the day. Gujrat.  Figure 7.8_    Schedules of various member of this type of housing.   Figure 7.9_    Average occupancy pattern  Figure 7.10_  Vernacular structure  Figure 7.11_  Modern CSEB structure  Figure 7.12_  TAS graph of a typical summer week comparing performance of vernacular structure to that of new built CSEB                    structures.   Figure 7.13_  TAS graph of a typical monsoon week comparing performance of vernacular structure to that of new built CSEB                 structures.   Figure 7.14_  Graph showing temp. above comfort band in vernacular and CSEB structures.  Figure 7.15_  Elevation and section showing change n window opening with out to with glazing  Figure 7.16_  Graph showing effect on indoor temp. due to the application of glazed shutters to openings with a NTV schedule. (MS)  Figure 7.17_  Graph showing effect on indoor temp. due to the application of glazed shutters to openings with a NTV schedule (MS).  Figure 7.18_  Elevation and Section showing  change in door opening without  to with 0.5% opening  Figure 7.19_  Graph showing effect on indoor temp. due to opening doors for night time ventilation. (SS) 

 XIII 

  Figure 7.20_  Graph showing effect on indoor temp. due to opening doors for night time ventilation. (MS)  Figure 7.21_  Addition of insulation on the  lower part of the roof  Figure 7.22_  Graph showing effect on indoor temperatures due to insulating the roof. (SS)  Figure 7.23_  Graph showing effect on indoor temperatures due to insulating the roof. (MS)  Figure 7.24_  Elevation and Section showing change in window size  Figure 7.25_  Daylight distribution within the space with different window to floor ratio..  Figure 7.26_  Graph showing effect on indoor temperatures due to increased window size (WFR—original 2%,  increased to 10%). (SS)  Figure 7.27_  Graph showing effect on indoor temperatures due to increased window size (WFR—original 2%,  increased to 10%). (MS)  Figure 7.28_  Graph showing effect on indoor temperatures due to addition of small openings. (SS)  Figure 7.29_  Graph showing effect on indoor temperatures due to addi on of small openings. (MS)  Figure 7.30_  Section showing opening in  the roof  Figure 7.31_  Graph showing the effect on indoor temp. due to provision of an opening on top of roof. (SS)  Figure 7.32_  Graph showing the effect on indoor temp. due to provision of an opening on top of roof. (MS)  Figure 7.33_  Increase of Albedo values on wall and roof surfaces.  Figure 7.34_  Graph showing the effect of using high albedo paints on the surface of the building. (SS)  Figure 7.35_  Graph showing the effect of using high albedo paints on the surface of the building. (MS)  Figure 7.36_  Earth Sheltering  Figure 7.37_  Graph showing effect of earth sheltering on indoor temperatures. (SS)  Figure 7.38_  Graph showing effect of earth sheltering on indoor temperatures. (MS)  Figure 7.39_  Roof Scenarios  Figure 7.40_  Graph comparing effect of different roof configurations on indoor temperatures (SS).  Figure 7.41_  Graph comparing effect of different roof configurations on indoor temperatures (MS).  Figure 7.42_  Graph showing total no. of hours the temp. is above 33°C in two seasons.  Figure 7.43_  Graph showing total no. of hours the temp. is above 33°C in the two seasons during  day & night.  Figure 7.44_  Graph showing effect of cumulative effect of interventions on indoor temperatures compared to vernacular and new            built present situation. Also plotted are WBT and Tpdec temperatures. (SS)  

       

Figure 7.45_  Graph showing cumulative effect of interventions on indoor temperatures compared to vernacular and new built                 present situation. (MS) 

       

Figure 7.46:   Sketch showing occupant watering the surrounding area of the house early in the morning in summer season.  Figure 7.47_  Sketch showing strategies applied during day me in summer and monsoon season to reduce indoor temperature rise.  Figure 7.48_  Sketch showing strategies applied during late evening and night hours to reduce indoor temperature during summer            and monsoon season 

      

Figure 7.49_  Sketch showing solar gain indoors during winter season. Openings are closed to retain heat during evening and night hours.      

Figure 8.1_Image showing India has medium to high vulnerability to climate change.      

 XIV 

 

LIST OF TABLES    Table 1_    Rural and Urban Popula on, India  Table 2_    Classifica on of different types of housing according to 2001 Census  Table 3_    Es mated Shortage of Housing in India  Table 4_    Construc on assistance provided under Indira Awaas Yojna (IAY)  Table 5_    Graph of local and conven onal materials comparing various characteris cs of the material.   Table 6_    Weather readings for New Delhi  Table 7_    Group Wise regression analysis for Neutral Temperatures  Table 8_    Morning and A ernoon RH (%)  Table 9_    Average wind speed during the  Day and night.  Table 10_  Temperature gradient for different  earth sheltered structure   Table 11_  Heat flux across floors in different earth sheltered structures.  Table 12_  Physical characteris cs of different earth construc ons  Table 13_  Cost of construc ng circular rammed earth structure at Hastkala Nagar, Kutch, Gujrat, India.  Table 14_  Cost of construc ng rectangular rammed earth structure at Hastkala Nagar, Kutch, Gujrat, India.  Table 15_  Sensible heat gain in the structure. 

 

 

Table 16_  Specifica ons of materials used in EDSL TAS Model.  Table 17_  Morning and A ernoon RH (%)   

 XV 

 

 XVI 

 

APPENDIX    

 129 

 

 130 

 

APPENDIX A  NATURAL MATERIALS   Earth:  a  stable,  dense,  non-vola le  inorganic  substance  found  in  the  ground. (The New Oxford Dic onary of English, 1998)   Masonry:  the art of shaping, arranging and uni ng stone, brick, building blocks, etc, to form walls and other parts of a building. (Dic onary  of Architecture and Construc on, 1975)    Earth  buildings  have  been  very  popular  and  prevalent  worldwide  with a third of the worlds popula on living in earth buildings. Also 20% of  UNESCO world heritage sites were constructed from unfired earth.  Structures like the Great Wall of China [Fig. A.1], Friday Mosque in Mali [Fig. A.2]  and buildings in Taos Pueblo - are the oldest, con nuously inhabited structures, are all constructed of earth.     There  are  many  good  reasons  to  use  earth  masonry.  Apart  from  being  a  naturally  abundant  material,  it  is  environmentally  sustainable,   cheap,  requires  low  maintenance,  provides  thermal  stability  compared  to  its counterparts and is a good moderator of humidity.  Zami compiled a list  of  advantages  of  using  earth  which  were  published  by  different  authors  [Table T1].  

Figure A.1:  Great wall of china mainly made        out of earth masonry, albeit clad       with stone at its eastern end  Source:  Morton, T. 2008  

“The ideal building material would be ‘borrowed’ from the environment and  replaced a er use. There would be li le or no processing of the raw material  and  all  the  energy  inputs  would  be  directly,  or  indirectly,  from  the  sun.  This ideal material would also be cheap. Mud bricks can come close to this  ideal. “     Paul Dowton   ADOBE    Adobe is generally prepared worldwide by mixing earth with water and placing the mixture into moulds. A er ini al drying in outdoor air, it  is  removed  from  the  moulds  and  allowed  to  dry  in  direct  sun.  The  drying  process  can  last  from  a  week  to  3  weeks  depending  upon  clima c  condions.     The first earth bricks were hand moulded and dried in the sun in  the Neolithic era. They were at  mes mixed with straw and animal dung to  create a stronger bond however, a well dried mud-brick can provide sufficient strength for a 1-2 storey structures.  

Figure A.2:  19th century Friday Mosque,        Djenne,  Mali; with grain stores and        houses in  front, all built of earth        masonry.   Source:  Morton, T. 2008  

  Contemporary  earth  construc on  exists  in two  formats  which  includes  un-stabilized  and  stabilized  earth  construc on.  In  stabilized  earth  construc on, earth is usually mixed with stabilizers to enhance their potenals  such  as  compressive  strength,  water  resistance,  etc.  Some  of  these  stabilizers are natural  - rice husk, straw, bagasse, etc. leading to the creaon  of  adobe  bricks  containing  agricultural  by-products  with  improved  strength and lower moisture absorp on.  This is an environmentally sound  and sustainable prac ce resul ng in low embodied energy and very  low to  zero carbon emission products.     On  the  other  hand,  builders  world  over  have  experimented  with   man-made  products  such  as  flyash,  bitumen,  emulsion,  portland  cement  and a combina on of these materials to create a stronger by-product. According to King, the strongest binder amongst all these is  found to be 

 131 

  Table  T1 :  Table showing advantages of using earth. 

Earth Advantages 

Authors 



Earth construc on is economically beneficial. 

Lal, 1995; Easton, 1996; Minke, 2006; Zami & Lee, 2007; Morton,  2007; Kateregga et al, 1983; Cassell, 1993; Walker et al, 2005; Hadjri  et al, 2007; Morris and Booysen, 2000; Adam and Agib, 2001, p11; 



It requires simple tools and less skilled labour.  

Kateregga, 1983; Easton, 1996; Minke, 2006, p15; Hadjri et al, 2007;  Morris and Booysen, 2000; Adam and Agib, 2001, p11; Maini, 2005; 



It encourages self‐help construc on 

Kateregga, 1983; Minke, 2006, p15; 



Suitable for very strong and secured structure 

Lal, 1995, p119; Houben & Guillaud, 1989; Walker et al, 2005; 



It saves energy 

Morton, 2007; Lal, 1995, p119; Minke, 2006; Hadjri et al, 2007; Adam  and Agib, 2001, p11; Maini, 2005; 



Cassell, 1993; Howieson, 2005; Alphonse et al, 1985; Minke, 2006;  It balances and improves indoor air humidity and  Kateregga et al, 1983; Lal (1995, p119); Walker et al, 2005; Hadjri et  temperature which ensures thermal comfort.  al, 2007; Adam and Agib, 2001, p11; 



Earth is very good in fire resistance 



Earth construc on is regarded as a local job crea‐ Adam and Agib, 2001, p11; Morel et al, 2001;  on opportunity. 



Minke, 2006; Easton, 1998; Walker et al, 2005; Hadjri et al, 2007;  Earth  construc on  is  environmentally  sustaina‐ Adam and Agib, 2001, p11; Maini, 2005; Ngowai, 2000. Reddy, 2007,  ble.  p194; Morel et al, 2001; 



Loam preserves  mber and other organic materi‐ Minke, 2006, p15; (Mohler 1978, p. 18).  als. 



Earth wall (loam) absorbs pollutants. 

Cassell, 1993; Minke, 2006; 



Easy to design and high aesthe cal value 

Morton, 2007; Houben & Guillaud, 1989; Walker et al, 2005; Hadjri et  al, 2007. 



Earth building provides noise control 

Kateregga, 1983; Alphonse et al, 1985; Hadjri et al, 2007; 



Earth  construc on  promotes    local  culture  and  Frescura, 1981.  heritage. 



Earth  is  readily  available  in  large  quan most region. 

Alphonse et al, 1985; Walker et al, 2005, p43; Hadjri et al, 2007; Adam and Agib, 2001, p11; 

es  in  Adam and Agib, 2001, p11; Easton, 1996; Lal, 1995; Hadjri et al, 2007;  Morris and Booysen, 2000; Adam and Agib, 2001, p11; 

Source:  Compiled by Zami et al. - Contemporary Earth Construc on in Urban Housing—Stabilised or Unstabilised  (2010). 

 portland  Cement  (King,  B.  1996).  Prac ce  includes  mixing  earth  with  5—8%  of  Portland  cement  resul ng  in  the  crea on  of  Cement  Stabilised  Earth  Blocks  (CSEB).  In  comparison  to  kiln  fired  bricks,  CSEB  provides  carbon  and  energy savings  and  are  more  durable  and  strong    compared  to  adobe  however,  cannot  be  returned to earth at the end of a buildings life cycle.  

 132 

    Adding cement not only reduces earth’s inherent proper es to act as  a  temperature  and  humidity  regulator  but  its  produc on  is  labour  intensive  and requires professional guidance for appropriate soil selec on and proporon of cement to be added to it.     Therefore the predicament lies in a debate between choosing stabilized and un-stabilized earth masonry.  Even though CSEB offers  a low energy  alterna ve  to  kiln  fried  bricks,  its  accessibility  to  the  rural/urban  poor  is  far  from sa sfactory. According to Jagdish (2007), stabilized earth construc on is  less expensive than brick masonry, however it is s ll expensive than what the  poor  can  afford.  Moreover,  its  suitability  for  self-build  by  uneducated,  poor  individuals in developing countries  is of major concern and cannot be taken  for granted.     However,  one  cannot  overlook  the  increased  strength  a  stabilized  earth block provides.  This is the view of the author that by using natural stabilizers which  do not reduce the inherent proper es of adobe significantly, is  the way forward. In the north west region of India, the rural poor are involved  mainly  in  farming    or  have  access  to  families  involved  in  farming.  Therefore  obtaining rice husk, bagasse or straw would not only be easier but to use it as  stabilizer  will be environmentally friendly compared to Portland cement.     Research carried out by  Lertwa anaruk et al. (2011) concludes  on  the  benefits  of  using  natural  stabilizers  such  as  rice  husk  and  bagasse.    Lertwa anaruk found that the use improved the compressive strength of adobe  [Fig A.3], reduced shrinkage and thermal conduc vity. In addi on it reduced  moisture accumula on in comparison to concrete and  when subject to loading–  adobe  stabilized  with  bagasse  eroded  less  in  comparison  to  the  rest  of  the test products.     Current  prac ces  in  the  villages  of  developing  na ons  where  selfbuild is the primary mode of construc on by the poor, emphasis on the standards  for construc on  are  very  li le  to  none.  In  order  to make  adobe  qualify  for  use  as  soil  block  for  construc on  in  India,  IS  1725  states  that  it  should  have  a  minimum  compressive  strength  of  20  kg/cm².  By  mixing  adobe  with  1% bagasse and above or 3% rice husk, these standards can be met [Fig A.3] 

80.00  Compressive Strength (Kg/cm²) 

Rice Husk 

Bagasse 

70.00  60.00  50.00  40.00  30.00  20.00  10.00  0.00 

Adobe   0% Fiber 

Adobe +  1% Fiber 

Adobe +  2% Fiber 

Adobe +  3% Fiber 

Adobe +  CSEB (5‐10%  cement)  6% Fiber 

Masonry  Brick 

Minimum  required  compressive strength for  class  20  bricks.  [Source:  Indian  Standard  —  Specifica on  for  soil  based  blocks  used  in  Concrete  general  building  construc on (IS 1725)] 

Figure A.3:  Compressive strength of adobe containing rice husk and bagasse.  Source:  A er Lertwa anaruk et al. (2011)    

 133 

  2.8 ADOBE VS RAMMED EARTH   

Adobe and rammed earth are both borne from the earth and their pracces  have  existed  since  ancient  mes.  One  involves  making  bricks  in  moulds  whereas the later involves compac ng moist sub soil inside formworks by using  metal or wooden rammers.[ Fig A.4] 

Figure A.4:  Rammed earth process  Source:  h p://bartle year1architecture.blogspot.co.uk/2010/02/rammed-earth-construc on.html  

  Rammed  earth  requires  tools  such  as  those  required  to  assemble  and  disassemble  the  formwork,  compac on  of  earth  using  rammers,  etc.  The soil is compressed and would require greater strength to create niches  for electrical ducts, lights and sanitary hardware.       On the other hand, Adobe has lower embodied energy and carbon  as compared to rammed earth. It needs no technical knowledge, requires no  specialized tools and no formwork for its produc on and can be easily managed and moved about. Crea ng niches and making altera ons to the structure is much easier than rammed earth. Hence, the use of adobe seems appropriate  when  tools  and  technical  knowledge  to  produce  rammed  earth  are not available.    

 134 

 

HEMP‐LIME AS CONSTRUCTION MATERIAL   

Along history many vegetal fibers have been used as construcon  materials.  For  instance,  in  many  countries  around  the  world  straw  and  linen  fibers  are  used  to  lighten  concrete  and  improve  its  performance1.     Hemp-lime  is  one  example  of  this  building  technique.  Hemplime  is  the  combina on  of  hemp  fibers,  lime  based  binder  and  water.  This mixture forms a solid composite material that can be used in a wide  variety  of  elements  in  construc on2.  This  material  is  referred  by  its  generic name of hempcrete. 

Figure A.5:  Simula on internal temperature con-

  The use of hemp hurd has some environmental benefits. First,  hemp plant has a very fast growth rate. For example, 30,000 tonnes of  hemp have been harvested in 2003, and this number has been duplicated in 2005. Also, due to its fast growth rate hemp plant can adapt easily  to  most  clima c  condi ons  what  is  beneficial  for  agricultural  purposes.  Furthermore, hemp plant could grow organically. Compara vely to other  fibers like co on could spend up to 7.4 millon US dollars per year in pescides  for  its  cul va on3.  Finally,  the  most  important  environmental  benefit of hemp plant is it CO2 sequestra on during its cul va on period.  It  has  been  said  that  every  cubic  meter  of  hemp-lime  sequestrate  110 kg of CO2.      Hemp-lime materials have also significant thermal performance  advantages.  A er  simula ons  shown  in  literature,  it  has  been  said  that  hemplime construc on has important insula on proper es, and it regulates extreme indoor temperature varia ons. For instance, in some cases  U values of 0.3 W/m²K in walls have been achieved4. 

Figure A.6:  BRE Renewable house / innova on 

  However,  the  thermal  proper es  of  hemp-lime  materials  have  been  tested  in  dry  condi ons  within  laboratory  environments.  Further  studies, using specialized so ware for dynamic simula ons, have proved  that moisture content could affect its thermal proper es. For example, a  raise  in  the  rela ve  humidity  of  the  material  also  increases  its  thermal  conduc vity.  This  issue  also  helps  the  material  to  regulate  the  internal  rela ve humidity with beneficial improvement in air quality for the occupants. Using this material, indoor rela ve humidity could remain within  the range of 40 to 60%.5 

This material and its precedent study is adapted from the  report—Local Techniques submi ed in  May’12 at the AA school. It was produced by the author and his peers.  Source: Barros, J.L. et al . (2012). Local Techniques. AA School  1

 Evrard A.(2008). Transient hygrothermal behaviour of Lime-Hemp Materials    Evrard A.(2008). Transient hygrothermal behaviour of Lime-Hemp Materials  3  Bevan R and Wolley T (2008). Hemp lime construc on guide to build with hemp lime composites  4  Bevan R and Wolley T (2008). Hemp lime construc on guide to build with hemp lime composites  5  Bevan R and Wolley T (2008). Hemp lime construc on guide to build with hemp lime composites  2

 135 

  BUILT PRECEDENTS ‐ BRE’S RENEWABLE HOUSE [Fig. A.7]    The main objec ve of this project was to achieve a low cost and  low carbon by using alterna ve building techniques without compromising  the affordability. The house is labelled as sustainable house code 4, and its  developers claimed that its cost is around £75,000. However, the design of  the house enables enhancement to meet Level 5 and 66.    The brief provides a 3 bedroom detached house built en rely on  hempcrete  with  mber  frame  structure.  Built  in  only  12  weeks,  the  construc on contemplates key factors as triple glassed windows and renewable insula on materials in order to achieve the code 4.     The  appropriate  construc on  with  these  materials  prevents  innecesary heat losses through minimizing the thermal bridges in the joints  Figure A.7:  BRE Renewable house / innova on  [Fig: A.8]. The visit to the project shows the few thermal bridges through  the building envelop.    Finally, the house is very thermal efficient, by using the proper es  of  the  materials  and  reducing  the  thermal  bridging  the  energy  consumpon is very low. Nevertheless, it uses hea ng system is basically provided  by heat pumps and air recovery systems7. In many aspects the house could  be an interes ng built precedent for further developments. 

Figure A.8:  Thermal picture to show the heat  losses through the building envelope 

This material and its precedent study is adapted from the  report—Local Techniques submi ed in  May’12 at the AA school. It was produced by the author and his peers.  Source: Barros, J.L. et al . (2012). Local Techniques. AA School  6

 h p://www.renewable-house.co.uk/news/2/    - BRE renewable house website 

7

 h p://www.renewable-house.co.uk/news/2/    - BRE renewable house website 

 136 

 

STRAW BALE    Oil and fossil fuels have powered the developed na ons for the  past  150  years  resul ng  in  an  enormous  release  of  greenhouse  gases.  Earth’s  climate  is  changing  and  carbon  emissions  must  be  reduced.  As  building  regula ons  go  forward  with  regula ons  to  curb  opera onal  energy  in  buildings,  their  embodied  energy  and  embodied  carbon  becomes  a  big  concern.  Using  natural  renewable  materials  which  sequesters carbon during their growth and lock it in the buildings’ fabric is  beneficial  from  both  embodied  carbon  and  embodied  energy  point  of  view.      Straw  is  a  renewable  material  offering  much  lower  embodied  energy impact than many current mainstream materials. It is very suitable  for  infill  insula on  in  lightweight  structures  with  render  on  either  side. It provides a vapour permeable construc on, however careful detailing and construc on needs to be done to avoid the ingress and retenon  of  moisture.  In-situ  construc on  as  well  as  prefabrica on  can  be  done with this material.    Straw consists of dried dead stems of cereal grains such as rice,  wheat, oats, barley, rye, spelt, flax etc, a er they have been harvested.  Straw itself is the plant structure between the root crown and the grain  head. Bales can also be made from other fibrous materials such as bean  or corn stalks, pine needles, or any kind of grass (TLS, 1994:5). Chemically, straw is composed mainly of cellulose, hemicellulose and lignin – very  similar to wood, yet contains higher amounts of silica (Eisenberg, 1998).    Many  of  the  first  bale  buildings  were  constructed  from  what  was abundantly available within the local area: baled meadow or prairie  grass (Marks, L.R., 2005) According to the research done by Carol Atkinson (Energy Assessment of Straw Bale Buildings, 2008) straw bale buildings were first constructed in the late 1800’s in the USA as a result of the  invent of the baling machines (Jones, 2002). A remake of an early 19th  century  home  can  be  seen  in  Figure:  A.9.  The  oldest  bale  house  s ll  standing  in  the  Nebraska  plains  was  built  in  1903  (King,  2006)  and  the  oldest  European  straw  bale  house  was  built  in  France  in  1921  (Steen,  2000). The first straw bale building in the UK was built in 1994 and there  are now over fi y of them18. One of the latest buildings built with straw  bale is the Sworders’ auc on rooms, Essex, 2008 [Fig: A.10] 

Figure  A.9:    Re-make  of  an  early  19th  century  strawbale  home.  Now  an  exhibit  at  a  historical  tourist a rac on, which informs its visitors of the  lifestyles,  homes,  and  work  of  the  era’s  homesteaders. 

Figure  A.10:    Sworders’ auc on rooms, Stansted  Moun itchet,  Essex  –  a  single-storey  1100  m²  building,  constructed  in  2008  using  straw  bale  wall construc on.  Source: BRE publica on: Straw Bale 

This material and its precedent study is adapted from the  report—Local Techniques submi ed in  May’12 at the AA school. It was produced by the author and his peers.  Source: Barros, J.L. et al . (2012). Local Techniques. AA School 

 137 

 

Figure A.11:  Thermal fly wheel of SMS (Spar Membrane System) wall.  Source: h p://www.integratedstructures.com/sms/sustainability.html 

ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF STRAWBALE AS BUILDING MATERIAL  ADVANTAGES 



Avoids thermal bridging and provides good air ghtness with simple detailing. 



Good insula on quali es 



Lightweight material with simple construc on details and processes. 



Light weight reduces load on founda ons, reducing the need for materials with high embodied energy (eg concrete) 



Low-cost renewable material, widely available from local sources, that stores carbon throughout its life. 



Simple building skills suited to self-build and community projects 



Suitable for in situ and prefabricated approaches 

  

Vapour-permeable construc on envelope 

DISADVANTAGES 



As an agricultural co-product, inconsistent proper es (eg dimensions, density and moisture content) can be problema c during construc on. 



Details restricted by need to protect the straw from water ingress; careful detailing needed for exposed areas 



Limited to rela vely lightweight fixings 



Limited water resilience (giving rise to concerns over flood damage) and problems for repair if water damaged  (especially loadbearing walls). 



Requires shelter before finishes can be applied 



Suitability of rendered external finishes limits applica on in some areas 



Use limited to above damp-proof course or equivalent level 

   

TYPICAL PROPERTIES OF STRAW BALE  

Minimum recommended bale dry density: 110-130 kg/m³ 



Thermal conduc vity: 0.055-0.065 W/mK (density 110 -130 kg/m³) 



Recommended ini al moisture content: 10-16% 



Recommended maximum in-service moisture content: normally not to exceed 20-25%.   138 

  BUILT PRECEDENT ‐ STRAW BALE CABIN EAST YORKSHIRE 



Construc on – June 2006 to March 2007 



Temperature and rela ve humidity monitoring – February 2007— January 2008 



Conduc vity of Straw Bale: 0.06 W/mK 



U – value of Wall: 0.123 W/m²K 



Temperature inside the straw bale cabin is greatly dampened compared to outside diurnal temp. swings [Fig: A.15]. However, it is not  clear whether this is due to: 



A high level of insula on 



Very thick walls (525mm), 



Thermal Mass (25mm) provided by clay plaster 



A combina on of all of the above 

Figure A.12:  Plan (Dimension 4m x 10m) 

 



Lime Plaster on the Cabin’s exterior has a high volume specific heat  capacity [Fig. A.13]. It helps to keep the building cool in summer by  absorbing heat during the day then releasing it to the cool night air. 

Figure A.16:  Graph  showing  energy  embodied  in  the  walls of the Straw Bale Cabin and the energy that would  have  been  embodied  if  the  walls  had  been  made  of  conven onal products. 

Figure A.13:  A cross sec on through the completed straw bale wall (not to scale).  Table T2:  Energy embodied in the straw walls of  the Straw Bale Cabin 



Rela ve humidity between 40-70% is good for the human health as humidity  level below or above accelerates bacteria in the air, mould growth, etc.  (Minke, G., 2009). Clay plaster on straw bale walls (inside) appears to regulate  indoor humidity levels to provide a healthy indoor environment [Fig. A.14] 

  Figure A.14:  Rela ve humidity recorded at the Straw Bale Cabin between  11:25am on 21st September 2007 and  the same  me on 21st December 2007. 

Figure A.15:  Temperature inside the  unoccupied Straw Bale Cabin (blue line)  and outside the Cabin (pink line) on 8th  and 9th August 2007  

DATA From:   Atkinson, C. 2008. Energy Assessment of a Straw Bale Building. University of East London. 

Figure  A.18:    Graph  showing  energy  embodied  in  the walls of the Straw Bale Cabin and the energy that  would  have  been  embodied  if  the  walls  had  been  made of conven onal products. 

 139 

 

5.3 THE RAUCH HOUSE [Fig. A.21]    The house is located in Central Europe in a village called the Shlins,  Austria. The dwelling is made up of three storeys - the two upper floors are  the living rooms and bedrooms whilst the ground floor is the entrance and  storage rooms respec vely. It is mainly built by using earthen techniques for  the walls, floors, roofs and plastering whilst the furniture’s and finishes are  made up of clay and earth materials.    ENVIRONMENTAL FEATURES    Embodied  energy  of  the  house  was  significantly  reduced  by  using  Figure A.21:  Rauch House   Source: Mar n Rauch  natural materials. Furthermore, the preven on from using plas c, silicones    or synthe c addi ves was to avoid any indoor air pollu on.   

Figure A.22:  Rauch House   Source: Mar n Rauch    Figure A.19:  Embodied Energy  Comparison    Source: Kapfinger,O, Simon, A (2011). 

    Internally, the wood used for floors originated from woods within  this locality reducing transpor ng distances. In addi on, the use of earthen  materials helped to improve the thermal comfort of the house in comparison  to  conven onal  materials.  This  advantage  is  in  the  materials  ability  to  regulate  internal  air  temperatures  and  humidity  voiding  any  large  fluctuaons between day and night temperatures [Fig A.20].   Figure A.23:  Interior of  Rauch House   Source: Boltshauser Architekten and Buhler.B                    (Photographer) (2013)  

Figure A.20:  Thermal mass; Rauch house thermal performance, summer week  Source: Kapfinger,O, Simon, A (2011). 

Figure A.24:   Exterior Rammed Earth   Source: Boltshauser Architekten and Buhler.B                    (Photographer) (2013)  

   

 140 

    The  significance  was  enhanced  by  adding  30mm  earth  plaster  onto  the interior walls of the dwelling without pain ng as this would have hindered  the  earth’s  hygroscopic  effect.  Through  this  the  regula on  of  humidity  was  reduced  to  a  range  of  40%  to  60%  [Fig  A.25].  The  combina on  of  different  local materials and earth materials in the building envelope was also accounted for resul ng in U values of around 0.3 W/m2k for walls and 0.1 w/m2k for  the roof as shown in Figure A.26.  

Figure A.25:  Hygric mass; Rauch house rela ve humidity, summer week.  Source: Kapfinger,O, Simon,A ( 2011)  

  

Figure A.26:  Earthen materials applicability on housing envelope.  Source: Adapted from Kapfinger,O, Simon, A (2011).  This material and its precedent study is adapted from the  report—Local Techniques submi ed in  May’12 at the AA school. It was produced by the author and his peers.  Source: Barros, J.L. et al . (2012). Local Techniques. AA School 

 141 

 

FINDINGS AND CONCLUSIONS  

Embodied energy of the house was significantly reduced by using natural materials. 



The  prevention  from  using  plastic,  silicones  or  synthetic  additives  was  to avoid any indoor air pollution. 



Materials were extracted locally reducing transporting costs and carbon  emissions. 



Rammed earth has the ability to regulate temperature within internal  spaces limiting diurnal fluctuations in temperatures throughout the day  and night.  



Humidity levels are kept within a constant range of 40% to 60% within  the  internal  spaces  due  to  the  rammed  earth  with  less  respect  to  the  external environmental conditions in comparison to conventional con‐ struction materials whereby fluctuations are still present. 



Resulting  U  values  due  to  the  thickness  and  combinations  of  earthen  construction  materials  led  to  the  good  thermal  performance  of  the  building envelope.  

     

 142 

 

 143 

 

     

 144 

   

APPENDIX B 

CLIMATIC ANALYSIS  LIGHTING LEVELS  Formula—    E’ = Ein/(10‐2 X D.F.)      Source: Robinson, D. (2003). Climate as a Pre-design Tool  where:   E’ = Threshold external illuminance  Ein = Indoor design illuminance  D.F. = Average daylight factor aim or to achieve    Therefore for Ein = 300lux and D,F.—2.5  E’ = 12Klux 

Figure B.1: Frequency and cumula ve frequency of  wind speeds  Source: Climpro. Data from Meteonorm v6.1. 

Hours of occurrence 

Cumula ve Hours of occurrence 

Figure B.2: Frequency of Global Horizontal Solar Irradiance  Source: Climpro. Weather data from Meteonorm v6.1. 

Figure B.3: Frequency of air temperature swings  Source: Climpro. Weather data from Meteonorm v6.1. 

 145 

  ANNUAL DAILY AVERAGE OF GLOBAL HORIZONTAL IRRADIANCE (GHI) 

JANUARY 

FEBRUARY 

MARCH 

APRIL 

MAY 

JUNE 

Source: Solar Energy Centre, Na onal Renewable Energy Laboratory 

 146 

 

JULY 

AUGUST 

SEPTEMBER 

OCTOBER 

NOVEMBER 

DECEMBER 

Source: Solar Energy Centre, Na onal Renewable Energy Laboratory 

 147 

 

 148 

   

APPENDIX C 

COMFORT BAND AND PASSIVE STRATEGIES  COMFORT BAND CALCULATION [Figure C.1 & Table t3]  

Tc = 17.6 + 0.38To         (Reference—Nicol et al. 1996) 

        Result — 



Max Tc = 29.5°C   

Min. Tc = 22.0°C 

Adap ve comfort range: ± 3.5 K 

        Result -  

Max TCH = 33.0°C Min TCL = 18.5°C  Table T3: Thermal neutrality and thermal upper and lower limit. (Adap ve range—±3.5K). 

Ta   Month  Jan  Feb  Mar  Apr  May  Jun  Jul  Aug  Sep  Oct  Nov  Dec 

Ta dmin  Ta dmax 

Tc  

TCL  

TCH  

(°C) 

(°C) 

(°C) 

(°C) 

(°C) 

(°C) 

13.1  17  23  29.3  33  32.6  31.2  30.2  29.2  25.5  19.9  14.4 

8.1  11.3  16.9  22.3  27.1  27.7  28.0  27.1  25.0  20.1  13.2  8.8 

18.9  23.3  29.8  35.8  39.1  36.7  34.8  33.6  32.9  31.6  27.0  21.3 

22.0  23.5  25.7  28.1  29.5  29.4  28.9  28.5  28.1  26.7  24.6  22.5 

18.5  20.0  22.2  24.6  26.0  25.9  25.4  25.0  24.6  23.2  21.1  19.0 

25.5  27.0  29.2  31.6  33.0  32.9  32.4  32.0  31.6  30.2  28.1  26.0 

Ta—Mean outdoor air temperature     Ta dmin—Average daily min. air temperature  Ta dmax—Average daily max. air temperature Tc—Thermal comfort neutral temperature  TCL—Thermal comfort lower limit    TCH—Thermal comfort upper limit 

50 45 40 35

Temperature °C 

30 25 20 15 10 5 0

Jan

Feb Ta

Mar

Apr Ta min

May

Jun Ta max

Jul

Aug Tc

Sep

Oct TCL

Nov

Dec

TCH

Figure C.1: Preliminary calcula ons of comfort band (3..5K). 

 149 

   

 150 

 

APPENDIX D  FIELDWORK  ANSWERS TO THE INTERVIEW QUESTIONNAIRE CONDUCTED BY AUTHOR WITH AR. REVATHI KAMATH ON 7TH JULY’12. 

Source:  Author 

 151 

 

Source:  Author 

 152 

 

Source:  Author 

 153 

    ANSWERS TO THE INTERVIEW QUESTIONNAIRE CONDUCTED BY AUTHOR WITH MR. DHUNAS ALI ON 10TH JULY’12.  DUE TO ISSUE WITH LANGUAGE AND FAILURE TO UNDERSTAND CERTAIN QUESTIONS BY OCCUPANT, SOME OF  THEM REMAIN UNANSWERED. 

 154 

 

Source:  Author 

 155 

 

Source:  Author 

 156 

 

 157 

 

 158 

 

APPENDIX E  ANALYTICAL WORK  TAS MODELS 

Figure E.1:  View of model in EDSL TAS (2% WFR)  Source:  EDSL TAS 

Figure E.2:  View of model in EDSL TAS (10% WFR)  Source:  EDSL TAS 

Figure E.3:  View of model in EDSL TAS (Addi onal Small Openings)  Source:  EDSL TAS 

Figure E.4:  View of model in EDSL TAS (Roof Top Opening)  Source:  EDSL TAS 

Figure E.5:  View of model in EDSL TAS (0.5m Underground and 1m                        high wall around except at window openings)  Source:  EDSL TAS 

Figure E.6:  Solar gain during summer and monsoon season with different window to floor ra o.  Source:  Radiance using Ecotect v2011. 

 

 159 

  Table T4:  Graph showing no. of hours the indoor temp. is above 33°C during summer and monsoon—Day and Night. 

Source:  A er EDSL TAS 

Figure E.7:  Graph showing no. of hours the indoor temp. is above 33°C during summer day for various interven ons.  Source:  EDSL TAS 

Figure E.8:  Graph showing no. of hours the indoor temp. is above 33°C during summer night for various interven ons.  Source:  EDSL TAS 

Figure E.9:  Graph showing no. of hours the indoor temp. is above 33°C during monsoon day for various interven ons.  Source:  EDSL TAS 

Figure E.10:  Graph showing no. of hours the indoor temp. is above 33°C during monsoon night for various interven ons.  Source:  EDSL TAS 

 160 

 

INTERVENTIONS TO BASE CASE IN ORDER    A 

—New CSEB Bhunga with Tiled Roof (Base Case) 

  B 

—A + Adding glazing to openings with Night Time Ven la on Schedule (NTV) 

  C 

—B + Opening doors during night to provide NTV 

  D 

—C + Adding 50 mm Mineral Wool Insula on to the roof from inside. 

  E 

—D + Increasing window to floor ra o to 10% from current 2% 

  F   

—E + Crea ng small opening measuring 0.15m x 0.15m (15 in no.) on the      envelope. 

  G 

—F + Crea ng circular opening in the roof measuring 0.60m². 

  H 

—G + Pain ng the roof and walls white 

  I   

—H + Pu ng structure 0.5m underground and crea ng a berm all around      except at openings. (earth sheltering) 

  J 

—I + Tiles painted white (minus insula on) 

  Jb 

—I + Thatch roof (minus white paint and no insula on) 

  Jc 

—I + Thatch roof over  les (no white paint and no insula on) 

  Effect on indoor temperatures in the summer and monsoon season can be seen on  the next page. 

 161 

Source:  EDSL TAS 

Figure E.11:  Graph showing  effect on indoor temperatures with several interven ons (Cumula ve) in summer season 

 

 162 

Source:  EDSL TAS  

Figure E.12:  Graph showing  effect on indoor temperatures with several interven ons (Cumula ve) in monsoon season. 

 

 163 

 

MATERIAL SPECIFICATIONS  Table T5:  Details of CSEB blocks used in the TAS model. 

 

Table T6:  Details of cement rendering used in the Model. 

Source:  EDSL TAS 

Source:  EDSL TAS 

 

 

Table T7:  Details of door used in the TAS model. 

Table T8:  Details of glazing  used in the TAS model. 

 

 

Source:  EDSL TAS 

Source:  EDSL TAS 

 

 

Table T9:  Details of mud walls used in TAS Model. 

Table T10:  Details of thatch roof used in the TAS Model. 

 

 

Source:  EDSL TAS 

Source:  EDSL TAS 

 

 

 164 

 

Table T11:  Details of ceramic  le used in the TAS Model 

Table T12:  Details of stone plinth used in the model 

 

 

Source:  EDSL TAS 

Source:  EDSL TAS 

 

 

SCHEDULES   Table T13:  24 hour schedule 

Table T14:  NTV schedule 

Source:  EDSL TAS 

Source:  EDSL TAS 

Table T15:  Fan schedule 

Source:  EDSL TAS 

Table T16:  Light schedule 

Source:  EDSL TAS 

INTERNAL CONDITIONS  Table T17:  Details of internal condi ons used in the TAS model 

Source:  EDSL TAS 

 165 

  SHADING STUDY    Shading study was carried out using Autodesk Ecotect v2011 for two window sizes (0.30 x 0.30 m and 0.70 x 0.70  m) Current roof overhang is 0.45m which proves to be sufficient in blocking the high angle sun in the summer months and  allowing  the low angle sun in winters  in both window sizes. These results allow modifica ons to be made to the window  size (above the current sill height only).   

6:00 AM 

9:00 AM 

3:00 PM 

12:00 PM 

6:00 PM 

Figure E.13:  Shading on south façade (2% WFR) produced by 0.45m roof extension on Summer Sols ce (21st June)   Source:  Autodesk Ecotect v2011 

6:00 AM 

9:00 AM 

3:00 PM 

12:00 PM 

6:00 PM 

Figure E.14:  Shading on south façade (2% WFR) produced by 0.45m roof extension on Winter Sols ce (22nd December)   Source:  Autodesk Ecotect v2011 

 166 

 

6:00 AM 

9:00 AM 

3:00 PM 

12:00 PM 

6:00 PM 

Figure E.15:  Shading on south façade (10% WFR) produced by 0.45m roof extension on Summer Sols ce (21st June)   Source:  Autodesk Ecotect v2011 

6:00 AM 

9:00 AM 

3:00 PM 

12:00 PM 

6:00 PM 

Figure E.16:  Shading on south façade (10% WFR) produced by 0.45m roof extension on Winter Sols ce (22nd December)   Source:  Autodesk Ecotect v2011 

 167 

View more...

Comments

Copyright ©2017 KUPDF Inc.
SUPPORT KUPDF