Modelowanie CFD nawiewnika z dynamicznie zmieniającą się geometrią w celu poprawy efektywności wentylacji w systemach VAV

• Autorzy: Szczepanik-Ścisło N. , Schnotale J.

Identyfikatory

DOI

15199/9.2017.4.7

Warianty tytułu

EN

CFD Modelling of Fan with a Dynamically Changing Geometry for Improving Ventilation Effectiveness of a VAV System

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań nowego nawiewnika zwiększającego efektywność wentylacji systemu VAV (Variable Air Volume). Zbadano wpływ dynamicznie zmieniającej się geometrii nawiewnika na efektywność systemu wentylacyjnego. Jako wskaźnik poprawności działania systemu wybrano zasięg strugi powietrza przy zmieniającym się strumieniu nawiewu, gdyż w dotychczasowych rozwiązaniach zasięg ten zmniejsza się wraz z malejącym przepływem przez system wentylacyjny. Badania przeprowadzono w dwóch etapach. W pierwszym etapie przeprowadzono laboratoryjne badania nawiewnika bez zmiennej geometrii i wykazano, że gdy maleje strumień powietrza przepływające przez system to spada zasięg strugi. Następnie dokonano symulację komputerowa stosując metodę CFD. Pierwsze symulacje odzwierciedlały warunki na stanowisku laboratoryjnym i posłużyły jako symulacje wzorcowe do dalszych badań. Po uzyskaniu zgodności symulacji i badań laboratoryjnych, w dalszych symulacjach dokonano modyfikacji geometrii nawiewnika i zbadano wpływ tych zmian na zasięg strugi powietrza przy malejącym przepływie powietrza w systemie VAV. Wyniki symulacji wykazały, że zaproponowane zmiany w geometrii poprawiają efektywność systemu wentylacji i umożliwiając utrzymanie stałego zasięgu strugi przy zmiennym przepływie powietrza w systemie.

EN

The article presents the research on the creation of a new diffuser to improve the effectiveness of VAV (Variable Air Volume) systems. It focuses on studying the impact of a diffuser with a dynamically changing geometry on the effectiveness of the ventilation system. The air flow reach was taken under consideration as an indicator showing, whether the system operated properly. In existing solutions, the airflow range differs depending on the flow through the system and decreases when the airflow lowers. The research was divided into two stages. First, laboratory tests were conducted on a laboratory stand that included an inlet without a changing geometry. The tests showed that the air flow range decreased with the lowering of the air flow through the ventilation system. The second stage included a series of CFD computer simulations. The first simulations reflected the conditions on the laboratory stand and served as base simulations. After achieving a good correlation of the base simulations and the laboratory measurements, the geometry of the inlet was altered to reflect an inlet with a dynamically changing geometry. The results of the simulations showed that the changes in the geometry of the inlet improve the ventilation effectiveness of a VAV system, allowing the system to maintain a constant airflow range.

Słowa kluczowe

PL

CFD; ANSYS Fluent; VAV; jakość powietrza

EN

CFD; AnsysFluent; VAV system; indoor air quality

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 48, nr 4
• Strony: 168--172
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szczepanik-Ścisło N.

• Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

autor

Schnotale J.

• Instytut Inżynierii Cieplnej i Ochrony Powietrza, Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki

Bibliografia

• [1] ANSYS. 2011. ANSYS FLUENT Theory Guide. Inc. Release 14.0, (http://www.ansys.com), data dostępu: 10.01.2017
• [2] Bakó-Biró Z, D. J. Clements-Croome, N. Kochhar, H. B. Awbi, and M. J. Williams. 2012. "Ventilation Rates in Schools and Pupils' Performance". Building and Environment 48 (1). Elsevier Ltd: 215-223.
• [3] Einberg G., K. Hagström, P. Mustakallio, H. Koskela, S. Holmberg. 2005. "CFD Modelling of an Industrial Air Diffuser - Predicting Velocity and Temperature in the near Zone." Building and Environment 40 (5): 601-615.
• [4] Gao N., J. Niu. 2004. "CFD Study on Micro-Environment around Human Body and Personalized Ventilation". Building and Environment 39 (7): 795-805.
• [5] Gao N., J. Niu. 2006. "Transient CFD Simulation of the Respiration Process and Inter-Person Exposure Assessment". Building and Environment 41 (9): 1214-1222.
• [6] Hayashi T., Y. Ishizu, S. Kato, S. Murakami. 2002. "CFD Analysis on Characteristics of Contaminated Indoor Air Ventilation and Its Application in the Evaluation of the Effects of Contaminant Inhalation by a Human Occupant". Building and Environment 37 (3): 219-230.
• [7] Langer S., G. Bekö, E. Bloom, A. Widheden, L. Ekberg. 2015. "Indoor Air Quality in Passive and Conventional New Houses in Sweden". Building and Environment 93 (P1): 92-100.
• [8] Meslem A., F. Bode, C. Croitoru, I. Nastase. 2014. "Comparison of Turbulence Models in Simulating Jet Flow from a Cross-Shaped Orifice". European Journal of Mechanics, B/Fluids 44. Elsevier Masson SAS: 100-120.
• [9] Ng L., A. K. Persily, S.J. Emmerich. 2015. "IAQ and Energy Impacts of Ventilation Strategies and Building Envelope Airtightness in a Big Box Retail Building". Building and Environment 92 (June): 627-634.
• [10] Park J. S., C. H. Yoon. 2011. "The Effects of Outdoor Air Supply Rate on Work Performance during 8-H Work Period." Indoor Air 21 (4): 284-290.
• [11] PN-EN 12238:2002. „Wentylacja budynków - Elementy końcowe - Badania aerodynamiczne i wzorcowanie w zakresie zastosowań strumieniowego przepływu powietrza".
• [12] PN-EN ISO 5167-1:2005. „Pomiary strumienia płynu za pomocą zwężek pomiarowych wbudowanych w całkowicie wypełnione rurociągi o przekroju kolowym - Część 1: Zasady i wymagania ogólne".
• [13] Pu L., Y. Li, F. Xiao, Z. Ma, D. Qi, S. Shen. 2014. "Effects of Different Inlet Vent Positions on the Uniformity of Humidity inside a Building Chamber". Energy and Buildings 76: 565-571.
• [14] Russo J., T. Q. Dang, H. E. Khalifa. 2009. "Computational Analysis of Reduced-Mixing Personal Ventilation Jets". Building and Environment 44 (8). Elsevier Ltd: 1559-1567.
• [15] Sekhar S. C., S. E. Goh. 2011. "Thermal Comfort and IAQ Characteristics of Naturally/mechanically Ventilated and Air-Conditioned Bedrooms in a Hot and Humid Climate." Building and Environment 46 (10). Elsevier Ltd: 1905-1916.
• [16] Strom-Tejsen P., D. Zukowska, P. Wargocki, D. P. Wyon. 2015. "The Effects of Bedroom Air Quality on Sleep and next-Day Performance". Indoor Air 26 (5): 679-686.
• [17] van Hooff T., B. Blocken, T. Defraeye, J. Carmeliet, G. J F van Heijst. 2012. "PIV Measurements and Analysis of Transitional Flow in a Reduced-Scale Model: Ventilation by a Free Plane Jet with Coanda Effect". Building and Environment 56. Elsevier Ltd: 301-313.
• [18] Wargocki P., D. P. Wyon. 2013. "Providing Better Thermal and Air Quality Conditions in School Classrooms Would Be Cost-Effective". Building and Environment 59. Elsevier Ltd: 581-589.
• [19] Wargocki P., D P. Wyon, J. Sundell, G. Clausen, P. 0. Fanger. 2000. "The Effects of Outdoor Air Supply Rate in an Office on Perceived Air Quality, Sick Building Syndrome (SBS) Symptoms and Productivity". Indoor Air 10 (4): 222-236.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).