Prediction of natural ventilation rates induced by weather parameters

• Autorzy: Bzowska D.

Warianty tytułu

PL

Metoda szacowania powietrza wentylacyjnego generowanego parametrami pogody

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Application of analytical solution is presented for calculating natural ventilation flow rates induced by thermal forces generated by temperature difference together with internal heat sources assisted by solar radiation and wind forces. That solution is applicable to calculate indoor air temperature in case when it is not given, ventilation flow rate and effective opening areas in a single-zone agricultural building with two openings. The method introduces, so called, air change parameters rate Alfa, Beta and Gamma to characterise the ventilation flow rates. The first one measures the effect of the thermal buoyancy force on ventilation flow alone. The second, in turn, measures the effect of conductive heat loss out of a building through its envelope. The third one Gamma assesses the wind force. The effect of all the coefficients on ventilation air rate is defined separately Parameter Beta can assume the value lesser than 1 as well as exceeding that value to cover the full range of ventilation flow rates. Heat accumulation is not considered. It is assumed that the indoor air is fully mixed. The model has been applied to the steady state flows.

PL

Rozpatrzono przepływ powietrza w stanie ustalonym w jednostrefowym, lekkiej konstrukcji obiekcie. Wymiana powietrza, wynikająca z różnicy temperatur i wiatru, odbywa się przez otwory wentylacyjne umiejscowione na przeciwległych ścianach przy podłodze i pod sufitem. W pomieszczeniu znajduje się źródło ciepła wspomagane ciepłem pochodzącym od Słońca. Przebieg temperatury wewnętrznej jest niezależny od czasu. Znana jest temperatura na zewnątrz obiektu. Obliczenia przeprowadzono dla budynku gospodarczego o gabarytach 30 m x 15 m x 3, 5 m. Ściany baraku wykonano z paneli aluminiowych, pomiędzy którymi znajduje się styropian o grubości 20 cm i 5 cm lub tylko aluminium. Przegrody nie akumulują ciepła. Metoda, wykorzystana do uzyskania przedstawionych w artykule wyników, oparta jest na analitycznych rozwiązaniach równań bilansowych ciepła dla powietrza wewnętrznego. Poprawność opisu zjawiska zweryfikowano eksperymentalnie. Metoda wprowadza trzy parametry naturalnej wymiany powietrza Alfa, Beta i Gamma. Pierwszy z nich określa oddziaływanie wyporu termicznego, drugi Beta wpływ strat ciepła przez przegrody, Gamma wpływ wiatru, który ze względu na prędkość i kierunek może intensyfikować lub tłumić przepływ powietrza w budynku. Obliczono temperatury wewnętrzne przy średnich miesięcznych temperaturach otoczenia oraz zyskach ciepła pochodzących z promieniowania słonecznego w: styczniu, marcu, kwietniu, lipcu, a także dla ekstremalnych warunków zimowych i letnich, tj. —20°C i +30°C. Obliczenia temperatury wewnętrznej przy wietrze, którego prędkość w terenie niezabudowanym wynosi 1 i 3 m/s, dotyczą tylko —20° C i 11°C. Ściany baraku scharakteryzowane są następującymi współczynnikami przenikania ciepła U20cm = 0,207 W/m2K, U5cm = 0,75 W/m2K oraz Ualum = 5,88 W/m2K, co odpowiada Beta = 1,129; 0,487; 0,059. Przedstawiona tu metoda, a rozszerzona przez autora o pełny zakres stosowania parametru Beta (Beta > 1), pozwala na analizę współzależności pomiędzy: przekrojem otworów wentylacyjnych, wydatkiem powietrza, temperaturą wewnętrzną, stratami ciepła przez przegrody, źródłem ciepła, kierunkiem przepływu. Ułatwia wybór optymalnej wentylacji naturalnej w tej klasie obiektów budowlanych. Metoda ta może z powodzeniem spełniać rolę narzędzia inżynierskiego we wstępnej fazie projektu. Proces szacowania wymiany powietrza wentylacyjnego na poziomie projektowania obiektu jest niezwykle trudny i w głównej mierze zależy od dokładnego określenia wyporu termicznego i oddziaływania wiatru. Opisywane w literaturze metody obliczania wydatku powietrza wentylacyjnego w pomieszczeniach dotyczą głównie obiektów z określoną temperaturą wewnętrzną niezależną od warunków pogodowych środowiska. Istnieje natomiast cała klasa budynków np. gospodarczych czy przemysłowych, w których temperatura wewnętrzna wynika spoza wewnętrznego źródła ciepła i zależy od parametrów pogody oraz geometrii i oporów przegród budowlanych.

Słowa kluczowe

PL

powietrze wentylacyjne; parametr pogodowy; wentylacja naturalna; przepływ powietrza; wypór termiczny; strata ciepła; wpływ wiatru

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 48, nr 4
• Strony: 473--492
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., il.

Twórcy

autor

Bzowska D.

• Institute of Fundamental Technological Research, Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. K. ANDERSEN, Theoretical consideration on natural ventilation by thermal buoyancy, ASHRAE Transaction, 101, 2, 1103-1117, 1995,
• 2. Y. LI, A. DELSANTE, Netural ventilation induced by combined wind and thermal forces, Building and Environment, 36, 59-71, 2001,
• 3. P. LINDEN, The fluid mechanics of natural ventilation, Annual Review of Fluid Mechanics, 31, 201-238, 1999,
• 4. D. BZOWSKA, Energy demand profile for natural ventilation. Case study, Archives of Civil Engineering, 47, 1,91-108 1, 2001,
• 5. J. BRUCE, Natural convection through openings and its applications in cattle building ventilation, J. Agricultural Engineering Research, 23, 151-67, 1978,
• 6. P. LINDEN , G. LANE-SERFF, D. SMEED, Emptying filling boxes: the fluid mechanics of natural ventilation, J. Fluid Mech. 212, 309-335, 1990,
• 7. D. BZOWSKA, Stochastic modelling of thermal performance for a heated building, Archives of Civil Engineering, 43, 4, 415-430 1, 1997.
• 8. M. ORME, M. LlDDAMENT, A. WILSON, An analysis and data summary of the AIVC's numerical database, Technical Note 44. The Air Ventilation and Infiltration Centre, Coventry, U.K.,1994