Numerical and analytical valuation of air exchange flow in naturally ventilated buildings

• Autorzy: Bzowska D.

Warianty tytułu

PL

Numeryczne i analityczne szacowanie wymiany powietrza w budynkach z naturalną wentylacją

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of analytical solution and numerical simulation for ventilation flow rates and air temperatures in naturally ventilated, single zone buildings are presented. The examined values are induced by thermal forces generated by temperature difference together with internal heat sources assisted by solar radiation and wind forces. The analytical method introduces, three air change parameters rate to characterize the ventilation flow rates. They measure the effect of: thermal buoyancy force, conductivity of heat loss out of a building through its envelope and wind force. To simulate air flow in naturally ventilated building a numerical program has been created. The governing equation for heat transfer and airflow are solved simultaneously. Feedback between the thermal model and airflow model is applied. The algorithm is based on the finite differences method. These two methods of calculation are applicable in case when indoors temperature is not given. The analytical solution does not consider heat accumulation in a building envelope, because light buildings are concerned only. The numerical simulation does not take accumulation in to account either. Three houses have been examined. Their walls are made of different thickness of mineral wool coated with timber. It is assumed that the indoor air is fully mixed. The weather parameters are expressed by harmonic functions.

PL

Dokonano wspólnej analizy obliczeń otrzymanych z rozwiązania analitycznego i symulacji numerycznych. Obliczenia dotyczą wymiany ciepła i powietrza wentylacyjnego w jednostrefowych budynkach z naturalną wentylacją. Przegrody budynku charakteryzują się różnym oporem cieplnym ścian. Obliczenia komputerowe przeprowadzono za pomocą programu autorskiego, którego algorytm wykorzystuje metodę różnic skończonych Symulacje numeryczne badanych procesów cieplno-przepływowych opierają się na jednowymiarowym równaniu przewodnictwa ciepła oraz na równaniu, które opisuje wydatek powietrza wentylacyjnego jak dla zwężki. W przypadku rozwiązania analitycznego posłużono się zmodyfikowanym modelem Li, Delsanta opartym na równaniu bilansowym dla powietrza wewnętrznego oraz równaniu wydatku powietrza wentylacyjnego jak dla zwężki. Założono w obu modelach pełne wymieszanie powietrza wewnętrznego. Pominięto akumulację ciepła w ścianach budynków, stąd wybór obiektów o konstrukcji szkieletowej, tzw. lekkich typu kanadyjskiego. W obliczeniach wykorzystano uśrednione dla lipca wieloletnie dane pogodowe IMGW dla Warszawy. Wyniki obliczeń pochodzące z rozwiązania analitycznego i symulacji numerycznych otrzymano w postaci zmiennych przebiegów temperatury wewnętrznej i liczby wymian powietrza. Ich wahania w obrębie doby różnią się od siebie w wielu przypadkach znacznie. Największe rozbieżności są obserwowane w sytuacjach powstawania przepływów odwrotnych i w obiektach o najwyższym, z rozpatrywanych tutaj, oporze cieplnym przegrody zewnętrznej, tj. dla ściany o grubości 30 cm. Natomiast dużą zgodność wyników, otrzymanych z zastosowania obu metod, uzyskano przy przepływie powietrza generowanym w obecności wiatru wspomagającego w budynkach o niższym oporze cieplnym, tj. przy grubości przegród zewnętrznych 13 cm i 8 cm. Przy stałym energetycznym wydatku źródeł ciepła w budynku oraz obecności wiatru wspomagającego otrzymuje się także dużą zbieżność w wynikach obliczeń.

Słowa kluczowe

EN

natural ventilation; reversed flows; heat accumulation

PL

wentylacja naturalna; wymiana powietrza; budynek; wymiana ciepła; przepływ powietrza

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 52, nr 4
• Strony: 667--683
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., il.

Twórcy

autor

Bzowska D.

• Institute of Fundamental Technological Research PAS, Warszawa, Poland,

Bibliografia

• 1. H. BROHUS, C. FRIER, P. HEISELBERG, Stochastic single and multizone models of a hybrid ventilated building- a Monte Carlo simulation approach, Technical report, Annex 35, 2002.
• 2. D. BZOWSKA, Wind speed characteristics with regard to wind direction, Archives of Civil Engineering, 47, l, 2001.
• 3. D. BZOWSKA, Thermal behaviour of a heated building under random weather condition in Warsaw, Building and Environment, 37, 2002.
• 4. D. BZOWSKA, Prediction of natural ventilation rates induced by weather parameters, Archives of Civil Engineering, 48, 4, 2002.
• 5. E. KOSSECKA, D. BZOWSKA, Probabilistic analysis of daily weather data for Warsaw, Archives of Civil Engineering, 48, 4, 2002.
• 6. Y. Li, A. DELSANTE, Natural ventilation induced by combined wind and thermal forces, Building and Environment, 36, 2001.
• 7. P. LINDEN, The fluid mechanics of natural ventilation, Annual Review of Fluid Mechanics, 31, 1999.
• 8. M. ORME, M. LIDDAMENT, A. WISON, An analysis and data summary of the AIVC's numerical database, Technical Note 44.The Air Ventilation and Infiltration Centre, Coventry, U.K., 1994.
• 9. Zb. PLUTA, Theoretical bases of sun energy photo-thermal conversion [in Polish], Warsaw Univ. of Technology, 2000.
• 10. Zb. PLUTA, Sun energy installations [in Polish], Warsaw Univ. of Technology, 2003.