Computational Fluid Dynamics modelling and laboratory measurements of an air terminal device with an adaptive geometry to improve indoor thermal comfort for energy efficient Variable Air Volume ventilation systems
Computational Fluid Dynamics modelling and laboratory measurements of an air terminal device with an adaptive geometry to improve indoor thermal comfort for energy efficient Variable Air Volume ventilation systems
Computational Fluid Dynamics modelling and laboratory measurements of an air terminal device with an adaptive geometry to improve indoor thermal comfort for energy efficient Variable Air Volume ventilation systems
Wariant tytułu
Modelowanie techniką obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) i badania laboratoryjne nawiewnika o zmiennej geometrii zapewniającej poprawę komfortu cieplnego w pomieszczeniach z energooszczędną wentylacją o zmiennym strumieniu powietrza (VAV)
Autor
Szczepanik-Ścisło, Nina
Promotor
dr hab. inż. Agnieszka Lechowska
Promotor pomocniczy
dr inż. Agnieszka Flaga-Maryańczyk
Data wydania
2019
Data obrony
26.09.2019
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Słowa kluczowe
VAV ventilation systems, Indoor Air Quality, CFD, Particle Image Velocimetry
Systemy wentylacji VAV, jakość powietrza wewnętrznego, CFD, PIV
Abstrakt
The research focuses on the development a new concept of an air terminal device for a VAV (variable air volume) ventilation systems that would improve the occupant comfort and overall ventilation efficiency under varying air supply volume. In VAV systems the air volume magnitude is modified according to the thermal load in a given ventilated zone. However, lowering the airflow may cause a lack of proper air distribution and lead to degradation of the air condition. To combat this phenomenon an air terminal device with a dynamically changing geometry was designed and studied to stabilize the airflow throw so that it would remain constant despite the changing air volume supplied through the ventilation system. Simulations that were performed using the k-ω model in the ANSYS Fluent application were later validated on a laboratory stand using air velocity and air flow measurements and using PIV (Particle Image Velocimetry) allowing to observe air velocity vectors. The results of the study show that when using the newly proposed terminal device with dynamically changing geometry it is possible to stabilize the air throw. The thermal comfort parameters such as the PMV (predicted mean vote) and PPD (predicted percentage of dissatisfied) proved that the thermal comfort was maintained in the occupied area regardless of changing airflow through the ventilation system. The results of the study showed it is possible to improve the VAV systems by using the designed air terminal device by maintaining a steady air throw.
Celem pracy było opracowanie innowacyjnego nawiewnika dla systemów wentylacyjnych VAV (variable air volume), który poprawiłby komfort dla użytkowników i wydajność systemu wentylacji przy zmieniającym się natężeniu powietrza. W systemach VAV, przepływ powietrza jest modyfikowany w zależności od obciążenia cieplnego w danej strefie wentylowanej. Obniżenie przepływu powietrza może jednak powodować brak prawidłowej dystrybucji powietrza i doprowadzić do pogorszenia jakości powietrza. Aby zwalczyć to zjawisko, zaprojektowano i zbadano nawiewnik z dynamicznie zmieniającą się geometrią. Ma on ustabilizować zasięg strugi tak, aby pozostawał stały pomimo zmieniającej się objętości powietrza dostarczanego przez system wentylacyjny. Symulacje przeprowadzone przy użyciu modelu turbulencji k-ω w programie ANSYS Fluent zostały później zwalidowane na stanowiskach laboratoryjnych przy pomiarach prędkości i strumienia powietrza oraz przy użyciu systemu pomiarowego PIV (Particle Image Velocimetry) pozwalającego śledzić wektory prędkości powietrza. Wyniki badania pokazują, że przy użyciu nowo zaproponowanego nawiewnika z dynamicznie zmieniającą się geometrią można ustabilizować zasięg strugi powietrza. Zmierzone parametry komfortu cieplnego PMV (predicted mean vote) oraz PPD (predicted percentage of dissatisfied) wykazały, że komfort cieplny był utrzymywany w badanym obszarze bez względu na zmianę przepływu powietrza przez system wentylacji. Wyniki badania pokazały również, że możliwe jest ulepszenie systemów VAV przy użyciu zaprojektowanego nawiewnika, który utrzymuje stały zasięg strugi strumienia powietrza w strefie wentylowanej.
