Diffuse ceiling ventilation - Experimental and numerical analysis based on variation of room geometry and heat load distribution
Author
Vilsbøll, Rasmus Westh
Term
4. term
Publication year
2014
Submitted on
2014-06-06
Pages
76
Abstract
Der er et stigende fokus på at sænke energiforbruget og samtidig sikre et godt indeklima, hvilket gør ventilationsløsninger i bygninger mere komplekse. I tætbefolkede rum kræves store mængder frisk luft for at opretholde god luftkvalitet, men det kan medføre træk eller store temperaturforskelle, hvis luften ikke fordeles hensigtsmæssigt. Diffus loftventilation er et system, hvor luften tilføres gennem hele loftfladen med lav hastighed. Dermed bliver luftstrømmen i rummet primært styret af de varme kilder, der allerede findes i rummet. Systemet giver typisk høj opblanding, og tidligere undersøgelser har antydet, at lufthastighederne i rummet ikke afhænger af, hvor meget luft der tilføres. Studier har også vist, at systemet kan fjerne store varmelaster uden at forringe indeklimaet, men nyere forsøg peger på udfordringer i rum med stor højde og ved bestemte fordelinger af varmelasten. Denne afhandling undersøger eksperimentelt betydningen af tre forhold: rumhøjde, fordeling af varmelast og luftindblæsningsgeometri (hvordan og hvor luften blæses ind). Der blev målt lufthastigheder og temperaturer i et testrum, og resultaterne blev vurderet med en metode, hvor det termiske indeklima bruges til at bestemme systemets kølekapacitet, dvs. hvor meget varme der kan fjernes uden at gå på kompromis med komforten. Målingerne viste, at både rumhøjde og varmelastfordeling har stor betydning for systemets ydeevne. De viste også, at lufthastighederne i rummet steg, når luftmængden blev øget, i modsætning til tidligere eksperimentelle fund. For bedre at forstå strømningsmønstrene blev der udført CFD-simuleringer (computersimuleringer af luftstrømme) i programmet FloVENT. En referencemodel med betingelser svarende til et af forsøgene blev valideret og viste god overensstemmelse med målingerne. Modellen blev derefter ændret for at teste virkningen af ændret luftmængde, rumhøjde og indblæsningsgeometri. CFD-resultaterne lignede forsøgsresultaterne: lufthastighederne i rummet var afhængige af luftmængden, rumhøjden havde stor betydning for det termiske indeklima, og ændringen fra smalle spalteventiler til et fuldt diffust loft gav kun små forskelle.
There is growing pressure to reduce energy use while maintaining a healthy indoor environment, which makes building ventilation design more challenging. In crowded rooms, large amounts of fresh air are needed to keep air quality high, but if air is not distributed well, this can cause draughts or large temperature differences. Diffuse ceiling ventilation supplies air across the entire ceiling at low speed. As a result, the airflow in the room is mainly driven by the heat sources already present. The system typically creates high mixing, and earlier studies suggested that room air speeds do not depend on the air flow rate. Prior work also indicated that this approach can remove large heat loads without degrading comfort, but recent experiments point to difficulties in tall rooms and with certain heat load distributions. This thesis experimentally examines three factors: room height, heat load distribution, and air supply geometry (how and where air is introduced). Air velocities and temperatures were measured in a test room and assessed with a method that uses the resulting thermal indoor climate to determine the system’s cooling capacity—that is, how much heat can be removed without compromising comfort. The measurements showed that both room height and heat load distribution strongly affect system performance. They also showed that room air speeds increased as the flow rate increased, opposite to earlier experimental findings. To better understand the flow, CFD (computational fluid dynamics) simulations were conducted in the FloVENT program. A reference model with conditions matching one experiment was validated and agreed well with the measurements. The model was then modified to test the effects of changing flow rate, room height, and supply geometry. The CFD predictions mirrored the experiments: room air speeds depended on flow rate, room height had a large impact on the thermal indoor climate, and switching from small slot diffusers to a fully diffuse ceiling produced only minor differences.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents