Experimental and Numerical Analysis of Diffuse Ceiling Ventilation: Performance of diffuse ceiling ventilation system

Abstract

Poniższy projekt analizuje działanie sufitowej wentylacji dyfuzyjnej. Obejmuje on zarówno analizę pomiarową, jak i poprzez metody numeryczne. Część pomiarowa obejmuje eksperymenty sufitowej wentylacji dyfuzyjnej w pełnej skali. Liczba pomiarów przeprowadzona jest w różnorodnych warunkach cieplnych i przepływowych. Jednym z głównych problemów, który jest zbadany, jest wpływ lokalizacji zysków ciepła w pomieszczeniu na rozpływ powietrza. Pomiary mają na celu sprawdzenie, jak bardzo warunki w pomieszczeniu zależą od dystrybucji zysków ciepła- zysków ciepła rozłożonych równomiernie, punktowych zysków ciepła w różnych lokalizacjach oraz zysków ciepła w jednej części pomieszczenia. Zbadany jest również wpływ zysków ciepła w zależności od ich wertykalnej pozycji. W przypadku zysków ciepła rozłożonych równomiernie, jest ryzyko wystąpienia problemu niestabilności przepływu powietrza w pomieszczeniu i jego natura jest analizowana. Kolejne szerokie pole badań, to istotność pola powierzchni, przez które powietrze nawiewane jest do pomieszczenia. Wszystkie rezultaty zaprezentowane są na wykresie projektowym, q-ΔT, który umożliwia znalezienie maksymalnych wartości q i ΔT, dla których ryzyko przeciągu w pomieszczeniu jest w akceptowalnym zakresie. Ponadto, przeprowadzone są pomiary spadku ciśnienia na suficie dyfuzyjnym i zbadane jest jaki wpływ na spadek ciśnienia ma konstrukcja sufitu. Drugą, istotną częścią raportu jest modelowanie CFD, do którego użyty jest program Star-CCM+ i wygenerowany jest model pomieszczenia testowego. Warunki jednego z pomiarów w prawdziwym pomieszczeniu są bazą dla geometrii i warunków brzegowych użytych w modelu. Walidacja modelu przeprowadzona jest poprzez porównanie wyniku eksperymentu z wynikami symulacji. Następnie geometria modelu jest zmieniona poprzez zmniejszenie wysokości pomieszczenia, w celu sprawdzenia, jak duży jest wpływ wysokości pomieszczenia na siły wyporu w pomieszczeniu, które są głównymi siłami generującymi przepływ powietrza w tego typu systemie wentylacji

Presented report is an analysis of performance of diffuse ceiling ventilation system and both experi- mental and numerical analysis are included. Experimental part involves full-scale measurements on the DCV. Number of experiments are carried out under different thermal and air flow conditions. One of the main issues, which is in- vestigated, is influence of the heat loads location in the room on the airflow pattern. It is checked how much conditions in the room will change depending on the heat loads distribution- equally dis- tributed heat sources, point heat sources in different locations or heat sources only on one side of the room. Influence of vertical heat loads location is tested as well. With equally distributed heat loads a problem with unstable airflow pattern may occur and it is tried to investigate its nature. An- other broad field of interest is the importance of the supply area of the ceiling. All of the results are recalculated to a design chart, which enables to find maximum acceptable q and ∆T values, which ensure that draught risk in the room is in the acceptable range. What is more a pressure loss across the real ceiling is measured and it is investigated what is the influence of ceiling’s construction on the pressure drop. Second main part of this report is CFD modeling and a Star CCM+ software is used to create a model of the test room. One of the cases, which is tested in the real experiment is a base for the model’s geometry and boundary conditions. Next it is tried to validate the model by comparing results of the simulation with measurements results. Finally the test room’s model geometry is changed by decreasing the height of the room to be able to see, what is the influence of the room’s height on the buoyancy forces in the room, as these are the main forces generating airflow for DCV system.

A master thesis from Aalborg University

Experimental and Numerical Analysis of Diffuse Ceiling Ventilation: Performance of diffuse ceiling ventilation system