IMPACT OF DIFFUSE CEILING VENTILATION SYSTEMS ON INDOOR ENVIRONMENTAL QUALITY IN CLASSROOMS: A Field Study, Full-Scale Experimental and Numerical Investigation
Translated title
Påvirking af indeklima og funktionalitet ved ventilation med diffus loftindblæsning i klasseværelser: Et feltforsøg, fuldskala laboratorieforsøg og numerisk simulering
Authors
Kristensen, Martin Heine ; Jensen, Jakob Søland
Term
4. term
Publication year
2015
Submitted on
2015-06-23
Pages
210
Abstract
Diffus loftsventilation (DCV) fordeler indblæsningsluften over store dele af loftet, så luften kommer blidt ind i rummet. Afhandlingen undersøger, hvad der påvirker systemets funktion og den oplevede indendørs termiske komfort. Dette er gjort gennem to feltstudier i klasselokaler under normal drift og 70 fuldskala laboratorieforsøg. I laboratoriet blev indblæsningsåbningsarealet (den del af loftet, der er åben for indblæsning) varieret for at se, hvordan det påvirker kølekapacitet, termisk komfort og strømningsmønstre. Resultaterne viser, at høj kølekapacitet (over 130 W/m²) kan opnås samtidig med overholdelse af termisk komfortkategori B. DCV kan levere høje ventilationsrater (6–16 luftskifter i timen, h⁻¹) med minimal risiko for træk, fordi luften fordeles over et stort areal. Afhandlingen opstiller et designdiagram, der knytter ventilationsrate og indblæsningstemperatur til kølekapacitet for tre størrelser af indblæsningsareal: 18 %, 50 % og 100 % af det diffuse loftsareal. Sammenhænge mellem centrale designparametre viser, at strømningsmønstrene hovedsageligt er styret af varmelaster (opdrift), men også påvirkes af indblæsningsmomentum ved typiske ventilationsrater. Derfor beskrives strømningen bedre med Archimedes-tal end med Reynolds-tal. Desuden ses der fuldstændig blanding af rumluften både i drift og i forsøg. Både denne blanding og den forvarmning, som indblæsningsluften får ved passage gennem plenum over loftet, afhænger af Archimedes-tallet. Numeriske beregninger med CFD blev afprøvet i en bred parametervariation for at teste robusthed over for ændrede randbetingelser, men modellen viste sig ikke gyldig til at beskrive det strømningsmæssige system pålideligt.
Diffuse ceiling ventilation (DCV) supplies air through large parts of the ceiling, so it enters the room gently and evenly. This thesis examines what affects the system’s performance and the resulting indoor thermal comfort. The work combines two field studies in classrooms under real operating conditions with 70 full-scale laboratory tests. In the lab, the supply opening area (the fraction of the ceiling used for air supply) was varied to assess effects on cooling capacity, thermal comfort, and airflow patterns. Findings show that high cooling capacities (above 130 W/m²) can be achieved while meeting thermal comfort category B. DCV can deliver high ventilation rates (6–16 air changes per hour, h⁻¹) with minimal draft risk because the airflow is spread over a large area. The thesis provides a design chart linking ventilation rate and inlet air temperature to cooling capacity for three supply opening areas: 18%, 50%, and 100% of the diffuse ceiling area. Correlations between key design parameters indicate that airflow patterns are mainly governed by heat loads (buoyancy) but are also influenced by inlet momentum at typical ventilation rates. Consequently, the flow is better characterized by the Archimedes number than by the Reynolds number. Moreover, total mixing of the room air occurs in both field and laboratory conditions. Both this mixing and the preheating of supply air as it passes through the ceiling plenum depend on the Archimedes number. Numerical simulations using CFD were attempted for a broad parametric study to test robustness to changes in boundary conditions, but the model did not validly reproduce the fluid mechanics and was not reliable for prediction.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents