Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Analiza CFD sprawności systemów rozdziału powietrza dla biura

Analiza CFD sprawności systemów rozdziału powietrza dla biura
Analiza CFD sprawności systemów rozdziału powietrza dla biura
Fot. Autor

W artykule przedstawiono wyniki analizy CFD (Computational Fluid Dynamics) jakości i sprawności wymiany powietrza dla pomieszczenia biurowego użytkowanego przez 12 osób. Analizowano system wyporowy, mieszający i strefowy (strumieniowy).

Opis analizy i dane wejściowe

Celem przeprowadzonej analizy było obliczenie jakości oraz sprawności wentylowanego powietrza dla różnych systemów jego rozdziału w pomieszczeniu biurowym. Ze względu na symetrię analizowana była połowa powierzchni biura (5×6×3,6 m). Ilość powietrza wentylującego wyznaczono, zakładając 10 l/s/osobę oraz 2 l/s/m2 podłogi, co dało razem 110 l/s. Temperatura powietrza nawiewanego wynosiła 15°C (oszacowano na podstawie bilansu ciepła). Straty ciepła do otoczenia występowały tylko przez jedną ścianę. Temperatura zewnętrzna wynosiła 10°C. Ciepło wydzielane było przez komputery, ludzi oraz oświetlenie. Sufit, podłoga i pozostałe ściany traktowane były jako powierzchnie zaizolowane.

Na rys. 1 przedstawiono warunki brzegowe analizy. Na rys. 2 pokazano usytuowanie nawiewów i wywiewów dla każdego z analizowanych systemów wentylacji.

Wyniki przeprowadzonych symulacji

System wentylacji wyporowej

Rozkład linii strumieni powietrza przedstawiono na rys. 3. W systemie tym powietrze nawiewane z dołu było rozprowadzane w strefie przypodłogowej, tworząc wiry wokół przegród. Następnie porywane było przez słup ciepłego powietrza nad źródłami ciepła. Na końcu po wietrze kierowało się do wywiewów zlokalizowanych na środku sufitu.

Prędkość w strefie przebywania ludzi nie przekraczała 0,2 m/s. Temperatura wzrastała w kierunku pionowym w całym obszarze biura, osiągając wartości od 16°C w strefie przypodłogowej do 31°C przy suficie. Temperatura 16°C mogłaby powodować dyskomfort – należałoby nawiewać powietrze o temperaturze 19°C.

Żeby odebrać zyski ciepła bez nadmiernego wzrostu temperatury powietrza, trzeba byłoby zwiększyć nawiewany strumień o ok. 55%, do 0,17 m3/s. Średnia temperatura wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi znajdującej się na wysokości 1,5 m wyniosła 24,8°C (rys. 4).

Jeśli chodzi o rozkład stężenia dwutlenku węgla, zarysował się podział biura na dwie strefy – górną, bardziej zanieczyszczoną i dolną – mniej (rys. 5). Średnia wartość stężenia CO2 wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniosła 410 ppm. Największe stężenia występowały w okolicy źródeł CO2. System charakteryzował się skuteczną asymilacją dwutlenku węgla.

Powietrze w strefie przypodłogowej przebywało krótki czas (3–4 min). Im wyżej, tym było bardziej zużyte . Najdłuższy czas przebywania powietrza w pokoju wyniósł 19,3 min – znajdowało się ono w górnym rogu ściany krańcowej (rys. 6). Średnia wartość wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi wyniosła 9,6 min.

Zaobserwowano wysoką sprawność wymiany powietrza w strefie przypodłogowej oraz nad źródłami ciepła (η > 1). Występowały również strefy o niskiej sprawności (poniżej η = 0,7), ale były to miejsca poza strefą przebywania ludzi (rys. 7). Średnia wartość wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniosła 1,1.

System wentylacji mieszającej

Struga nawiewana z podsufitowych nawiewników, mieszając się z powietrzem wewnętrznym, opadała w przeciwległym rogu pomieszczenia. Następnie powietrze kierowało się do strefy przebywania ludzi w dolnych warstwach biura. Stosunkowo duży pęd strugi nawiewnej powodował zawirowanie w całym pomieszczeniu. Prędkość w strefie przebywania ludzi wyniosła poniżej 0,3 m/s (rys. 8).

System mieszający zapewnił wyrównane wartości temperatury w całym obszarze biura (rys. 9). Wartość średnia wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniosła 27,3°C. Jest to wartość zbyt wysoka. Żeby zapewnić odpowiedni komfort, należałoby obniżyć temperaturę powietrza nawiewanego o 3–4°C.

Stężenie CO2, nie licząc okolic jego źródeł, było wyrównane. Różnica pomiędzy górną i dolną strefą pomieszczenia wyniosła zaledwie 35 ppm (rys. 10). Średnia wartość wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi to 645 ppm.

Wiek powietrza był w obszarze biura wyrównany. Nie zaobserwowano powietrza starszego niż 12 min (rys. 11). Świadczy to o równomiernej jego wymianie w całym pomieszczeniu. Średni wiek wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniósł 10,2 min.

Sprawność wymiany powietrza była równomierna w całym pomieszczeniu (rys. 12). Wartość średnia wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi wyniosła 1,04.

System wentylacji strefowej (strumieniowej)

Powietrze nawiewane było z góry do strefy przebywania ludzi za pomocą strumienia pionowego. Po dotarciu do strefy przebywania ludzi w wyniku konwekcji naturalnej powietrze unosiło się ku górze w kierunku wywiewników (rys. 13).

Rozkład temperatury był uwarstwiony pionowo, podobnie jak w systemie wyporowym, ale miał mniejszy gradient. W strefie przypodłogowej temperatura wyniosła 23°C, a w strefie przysufitowej 28°C (rys. 14). Wartość średnia wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniosła 24,8°C.

Jeśli chodzi o rozkład stężenia CO2, można wyróżnić strefę górną, bardziej zanieczyszczoną i strefą dolną – mniej (rys. 15). Średnie stężenie CO2 wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi wyniosło 580 ppm.

Można zaobserwować strefy zalegającego zużytego powietrza, które znajdowały się w górnych warstwach, pośrodku między nawiewami i na ścianie krańcowej. Średni czas utrzymywania powietrza wzdłuż linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi wyniósł 9,6 min (rys. 16).

Sprawność wymiany powietrza w strefie przypodłogowej była wyższa niż w strefie górnej (rys. 17). Wartość średnia wzdłuż linii referencyjnej w obszarze przebywania ludzi wyniosła 1,1.

Podsumowanie

System wyporowy charakteryzował się dużym gradientem temperatury – od 15 do 31°C. Temperatura w strefie przypodłogowej była zbyt niska. Żeby zapewnić komfort, należałoby podwyższyć temperaturę nawiewu do 19°C. Wiązałoby się to ze zwiększeniem strumienia powietrza nawiewanego do 0,17 m3/s. System ten zapewniał najniższe stężenie CO2 – 410 ppm. Z kolei system mieszający charakteryzował się równomiernym rozkładem temperatury oraz stężenia CO2 w całym pomieszczeniu.

Średnia temperatura w strefie przebywania ludzi osiągnęła wartość 27,3°C, a stężenie CO2 645 ppm. Były to najwyższe wartości wśród omawianych systemów. Warto zwrócić uwagę, że system zapewnił równomierną sprawność wymiany powietrza na poziomie η = 1,04. Jego zaletą było stabilne i równomierne wentylowanie całego pomieszczenia.

System strefowy (strumieniowy) zapewnił największy komfort dla założonych warunków brzegowych. Temperatura w strefie przebywania wyniosła 24,8°C, a stężenie CO2 580 ppm. System ten ma cechy systemu mieszającego i wyporowego. Nawiewana struga, zanim dotarła do strefy przebywania ludzi, ogrzewała się na skutek mieszania z powietrzem w pomieszczeniu. Po dotarciu do strefy przebywania ludzi powietrze było porywane przez słup ciepłego powietrza nad źródłami ciepła, tak jak w przypadku systemu wyporowego.

Parametry wszystkich analizowanych systemów rozdziału powietrza zamieszczono w tabeli.

Parametr/system

Wyporowy

Mieszający

Strefowy

T śr. powietrza, °C

24,8

27,3

24,8

CO2 śr., ppm

410

645

580

Wiek pow., min

9,6

10,2

9,6

Sprawność, –

1,1

1,04

1,1

Tabela. Wartości parametrów na linii referencyjnej w strefie przebywania ludzi
   13.01.2015

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Czy już znasz, idealne narzędzie dla projektantów sieci wod - kan » Co sprawi, że rozwiążesz problemy pomiarowe wentylacji »
aplkacja wod-kan pomiar termowizyjny
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Klimatyzacja bez przeciągów - jak to możliwe »

 klimatyzator

 



Na czym polega renowacja kanalizacji bez kucia ścian » Jakich zabezpieczeń wentylacyjnych potrzebujesz »
renowacja kanalizacji
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Poznaj zalety pomp nowej generacji » 5 powodów, dla których warto zainwestować w pompę ciepła »
pompy woda powietrze pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Polecamy sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Serwis pompy ciepła bez problemów - jak to zrobić »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - WT 2021 dla budynków wielorodzinnych
  • - Klimakonwektory, belki i sufity chłodzące
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl