تحلیل عددی تأثیر موقعیت دریچه‌های ورودی و خروجی هوای یک اتاق برای کارایی بهتر تهویه با رویکرد انرژی

نویسندگان

1 مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، واحد مهدیشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، مهدیشهر، ایران

3 مهندسی مکانیک، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

4 گروه مهندسی مکانیک، واحد بوشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، بوشهر، ایران

چکیده

فرایند تهویۀ اتاق برای بالا بردن شرایط آسایش حرارتی ساکنان و کاهش مصرف انرژی صورت می‌گیرد؛ هرچند که تاکنون بیشتر به نرخ جریان و دمای بهینۀ هوای ورودی و نوع سیستم تهویه پرداخته شده است. در این مقاله به کمک نرم‌افزار انسیس فلوئنت، بیست حالت مختلف قرارگیری دریچۀ ورودی و خروجی هوا در اتاق شبیه‌سازی شده و مقادیر سرعت و دما در فضای داخل اتاق به‌ دست آمده است. سپس با در نظر گرفتن سه معیار مقایسه شامل کارایی تهویه، دمای متوسط مؤثر و گرادیان عمودی دما، این بیست نمونه مقایسه و حالتی که در آن دریچۀ ورودی در دیوار روبه‌روی آدمک در وسط دیوار و دریچۀ خروجی در همان دیوار در پایین آن قرار دارد، به‌عنوان بهترین موقعیت استقرار دریچۀ ورودی و خروجی مشخص شده است. در این نمونه، دمای میانگین برابر ℃68/23، کارایی تهویه 36/2 و دمای مؤثر متوسط 01/1- به‌ دست آمده است. همچنین بررسی تغییر مساحت اتاق نمونه 3 برابر با مقادیر 12، 16 و 20 مترمربع نشان داد که با افزایش مساحت، کارایی تهویه به میزان 86/11% کاهش و با افزایش دبی هوا از 045/0 تا 134/0 مترمکعب بر ثانیه، دمای میانگین اتاق 54/12% کاهش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Khamporn, Nopparat and Chaiyapinunt, Somsak, "An Investigation on the Human Thermal Comfort from a Glass Window", Engineering Journal, Vol. 18, No. 1, pp. 25-44, 2014. [2] کارگر شریف‌آباد، هادی، جلیلیان، مسعود، «رده‌بندی انرژی چند ساختمان مسکونی طبق استاندارد ملی در شهر قم و بررسی اثر چند عامل مؤثر بر آن»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 16، شمارۀ 1، صفحۀ 36۱ـ۳۶۴، 1395. [3] Wyon, David P, "The Effects of Indoor Air Quality on Performance and Productivity", Indoor air, Vol. 14, No. 7, pp. 92-101, 2004. [4] افضلیان، مهدی، داودی، فرزین، حسن‌زاده، حسن، ذوالفقاری، سید علیرضا، معرفت، مهدی، «بررسی تأثیرات عوامل فردی بر آسایش حرارتی افراد مستقر در یک محیط پرجمعیت»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 17، شمارۀ 2، صفحۀ 275ـ۲۸۳، 1396. [5] فتح‌الله‌زاده، محمدحسن، حیدری‌نژاد، قاسم، پاسدار شهری، هادی، «بررسی اثر دمای هوای ورودی بر آسایش حرارتی و کیفیت هوای داخل برای اتاقی با سیستم تهویۀ جابه‌جایی در تابستان»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 14، شمارۀ 9، صفحۀ 35ـ۴۴، 1393. [6] Alves, Octávio, Monteiro, Eliseu, Brito, Paulo and Romano, Pedro, "Measurement and Classification of Energy Efficiency in HVAC Systems", Energy and Buildings, Vol. 130, pp. 408-419, 2016. [7] Chen, Q, "Comparison of Different k-ε Models for Indoor Air Flow Computations", Numerical Heat Transfer, Part B Fundamentals, Vol. 28, No. 3, pp. 353-369, 1995. [8] ASHRAE, Standard 55-2010, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc, 2010. [9] Lin, Zhang, Chow, T.T., Fong, K.F., Tsang, C.F. and Wang, Qiuwang, "Comparison of Performances of Displacement and Mixing Ventilations. Part II: Indoor Air Quality", International Journal of Refrigeration, Vol. 28, No. 2, pp. 288-305, 2005. [10] Lin, Zhang, Chow, T.T., Fong, K.F., Wang, Qiuwang and Li, Ying, "Comparison of Performances of Displacement and Mixing Ventilations. Part I: Thermal Comfort", International journal of refrigeration, Vol. 28, No. 2, pp. 276-287, 2005. [11] Alajmi, Ali and El-Amer, Wid, "Saving Energy by Using Underfloor-Air-Distribution (UFAD) System in Commercial Buildings", Energy conversion and management, Vol. 51, No. 8, pp. 1637-1642, 2010. [12] Chung, I. Ping and Dunn-Rankin, Derek, "Using Numerical Simulation to Predict Ventilation Efficiency in a Model Room", Energy and Buildings, Vol. 28, No. 1, pp. 43-50, 1998/08/01/, 1998. [13] Kim, Gon, Schaefer, Laura, Lim, Tae Sub, Kim and Jeong Tai, "Thermal Comfort Prediction of an Underfloor Air Distribution System in a Large Indoor Environment", Energy and Buildings, Vol. 64, pp. 323-331, 2013. [14] حیدری‌نژاد، قاسم، فتح‌الله‌زاده، محمدحسن، پاسدار شهری، هادی، «بررسی اثر ارتفاع دریچۀ برگشت هوا بر مصرف انرژی، آسایش حرارتی و کیفیت هوا در سیستم توزیع هوای زیرسطحی»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 14، شمارۀ 16، صفحۀ 125ـ۱۳۳، 1393. [15] Maerefat, Mehdi, Zolfaghari, Alireza and Omidvar, Amir, "On the Conformity of Floor Heating Systems with Sleeping in the Eastern-Style Beds; Physiological Responses and Thermal Comfort Assessment", Building and Environment, Vol. 47, pp. 322-329, 2012. [16] معلمی خیاوی، نگین، معرفت، مهدی، ذوالفقاری، سید علیرضا، «معرفی یک مدل آسایش حرارتی جدید برای ارزیابی احساس حرارتی موضعی و کلی در محیط‌های غیریکنواخت»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دوره 17، شماره 8، صفحۀ 444ـ۴۵۰، 1396. [17] افضلیان، مهدی، ذوالفقاری، سید علیرضا، فؤادالدینی، علی، «اثرات نرخ تعویض هوا بر آسایش، کیفیت هوا و مصرف انرژی در یک سالن اجتماعات دارای سیستم توزیع هوای زیرسطحی»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 17، شمارۀ 2، صفحۀ 284ـ۲۹۴، 1396. [18] Lin, Zhang, Chow, Tin Tai, Tsang, C.F., Fong, K.F. and Chan, LS, "Stratum Ventilation–A Potential Solution to Elevated Indoor Temperatures", Building and Environment, Vol. 44, No. 11, pp. 2256-2269, 2009. [19] Lin, Zhang, Yao, Ting, Chow, Tin Tai, Fong, K.F. and Chan, LS, "Performance Evaluation and Design Guidelines for Stratum Ventilation", Building and environment, Vol. 46, No. 11, pp. 2267-2279, 2011. [20] Tian, Lin, Lin, Zhang and Wang, Qiuwang, "Experimental Investigation of Thermal and Ventilation Performances of Stratum Ventilation", Building and Environment, Vol. 46, No. 6, pp. 1309-1320, 2011. [21] Lin, Zhang, "Stratum Ventilation-A Solution to Meet Challenges to Contemporary Air Distribution", REHVA, Vol. 4, pp. 40-43, 2014. [22] مولایی‌منش، غلامرضا، بررسی نقش پارامترهای هندسی بر کیفیت هوای استنشاقی در یک اتاق با سیستم تهویۀ مصنوعی شخصی، سومین کنفرانس بین‌المللی گرمایش، سرمایش و تهویۀ مطبوع، تهران، 1390. [23] مولایی‌منش، غلامرضا، «بررسی پارامتری نقش عوامل مؤثر بر آسایش حرارتی و کیفیت هوای استنشاقی در یک اتاق با تهویۀ لایه‌ای»، نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر، دورۀ 47، شمارۀ 1، صفحۀ 59ـ۶۷، 1394. [24] مداحی، مهدی و توانایی، فهیمه، «بهینه‌سازی عملکرد حرارتی جداره‌های خارجی یک ساختمان مسکونی میان‌مرتبه در اقلیم سرد و خشک با بهره‌گیری از نرم‌افزار شبیه‌ساز انرژی (نمونۀ موردی: شهر مشهد)»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی، دورۀ 9، شمارۀ 3، صفحۀ 108ـ۱۲۱، 1398. [25] خداکرمی، جمال و قبادی، پریسا، «بهینه‌سازی مصرف انرژی در یک ساختمان اداری مجهز به سیستم مدیریت هوشمند»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی، دورۀ 6، شمارۀ 2، صفحۀ 12ـ۲۳، 1395. [26] Fathalian, Afshin and Kargarsharifabad, Hadi, "Actual Validation of Energy Simulation and Investigation of Energy Management Strategies (Case Study: An Office Building in Semnan, Iran)", Case Studies in Thermal Engineering, Vol. 12, pp. 510-516, 2018. [27] احمدزاده، محمد، «بکارگیری پنلهای خورشیدی به منظور بهبود عملکرد انرژی سیستمهای تهویۀ مطبوع هوا تازه»، نشریه علمی پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی، دوره 6، شماره 4، صفحه 53-44، 1395. [28] فتحعلیان، افشین، کارگر شریف‌آباد، هادی، «بررسی تأثیر راهکارهای مختلف بهینه‌سازی انرژی در رده‌بندی انرژی ساختمان به‌وسیلۀ نرم‌افزار دیزاین بیلدر؛ مطالعۀ موردی: ساختمان اداری»، فصلنامه علوم و تکنولوژی محیط زیست، مقالۀ پذیرفته‌شده برای انتشار، 1398. [29] Karimipanah, Taghi, Awbi, HB, Sandberg, Mats, Blomqvist, Claes, "Investigation of Air Quality, Comfort Parameters and Effectiveness for Two Floor-Level Air Supply Systems in Classrooms", Building and Environment, Vol. 42, No. 2, pp. 647-655, 2007. [30] Lin, Zhang, "Effective Draft Temperature for Evaluating the Performance of Stratum Ventilation", Building and environment, Vol. 46, No. 9, pp. 1843-1850, 2011. [31] Hashimoto, Yukihiro, "Numerical Study on Airflow in an Office Room with a Displacement Ventilation System", Building Simulation, Vol. 1, 2005. [32] Environments, Moderate Thermal, Determination of the PMV and PPD Indices and Specification of the Conditions for Thermal Comfort; ISO7730, International Organisation for Standardisation: Geneva, Switzerland, 1994. [33] Standard, ASHRAE, Standard 62.1-2004, Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality, 2004. [34] Manual, ANSYS FLUENT User, release 16.0, ANSYS Inc, 2016. [35] Hinze, JO, Turbulence. McGraw-Hill Publishing Co, New York, 1975. [36] Choudhury, D, Introduction to the Renormalization Group Method and Turbulence Modeling (Technical memorandum TM-107), Fluent Inc, 1993. [37] Guide, Fluent User’s, Release 6.1, Fluent Inc, 2003. [38] کارگر شریف‌آباد، هادی، فلسفی، محمد، «مدل‌سازی عددی انتقال حرارت جابه‌جایی داخلی سیال مغناطیسی تحت میدان مغناطیسی منقطع و فرکانس‌های زمانی متفاوت»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 15، شمارۀ 6، صفحۀ 91ـ۹۸، 1394. [39] فرهانیه، بیژن، گل‌افشانی، مهدی، اکرامی، سعید، «تحلیل میدان جریان در اطراف دریچه‌های کشویی با استفاده از روش چند بلوکی»، نشریه علمی‌پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی، دورۀ 17، شمارۀ 1، صفحۀ 85ـ۱۰۷، 1377. [40] ایمانی‌کله‌سر، میثم، شیرزاده‌گرمی، هوشیار، «بررسی عددی رفتار آئروالاستیک ساختمان‌های بلند با لحاظ اندرکنش سازه و باد»، نشریه علمی‌پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 19، شمارۀ 3، صفحۀ 719ـ۷۳۰، 1397.