Numerical Analysis of Inlet and Outlet Room Air Vent Position for Reaching the Best Ventilation Condition with an Energy Approach

Authors

Abstract

The process of room's air-conditioning system is used to enhance thermal comfort and to reduce energy consumption. Although most of the researches have concentrated more on flow rate and optimum temperature of inlet air, the present study software was used to obtain the best possible locations for inlet and outlet channels for 20 samples of room using Ansys Fluent. Three factors including ventilation efficiency, effective average temperature, and vertical temperature gradient were considered to find the best location for inlet and outlet port locations. As a result, model 20, where inlet channel placed in the middle of opposite wall from manikin and the outlet channel located at the bottom of the same wall, was approved. In this sample, the average temperature was 23.68; the ventilation efficiency was 2.36; and the average effective temperature was -1.01. Moreover, the analysis of rooms with area of 12 𝑚2, 16 𝑚2, and 20 𝑚2 showed that by increasing the area, the ventilation efficiency decreased by 11.86%, and by increasing the air flow from 0.045 to 0.134 m3/s, the average temperature room decreases 12.54%.

Keywords


[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.