بخشی از مقاله
خلاصه
ایجاد شرایط استاندارد حرارتی و با کیفیت هوای داخلی در محیط هایی که افراد اکثر وقتشان را در آن ها میگذرانند، از اهمیت زیادی برخوردار است. بی شک منابع حرارتی و سیستمهای گرمایشی، هالههای حرارتی را ایجاد میکنند که میتواند بر الگوی تهویه و آسایش حرارتی اثرگذار باشند.
در این پژوهش با استفاده از یک مدل سه بعدی به شبیه سازی محاسباتی جریان هوا در یک اتاق با حضور منابع حرارتی پرداخته شده است. پارامترهای دما و سرعت بر حسب ارتفاع در مناطق مختلف کاری افراد، استخراج شد. نتایج نشان داد، سیستم گرمایش قرنیزی بدلیل پخش حرارتی مناسب و کاهش تلفات حرارتی چا ههای حرارتی، از لحاظ تامین آسایش حرارت یکی از بهینه ترین سیستم های گرمایشی است.
.1 مقدمه
امروزه بکارگیری سیستم های حرارتی آبی به منظور گرمایش محیط داخلی ساختمان ها به امری کاملا متداول تبدیل شده است.در چنین سیستم هایی آب تغذیه پس از گرم شدن در یک منبع حرارتی - مانند پکیج - به محیط ساختمان وارد می شود و با از دست دادن حرارت خود دمای محیط ساختمان را افزایش میدهد و پس از آن مجدداً با برگشت به منبع حرارتی، چرخه تکرار می شود.
در این سیستم ها، انتقال حرارت به صورت تابشی در تبادل حرارت بین سیستم و محیط سهم زیادی در فرآیند گرمایشی دارد. سیستم های تابشی با توجه به دمای سطح شان به دو نوع سیستم های تابشی دما بالا و سیستم های تابشی دما پایین مانند گرمایش از کف تقسیم بندی می شوند.
یکی از مهمترین موارد در طراحی خوب ساختمان، تأمین آسایش حرارتی است. آسایش حرارتی حالتی است که فرد برای تغییر شرایط حرارتی محیط هیچ اقدام رفتاری را انجام ندهد.[2] در تعریف استاندارد ASHRAE - استاندارد شماره : - 55 آسایش حرارتی شرایطی ذهنی است که احساس رضایت از شرایط حرارتی محیط را بیان میکند.
حفظ این استاندارد آسایش حرارتی برای ساکنان ساختمان، یکی از اهداف مهم مهندسان طراح HVAC - تکنولوژیهای مربوط به گرمایش و تهویه مطبوع - میباشد . خنثی بودن حرارتی هنگامی حفظ میشود که گرمای تولیدشده توسط متابولیسم انسانی اجازه پراکنده شدن داشته باشند تا به این صورت تعادل حرارتی محیط اطراف حفظ شود.
فاکتورهای اصلی که بر آسایش حرارتی تأثیر میگذارند آنهایی هستند که اتلاف و جذب گرما را تعیین میکنند، از جمله سرعت متابولیک، عایق کردن لباسها، دمای هوا، دمای تابشی میانگین، سرعت هوا و رطوبت نسبی. پارامترهای روانشناسی از قبیل توقعات فردی نیز بر آسایش حرارتی تأثیر میگذارند
ازآنجاییکه تفاوتهای گوناگونی میان افراد در خصوص رضایت روانشناسی و فیزیولوژیکی وجود دارد، پیدا کردن دمای ایده آل برای هر فرد در یک فضای مشخص، کار سختی میباشد.
طبق استاندارد ASHRAE 55 سرعت جریان هوا تا 0/8 m/s بدون کنترل و 1/2 m/s با کنترل مجاز میباشد. رضایت حرارتی که منجر به بالاتر بودن دمای هوا در سطح سر نسبت به سطح مچ پا باشد، ممکن است ناراحتی حرارتی ایجاد کند. استاندارد ASHRAE 55 پیشنهاد میدهد که تفاوت موردنظر نباید بالاتر از 3 درجه سانتیگراد باشد و همچنین دمای کف در مکانهایی که ساکنین کفشهای سبک بر پا دارند، در محدوده 19 تا 29 درجه سانتیگراد باشد.
پلوسکیچ و هولمبرگ عملکرد حرارتی یک سیستم گرمایش قرنیزی را هنگامی که هوای سرد محیط بیرون از روی هیتر قرنیز عبور میکرد را بررسی کردند. عملکرد سیستم در نرخهای تهویه متفاوت در دمای متداول محیط در فصل زمستان سوئد بررسی شد. آنها نشان دادند که سیستمهای گرمایش قرنیزی به همراه عبور هوا، علاوه بر آسایش حرارتی موجب کاهش مصرف انرژی در اقلیمهای سرد می شوند. سپس عملکرد حرارتی قرنیزهای حرارتی آبی کنونی برای گرمایش فضاها را بررسی کردند و نشان دادند که میانگین ضریب انتقال حرارت قرنیزهای تشعشعی مورد بررسی حدود 50 درصد بیش از متوسط ضریب انتقال حرارت پنج نوع متفاوت رادیاتورهای سنتی بود
پلوسکیچ و هولمبرگ عملکرد سه سیستم گرمایش قرنیزی آبی را بررسی کردند . هدف آنها تعیین کردن توانایی گرمایش سیستم قرنیزی تغذیه شده با آب دماپایین بود و نشان دادند که برای عملکرد مناسب رادیاتورهای قرنیزی دمای آب نمیتواند از 45 درجه سانتیگراد کمتر شود
عبدل زاده، سرگزی زاده و دهقان آنالیز انرژی و اگزرژی سیستم های گرمایش از کف و گرمایش قرنیزی و همچنین مقایسه راندمان حرارتی و راندمان اگزرژی را انجام دادند. برای این منظور اتاقی با مشخصات منطبق بر استاندارد ASHRAE و شرایط دمایی مختلف محیط در نظر گرفته شد.
محاسبات برای دو حالت راه اندازی سیستم و همچنین حالت پایای سیستم انجام شد. نتایج نهایی آن ها نشان داد که سیستم گرمایش قرنیزی به دلیل داشتن دمای بالاتر و اتلافات حرارتی کمتر، کیفیت انرژی بالاتری نسبت به گرمایش از کف دارد و بنابراین راندمان حرارتی و راندمان اگزرژی در این سیستم بالاتر بود. همچنین بر اساس محاسبات انجام شده، سوخت مصرفی در حالت گرمایش از کف نسبت به گرمایش قرنیزی %9 افزایش نشان داد. در نهایت سیستم گرمایش قرنیزی به دلیل راندمان بالاتر و مصرف سوخت کمتر، سیستم بهینه تری نسبت به گرمایش از کف خواهد بود.
با توجه به مدرن بودن این سیستم گرمایشی، نیاز به شبیه سازی جریان هوا و بررسی پارامترهای جریان مانند سرعت و دما در نواحی مختلف اتاق در حضور انسان احساس می شود. لذا در این پژوهش بررسی محاسباتی این سیستم گرمایشی در حضور یک مانکن حرارتی انجام شده است.
.2 معادلات حاکم و روش حل
در شکل 1 هندسه مورد نظر در کار حاضر نشان داده شده است که ابعاد آن مشابه هندسه کار تحقیقاتی تجربی اولسن و همکاران - اتاق با طول 4/8 و عرض 2/4 و ارتفاع 2/7 متر - می باشد. [10] به منظور بررسی تاثیر حضور انسان بر عملکرد سیستم گرمایشی یک مانکن حرارتی در اتاق قرار داده شده است.
شکل - 1 هندسه مورد استفاده در کار حاضر
در این تحقیق معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی در جریان آشفته استفاده شدند:
ui مولفه های سرعت - u,v,w - ، P فشار و ویسکوزیته دینامیکی است. در معادلات بالا xi محورهای مختصات،
چگالی و gi شتاب جاذبه و همچنین Twدمای دیواره اتاق است.
معادلات فوق با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent و با شرایط مرزی نشان داده شده در شکل 2 گسسته
سازی و حل شده اند. شایان ذکر است مدل جریان آشفته v2f در کار حاضر استفاده شده است.
