文摘

最多的建筑能源消耗提供加热、冷却和通风。因此,一个实际的解决方案,比如使用可再生能源可以被认为是减少能源消耗和污染物。此外,体系结构原则必须多样利用被动式太阳能能源和减少能量损失。在这个研究中,提出了一种数值研究调查的热行为TW-FR(特隆布墙放置在一个有窗的房间)半干旱地区的突尼斯。计算流体动力学(CFD)模拟流体流动和传热与数据发表在文献显示了良好的协议。热舒适度计算根据ASHRAE这样(55 - 2013)。结果表明,(我)正常特隆布墙不能保证满意的舒适水平即使在夏天条件和较高的垂直温度梯度可以价值15°C,和特隆布墙显示更高效的加热模式研究了半干旱地区相比,冷却;(2)操作温度的最冷的冬天是17.85和19.85°C之间。空气温度梯度的头和脚之间的舒适范围是2.3°C;和(3)特隆布墙苏塞城市天气是一个很好的解决方案; it is suggested that the passive system (TW-FR) will be examined for a whole year to have a precise evaluation of its efficiency.

1。介绍

可再生能源的应用吸引许多建筑师和工程师的兴趣在最近几天1,2]。一些研究表明利用太阳能的潜力为满足能源需求的建筑(3- - - - - -5和行业6减少污染物排放危机[7,8]。

热大容量存储器,由外部玻璃窗,阻尼器,和排气,以提供所需的加热,冷却和通风被动是所谓的特隆布墙9]。在冬天,空气进入空腔通过低通气。空气的温度在墙上,转移到房间通过腔由于浮力效应。在夏天,特隆布墙表现类似于太阳能烟囱自低玻璃发泄将关闭和高口打开(10]。

一组指令提供了特隆布墙设计基于实验和数值研究。在第一个看,特隆布墙是一种很有前途的方法来节约能源和保持室内空气质量。实验研究提供的房间配备了特隆布墙(11]他们研究自然通风干燥气候的亚兹德,伊朗,实验通过研究不同类型的鳍,也就是说,黄铜,铜,铝。结果批准,使用热鳍增强特隆布墙3%的节能效率和改善其自然通道内的对流传热率6%。

东等人提出了一个新的配置为特隆布墙安装吸收剂板玻璃盖和蓄热器之间的墙和检查它在哈尔滨,中国12]。结果表明:这部小说布局热的效率增加了50%相比传统的特隆布墙。Abbassi和Dehmani内部热鳍引入一个特隆布墙13]。吴等人提出了一个二维模型对空气过滤和热性能的PC-Trombe墙(14]。作者报道,增加太阳辐射对热效率有积极的影响和环境温度。另一方面,进气温度和环境风速下降。最近,Abdeen等人进行了一项调查的传热和气流特隆布墙quasistate形势下在一个温和的典型的冬季在亚历山大,埃及(15]。

计算流体动力学(CFD)是一种可行的解决方案来评估不同系统的流动行为和热条件(16]。可以广泛应用在建筑、CFD分析能源消耗和模型系统对实际值。里斯贝里等人模拟的供热通风导管放置在天花板在瑞典的房子里与被动的房子标准(17]。

Bajc等人提出了一个三维CFD建模和分析了特隆布墙温度分布和相邻的房间在一个温和的气候18]。作者优化太阳能吸热应用各种类型的磨光外一侧的墙上和报道,特隆布墙可能是一个实用的解决方案在贝尔格莱德的地区使用。

总的来说,从前面讨论的出版物可以被理解,特隆布墙有前途的潜在的用于建筑为了保持理想的加热和冷却率。监测之前的研究表明,没有全面研究热舒适评价在建筑特隆布墙安装在半干旱气候。

特隆布墙在突尼斯的应用仍然是常见的由于缺少能源性能和建筑细节信息不说服股东实现这个系统。这个研究目标显示空间的气流模式的影响特隆布墙安装在一个有窗的房间。

2。数值分析

2.1。数学模型

模拟是在ANSYS中实现它(15.0)。连续性方程(1)),动量方程(2))、能源(方程(3)方程应用到模型如下(19]: 在哪里 指出了水的比热容, 显示了热导率, 动态粘滞度, 表示密度。

湍流动能( )及其耗散率( )可以计算如下(20.]: 在哪里 表明湍流动能与平均速度梯度和有关 指的是湍流动能对浮力。 是波动的扩张, 和 普朗特数, , ,和 是常数。

与其他湍流模型相比, 模型是非线性和有简单的融合,使它简单提供一个合适的初始猜测。

动荡的粘度, ,获得的是 在哪里 是一个常数。

的值 ,和 是

2.2。网格独立研究和边界条件

被动的房子的模型与特隆布墙是一个简单的房间特隆布墙在其南部和维度 的 米3。特隆布墙的特点是0.3米的厚度、气隙0.3米,2.4米的高度。房间是空的,只是被阳光直射。系统的物理模型是暴露在图1。总结了边界条件的细节表1。


图1
特隆布墙系统的物理模型。
表1
摘要边界条件。

整个域在ANSYS建模与结构化的矩形网格,和模拟进行15.0只。正如上面所讨论的是常用的湍流模型 。假设一个稳态条件被处决。建立了网格的独立性。6个网格进行测试的情况下,62908年,112356年、132804年和164388年。速度的结果显示在图2、网格独立性发生后的网格大小和细胞数目N°5,它已经表明,后继续计算网格(N 5°(132804)细胞)只长期执行的计算和精度的目的。


图2
模型网格独立性测试。
2.3。苏塞镇的气候数据

苏塞镇(35°49 34 北,10°38 24 东)被放置在从突尼斯143公里,在南方,25米的高度。在夏天,温度超过43°C在树荫下,相对湿度是67%左右。此外,室外温度经常10°C和20°C之间的不同在冬天在白天,晚上可以下降小于1°C不足和不均匀的雨。

3所示。结果

很多情况下,研究了以检查加热/冷却特隆布墙系统的潜力。特别是,我们考虑了两种不同的模式:第一个是今年最冷的冬天(28/12/2019),第二个是一个炎热的夏天,同年(21/07/2019)。气候条件对苏塞(2019)表示在表2。结果说明在一个垂直平面的中心建筑。在数据获得的结果给出了不同的太阳能烟囱深度值为了看到影响系统的热效率。

表2
气候条件对苏塞(2019)。
3.1。验证计算方法

验证数学模型,通过CFD数值结果与传统TW的结果在相同条件下的实验研究21]。特隆布墙的能源效率的比较不同太阳辐射强度进行了CFD结果和实验数据,如图3。评估结果,相对误差作为指标。CFD计算和实验结果之间的再保险


图3
比较热的效率。

如图3,一个完美的协议模型和发表的结果结果观察和再保险的最高价值是7.29%。

3.2。炎热的夏天

典型的选择在夏天炎热的一天(7月),和模拟稳态条件下执行。图4显示了房间里的温度场在部分位于( 米)。由于浮力,冷空气扩散在地板水平。这个寒冷的气流就像飞机和说服周围的空气;特隆布墙可以减少室内空气温度平均为6.1°C。在这种情况下,水平面之间的空气温度梯度在0.2米,地上是7°C是非常高的,这区是温暖的,在房间里也观察到过热的现象。


图4
温度等值面 在夏季炎热的一天。

图5显示了原始速度矢量地图经过玻璃盖;太阳能有第一个与系统的交互TW-FR。在第一方面,太阳能吸收特隆布墙。结果,通过传导,这种能量是穿过墙壁,剩下的是搬到通过对流的空气通道。空气从底部到顶部的通道由烟囱效应引起的。


图5
速度矢量在平面 在夏季炎热的一天。

最高的气流速度约为0.5 m / s。根据(22),我们观察到,气流速度在该地区被域的中间部分是不超过0.17 m / s,这是在舒适范围之间。这个条件的平均状态气流速度低于0.2 m / s最大的舒适性情况。根据(22),0.18和0.24米/秒之间的速度是可感知的,但仍然在夏天舒适区。

3.3。寒冷的冬日

在本节中,模拟准备在一月份一个典型的冬日。图6显示了在房间里的温度场( 米)。尽管辐射是非常高的这一天,这是足以转移的空气通道。房间的中心点的平均温度是18.46°C。房间里的温度大约是20°C,和最低10°C。值提供的内部温度高于外部温度的差异为6.45°C。它可以从模拟得出结论,内部的温度达到更高的温度相比,在一个大区域外的系统是一个消极的结果,将推动内部的热流从房间的环境。这显然可以看到附近的高温。


图6
温度等值面 在冬天最冷的一天。

图7显示的最大速度定位附近的屋顶和地板。这个流导致区域之间的温度梯度。在拐角处一个小涡产生接近房间插座。回流模式是附近的地板上。创建一个相对较小的紊流区,观察流动。我们也观察到,空气流的特点是强烈的湍流附近的地板和屋顶。高空气速度存在;最高速度是0.34米/秒。气流速度的地区,人们认为将占领(域)的中部地区是不超过0.21 m / s。根据(22),这个结果是在舒适地带之间。


图7
速度矢量在平面 在冬天最冷的一天。

压力的数值分布(数字8和9)是完全静水和大气压力尤其是相比也略小的下部特隆布墙由于损失在进口限制。细微差别,分布气隙之间的压力是赞赏和房间,主要地区特隆布墙的低进口和出口压力。


图8
地图平面上的压力 在冬天最冷的一天。

图9
地图平面上的压力 在夏季炎热的一天。

讨论了湍流动能的数字10和11。在输入端,粘度退化的湍流动能。由于没有速度梯度也 梯度,对流传热之间的平衡是实现在输运方程和耗散率。


图10
湍流动能的夏天炎热的一天。

图11
湍流动能的冬天最冷的一天。

4所示。讨论

最常见的技术文献中解释建筑的室内热舒适是根据口腔外科医生的安慰模式23),也用于(22,24]。热舒适是经常检查在占领区内,居住者的体积通常使用封闭的体积是由两个水平的飞机,一个0.1层以上,另2.0层以上。当地的不适可分为一般按以下根据当前标准和ASHRAE这样基础知识手册。

4.1。操作温度

它可以定义的均匀温度的假装黑色外壳一个人交换等量的热量通过辐射和对流作为一个实际的非均匀环境。它是根据计算 在哪里 环境空气温度, 辐射温度, 空气速度。

4.2。垂直空气温差

热不舒服可能由于热分层现象发生。图12演示了不满意的估计价值的人对空气温度梯度的脚踝级别比头冷级别。


图12
局部热不适引起的垂直温差(22]。

热舒适的房间配备了特隆布墙被认为是在最寒冷的冬天和炎热的夏天。所示的主要参数数据是操作温度。炎热的夏天给了一个坏热舒适,和温度差异在整个房间很小。周围的手术气温突然°C在水平面(图13)。数值结果也显示较高的垂直温度梯度可以价值15°C(图14);结果显示,操作温度在房间里不是在舒适的范围内。这表明正常特隆布墙无法保证满意的舒适水平即使在夏天条件。在这种情况下,主管级别和脚踝级别之间的空气温度梯度是10°C超过3°C和不适感觉,因为头水平比脚踝温暖水平根据(22]。结果,典型的特隆布墙不能减少夏季的加热效果。因此,供暖季节在突尼斯应该介绍一些修改在特隆布墙像一个水箱的使用,它是建筑的一部分墙或开放必须通风房间的空气循环。


图13
操作温度分布在离地面0.1米的夏日。

图14
垂直操作温度梯度线( m和 米)。

这种情况下最冷的冬天(图15)显示最不规则分布,垂直温度梯度在居住地区少于2.5°。最冷的冬天的操作温度是17.85和19.85°C之间。头和脚之间的空气温度梯度是2.3°C。基于[22),这是在舒适范围和5%的人不满意的垂直空气分层。


图15
操作温度分布在0.1米以上地板在冬天。

5。结论(s)

以下言论可以从这项研究中得出的结论:(我)CFD模拟能够提供准确的空气温度和速度分布在这座建筑的房间(2)这是观察到的模拟安装特隆布墙可以高度影响建模的房子内的温度分布对苏塞城市天气信息(3)结果表明,安装特隆布墙对房间的温度有显著影响,在冬天保持大约20°C条件(iv)然而,在夏季条件下,一个正常的特隆布墙可以被视为一种额外的供暖来源(v)典型的特隆布墙不能减少夏季的加热效果。因此,在炎热的季节在突尼斯,特隆布墙应该引入一些修改

命名法

: 时间(年代)
: 湍流动能(m2/秒2)
: 湍流混合长度(米)
: 笛卡儿坐标指数
: 恒压比热(J / kgK)
: 温度(K)
: 导热系数(w /可)
: 重力加速度(m / s2)
: 体力(N / m3)
CFD: 计算流体动力学
: 常量
: 常量
: 浮力动能(公斤/米3)
: 速度梯度湍流动能(公斤/ ms3)
: 有效粘度(m2/秒)
: 贡献的脉动膨胀在可压缩湍流耗散率(公斤/米2)
: 质量源(公斤/米3)
: 比热(J / kgK)
: 特征长度(米)
公关: 普朗特数
格: 格拉晓夫数
: 辐射温度(K)
: 环境温度(K)。
希腊符号
: 紊流普朗特
: 运动粘度(m2/秒)
: 热扩散系数(m2/秒)
: 热膨胀系数(K1)
: 湍流耗散率(m2/秒3)
: 湍流动能(m2/秒2)
: 克罗内克符号。

数据可用性

数据请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。