Projekt: Luft_plus Numerische Bewertung der Raumluftzustände am Beispiel verschiedener Lüftungskonzepte P Klanatsky a, Christian Heschl a, Michael Schöny b a Fachhochschule Burgenland GmbH, Studienzentrum Pinkafeld, 7423 Pinkafeld, Austria b Forschung Burgenland GmbH, Forschungszentrum Pinkafeld, 7423 Pinkafeld, Austria Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms Energieforschung (e!mission) durchgeführt Vorstellung Forschung Burgenland GmbH Energie- Umweltmanagement Energie- und Umweltmanagement Gebäudetechnik und Gebäudeautomation* Nachhaltige Energiesysteme Energie- und Umweltmanagement Gebäudetechnik und Gebäudemanagement Projektrolle wissenschaftliche Begleitung im Bereich der Simulation von Raumluftströmungen mit Hilfe numerischer Methoden (CFD) numerische Bewertung unterschiedlicher Lüftungssysteme *vorbehaltlich der Akkreditierung durch die AQ Austria Folie 2
Inhalt der Präsentation Aufgabenstellung Numerische Bewertung der Raumluftzustände Definierte Rahmen- und Randbedingungen Umgebungsbedingungen Referenzraum, Bauphysik, Lüftungssysteme I - III Zulufttemperatur, innere Lasten, Netto-Raumheizlast, Wärmeabgabesystem Physikalische Modellierung Validierungsergebnis (Turbulenzmodelle) Solvereinstellungen Simulationsergebnisse System I V Zul =20m 3 /h T e =-5 C System II V Zul =20m 3 /h T e =-5 C System III V Zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 3 Aufgabenstellung Für einen festgelegten Referenzraum sollen für drei unterschiedliche Lüftungssysteme, für drei unterschiedliche Außenlufttemperaturen für zwei verschiedene Zuluftvolumenströme unter stationären Bedingungen die Raumluftzustände mittels numerischer Simulation bewertet werden Die numerische Bewertung der Raumluftzustände erfolgt mittels folgender Kriterien: Raumlufttemperaturverteilung Geschwindigkeitsverteilung CO 2 -Konzentrationsverteilung Folie 4
Rahmen-& Randbedingungen Umgebungsbedingungen a) Außenlufttemperatur (TMY-Wetterdatensatz GRAZ) - T e in C 1-5 2 0 3 +5 b) Raumlufttemperatur - T R,op in C 1 +23 c) relative Feuchte der Raumluft: φ = 35% Folie 5 Rahmen-& Randbedingungen Referenzraum inkl Möbeln Bauphysik System III System II System I - Bauteil Wärmedurchgangskoeffizient [W/(m²K)] AW Außenwand 0,22 FE Fenster 1,00 BT Balkontür 1,00 IW Innenwand adiabat FB Fußboden adiabat DE Decke adiabat IT Innentür adiabat 2,5 m Zuluftelement System I Zentrale Lüftungsanlage mit WRG, Überströmöffnung Türspalt 5,3 m 4 m Zuluftelement System II Zentrales Abluftsystem (mit WRG) Überströmöffnung Türspalt Zu- und Abluftelement System III Einzelraumlüftung (mit WRG) Folie 6
Rahmen-& Randbedingungen Zulufttemperatur T e T ZUL in C System I System II System III 20m³/h bzw 40m³/h 20m³/h bzw 40m³/h 20m³/h 40m³/h -5 C 17,4-5,0 18,5 15,7 0 C 18,4 0,0 19,3 17,0 +5 C 19,4 +5,0 20,1 18,3 Innere Lasten sitzende Tätigkeit 1 - Wärmeabgabe: 70 W - CO 2 -Ausstoss: 17 l/h (mit 4 Vol-% CO 2 ) LED TV 2 - Wärmeabgabe: 42 W 1 Rietschel (1994); 2 Samsung (2015) Folie 7 Rahmen-& Randbedingungen Netto-Raumheizlast 20 m³/h 40 m³/h T e System I System II System III System I System II System III -5 C 145 W 288 W 138 W 181 W 468 W 203 W 0 C 99 W 217 W 93 W 129 W 364 W 147 W +5 C 53 W 145 W 49 W 76 W 261 W 90 W Wärmeabgabesysteme Heizkörper (zwei Platten ohne Konvektionsblech) Geometrie: 500 mm x 1300 mm Wärmeabgabe: Netto-RHL Folie 8
Validierungsergebnis k-ε-v 2 -f Turbulenzmodell Versuchsaufbau Fass von Ilmenau 1 Schema: Fass von Ilmenau 1 entsprechende Nusselt-Zahl (Nu) bei unterschiedlicher Rayleigh-Zahl (Ra) für verschiedene Turbulenzmodelle 2 1 TU Ilmenau (2016); 2 Heschl et al (2012) Geschwindigkeitsfeld [m/s] innerhalb der Symmetrieebene betreffend natürlicher Konvektionsströme 2 Folie 9 Solvereinstellungen stationäre Simulation RANS Gleichungen coupled Solver k-ε-v 2 -f Turbulenzmodell mittels UDF Second Order Upwind Diskretisierung Discrete Ordinates Strahlungsmodell Folie 10
Simulationsergebnis System I System I V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: Absolutgeschwindigkeit [m/s] CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 11 Simulationsergebnis System I - Raumlufttemperatur System I V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 12
Simulationsergebnis System I - Raumlufttemperatur System I V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 13 Simulationsergebnis System I -CO 2 -Konzentration System I V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 14
Simulationsergebnis System II System II V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: Absolutgeschwindigkeit [m/s] CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 15 Simulationsergebnis System II - Raumlufttemperatur System II V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 16
Simulationsergebnis System II - Raumlufttemperatur System II V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 17 Simulationsergebnis System II -CO 2 -Konzentration System II V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 18
Simulationsergebnis System III System III V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: Absolutgeschwindigkeit [m/s] CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 19 Simulationsergebnis System III - Raumlufttemperatur System III V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 20
Simulationsergebnis System III - Raumlufttemperatur System III V zul =20m 3 /h T e =-5 C Folie 21 Simulationsergebnis System III -CO 2 -Konzentration System III V zul =20m 3 /h T e =-5 C Auswerteebene: CO 2 -Konzentration [ppm] Folie 22
Zusammenfassung Für den gewählten Referenzraum und die festgelegten Rahmenund Randbedingungen kann bei den betrachteten Systemen folgendes festgestellt werden: geringe Strömungsgeschwindigkeiten in der Aufenthaltszone raumerfüllende Raumluftbewegung ( Raumluftwalze )durch das Wärmeabgabesystem eine gute Durchmischung der Raumluft ähnliche CO 2 -Konzentrationsverteilungen in der Aufenthaltszone Folie 23 Literaturverzeichnis Heschl Ch, Inthavong K and Tu J (2012): evaluation of eddy viscosity turbulence models to predict convective heat transfer, Ninth International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, 10-12 December 2012, Melbourne, Australia Rietschel (1994): Raumluftechnik: Grundlagen, 16 Auflage, Band 1, Springer Verlag Samsung (2015): UE32J5550 - Techn Datenblatt, abgerufen am 08102015 unter http://wwwamazonde/-samsung-ue32j5550-fernseher-triple-tuner/dp/b00u57x8oi/ TU Ilmenau (2016): Versuchsaufbau Ilmenauer Fass, Fakultät für Maschinenbau, abgerufen am 09052016 unter https://wwwtu-ilmenaude/ilmenauer-fass/ Folie 24
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Folie 25