Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/26312
Título: Simplified modelling of displacement ventilation
Autor: Mateus, Nuno André Marques, 1987-
Orientador: Graça, Guilherme Carrilho da
Palavras-chave: Ventilação
Ar condicionado - ventilação
Teses de doutoramento - 2016
Data de Defesa: 2016
Resumo: With the aim of creating adequate indoor conditions, modern buildings use energy for space heating, ventilation and air conditioning (HVAC). The environmental impact of this energy use creates an urgent need to develop strategies to reduce HVAC related energy consumption. This thesis contributes to this goal by testing and developing simplified models for highly efficient thermally stratified building displacement ventilation (DV) strategies. DV is characterized by thermal stratification that cannot be adequately modelled using the fully mixed room air approach that is common in overhead air conditioning system design. This thesis proposes a simplified approach for DV that models the room thermal stratification using three air temperature nodes: lower layer (floor level, 0.1m), occupied zone and upper mixed layer. The proposed approach is a development of one of the two models currently available in the open source thermal simulation tool EnergyPlus. A methodology for locating the neutral height in temperature profiles was developed. This methodology was used to verify the applicability of the Morton et al. (1956) plume flow equation to predict the neutral level in DV rooms. Detailed monitoring campaigns were carried out and the measurement results of several independent studies were analyzed in order to evaluate the performance of different DV systems configurations. The proposed model was successfully validated using thirty different full-scale experimental measurements in ten different room geometries, ranging from small laboratory test cells, classrooms, and a large concert hall. The model is able to simulate the air temperatures in the test cases with an average error of 5%, corresponding to a deviation of 0.4ºC. The experimental results show that the model provides significantly improved precision when compared to existing DV nodal models and demonstrate the ability of the three-node model to simulate DV systems in any of the configurations tested. The proposed model is simple and can be easily incorporated into a dynamic simulation program such as EnergyPlus.
Com o intuito de criar condições ambientais adequadas, os edifícios modernos utilizam a energia para aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC). O impacto ambiental da utilização desta energia cria a necessidade urgente de desenvolver estratégias para reduzir o consumo de energia associada aos sistemas de AVAC. Esta tese contribui para esse objetivo através do desenvolvimento de modelos simplificados para o eficiente sistema de ventilação por deslocamento do ar (DV). Os sistemas DV são caracterizados pelo desenvolvimento da estratificação térmica que não pode ser modelada adequadamente através da abordagem de ar completamente misturado, que é a mais comum no design de um sistema de AVAC. Nesta tese foi desenvolvida uma abordagem simplificada para modelar os sistemas DV que considera a estratificação térmica utilizando três nós de temperatura: a camada inferior (nível do chão, 0,1 m), zona ocupada e camada superior. A abordagem proposta consiste no desenvolvimento de um dos dois modelos atualmente disponíveis na ferramenta de simulação térmica EnergyPlus. Uma metodologia para localizar a altura neutra em perfis de temperatura foi também desenvolvida. Esta metodologia foi posteriormente utilizada para verificar a aplicabilidade da equação proposta por Morton et al. (1956) que permite prever a altura neutra em salas de DV. Foram realizadas campanhas de monitorização detalhadas e os resultados de vários estudos independentes foram analisados com o intuito de avaliar o desempenho de diferentes configurações de sistemas DV. O modelo proposto foi validado com êxito, utilizando os resultados de trinta medições experimentais, considerando dez configurações diferentes, desde pequenas células de teste em laboratório, salas de aula, até uma grande sala de concertos. O modelo demonstrou ser capaz de simular os casos testados com um erro médio de 5%, o que corresponde a um desvio de 0.4ºC. Os resultados experimentais revelam que o modelo é significativamente mais preciso que os modelos nodais existentes e que tem a capacidade para simular qualquer uma das configurações de sistemas DV testadas. O modelo proposto demonstrou ainda ter a flexibilidade necessária para ser facilmente incorporado num programa de simulação dinâmica como EnergyPlus.
Descrição: Tese de doutoramento, Energia e Ambiente (Energia e Desenvolvimento Sustentável), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
URI: http://hdl.handle.net/10451/26312
Designação: Doutoramento em Energia e Ambiente
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