ارزیابی پارامترهای مختلف شبیه‌سازی عملکرد حرارتی و سیالاتی نمای دوپوسته جعبه‌ای ‌تهویه طبیعی با ‌نرم‌افزار فلوئنت

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده هنر و معماری، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

2 دانشیار، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه هنر، تهران

3 استادیار، دانشکده هنر و معماری، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

چکیده

مکانیزم عملکرد نمای دوپوسته با تهویه طبیعی بر اساس رفتار حرارتی و جریان هوا در حفره میانی می باشد. دینامیک سیالات محاسباتی می تواند باعث ارتقا عملکرد این نماها گردد. هدف این مقاله، بررسی انواع گزینه های مربوط به مدل آشفتگی و مدل تابش نرم افزار فلوئنت و پارامتر های هندسی شامل دو بعدی یا سه بعدی بودن مدل هندسی شبیه سازی شده، مقیاس مدل سه بعدی و ابعاد مش بندی، برای شبیه سازی عملکرد حرارتی نمای دوپوسته جعبه ای با تهویه طبیعی با نرم افزار فلوئنت با هدف ارتقا دقت نتایج و دستیابی به کمترین زمان محاسبات کامپیوتری بود. نتایج نشان داد، مدل آشفتگی RNG k-ε، مدل تابشی DO و مدل هندسی سه بعدی دقیق ترین نتایج را خواهند داشت. در مش بندی با ابعاد 8 میلیمتر و مقیاس 33% نمونه سه بعدی واقعی، استقلال نتایج شبیه سازی از ابعاد شبکه و هندسه مدل شده حاصل گردید. شبیه سازی با هندسه مدل شده با مقیاس 33% نمونه سه بعدی واقعی نسبت به هندسه سه بعدی واقعی منجر به نتایج مشابهی از نظر دقت گردید که در نهایت کاهش زمان محاسبات کامپیوتری شبیه سازی نمای دوپوسته جعبه ای تهویه طبیعی با هندسه مقیاس شده 33% نمونه واقعی به حدود یک سوم، نسبت به زمان محاسبات کامپیوتری شبیه سازی هندسه سه بعدی واقعی با حفظ دقت نتایج حاصل گردید. 

کلیدواژه‌ها


[1] Ahmar, S. El., Battista, F., Fioravanti, A., Simulation of the thermal performance of a geometrically complex Double-Skin Facade for hot climates: EnergyPlus vs OpenFOAM, Building Simulation, Vol. 12, No. 5, pp. 781–795, (2019).
[2] Pasut, W., Di Carli, M., Evaluation of various CFD modelling strategies in predicting airflow and temperature in a naturally ventilated double skin façade, Applied Thermal Engineering, Vol. 37, pp. 267-274, (2012).

[3] Jankovic, A., Goia, F., Impact of double skin facade constructional features on heat transfer and fluid dynamic behavior. Building and Environment. Vol. 196, (2021).

[4] L. Mei, D.L., Loveday, D.G., Infield, V., Hanby, M., Cook, Y., Li, M., Holmes, J., Bates, The influence of blinds on temperatures and air flows within ventilated double-skin façades. Proceedings of clima 2007 Well-Being Indoors, (2007).

[5] Aldawoud, A., Salameh, T., Kim, Y. K., (2020): Double skin façade: energy performance in the United Arab Emirates, Energy Sources, Part B: Economics, Planning, and Policy, (2020).

[6] Inan, T., Basaran, T., Erek, A., Experimental and numerical investigation of forced convection in a double skin façade, Energies, Vol. 10 No. 9, (2017).

[7]Dopudi, M., Naturally Ventilated Double Skin Facade: CFD and Simplified Model for Parametric Energy Simulation, Politecnico Milano, (2017).

[8] Cherif, Y., Sassine, E., Lassue, S., Zalewski, L., Experimental and numerical natural convection in an asymmetrically heated double vertical facade, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 152, (2020).

[9] Cho, K., Cho, D., Simulation of the thermal performance of a geometrically complex Double-Skin Facade for hot climates: EnergyPlus vs OpenFOAM, Building Simulation, Vol. 12, No. 5, pp. 781–795, (2019).

[10] Cattarin, G., Pagliano, L., Causone, F., Kindinis, A., Goia, F., Carlucci, S., Schlemminger, C., Empirical validation and local sensitivity analysis of a lumped-parameter thermal model of an outdoor test cell, Building and Environment. Vol. 130, pp. 151–161, (2018).

[11] E. Catto Lucchino, E., Goia, F., Lobaccaro, G., Chaudhary, G., Modelling of double skin facades in whole building energy simulation tools: a review of current practices and possibilities for future developments, Building Simulation, Vol. 12, No. 1, pp. 3–27, (2019).

[12] Choi, H., An, Y., Kang, K., Yoon, S., Kim, T., Cooling energy performance and thermal characteristics of a naturally ventilated slim double-skin window, Applied Thermal Engineering, Vol. 160, (2019).

[13] Tkachenko, M., Timchenko, V., Giroux-Julien, S., Ménézo, C., Yeoh, G.H., Reizes, J.A., Sanvicente, E., Fossa, M., Numerical and experimental investigation of unsteady natural convection in a non-uniformly heated vertical open-ended channel, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 99, pp. 9–25, (2016).

[14] Colombo, E., Zwahlen, M., Frey, M., Loux, J., Design of a glazed double-façade by means of coupled CFD and building performance simulation, Energy Procedia, Vol.122, pp. 355–360, (2017).

[15] Hachem-Vermette, C., Selected High-Performance Building Envelopes BT-Solar Buildings and Neighborhoods: Design Considerations for High Energy Performance, Springer International Publishing, pp. 67–100, (2020).

[16] Hassanli, S., Kwok, K.C.S., Zhao, M., Performance assessment of a special Double Skin Façade system for wind energy harvesting and a case study, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 175, pp. 292–304, (2018).

[17] Hong, X., Leung, M.K.H., He, W., Effective use of Venetian blind in Trombe wall for solar space conditioning control, Applied Energy, Vol. 250, pp. 452–460, (2019).

[18] Al-Yasiri, Q., Szabó, M., Arıcı, M., A review on solar-powered cooling and air-conditioning systems for building applications, Energy Reports, Vol. 8, pp. 2888-2907, (2022).

[19] Hou, K., Li, S., Wang, H., Simulation and experimental verification of energy saving effect of passive preheating natural ventilation double skin façade, Energy Exploration & Exploitation, (2020).

[20] Inan, T., Basaran, T., Ezan, M.A., Experimental and numerical investigation of natural convection in a double skin facade, Applied Thermal Engineering, Vol. 106, pp. 1225–1235, (2016).

[21] Inan, T., Basaran, Erek, A., Experimental and numerical investigation of forced convection in a double skin façade, Energies, Vol.10 No. 9, (2017).

[22] Kim, D.D., Computational fluid dynamics assessment for the thermal performance of double-skin façades in office buildings under hot climatic condition, Building Services Engineering Research and Technology, (2020).

[23] Wang, H., John, Z., Zhai, Advances in building simulation and computational techniques: a review between 1987 and 2014, Energy and Building. Vol. 128, pp. 319–335, (2016).

[24] Amaireh, I., Numerical investigation into a double skin façade system integrated with shading devices, with reference to the city of Amman, PhD thesis, University of Nottingham, (2017).

[25] Hassanli, S., Kwok, K.C.S., Zhao, M., Performance assessment of a special Double Skin Façade system for wind energy harvesting and a case study, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 175, pp. 292–304, (2018).

[26] Li, Y., Darkwa, J., Kokogiannakis, G., Su, W., Phase change material blind system for double skin façade integration: system development and thermal performance evaluation, Applied Energy, Vol. 252, (2019).

[27] Tao, Y., Zhang, H., Zhang, L., Zhang, G., Tu, J., Shi, L., Ventilation performance of a naturally ventilated double-skin façade in buildings, Renewable Energy, 2020.

[28] Iyi, D., Hasan, R., Penlington, R., Underwood, C., Double Skin Façade: Modelling Technique and Influence of Venetian Blinds on the Airflow and Heat Transfer, Applied Thermal Engineering, (2014).