تحقيق معدل تهوية طبيعي قياسي للمساكن في مناخ حار جاف باستخدام المدخنة الشمسية
Title Achieving standard natural ventilation rate of dwellings in a hot-aridclimate using solar chimney
الباحث الرئيس محمود فرغلي بادي محمد
الباحثون المشاركون
التخصص: الهندسة الميكانيكية
التخصص الدقيق: تبريد وتكييف الهواء
المستخلص: بشكل متزايد ، تحظى حلول التهوية السلبية باهتمام كبير لإحداث تهوية طبيعية في المساكن فيما يتعلق بتكاليف التشغيل ومتطلبات الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. المدخنة الشمسية ، على وجه الخصوص ، هي بديل واعد لتعزيز الأداء الحراري والتهوية للبيئة الداخلية باستخدام الحمل الحراري للهواء المسخن بواسطة الطاقة الشمسية السلبية. تركز الدراسة الحالية على تحقيق معدل التهوية الطبيعية المثلى من خلال دمج المدخنة الشمسية في غرفة واحدة في سياق مناخي حار. على وجه التحديد ، تم تطوير نموذج رياضي من خلال توازن طاقة شامل في المدخنة الشمسية. يفحص هذا النموذج مجموعة واسعة من المعلمات الهندسية تحت بيانات الطقس الحقيقية لتحديد حلول التصميم المثلى للمدخنة الشمسية. علاوة على ذلك ، يتنبأ النموذج بدرجات حرارة الزجاج والامتصاص المطلي باللون الأسود وكذلك سرعة الهواء الخارجة من المدخنة. أوضحت النتائج التحليلية أن معدل تدفق الهواء الأمثل من 0.019 - 0.033 متر مكعب / ثانية تم تحقيقه بنسبة 88.2٪ خلال النهار عندما تكون أبعاد المدخنة الشمسية المقترحة هي 45 درجة ميل ، طول 1.4 متر ، عرض 0.6 متر وعرض 0.20 متر هواء. . علاوة على ذلك ، تم تطبيق ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) للتنبؤ بأنماط تدفق الفضاء باستخدام وحدة CFD في برنامج DesignBuilder ، والذي يعتمد على محرك محاكاة ديناميكي زائد للطاقة. تم تطبيق نموذج الاضطراب k-renormalization group (RNG) على حل معادلات الكتلة والطاقة داخل المدخنة الشمسية. توضح مقارنات تنبؤات النموذج مع حسابات CFD والعمل التجريبي الببليوغرافي صحة النموذج.
Abstract: Increasingly, passive ventilation solutions are receiving considerable attention for inducing natural ventilation in dwellings regarding operation costs, energy demands, and carbon dioxide emissions. Solar chimney, in particular, is a promising alternative to enhance thermal and ventilation performance for the indoor environment by using convection of air heated by passive solar energy. The present study focuses on achieving optimum natural ventilation rate by incorporating solar chimney into a single room in a hot climatic context. Specifically, a mathematical model is developed through an overall energy balance on the solar chimney. This model examines a wide range of geometry parameters under real weather data to determine the optimum design solutions for the solar chimney. Furthermore, the model predicts the temperatures of the glazing and the black painted absorber as well as air velocity exiting from the chimney. The analytical results showed that an optimum air flow rate of 0.019–0.033 m3/s was achieved by 88.2% during the daytime when the dimensions of a proposed solar chimney are 45◦inclination angle,1.4 m length, 0.6 m width and 0.20 m air gab. Moreover, Computational Fluid Dynamics (CFD) was applied to predict space flow pattern using CFD module in DesignBuilder software, which is based on Energy-Plus dynamic simulation engine. The renormalization group (RNG) k- turbulence model was applied to solving the mass and energy equations within the solar chimney. Comparisons of the model predictions with CFD calculations and bibliographic experimental work outline the validity of the model.