Opracowanie modeli wymiany ciepła (kobiet i mężczyzn) oraz ocena interakcji cieplnych w oddziaływaniu osób na środowisko cieplne w pomieszczeniach

Kierownik projektu: dr hab. inż. Anna Bogdan, prof. CIOP-PIB

Streszczenie projektu:

Celem projektu było opracowanie modeli wymiany ciepła kobiety i mężczyzny (o różnej budowie ciała) oraz odwzorowanie, za pomocą technik CFD, interakcji przepływu ciepła zachodzących pomiędzy osobami znajdującymi się w tym samym pomieszczeniu, których oddziaływanie na otaczającą przestrzeń będzie symulowało rzeczywiste procesy zachodzące między organizmem a środowiskiem.

W wyniku realizacji projektu powstały teoretyczne modele cieplne człowieka (kobiet i mężczyzn), które zostały zweryfikowane pod względem dokładności prognozowania temperatury skóry oraz parametrów powietrza w otoczeniu człowieka.

Opracowano metodę symulacji interakcji cieplnych zachodzących w pomieszczeniach pracy wykorzystywanych jednocześnie przez wiele osób. W tym celu przeprowadzono:

–     serię obliczeń numerycznych sprawdzających możliwości i ograniczenia stosowania metody symulacji interakcji cieplnych w pomieszczeniu, a także sprawdzenia powtarzalności uzyskanych wyników w zależności od przyjętych nieznacznych modyfikacji wariantu

–     ocenę wrażliwości poszczególnych parametrów na dokładność obliczeń

–     ocenę możliwości przyśpieszenia obliczeń bez pogorszenia jakości uzyskiwanych wyników.

W ramach obliczeń zmieniano zastosowane modele turbulencji lub też warunki mikroklimatu w otoczeniu modeli. Na podstawie uzyskanych wyników określono możliwości zastosowania modeli oraz ich ograniczenia, a także oceniono metody przyśpieszenia czasu prowadzenia obliczeń.

Projekt IV.B.07. Rozkład temperatury na powierzchni modeli mężczyzn w pozycji siedzącej

Na podstawie przeprowadzonych prac wysunięto następujące wnioski dotyczące opracowanych modeli:

–     odwzorowują one prawidłowo temperaturę powierzchni skóry człowieka oraz ruch powietrza i parametry mikrośrodowiska tworzącego się dookoła człowieka w danych warunkach środowiska cieplnego w pomieszczeniu

–     powinny być wykorzystywane głównie do obliczeń parametrów powietrza w pomieszczeniach o niewielkiej kubaturze, gdzie wymagana jest wysoka precyzja w odwzorowaniu przepływów powietrza w niedalekiej odległości od człowieka

–     mogą zostać również wykorzystane w prognozowaniu odczuć cieplnych człowieka eksponowanego na umiarkowane środowisko cieplne na podstawie korelacji przedstawionych
w sprawozdaniu

–     największe zmiany w wartościach temperatury na powierzchni modelu wynikają ze zmiany ilości generowanego ciepła oraz parametrów powietrza w otoczeniu modelu

–     zastosowanie różnych modeli turbulencji oraz pominięcie procesu oddychania wpłynęło na pogorszenie jakości uzyskiwanych wyników w najbliższej odległości od modeli przy nieznacznej oszczędności czasu wynikającej z ograniczenia ilości iteracji.

Podsumowując, opracowane modele nadają się najlepiej do oceny mikrośrodowiska kształtującego się dookoła organizmu człowieka i badania interakcji cieplnych zachodzących między osobami znajdującymi się w niewielkiej odległości od siebie (do ok 1,2 m). Modele uproszczone charakteryzują się mniejszą dokładnością uzyskiwanych wyników, jednakże z uwagi na czas realizacji obliczeń mogą być stosowane w obliczeniach pomieszczeń o większej kubaturze lub też dotyczących ogólnych rozwiązań wentylacji i klimatyzacji, gdy ocenie nie podlega najbliższe otoczenie człowieka.

Przeprowadzono przykładowe obliczenia na potrzeby projektantów wentylacji i klimatyzacji, natomiast w celu upowszechniania wyników projektu zorganizowano seminaria, m.in. dla projektantów i przedsiębiorców z branży wentylacyjno-klimatyzacyjnej.

Wyniki projektu przedstawiono w 5 publikacjach o zasięgu krajowym i  2 o zasięgu międzynarodowym oraz zaprezentowano na 3 konferencjach międzynarodowych. Przygotowano również dokumentację techniczną dotyczącą modeli wymiany ciepła pomiędzy człowiekiem a otoczeniem oraz materiały informacyjne dotyczące metody prowadzenia obliczeń.

Jednostka: Pracownia Obciążeń Termicznych

Okres realizacji: 01.01.2011 – 31.12.2013