Natural and mixed convective heat transfer through horizontal openings in buildings
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2013
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Abstract
El objetivo del diseño de edificios es crear ambientes confortables y saludables para los ocupantes considerando eficiencia energética. Las condiciones interiores del edificio y su consumo de energía son afectados por el intercambio de calor y aire a través de las zonas del edificio. El flujo de aire a través de las zonas de un edificio sucede principalmente por aberturas horizontales y verticales tales como aberturas de escaleras y ventanas respectivamente. Esta tesis contribuye al conocimiento sobre el intercambio de calor a través de aberturas horizontales.
A pesar de que existe una gran variedad de herramientas de simulación para determinar consumos y datos de energía para edificios, los que proveen a los usuarios con indicadores sobre su comportamiento, en general estos consideran de manera muy básica el intercambio de flujos de aire a través de aberturas horizontales. Una forma de complementar el estudio de flujos a través de aberturas ha sido la incorporación de la técnica de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) en el diseño de edificios. En esta tesis se desarrollaron correlaciones para describir el flujo de calor a través de una abertura horizontal en una casa de dos pisos usando CFD. Estas correlaciones se basan en números adimensionales del fluido (Nu, Gr, Re, Pr) y son aplicables para diferentes condiciones del aire tales como: diferencias de temperatura entre las habitaciones, estrategias de ventilación (convección natural y mixta) y dimensiones de la abertura.
La tesis revela que, para obtener resultados confiables y robustos al usar CFD en la modelación de ambientes interiores, es necesario adquirir habilidades previas, incluso para casos básicos. Además, el modelo k-\03B5 standard es el más preciso para modelar ambientes interiores bajo régimen de convección natural mientras que el modelo k-\03B5 realizable es el más preciso para convección mixta. Finalmente, se desarrollaron correlaciones empíricas basadas en resultados de CFD para representar el flujo ascendente de calor a través de una abertura horizontal para convección natural y mixta.
A pesar de que existe una gran variedad de herramientas de simulación para determinar consumos y datos de energía para edificios, los que proveen a los usuarios con indicadores sobre su comportamiento, en general estos consideran de manera muy básica el intercambio de flujos de aire a través de aberturas horizontales. Una forma de complementar el estudio de flujos a través de aberturas ha sido la incorporación de la técnica de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) en el diseño de edificios. En esta tesis se desarrollaron correlaciones para describir el flujo de calor a través de una abertura horizontal en una casa de dos pisos usando CFD. Estas correlaciones se basan en números adimensionales del fluido (Nu, Gr, Re, Pr) y son aplicables para diferentes condiciones del aire tales como: diferencias de temperatura entre las habitaciones, estrategias de ventilación (convección natural y mixta) y dimensiones de la abertura.
La tesis revela que, para obtener resultados confiables y robustos al usar CFD en la modelación de ambientes interiores, es necesario adquirir habilidades previas, incluso para casos básicos. Además, el modelo k-\03B5 standard es el más preciso para modelar ambientes interiores bajo régimen de convección natural mientras que el modelo k-\03B5 realizable es el más preciso para convección mixta. Finalmente, se desarrollaron correlaciones empíricas basadas en resultados de CFD para representar el flujo ascendente de calor a través de una abertura horizontal para convección natural y mixta.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2013