Fázová přeměna vlhkého vzduchu při jeho ochlazování pod teplotu rosného bodu aplikovaná na podlahovém konvektoru Fázová přeměna vlhkého vzduchu při jeho ochlazování pod teplotu rosného bodu aplikovaná na podlahovém konvektoru Fázová přeměna vlhkého vzduchu při jeho ochlazování pod teplotu rosného bodu aplikovaná na podlahovém konvektoru Fázová přeměna vlhkého vzduchu při jeho ochlazování pod teplotu rosného bodu aplikovaná na podlahovém konvektoru Fázová přeměna vlhkého vzduchu při jeho ochlazování pod teplotu rosného bodu aplikovaná na podlahovém konvektoru

Ing. Jan Barák

Doctoral thesis

Abstract:

Energeticky efektivní ochlazování vzduchu v obytných místnostech je celosvětově aktuální téma, jelikož se přímo dotýká oboru kvality životního prostředí a s ním spojených témat jako je např. efektivita pracovních procesů, tepelná pohoda, zátěž na lidský organismus nebo také výměna čerstvého vzduchu v místnosti. Cílem této práce je stanovit množství kondenzátu z atmosférické vlhkosti, který vzniká při ochlazování proudícího vlhkého vzduchu z místnosti v podlahovém tepelném výměníku. Práce je řazena do logických celků a shrnuje nejen aktuální teoretické i praktické poznatky spojené s vnímáním kvality prostředí, ale také parametry vlhkého vzduchu, vliv konstrukčního řešení chlazení a rovněž představuje rešerši publikovaných vědeckých článků na téma kondenzace vlhkého vzduchu za běžných atmosférických podmínek. Dále obsahuje popis matematického modelu proudění i změny fáze látek. Informačně nejhodnotnější část práce je věnována vysvětlení a popisu vlastních výsledků práce a výzkumu. Ta se skládá nejen z přesného určení stavových vlastností vlhkého vzduchu, ale také z kompletních výsledků vlastního navrženého experimentu, jenž je detailně popsán nejen z pohledu variability nastavení akčních členů, ale zejména dosaženými výsledky pro různé úhly natočení výměníku vůči směru proudění. Významnou kapitolou práce je detailní popis vytvořeného virtuálního modelu, který představuje digitální dvojče k realizovanému experimentu. Jeho cílem je naladění numerického výpočtu podle experimentu tak, aby bylo možné při návrhu nových tepelných výměníků používat pouze tento vytvořený virtuální model. Takovéto řešení má potenciál úspory nákladů na vývoj nových tepelných výměníků, v nichž dochází ke kondenzaci atmosférické vlhkosti mezi ochlazovanými žebry tepelného výměníku. Práce obsahuje kvalitativní a kvantitativní porovnání výsledků experimentu a numerického virtuálního modelu včetně doporučení pro jejich použití v technické praxi.

Abstract:

Energy-efficient air cooling in rooms is a topical issue worldwide as it directly affects the field of environmental quality and related topics such as efficiency of work processes, thermal comfort, load on the human body, and the exchange of fresh air in the room. The aim of this work is to determine the amount of condensation from atmospheric humidity which is formed when flowing moist air from the room passes through the heat exchanger in the floor. The work is divided into logical chapters and summarizes the current theoretical and practical knowledge associated with the perception of environmental quality, the humid air parameters, and the influence of cooling design. It also presents a search of published scientific articles on condensation of humid air under normal atmospheric conditions and contains a description of the mathematical model of flow and phase changes of substances. The most informative part of the work is devoted to the explanation and description of the results of ideas and research done by author. It consists of accurately determining the state properties of humid air and the complete results of a self-designed experiment. The main variables I have focused on in my tests are the actuator settings and the results for different angles of rotation of the exchanger to the flow direction. An important chapter of the work is a detailed description of the virtual model I have created which represents a digital twin to the performed experiment. Its goal is to tune the numerical calculation according to the experiment so that it is possible to use only the virtual model when designing new heat exchangers. Such a solution has the potential to save costs for the development of new heat exchangers in which atmospheric moisture condenses between the cooled fins of the heat exchanger. The work contains a qualitative and quantitative comparison of the results of the experiment and a numerical virtual model, including recommendations for their use in technical practice.

Keywords

tepelný komfort, vlhký vzduch, chlazení, kondenzace, experiment, numerický model

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Karel Fraňa, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Applied Mechanics