Thermal CFD Analysis of Tubular Light Guides
Loading...
Date
2013-12-03
Authors
Šikula, Ondřej
Mohelníková, Jitka
Plášek, Josef
0000-0002-7661-0732Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
Tubular light guides are applicable for daylighting of windowless areas in buildings. Despite their many positive indoor climate aspects they can also present some problems with heat losses and condensation. A computer CFD model focused on the evaluation of temperature distribution and air flow inside tubular light guides of different dimensions was studied. The physical model of the tested light guides of lengths more than 0.60 m proves shows that Rayleigh numbers are adequate for a turbulent air flow. The turbulent model was applied despite the small heat flux differences between the turbulent and laminar model. The CFD simulations resulted into conclusions that the growing ratio of length/diameter increases the heat transmission loss/linear transmittance as much as by 50 percent. Tubular light guides of smaller diameters have lower heat transmission losses compared to the wider ones of the same lengths with the same outdoor temperature being taken into account. The simulation results confirmed the thermal bridge effect of the tubular light guide tube inside the insulated flat roof details. The thermal transmittance of the studied light guides in the whole roof area was substituted with the point thermal bridges. This substitution gives possibility for simple thermal evaluation of the tubular light pipes in roof constructions.
Trubicové světlovody jsou použitelné pro denní osvětlení prostor budov, které jsou bez oken. Navzdory jejich mnoha kladných vnitřních klimatických aspektů, mohou také představovat problémy s tepelnými ztrátami a kondenzací vzdušné vlhkosti. V tomto článku je představen počítačový CFD model zaměřený na hodnocení distribuce teploty a proudění vzduchu uvnitř trubicových světlovodů různých rozměrů. Fyzikální model testovaných světlovodů s délkou větší než 0,60 m vykazuje Rayleigho čísla odpovídající turbulentnímu proudění vzduchu. I přes malé rozdíly ve ztrátovém tepelném toku vypočteném turbulentním a laminárním modelem, byl vy výsledku použit turbulentní model proudění k-omega SST. Provedené CFD simulace ukázaly, že s rostoucím poměrem délka/průměr světlovodu se zvyšují tepelné ztráty/lineární propustnost až o 50 procent. Trubkové světlovody menších průměrů vykazují nižší tepelné ztráty při přenosu tepla ve srovnání s širšími stejných délek a při stejném rozdílu teplot. Výsledky simulace potvrdily vliv trubkového světlovodu na tepelný most tepelně izolovaných plochých střech. Vliv studovaných světlovodů na zvýšený prostup tepla v celé ploše střechy byl vyjádřen bodovými činiteli prostupu tepla. Tato substituce tak poskytuje možnost jednoduchého a prakticky uplatnitelného tepelného hodnocení trubkových světlovodů na střešní konstrukce.
Trubicové světlovody jsou použitelné pro denní osvětlení prostor budov, které jsou bez oken. Navzdory jejich mnoha kladných vnitřních klimatických aspektů, mohou také představovat problémy s tepelnými ztrátami a kondenzací vzdušné vlhkosti. V tomto článku je představen počítačový CFD model zaměřený na hodnocení distribuce teploty a proudění vzduchu uvnitř trubicových světlovodů různých rozměrů. Fyzikální model testovaných světlovodů s délkou větší než 0,60 m vykazuje Rayleigho čísla odpovídající turbulentnímu proudění vzduchu. I přes malé rozdíly ve ztrátovém tepelném toku vypočteném turbulentním a laminárním modelem, byl vy výsledku použit turbulentní model proudění k-omega SST. Provedené CFD simulace ukázaly, že s rostoucím poměrem délka/průměr světlovodu se zvyšují tepelné ztráty/lineární propustnost až o 50 procent. Trubkové světlovody menších průměrů vykazují nižší tepelné ztráty při přenosu tepla ve srovnání s širšími stejných délek a při stejném rozdílu teplot. Výsledky simulace potvrdily vliv trubkového světlovodu na tepelný most tepelně izolovaných plochých střech. Vliv studovaných světlovodů na zvýšený prostup tepla v celé ploše střechy byl vyjádřen bodovými činiteli prostupu tepla. Tato substituce tak poskytuje možnost jednoduchého a prakticky uplatnitelného tepelného hodnocení trubkových světlovodů na střešní konstrukce.
Description
Keywords
computer simulation, ANSYS Fluent, CFD model, tubular light guides, thermal bridges, temperature distribution, air flow, thermal radiation, discrete transfer radiation model, počítačové simulace, ANSYS Fluent, CFD model, trubicové světlovody, tepelné mosty, rozložení teplot, proudění vzduchu, tepelné záření, model diskrétního přenosu tepelného záření
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en