Υπολογιστική προσομοίωση φαινομένων μεταφοράς θερμότητας και μάζας σε δομικά υλικά

Ατσόνιος, Ιωάννης; Atsonios, Ioannis

dc.contributor.author	Ατσόνιος, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Atsonios, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2016-04-06T09:49:41Z
dc.date.available	2016-04-06T09:49:41Z
dc.date.issued	2016-04-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42333
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5308
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μεταφορά θερμότητας	el
dc.subject	Μεταφορά μάζας	el
dc.subject	Δομικά υλικά	el
dc.subject	Υπολογιστική προσομοίωση	el
dc.subject	Vacuum insulation panels	en
dc.subject	Υπερμονωτικά yλικά	el
dc.subject	ANSYS	en
dc.subject	Computationa simulation	el
dc.subject	Μεταφορά υγρασίας	el
dc.subject	Moisture tyransfer	el
dc.title	Υπολογιστική προσομοίωση φαινομένων μεταφοράς θερμότητας και μάζας σε δομικά υλικά	el
dc.title	Computational simulation of heat and mass transfer in building materials	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπολογιστική μηχανική	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Heat and mass transfer	en
heal.classification	Building physics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2007008173
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-11-25
heal.abstract	Στις μέρες μας, ο κτιριακός τομέας καταλαμβάνει το μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης. Τα μεγαλύτερα ποσά ενέργειας δαπανώνται για τη θέρμανση, τον κλιματισμό και τον αερισμό των κτιρίων με σκοπό την επιβολή συνθηκών άνεσης στο εσωτερικό τους. Η θερμοκρασία και η υγρασία είναι οι καθοριστικότεροι παράγοντες για τη θερμική άνεση ενός κτιρίου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνώνται τα φαινόμενα μεταφοράς θερμότητας και μάζας στο εσωτερικό των δομικών υλικών, αναπτύσσοντας ένα μοντέλο προσομοίωσης των φαινομένων σε περιβάλλον ANSYS CFX. Αρχικά, παρουσιάζεται μια ανασκόπηση των υπολογιστικών μοντέλων μεταφοράς θερμότητας και μάζας που απαντώνται στη βιβλιογραφία. Τα μοντέλα διαχωρίζονται σε τρεις κατηγορίες, ανάλογα με την πολυπλοκότητά τους και αναλύονται τα χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια, περιγράφεται το μοντέλο προσομοίωσης που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία. Στο μοντέλο αναλύονται οι εξισώσεις που επιλύονται για τη μεταφορά θερμότητας, μάζας και πολυσυστατικής ροής και πώς αυτές μετατρέπονται για τα πορώδη υλικά. Κατόπιν, εισάγονται όλες οι έννοιες και τα μεγέθη που περιγράφουν την παρουσία υγρασίας και αναπτύσσεται ένα μοντέλο δημιουργίας και εξάτμισης συμπυκνωμάτων υγρασίας. Το μοντέλο στηρίζεται σε δύο βασικές παραδοχές: α) τα δομικά υλικά είναι πορώδη με σταθερές ιδιότητες και β) ο αέρας είναι ένα τέλειο μίγμα ξηρού αέρα και υδρατμών. Με βάση αυτές, γίνεται χρήση των εξισώσεων που επιλύει το λογισμικό και υπολογίζονται μεγέθη που απαιτούνται για την περιγραφή της υγρασίας μέσω αλγεβρικών εξισώσεων. Η πιστοποίηση του μοντέλου έγινε βάση πειραματικών μετρήσεων που είναι διαθέσιμες από τη βιβλιογραφία για ύγρανση και αφύγρανση δοκιμίου ενός δομικού υλικού. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μεταφοράς θερμότητας και μάζας σε μια ολόκληρη πραγματική πολυστρωματική τοιχοποιία ξηράς δόμησης με διάκενο αέρα. Η τοιχοποιία στην οποία εφαρμόστηκε έχει τοποθετημένα ένα είδος υπερ-μονωτικών (super-insulator) υλικών, τα Μονωτικά Πανέλα Κενού Vacuum Insulation Panels (VIP). Ο πολύ μικρός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας και το αδιαπέραστο μεταλλικό τους κάλυμμα κάνουν πολύ ενδιαφέρουσα τη διερεύνηση των φαινομένων μεταφοράς θερμότητας και μάζας στην τοιχοποιία αυτή. Στην παρούσα εργασία, μελετάται η υγροθερμική συμπεριφορά της τοιχοποιίας σε περίπτωση βροχερών εξωτερικών συνθηκών και εσωτερικών συνθηκών άνεσης. Μεταξύ των παρατηρήσεων από την υπολογιστική προσομοίωση που διενεργήθηκε είναι η ανάπτυξη συμπυκνωμάτων στο εσωτερικό της τοιχοποιίας, διαστρωματώσεις στη θερμοκρασία και την υγρασία καθ ύψος της τοιχοποιίας εξαιτίας του διακένου και η δημιουργία δύο ανεξάρτητων περιοχών για τη μεταφορά των υδρατμών λόγω των αδιαπέραστων VIPs.	el
heal.abstract	Nowadays, building sector has the lion's share in energy consumption. Most of energy is dedicated to the heating, air-conditioning and ventilation of the building in order to enforce comfort conditions at the indoor. Temperature and humidity are the most important parameters for the thermal comfort in a building. In this master thesis, the effects of heat and mass transfer at the internal of the building materials are investigated. A simulation model at ANSYS CFX environment is developed and presented. At first, a literature survey about the computational models of heat and mass transfer that are met in other studies is carried out. These models are divided in three categories, regarding their complexity. At the next chapter, the simulation model that was developed in this study is described. The governing equations of the heat & mass transfer and multi-component flow are illustrated. The modification of the abovementioned equations for porous media is presented in detail. The simulation of moisture generation and vaporization is completed by the introduction of the quantities related to the air humidity to the model. In the model two main assumptions are made: a) the building materials are porous media with constant properties and b) the air is considered as an ideal mixture of dry air and humidity. Based on these assumptions, the software ANSYS CFX solves the equations and the quantities of humidity are calculated via algebraic equations. The model validation is based on experimental data for sorption and desorption of humidity at a sample of calcium silicate available in the literature. This model is applied at a whole real multilayer dry construction wall with air cavity. In this wall, a kind of super insulator material called Vacuum Insulation Panel (VIP) has been installed. The insulator has very low value of thermal conductivity and is covered with metallic barrier, making it impermeable at the air. These features attract the attention of researchers about the investigation of heat and mass transfer effects. In the frameworks of this thesis the hygrothermal behavior of the wall under rainy conditions in the outdoor and constant comfort conditions in the indoor is examined. Among the observations of this simulation study are the existence of condensates inside the wall, temperature and humidity stratification at the height of the wall due to the air cavity and the generation of two independent areas for the vapor transfer due to the impermeable VIPs.	en
heal.advisorName	Φούντη, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Αντρέας	el
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ετερογενών Μειγμάτων και Συστημάτων Καύσης	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true