Hur kan bedömning av termiskt klimat med manikiner innebära
“Termiska manikiner som bedömare av inneklimat och ventilation” Hur kan bedömning av termiskt klimat med manikiner innebära förbättringar och förenklingar? Tekn.Dr. Civ.Ing. Håkan O. Nilsson Institutionen för teknik och byggd miljö Laboratoriet för ventilation och luftkvalitet Högskolan i Gävle [email protected] Copyright Håkan O Nilsson 2006 Vår innemiljö Nästan hälften av Sveriges energiförbrukning används för uppvärmning av utrymmen där människor vistas. • • • • • Vi förespråkar termiska komfortkrav med människan som kontrollpunkt. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Termisk komfort Den mänskliga klimatupplevelsen påverkas framförallt av 6 faktorer: 1. Lufttemperaturer 2. Strålningstemperaturer 3. Luftrörelser 4. Luftfuktighet 5. Aktivitetsnivå 6. Isolans hos kläder och stol Copyright Håkan O Nilsson 2006 Lokal klimatpåverkan I dagens inomhusmiljöer finns en mängd asymmetrier i den termiska miljön … • •• • •• •• • !Lokal bedömning ger oss mer information Copyright Håkan O Nilsson 2006 Bedömningsmetoden “Upplevd temperatur” eller Ekvivalenttemperatur (teq) Beskriver effekten av klimatpåverkan som ett värde. Miljöpåverkan Upplevelse Ökad lufthastighet ↑ Minskad lufttemperatur ↓ ↓ Lägre teq ↓ Lägre teq Minskad medelstrålningstemperatur ↓ ↓ Lägre teq Minskad lufthastighet ↓ ↑ Högre teq Ökad lufttemperatur ↑ ↑ Högre teq Ökad medelstrålningstemperatur ↑ ↑ Högre teq Copyright Håkan O Nilsson 2006 Termiska manikiner i full skala MANIKIN1 MANIKIN2 1983 1991 Copyright Håkan O Nilsson 2006 Resultat från manikinmätningar Byggkranhytter Före Efter Totalt Skalp Ansikte Bröst Övre rygg Överarm, v Överarm, h Underarm, v Underarm, h Hand, v Hand, r Lår, v Lår, h Vad, v Vad, h Fot, v Fot, h Nedre rygg Säte Totalt Skalp Ansikte Bröst Övre rygg Överarm, v Överarm, h Underarm, v Underarm, h Hand, v Hand, r Lår, v Lår, h Vad, v Vad, h Fot, v Fot, h Nedre rygg Säte 5 10 15 20 EHT (°C) 25 30 35 5 10 15 20 EHT (°C) 25 30 35 Copyright Håkan O Nilsson 2006 Datorsimuleringar i verkligheten Manikiner Personer teq Simuleringsmetoder Värmeförluster från termiska manikiner i full skala Jämfört med termiskaupplevelser hos försökspersoner Bildar en virtuell manikin (VTM) i en simulerad miljö Copyright Håkan O Nilsson 2006 Virtuella termiska manikiner (VTMs) eller datorsimulerade personer (CSPs Computer Simulated Persons) MANIKIN3 2004 Copyright Håkan O Nilsson 2006 MANIKIN3 - Design och dimensioner Nu finns information på hur man kan bygga sin egen virtuella manikin. Ladda ner macro eller journal filer för CFX®, StarCD® and Fluent® från min hemsida (länk delas ut!). / Journal File for GAMBIT 2.1.6, save as manikin3_fluen / Author Håkan O. Nilsson, 2005 identifier name "manikin3_fluent" new saveprevious default set "GRAPHICS.GENERAL.WINDOWS_BACKG volume create " Scalp " width 0.1 depth 0.3 height 0.1 o volume create " Face " width 0.1 depth 0.2 height 0.1 of volume create " Chest " width 0.1 depth 0.45 height 0.3 volume create " BackU " width 0.1 depth 0.15 height 0.3 volume create " ArmLU " width 0.1 depth 0.3 height 0.05 volume create " ArmRU " width 0.1 depth 0.3 height 0.0 volume create " ArmLL " width 0.25 depth 0.1 height 0.0 volume create " ArmRL " width 0.25 depth 0.1 height 0.0 volume create " HandL " width 0.1 depth 0.1 height 0.05 volume create " HandR " width 0.1 depth 0.1 height 0.05 volume create " ThighL " width 0.35 depth 0.1 height 0. volume create " ThighR " width 0.35 depth 0.1 height 0. volume create " CalfL " width 0.05 depth 0.4 height 0.1 volume create " CalfR " width 0.05 depth 0.4 height 0.1 volume create " FootL " width 0.15 depth 0.1 height 0.1 volume create " FootR " width 0.15 depth 0.1 height 0.1 volume create " BackL " width 0.1 depth 0.3 height 0.3 o volume create " Seat " width 0.2 depth 0.05 height 0.3 o save name "manikin3_fluent.dbs" Copyright Håkan O Nilsson 2006 “Aktivt” värmeflödesgränssnitt Flera CFD program stöder numera kontinuerlig förändring av gränssnitt även under flödes- och temperaturfältberäkningarna. Subrutiner har tagits fram, så att komfortzondiagram och manikinens yttemperaturer uppdateras fortlöpande. Detta tillvägagångssätt tillsammans med en virtuell kalibrering används för att jämna ut manikinens geometri. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Virtuell kalibrering Den virtuella kalibreringen utförs med manikinen placerad i en fiktiv kalibreringskammare. Den utförs för att få ett så korrekt anpassat värmeövergångstal som möjligt för simuleringarna. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Resultatpresentation - visualisering Presentationen består av visualisering av de data som skapats i flödesanalysen, detta görs genom att använda vektorer, fält, spår och även korta filmer. Resultatet plottas också i ett beklädnadsoberoende komfortzondiagram, och visar då en hur en genomsnittlig människa upplever både det totala och lokala klimatet. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Experiment och datorsimuleringar Metoden kan användas för utvärdering och visualisering av både verkliga, och planerade miljöer och minimerar behovet för personförsök i full skala. Fordon Kontor Skolor Copyright Håkan O Nilsson 2006 Komfortzondiagram - några resulat Mixing ventilation office case 10 15 20 25 30 35 40 10 15 hot but comfortable 25 too hot 30 35 Equivalent temperature, t (°C) Displacement ventilation office case Reflective glass and sun cabin case 20 25 30 Equivalent temperature, t (°C) eq 35 40 10 15 20 25 creflg cfd too hot neutral hot but comfortable creflg meas cold but comfortable too hot odis55 cfd Whole body Scalp Face Chest BackU ArmLU ArmRU ArmLL ArmRL HandL HandR ThighL ThighR CalfL CalfR FootL FootR BackL Seat too cold hot but comfortable neutral cold but comfortable too cold 15 40 eq odis55 meas 10 20 cclearg cfd Equivalent temperature, t (°C) eq Whole body Scalp Face Chest BackU ArmLU ArmRU ArmLL ArmRL HandL HandR ThighL ThighR CalfL CalfR FootL FootR BackL Seat neutral too hot omix cfd cclearg meas cold but comfortable hot but comfortable neutral too cold cold but comfortable omix meas Whole body Scalp Face Chest BackU ArmLU ArmRU ArmLL ArmRL HandL HandR ThighL ThighR CalfL CalfR FootL FootR BackL Seat too cold Whole body Scalp Face Chest BackU ArmLU ArmRU ArmLL ArmRL HandL HandR ThighL ThighR CalfL CalfR FootL FootR BackL Seat Clear glass no sun cabin case 30 35 40 Equivalent temperature, t (°C) Copyright Håkan O Nilsson 2006 eq Olika beklädnadsnivåer (NC:0.9 clo) (LS:1.1 clo) Air layer around the body in sitting position. Shorts and shirt with short sleeves boxer briefs, shoes and socks. (S:1.3 clo) (W:1.6 clo) (EW:1.9 clo) Shirt with long sleeves and trousers with long legs boxer briefs, shoes and socks. Same as S but with an additional cardigan. Same as W but with winter underclothes with long sleeves and legs. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Nya beklädnads (o)beroende diagram Lätta sommar kläder (LS) Comfort Zone Diagram (HONilsson 2004) Upplevd temperatur, teq (ºC) . 35 för varmt 30 varmt men komfortabelt 25 20 komfortabelt 15 kallt men komfortabelt 10 5 (LS:1.1 clo) för kallt s S it Va dV Va dH Fo tV Fo tH Ry gg U Ar mV U Ar m HU Ha nd V Ha nd H gg U Ry He lk rop p Ska lp An s ik te 0 Tjocka vinterkläder (EW) Comfort Zone Diagram (HONilsson 2004) 35 för varmt 30 varmt men komfortabelt 25 20 Värmeförlusten som motsvarar en bestämd nivå i diagrammet är den samma. komfortabelt 15 kallt men komfortabelt 10 5 (EW:1.9 clo) för kallt s S it Va dV Va dH Fo tV Fo tH Ry gg U Ar mV U Ar m HU Ha nd V Ha nd H gg U Ry rop p Ska lp An s ik te 0 He lk Upplevd temperatur, teq (ºC) . Nya horisontella diagram i MS Excel®. Formen på zonerna ändrar sig med olika beklädnader. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Komfortzondiagram för MS Excel Skriv din egen RUBRIK i den röda ramen! Comfort Zone Diagram (HONilsson 2004) Upplevd temperatur, teq (ºC) . 35 för varmt 30 varmt men komfortabelt 25 20 komfortabelt 15 kallt men komfortabelt 10 5 (S:1.3 clo) för kallt s Sit Fo tH Ry gg U Va dV Va dH Fo tV HU Ha nd V Ha nd H VU Arm Arm gg U Ry He lk rop p S ka lp An s ik te 0 Nya komfortzondiagram baserade på upplevd temperatur för alla kroppsdelar. De öppnar upp för en generell metod som går att använda med olika manikiner eller instrument. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Standardisering Den här bedömningsmetoden är föreslagen att ingå i standarden “SS-EN ISO 14505, Ergonomics of the thermal environment Thermal environment in vehicles”. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Framtida användningsområden Minimering av energiförbrukningen vid både uppvärmning och kylning, samtidigt som man tillhandahåller en komfortabel inomhusmiljö. Konstruera för bättre inomhusmiljö. Använda kunskap och simuleringar för att göra bedömning och optimering av den tänkta miljön redan på konstruktionsstadiet. Transienta förhållanden och variationer. Det finns ett ökande intresse för att utveckla mät-, simulerings- och bedömningsmetoder för varierande termiska förhållanden. Copyright Håkan O Nilsson 2006 Mer forskning vid “Laboratory of Ventilation and Air Quality, Gävle University” (HIG) • Gaskromatografisk analys av spårgaser för ventilationsmätning • Provlägenhet för studier av luftrörelser i en flerrumsbyggnad • Particle Streak Velocimetry samt IR– termografering • Tomografi för mätning av koncentrationer av gas och partiklar • Mätning av luftburna pollenallergen • Vindtunnel –avsedd för studier av vindpåverkan nära marken. • Tillämpad psykologi, Belastningsskadecentrum Mer information på: www.hig.se/~hnn Copyright Håkan O Nilsson 2006
© Copyright 2024