Katedra Ogrzewnictwa, Wentylacji
i Techniki Odpylania
PL | EN
baner

Projekty doktoranckie

W realizacji

mgr inż. Piotr Ciuman - Modelowanie rozdziału powietrza wentylacyjnego w hali pływalni
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Barbara Lipska, prof. nzw. w Pol.Śl.

Hale pływalni mogą być uważane za jedne z najtrudniejszych do zaprojektowania obiektów z punktu widzenia wentylacji. Przyczyną są głównie duże zyski wilgoci. Dlatego w celu prawidłowego zaprojektowania przepływu powietrza warto posłużyć się metodą numerycznej mechaniki płynów CFD.

W ramach projektu zostaną przeprowadzone pomiary na basenie przyszkolnym, dla warunków zimowych i letnich. W obiekcie nawiew powietrza jest realizowany poprzez nawiewniki szczelinowe umiejscowione wzdłuż okien, jak i poprzez kratki nawiewne umieszczone bezpośrednio na kanale nawiewnym wzdłuż plaży basenu. Wywiew powietrza odbywa się poprzez kratki wywiewne zamontowane na kanale wywiewnym nad niecką basenową. Zmierzone zostaną warunki panujące wewnątrz obiektu, tj. temperatura powietrza, wilgotność względna, prędkość nawiewanego powietrza, czy strumień objętości powietrza wentylacyjnego.

W kolejnym etapie, do symulacji numerycznych wykorzystany zostanie program Ansys CFX. Za jego pomocą zostanie wpierw stworzony model geometryczny hali pływalni, dla którego przeprowadzone będą następnie obliczenia CFD. Wyniki prognozowania będą poddane walidacji z wynikami rzeczywistymi, otrzymanymi w ramach pomiarów.

Rozpoczęcie studiów doktoranckich: październik 2013

 

mgr inż. Agnieszka Palmowska - Modelowanie rozdziału powietrza wentylacyjnego w hali krytego lodowiska
Promotor: dr hab. inż. Barbara Lipska, prof. nzw. w Pol.Śl.

Kryte lodowiska są obiektami specyficznymi i wymagają szczególnych rozwiązań technicznych, w tym wentylacji/ogrzewania powietrznego i osuszania. Dla każdej hali lodowiska najbardziej istotnym problemem, który musi być rozwiązany przez system wentylacji, jest nadmiar wilgoci prowadzący do kondensacji pary wodnej zawartej w powietrzu oraz powstawania mgły nad taflą lodu. W jednym pomieszczeniu muszą zostać zapewnione odpowiednie warunki ze względu na ryzyko przekroczenia dopuszczalnej zawartości wilgoci w powietrzu, a także ze względu na przebywających wewnątrz hali użytkowników (łyżwiarzy i widzów) oraz jakość lodu. Ponadto procesy wentylacji/ogrzewania powietrznego i osuszania są jednymi z najbardziej energochłonnych procesów realizowanych przy wykorzystaniu instalacji technicznego wyposażenia budynków.

Obiekty hal krytych lodowisk coraz częściej powstają na terenie naszego regionu dla celów sportowych i rekreacyjnych. Także istniejące już lodowiska często wymagają modernizacji wentylacji dla poprawy panujących w nich warunków, zmniejszenia zapotrzebowania na energię oraz dla utrzymania budynku w dobrym stanie technicznym.

Problematyka wentylacji takich obiektów jest stosunkowo słabo rozpoznana i podbudowana naukowo. W literaturze można spotkać niewiele jednoznacznych wskazówek dotyczących projektowania wentylacji hal lodowisk.

W ramach pracy przeprowadzone zostanie, w programie Ansys CFX, modelowanie numeryczne przepływu powietrza, ciepła i wilgoci w wentylowanej hali krytego lodowiska, ze szczególnym uwzględnieniem systemów rozdziału powietrza wentylacyjnego i osuszającego wraz z walidacją eksperymentalną wyników obliczeń. Badania te przeprowadzone zostaną w powiązaniu z oceną energetyczną. Ich celem będzie wybór wariantów wentylacji lodowiska zapewniających odpowiednie warunki cieplno-wilgotnościowe dla przebywających ludzi i eksploatacji obiektu przy jak najmniejszych nakładach energetycznych.

Wyniki pracy ułatwią rozwiązywanie problemów związanych z efektywnością i energooszczędnością działania systemu wentylacyjnego przy zapewnieniu odpowiednich warunków cieplnych dla użytkowników lodowiska oraz zachowaniu dobrego stanu technicznego hali.

Rozpoczęcie studiów doktoranckich: październik 2012

 

mgr inż. Dawid Tąta - Analiza termoenergetyczna budownictwa energooszczędnego i pasywnego
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Henryk Foit, prof. nzw. w Pol.Śl.

Przedmiotem badań jest ocena opłacalności ekonomicznej i ekologicznej pełnego cyklu życia budownictwa pasywnego. Praca ma na celu zbilansowanie korzyści eksploatacyjnych oraz podwyższonych kosztów inwestycyjnych domów pasywnych w porównaniu do budownictwa tradycyjnego.

Rozpoczęcie studiów doktoranckich: październik 2014

 

Zakończone

dr inż. Aleksandra Lipczyńska - Wpływ systemu wentylacji osobistej i sufitu chłodzącego na środowisko wewnętrzne i zużycie energii, data obrony: 11.12.2015, Promotor: dr hab. inż. Jan Kaczmarczyk, Ko-promotor: prof. Arsen Melikov (Duński Uniwersytet Techniczny)

Budownictwo jest sektorem, który zużywa ponad 40% potrzeb paliwowo-energetycznych, z czego blisko połowa przeznaczana jest na zapewnienie komfortowych dla użytkowników parametrów środowiska wewnętrznego. Wartości te dodatkowo sukcesywnie rosną. Tradycyjne systemy wentylacji stosowane obecnie w budynkach to głównie instalacje ogólnej wentylacji mieszającej oraz rzadziej instalacje klimatyzacyjne. Działanie tych systemów wymaga znacznych nakładów energetycznych. Oprócz tego są one sterowane centralnie i z uwagi na duży zasięg oddziaływania pozwalają kształtować środowisko na poziomie akceptowalnym tylko przez część użytkowników, podczas gdy warunki mikroklimatu mają znaczący wpływ na samopoczucie, zdrowie oraz wydajność pracy.

Głównym celem projektu było zbadanie oddziaływania innowacyjnych systemów wentylacji i chłodzenia pomieszczeń na komfort użytkowników oraz zużycie energii w budynku. Założono, że badany system wentylacji (wentylacji osobistej we współpracy z sufitowymi modułami chłodzącymi) pozwoli w sposób efektywny energetycznie kształtować odpowiednie warunki środowiska wewnętrznego pomieszczeń.  Badania prowadzone były w specjalnie przygotowanej komorze klimatycznej wyposażonej w analizowane systemy HVAC. Parametry pracy systemów były dokładnie kontrolowane i rejestrowane. Dwie serie badań obejmowały eksperymenty z udziałem ludzi oraz pomiary przestrzennych rozkładów parametrów środowiska wewnętrznego, tj. warunków cieplnych oraz jakości powietrza. Planowany zakres badań obejmował warunki cieplne (z uwzględnieniem obciążeń cieplnych) spotykane w nowoczesnych budynkach. Oprócz tego prowadzone były również wielowariantowe symulacje komputerowe mające na celu określenie i porównanie wielkości zużycia energii z zastosowaniem tradycyjnych oraz proponowanych innowacyjnych systemów.

Wyniki projektu pozwoliły na wykazanie zasadności stosowania nowoczesnych rozwiązań technicznych przy zastosowaniu innowacyjnych systemów HVAC, które znacząco poprawiają komfort cieplny i jakość powietrza wewnętrznego przy jednoczesnym zmniejszonym zużyciu energii. Rezultaty mogą zostać wykorzystane w praktyce zarówno w Polsce, jak i na świecie. Poprawa aktywności zawodowej oraz ochrona zdrowia mieszkańców - jako ważne elementy budowania podstaw rozwoju technologicznego - mogą być w znacznym stopniu osiągnięte przez zapewnienie im środowiska wewnętrznego o wysokiej jakości.

Projekt wspierany był stypendium w ramach projektu „DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

 

dr inż. Agata ŚwiercWyznaczanie strat ciepła przez przenikanie istniejącego budynku mieszkalnego na potrzeby jego diagnostyki cieplnej, data obrony: 12.02.2015. Promotor: dr hab. inż. Henryk Foit, prof. nzw. w Pol.Śl.

Sektor budownictwa odpowiada aż za 40% całkowitego zużycia energii. Ze względu na wiek i stan istniejącej infrastruktury budowlanej, w sektorze tym istnieją duże możliwości poprawy efektywności zużycia energii, poprzez wprowadzenie działań termomodernizacyjnych opartych na wynikach obliczeń charakterystyk energetycznych i przeprowadzonych audytów.

Redukcja zużycia energii w budynkach, uzyskana poprzez prawidłową ocenę ich stanu na podstawie procedur diagnostyki cieplnej – szczególnie strat związanych z przenikaniem – i właściwe przeprowadzenie modernizacji pozwoli nie tylko na zmniejszenie zużycia energii w budynkach, obniżenie kosztów ogrzewania i poprawę warunków zamieszkania lokatorów, ale także na ograniczenie wydobycia pierwotnych nośników energii, a tym samym ochronę środowiska i zmniejszenie emisji CO2 do atmosfery.

Celem naukowo-badawczym realizowanej pracy doktorskiej jest zbadanie związków pomiędzy warunkami otoczenia, własnościami fizycznymi przegród budowlanych oraz systemem zaopatrzenia w ciepło, w celu opracowania nowej metody pozwalającej na wyznaczenie strat ciepła budynku przez przenikanie na podstawie krótkich pomiarów in-situ wykonywanych w ramach prowadzanej w budynkach diagnostyki cieplnej. W przeciwieństwie do dotychczasowych rozwiązań, metoda ta wykorzystuje krótkie pomiary zużycia ciepła w budynku, dzięki czemu, z uwagi na niskie koszty i nakład pracy, może zostać z powodzeniem zastosowana w praktyce.

W pracy doktorskiej zaproponowano metodę bilansową, zmodyfikowaną tak, żeby było możliwe uwzględnienie nieustalonego charakteru wymiany ciepła występującego w warunkach rzeczywistych. Przepływ ciepła w budynkach jest procesem dynamicznym i dlatego szczególnie istotne w odniesieniu do krótkich pomiarów in-situ jest zrozumienie zjawisk o nieustalonym charakterze występujących w czasie pomiarów.

Zastosowanie opracowanej w pracy doktorskiej metody pozwoli na dokładniejsze wyznaczenie charakterystyki energetycznej budynku i wykonanie audytu określającego możliwości poprawy zastanego stanu ochrony cieplnej budynku, co w sposób bezpośredni przyczyni się do oszczędności energii i paliw używanych do jej wytworzenia, a zatem również do ochrony środowiska.

Projekt wspierany był stypendium w ramach projektu „DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

 

dr inż. Piotr Koper - Modelowanie rozdziału powietrza wentylacyjnego w salach audytoryjnych, data obrony: 13.12.2013. Promotor: dr hab. inż. Barbara Lipska, prof. nzw. w Pol.Śl.

W pracy zamodelowano przepływ powietrza w wentylowanej mechanicznie sali audytoryjnej. Posłużono się symulacjami numerycznymi w technice CFD, realizowanymi w programie Ansys CFX. Zbadano dokładność modelowania strug nawiewanych generowanych przez różne typy nawiewników (anemostat, nawiewnik wirowy, dysza dalekiego zasięgu) oraz wpływ uproszczenia geometrii nawiewników w stosunku do rzeczywistego urządzenia. Sprawdzono wpływ parametrów symulacji na wyniki (m.in. zagęszczenie siatki, promieniowanie cieplne, symulacja w stanie nieustalonym). Symulację rozkładów parametrów powietrza w auli sporządzono dla pięciu rożnych wariantów - nawiew przez dysze z przodu (wariant rzeczywisty), przez dysze z tyłu, przez anemostaty, nawiewniki wyporowe oraz wirowe w stopniach. Przeprowadzono porównanie wyników za pomocą narzędzi postprocesora programu Ansys oraz analizy statystycznej. Dodatkowo zaproponowano własną uproszczoną metodę porównania poszczególnych koncepcji wentylacji.

 

dr inż. Anna Bulińska - Analiza wykorzystania generowanego metabolicznie ditlenku węgla do określania wymiany powietrza w pomieszczeniach, data obrony: 27.06.2011. Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Popiołek

Poprawa skuteczności działania wentylacji naturalnej w budynkach wymaga z jednej strony wprowadzania nowych technologii na etapie projektowania wentylacji, z drugiej strony potrzebne są metody pomiarowe pozwalające na ocenę intensywności wymiany i przepływów powietrza w obiektach już istniejących. Motywacją do podjęcia tematu było poszukiwanie nowych metod, które pozwolą na ocenę intensywności wymiany powietrza w oparciu o tanie i proste pomiary w budynkach, podczas ich codziennej eksploatacji. W tym celu wykorzystano generowany metabolicznie ditlenek węgla. Pomiary stężenia metabolicznego ditlenku węgla prowadzone są w czasie normalnego użytkowania pomieszczeń i nie wymagają wprowadzania dodatkowych znaczników gazowych do pomieszczenia, a w efekcie nie wymagają stosowania skomplikowanej aparatury pomiarowej.

Głównym celem pracy było opracowanie metodyki określania międzystrefowych przepływów powietrza w oparciu o pomiary generowanego metabolicznie ditlenku. Poszukiwanie wartości strumieni powietrza na podstawie zarejestrowanych czasowych przebiegów stężenia ditlenku węgla w poszczególnych pomieszczeniach w mieszkaniu wymaga rozwiązania zadania odwrotnego. W tym celu opracowano program komputerowy wykorzystujący algorytm iteracyjny Levenberga-Marquardta. Obliczenia międzystrefowych przepływów powietrza wykonano dla danych pomiarowych stężenia CO2 zarejestrowanych w dwóch mieszkaniach. Przeprowadzono również empiryczną weryfikację dokładności obliczeń liczby wymian powietrza dla pojedynczego pokoju. Dla większej liczby stref przeprowadzono ocenę dokładność rozwiązania zadania odwrotnego.

Modele strefowe pomieszczeń wykorzystują informację o średnim stężeniu ditlenku węgla w danej strefie pomiarowej w każdej chwili czasowej, zakładając przy tym idealne wymieszanie powietrza w pomieszczeniu. W związku z tym istotne jest aby miejsce lokalizacji czujników pomiarowych w czasie badań było reprezentatywne dla całego pomieszczenia. W pracy zamodelowano pomieszczenie z wentylacją naturalną i oddychającym człowiekiem stanowiącym jedyne źródło emisji ditlenku węgla. Na podstawie przestrzennych rozkładów stężenia ditlenku węgla wyznaczono reprezentatywne obszary dla pomiaru stężenia ditlenku węgla w pomieszczeniu. Dodatkowo analizowano wpływ geometrii szczeliny nawiewnej, źródło ciepła od grzejnika oraz zastosowanego modelu oddychania na migrację ditlenku węgla w pomieszczeniu.

Uzyskane wyniki obliczeń międzystrefowych przepływów powietrza wykazały, że opracowana metoda i program komputerowy nadają się do określania międzystrefowych przepływów powietrza przez nieszczelności w stolarce okiennej i drzwiowej w mieszkaniach. Obliczone strumienie powietrza pokazały niewystarczająca wentylację badanych pomieszczeń. Strumienie powietrza przepływające przez analizowane mieszkania nie są w stanie zapewnić właściwej jakości środowiska wewnętrznego ich mieszkańcom.

Przeprowadzone obliczenia numeryczne w programie Fluent wykazały, że analiza numeryczna CFD jest dobrym narzędziem do badania rozprzestrzeniania się wydychanego ditlenku węgla. Pozwala również na optymalizacje miejsc rozmieszczenia czujników ditlenku węgla w czasie pomiarów.

 

dr inż. Barbara Kolarik - The effect of phthalate esters on the quality of the indoor environment, data obrony: 14.11.2008. Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Popiołek

dr inż. Jakub Kolarik - Occupant responses and energy use in buildings with moderately drifting oparative temperatures, data obrony: 14.11.2008. Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Popiołek