Laboratoř tepelného komfortu

2012-11-02_12-59-59.jpg Laboratoř (pracovní tým) se zabývá problematikou spojenou s výzkumem a vývojem v oblasti klimatizačních systémů pro úpravu vnitřního prostředí v kabinách dopravních prostředků a budovách a následně také testování jejich vlivu na tepelný komfort (tepelnou pohodu). Hlavním požadavkem současnosti je vývoj a návrh takových klimatizačních systémů, které poskytují optimální tepelný komfort s co nejmenšími energetickými a provozními náklady.

Pro vytvoření komfortního a kvalitního prostředí v budově nebo kabině dopravního prostředku je především nezbytné zajištění chlazení/vytápění a dostatečného větrání. Strojní systémy, které tyto funkce zajišťují se souhrnně označují jako HVAC systémy (heating, ventilation and air conditioning systems). Vlastnosti těchto systémů a jejich dopady na kvalitu větrání, klimatizace  a tepelného komfortu se typicky testují jak pomocí simulačních nástrojů, tak pomocí měření na reálných modelech. Pro simulaci  systémů a prostředí v budovách a kabinách využíváme především CFD a 1D simulačních nástrojů. K testování reálných modelů systémů je pracoviště vybaveno měřicí technikou pro měření parametrů vnitřního prostředí, tepelným manekýnem, maketou kabiny malého dopravního letadla a klimatickou komorou pro ověření funkčnosti navržených systémů v podmínkách odpovídajících reálnému nasazení.

Čím se zabýváme:

  • Modelováním prostředí v kabinách dopravních prostředků
  • Hodnocením tepelného komfortu
  • Výpočty a simulacemi tepelné bilance kabin
  • Modely lidského tepelného komfortu
  • Hodnocení tepelných vlastností oděvů
  • Hodnocením kvality větrání
  • Optimalizací distribučních vzduchovodů
  • Modelováním prostředí v budovách

Přístrojové vybavení:

Tepelný manekýn Newton - Tepelný manekýn ve tvaru průměrné lidské postavy se používá k hodnocení tepelného komfortu osob ve vnitřním i venkovním prostředí a hodnocení tepelně izolačních vlastností oblečení a vybavení pro sportovní a pracovní aktivity.

2012-11-02_12-47-17.jpg

Mobilní systém pro měření prostředí v automobilu - Měřicí systém umožňuje mobilní realtime měření parametrů prostředí v kabině automobilu, měření parametrů vnějšího prostředí a současně měření polohy, nadmořské výšky, orientace a rychlosti vozu. Měřená data jsou kontinuálně zaznamenávána a po zpracování je možné vyhodnotit parametry kvality prostředí v kabině měřeného automobilu v reálných provozních podmínkách.

00_Schema_systému.jpg

Experimentální zařízení:

Maketa kabiny malého dopravního letadla - Kabina má rozměry 1,6 x 1,4 x 7,4 m,  objem 13 m3,  připojená klimatizační jednotka umožňuje nastavování průtoku větracího vzduchu v rozsahu 100 - 500 m3/h a teploty přiváděného vzduchu 10 - 40 °C.  Měření je realizováno pomocí měřicího systému na bázi modulů ADAM 4000 a měřicích přístrojů firmy TESTO. Sběr dat zajišťuje program na bázi LabView 8.0, který je snadno modifikovatelný pro konkrétní podmínky a konkrétní měřený větrací systém.

07122009050.jpg

Newton_kabina.JPG

Klimatická komoraKlimatická komora slouží ke zkoušení kompletních vozů nebo pouze kabin dopravních prostředků za uvedených klimatických podmínek. Simuluje okolní prostředí s umělým globálním zářením a současným klimatickým zatížením se střídavými cykly, kombinující vzájemně mimo jiné vlhký a suchý chlad podle regionálních klimat a umožňující tak napodobení vnějších atmosférických vlivů s realistickým stupněm ostrosti odpovídající praxi

Komora01.jpg

 - Laboratoř je navržena a vybavena pro studium širokého spektra problémů souvisejících s prouděním vzduchu pomocí optických metod. Zejména je připravena pro zkoušení zařízení určených k ventilaci místností a kabin dopravních prostředků. 

2012-11-02_15-47-19.jpg

Vyvíjené softwarové modely:

Model tepelné zátěže kabiny - Model je navržen pro predikci tepelné zátěže a parametrů mikroklimatu uvnitř kabiny automobilu během skutečných provozních podmínek. Současná verze modelu je navržena na základě konkrétního vozu a jsou využita data o geometrii a materiálové skladbě vozu. Na základě okrajových podmínek: parametry větrání (množství, teplota a měrná vlhkost přiváděného vzduchu), parametry jízdy (rychlost jízdy, orientace vozu vůči slunci) a množství lidí uvnitř, jsou predikovány parametry mikroklimatu v kabině, tj. teplota a relativní vlhkost vzduchu.  Zároveň je možné vypočítat tepelnou zátěž kabiny a tím i potřeby energie na vytápění/chlazení. Původní model byl vytvořen v Dymole (v jazyce Modelica) a novější verze modelu je vytvořena v Matlabu.

COMBI-kabina1.png

Model lidského tepelného komfortu - Model je určen pro predikci tepelného komfortu v nehomogenních prostředích (např. kabiny dopravních prostředků). Na základě podmínek okolí (teplota, střední radiační teplota, relativní vlhkost, rychlost proudění vzduchu) a člověka (oděv, vykonávaná činnost) jsou predikovány povrchové teploty a tepelné pocity jim příslušející.  Model vychází z fyziologického modelu člověka dle Tanabeho a modelu tepaného komfortu dle Zhang. Model je vytvořen v Dymole (v jazyce Modelica).

schema_model_komfortu.png

Řešené projekty:

Vybrané problémy techniky prostředí

  • Označení projektu: FSI-S-17-4444
  • Doba řešení: 2017-2019
  • Optimalizace systémů pro tvorbu vnitřního prostředí kabin dopravních prostředků, tj. větracích, chladicích a vytápěcích systémů a vybraných prvků těchto systémů (kompresor, trysky).

Inovativní řízení HVAC systému kabiny automobilu jako součást asistenčního systému řidiče 

  • Označení projektu: TA04031094
  • Doba řešení: 2014-2017
  • Vedouci pracoviště projektu, partněři projektu FEKT a Škoda auto.
  • Cílem projektu je vyvinout hardware, software, algoritmus a vizualizační systém na řízení teploty významných segmentů lidského těla (těmi jsou hlava, hrudník, paže a chodidla, v zimě pak se k těmto segmentům přidává horní část stehen), tak aby řidič dostal přehlednou vizuální informaci o možném blížícím se riziku segmentované tepelné nepohody a mohl pouze dotykem na display ovlivnit nastavení klimatizačního systému. 

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka 

  • Označení projektu: TE01020020
  • Doba řešení: 2012-2017
  • Podíl na řešení WP 22 - Human Centered Cabin Design

Dokončené projekty:

Systémy a komponenty pro tvorbu vnitřního prostředí a dopad na zdraví člověka

  • Označení projektu: FSI-S-14-2355
  • Doba řešení: 2014-2016
  • Měření pro určení součinitelů přestupu tepla ve vnitřním prostředí kabiny automobilu a na povrchu lidského těla a validační experimenty pro simulační nástroj na predikci vývoje prostředí v kabině automobilu.

iSPACE - inovative Sytems for Personalised Aircratf Cabin Environment (2010-2012)

http://www.ispace-project.eu/

Role VUT v projektu:

  • Vývoj metodiky pro výběr vhodných konceptů jednotlivých technologií pro individuální mikroklima - část projektu WT 2.3 - Selection of Concepts for Individualised Cabin Environment
  •  Vytvoření CFD modelu a provedení parametrické studie individuálních větracích výustek a jejich vlivu na tepelný komfort - část projektu  WT 2.2 - Simulation and Parameter Study
  • Vytvoření detailního CFD modelu celé kabiny včetně všech testovaných technologií, vyhodnocení simulací, tepelného komfortu a validace výsledků na základě měření - část projektu WT 4.1 - Refinement of Simulation of Individualised Cabin Environment, WT 4.4 - Validation of Simulation of Individualised Cabin Environment

Screenshot 2014-04-25 12.29.47.png

Komplexní modelování interakce člověka a prostředí v kabinách dopravních prostředků a obytných prostorách a návrhové nástroje (2011-2013)

  • Označení projektu: FSI-S-11-6
  • Doba řešení: 2011-2013
  • Podíl na řešení oblasti návrhových nástrojů a vývoji distribučních systémů vzduchu

EV-55-vzduchovody.jpg



Centrum leteckého a kosmického výzkumu - CLKV (2005-2011)

  • V rámci výzkumného úkolu A6 - Predikce vnitřního prostředí v kabinách letadel, byla řešena problematika predikce vnitřního prostředí v kabinách malých dopravních letadel s využitím CFD simulací a 1D simulačních programů. Byla kompletně implementována metodika vyhodnocení tepelného komfortu pomocí diagramu komfortních zón a virtuálního pasivního manekýna. Bližší pozornost byla také věnována vlivu geometrii vzduchovodů a typu distribuce vzduchu na tepelný komfort cestujících a kvalitu větrání.

Fig.13-Mesh_manikin_and_seat_rev4_color.jpg

Juniorský projekt - Vývoj 1D modelu kabiny automobilu pro predikci parametrů vnitřního prostředí (2011)

  • Projekt byl zaměřen na pilotní vývoj 1D modelu kabiny automobilu pro predikci parametrů vnitřního prostředí a získání data pro validaci výsledků simulací. Data byla měřena na reálném automobilu při jízdních testech v reálném provozu (typ provozu: město, mimo město, dálnice).

1D_model_cabina_junior.png

Spolupracujeme s:

Škoda auto a.s.
TKP - Vývoj topení a klimatizace
V. Klementa 869 | 293 60 Mladá Boleslav | Czech Republic
Kontaktní osoba: Bc. Jan Hrnčíř, Ing. Michal Závodník

Volkswagen Corporate Research
Vehicle Technology
CAE-Methods
D-38436 Wolfsburg|  Germany
Kontaktní osoba: Dr. Viktor Bader   

MAN Truck & Bus AG
Engineering Karosserie Bus Components (EKBC)
Entwicklungsingenieur Heizung, Lüftung, Klima / HVAC
Dachauer Straße 667
D-80995 München
Kontaktní osoba: Frank Seidel   

Indoor Environment Department
Group Indoor Climate Systems
Fraunhofer Institute for Building Physics IBP
Holzkirchen Branch
Fraunhoferstraße 10 | D-83626 Valley | Germany
Kontaktní osoba: Dipl.-Ing. Gunnar Grün

Kontakt:

Ing. Jan Fišer, Ph.D.,  telefon : +420 54114 3242,  email: fiser@fme_vutbr_cz
Ing. Jan Pokorný, Ph.D.,  telefon : +420 54114 3264,  email: pokorny.j@fme_vutbr_cz
Ing. Miloš Fojtlín, telefon: +420 54114 3242,  email: fojtlin@eu_fme_vutbr_cz
Ing. Róbert Toma, telefon: +420,  email: 145743@vutbr_cz
Ing. Barbora Kopečková, telefon: +420,  email: 144853@vutbr_cz

Nahoru