Αριθμητική μελέτη εισερχόμενης ακτινοβολίας σε κλειστούς χώρους

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση καθώς και η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου, ο οποίος ως στόχο έχει τον υπολογισμό της κατανομής άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στο εσωτερικό ενός εξαέδρου, με την βοήθεια των συντελεστών μορφής και της πορείας του ηλίου. Ο αλγόριθμος, που δημιουργήθηκε σε γλώσσα προγραμματισμού FORTRAN, συνεργάζεται με το προσομοιωτικό πρόγραμμα TRNSYS, ώστε να βελτιώσει τον υφιστάμενο αλγόριθμο κατανομής. Πιο συγκεκριμένα η δομή της εργασίας έχει ως εξής : Κεφάλαιο 1. Γίνεται αναφορά και περιγραφή βασικών εννοιών όπως : μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία, ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, υπέρυθρη και ορατή ακτινοβολία, μέλανα σώματα. Επιπλέον αναλύεται ο θεμελιώδης, για τη μετάδοση της θερμικής ακτινοβολίας, νόμος των Stefan – Boltzman. Κεφάλαιο 2. Το κεφάλαιο αυτό αναφέρεται στη θεωρία και τον υπολογισμό των συντελεστών μορφής (View Factors). Στην αρχή αναφέρεται ο ρόλος των συντελεστών μορφής στη μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία, στη συνέχεια γίνεται εκτενής αναφορά στον τρόπο υπολογισμού τους για οποιαδήποτε γεωμετρία με τη μέθοδο ‘λωρίδων και κομματιών’ (strip and patch) και τέλος παρουσιάζονται οι αναλυτικές σχέσεις υπολογισμού τους για δύο συγκεκριμένες γεωμετρίες. Κεφάλαιο 3. Εδώ παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο ο εμπορικός κώδικας προσομοίωσης TRNSYS επεξεργάζεται και στη συνέχεια κατανέμει την θερμική ακτινοβολία. Πιο συγκεκριμένα αναλύονται τα μαθηματικά μοντέλα και τα ισοζύγια που χρησιμοποιεί. Κεφάλαιο 4. Αρχικά, περιγράφεται το μαθηματικό μοντέλο πάνω στο οποίο βασίζεται ο αλγόριθμος και στη συνέχεια παρουσιάζεται το διάγραμμα ροής που ακολουθούν τα αριθμητικά παραδείγματα των τριών επομένων κεφαλαίων. Επίσης γίνεται αναφορά στα αναγκαία δεδομένα εξόδου του TRNSYS, που απαιτούνται από τον αναπτυχθέντα αλγόριθμο, καθώς και στην βασική αρχή λειτουργίας του. Τέλος, περιγράφονται τα μεγέθη τα οποία θα συγκριθούν κατά τις διαδικασίες των προσομοιώσεων. Κεφάλαιο 5. Η πρώτη προσομοίωση διεξάγεται για πρότυπο κτίριο με γεωμετρία ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου. Στην αρχή γίνεται αναφορά στη μορφή και το είδος των δεδομένων που περιέχουν τα συγκριτικά διαγράμματα που συναντιόνται και στις τρεις προσομοιώσεις. Στη συνέχεια παρατίθενται οι προσομοιωτικές παραδοχές που έγιναν και ισχύουν και στο Κεφάλαιο 6. Τέλος, παρουσιάζονται τα συγκριτικά διαγράμματα, τα οποία περιέχουν τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων και κατόπιν σχολιάζονται. Κεφάλαιο 6. Στην δεύτερη προσομοίωση, γίνεται περιγραφή και ανάλυση πρότυπου κτιρίου με γεωμετρία κύβου αυτή τη φορά. Μετά το πέρας των προσομοιώσεων γίνεται, όπως και στο Κεφάλαιο 5, παρουσίαση και σχολιασμός των αποτελεσμάτων. Κεφάλαιο 7. Η τελευταία προσομοίωση αναφέρεται σε πραγματική γεωμετρία μιας μονοκατοικίας. Αφού γίνει πλήρης περιγραφή του κτιρίου με τη βοήθεια των σχημάτων κάτοψης, εμβαδομέτρησης και αναπαράστασης των διατομών των δομικών στοιχείων του, αναδιατυπώνονται οι προσομοιωτικές παραδοχές. Τέλος, γίνεται παρουσίαση και σχολιασμός αποτελεσμάτων. Κεφάλαιο 8. Η διπλωματική εργασία κλείνει με κριτική πάνω στον αναπτυχθέντα αλγόριθμο του κώδικα VFCALC. Τέλος στα Παραρτήματα 1 και 2 γίνεται μία πιο αναλυτική προσέγγιση της χρήσης του κώδικα VFCALC σε συνδυασμό με το πρόγραμμα TRNSYS καθώς και η επεξήγηση των εντολών, σε γλώσσα Fortran, που χρησιμοποιεί. Έτσι ο αναγνώστης εξοικειώνεται περισσότερο με την χρήση και την φιλοσοφία του κώδικα VFCALC .