Jan Fišer Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách.

Prezentace na téma: "Jan Fišer Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách."— Transkript prezentace:

1 Jan Fišer Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

2 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 2 Program workshopu 09:00 - 09:30 - Úvodní přednáška: Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření (J. Fišer) 09:30 - 10:30 - Model pro predikci tepelné zátěže kabiny automobilu (struktura modelu, vlastnosti modelu, parametrizace geometrie, vstupní data, výstupy) (J. Pokorný) 10:30 - 11:30 - Měření tepelného komfortu v kabinách automobilů prostřednictvím tepelných manekýnů (J. Fišer) 11:30 - 12:30 - Přestávka na oběd a kávu 12:30 - 13:30 - Ukázka funkcí a aplikace modelu tepelné zátěže automobilu (J. Pokorný) 13:45 - 16:00 - Měření s tepelným manekýnem Newtonem (Seznámení s hardware manekýna, ukázka měření a vyhodnocení tepelného komfortu pomocí metodiky diagramu komfortních zón - ISO 14505-2)(J. Fišer) 16:00 - 17:00 - Možnost diskuze u kávy

3 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 3 Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

4 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 4 Tepelný komfort/Tepelná pohoda člověka Definice: Tepelný komfort je stav mysli vyjadřující spokojenost s tepelným stavem okolního prostředí (ASHRAE Standard 55) Tepelná pohoda: stav, kdy prostředí odnímá člověku jeho tepelnou produkci bez výrazného (mokrého) pocení a tento stav je člověkem pociťován jako uspokojivý/příjemný.

5 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 5 Tepelný komfort člověka Definice: Tepelný komfort je stav mysli vyjadřující spokojenost s tepelným stavem okolního prostředí (ASHRAE Standard 55) Vnímání tepelného stavu Vstupní vlivy Fyzikální Parametry okolního prostředí Tepelný odpor oděvu Fyziologické Tepelná produkce metabolizmu Stavba těla Kondice, Věk, Pohlaví Psychologické Nálada, Zdravotní stav Ostatní Národnost Regionální zvyklosti “Stav mysli” Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

6 6 Tepelný komfort člověka Definice: Tepelný komfort je stav mysli vyjadřující spokojenost s tepelným stavem okolního prostředí (ASHRAE Standard 55) Některé parametry mohou být řízeny HVAC systémem Vnímání tepelného stavu Vstupní vlivy Fyzikální Parametry okolního prostředí Tepelný odpor oděvu Fyziologické Tepelná produkce metabolizmu Stavba těla Kondice, Věk, Pohlaví Psychologické Nálada, Zdravotní stav Ostatní Národnost Regionální zvyklosti “Stav mysli”

7 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 7 Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

8 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 8 Definice kabiny (WIKI) Kabina: Kabina je uzavřený prostor typicky na lodi nebo v letadle. Kabina letadla: Kabina letadla je část letadla, kde cestujíc pasažéři. Nákladní/osobní auto: Kabina nákladního auta je uzavřený prostor automobilu, v kterém sedí řidič. Kabina chrání cestující/řidiče před účinky okolního prostředí v průběhu využití/použití dopravního prostředku.

9 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 9 Prostředí v kabině Kabina letadla  Malý prostor na jedu osobu – cca. 1,5 m 3  Osoby sedí relativně blízko sebe  “Stejné prostředí” pro všechny Kabina auta Kabina vlaku

10 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 10 Prostor kabiny Prostředí v kabině PROSTŘEDÍ V KABINĚ Vlivy okolního prostředí Vliv osob v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

11 11 Prostor kabiny Prostředí v kabině PROSTŘEDÍ V KABINĚ Vlivy okolního prostředí Vliv osob v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření HVAC systém

12 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 12 Prostor kabiny Prostředí v kabině PROSTŘEDÍ V KABINĚ Vlivy okolního prostředí Vliv osob v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření HVAC systém Komfortní prostředí bez zdravotních rizik

13 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 13 Prostor kabiny Prostředí v kabině Vlivy okolního prostředí Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření  Variace parametrů okolního prostředí  Tepelná zátěž/ztráta přes konstrukce kabiny  Změny tlaku související s výškou

14 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 14 Prostor kabiny Prostředí v kabině Vliv osob v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření  Produkce tepla (120 W/osobu)  Zdroj CO 2 a H 2 O  Zdroj odérů  Zdroj prachových částic  Zdroj mikrobiologických částic  Generace stoupavých proudů (plume)

15 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 15 Prostor kabiny Prostředí v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření  Vytápění/Chlazení  Větrání  Tlak vzduchu  Vlhkost vzduchu  Teploty povrchu HVAC systém

16 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 16 Prostor kabiny Prostředí v kabině PROSTŘEDÍ V KABINĚ Vlivy okolního prostředí Vliv osob v kabině Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření HVAC systém  Teplota vzduchu  Rychlost proudění  Vlhkost vzduchu  Tlak vzduchu  Střední radiační teplota  Povrchová teplota

17 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 17 Prostředí v kabině automobilu - specifika Solar radiation Je možné zajistit tepelný komfort ve skleníku? Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

18 18 Prostředí v kabině automobilu - specifika Solar radiation Specifika: Velké prosklené plochy tvořené jednoduchým zasklením Vysoké solární zisky v létě Velké ztráty v zimě Nízká/vysoká střední radiační teplota Nízká vlhkost vzduchu v zimě Riziko obtěžování průvanem Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

19 19 Prostředí v kabině automobilu - specifika Okna Tepl. blízko teplotě okolí. „izolované“ části - střecha Tepl. blízko teplotě v kabině. Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

20 20 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření. Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

21 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 21 Možnosti predikce prostředí Transmise Kondukce Reflexe Konvekce Ventilace Solární radiace Teplota oblohy, Rychlost větru, Teplota vzduchu, Vlhkost Akumulace Interní konvekce Interní radiace Kabina Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření

22 22 Možnosti predikce prostředí CFD simulace  Kompletní 3D model  Lokální hodnoty parametrů  Lokální přenos tepla Metody pro predikci prostředí v kabině 1D nástroje s 3D geometrií  1D vedení s 3D geom. pro radiaci  Hodnoty parametrů dle geom.  Přenos tepla dle geom. Bilanční nástroje 1D/0D  1D/0D model, bilanční  Průměrné hodnoty v kabině  Zjednodušený přenos tepla

23 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 23 Možnosti predikce prostředí Metody pro predikci prostředí v kabině CFD simulace  Kompletní 3D model  Lokální hodnoty parametrů  Lokální přenos tepla 1D nástroje s 3D geometrii  1D vedení s 3D geom. pro radiaci  Hodnoty parametrů dle geom.  Přenos tepla dle geom. Bilanční nástroje 1D/0D  1D/0D model, bilanční  Průměrné hodnoty v kabině  Zjednodušený přenos tepla

24 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 24 Možnosti predikce prostředí - CFD Kabina letadla EV-55 CD-ADAPCO - STAR CCM+ CFD  pre-processing, řešení, post-processing Časově náročné, drahé, ale detailní výsledky Rychlostní pole Teplotní pole

25 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 25 Možnosti predikce prostředí - 1D nástroje Program theseus-FE Nastavení modelů:  Definice materiálů  Definice okolních podmínek Integrovaní virtuální manekýni:  Pasivní model  Aktivní Fialův model  Model dle Zhang Theseus FE/RadTherm  Specializované simulační nástroje  Všechny druhy přenosu tepla  Steady nebo transient simulace Požadavky na systém:  Stačí dne „běžné“ PC  Výpočetní čas  cca několik hodin

26 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 26 Možnosti predikce prostředí - bilanční nástroje 1D/0D Specializovaný nástroj pro rychlou predikci tepelné zátěže kabiny Vytvořeno v prostředí MatLab Využití geometrie pro definici OP a pro výpočet přenosu tepla radiací Přestup tepla a všechny parametry jsou vždy pro jednu konstrukci stejné

27 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 27 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

28 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 28 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení Parametry prostředí Model vnímaní tepelného stavu prostředí Osobní parametry Model tepelného komfortu Model je vždy založen na výzkumech s reálnými lidmi

29 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 29 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení Měření s reálnými lidmi  Obtížné, drahé  Problém s opakovatelností  Etické problémy  Nutné pro základní výzkum Měření se speciálními sondami/čidly Měření s tepelnými manekýny  Sonda vs. tělo člověka  Dobrá opakovatelnost  Problém s vyhodnocením  Reálný tvar těla  Dobrá opakovatelnost  Zahrnut vliv oděvu  Použitelné pro nesim. prostředí

30 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 30 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení Měření s reálnými lidmi  Obtížné, drahé  Problém s opakovatelností  Etické problémy  Nutné pro základní výzkum Měření se speciálními sondami/čidly Měření s tepelnými manekýny  Sonda vs. tělo člověka  Dobrá opakovatelnost  Problém s vyhodnocením  Reálný tvar těla  Dobrá opakovatelnost  Zahrnut vliv oděvu  Použitelné pro nesim. prostředí

31 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 31 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení 13 15 11 14 16 12 4 2, 3 7 9 5 8 10 6 1 – hlava 2 – záda 3 – hrudník 4 – pánev 5 – P rameno 6 – L rameno 7 – P paže 8 – L paže 9 – P dlaň 10 – L dlaň 11 – P stehno 12 – L stehno 13 – P lýtko 14 – L lýtko 15 – P chodidlo 16 – L chodidlo 6 1 8 10 12 14 16 5 7 9 11 13 15 1

32 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 32 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení

33 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 33 Měření tepelného komfortu a vyhodnocení H.O. Nilsson 2004 – Ph.D. Thesis

34 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 34 Obsah:  Program workshopu  Tepelný komfort/pohoda  Prostředí v kabinách  Možnosti predikce prostředí  Měření tepelného komfortu  Program workshopu

35 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 35 Program workshopu 09:00 - 09:30 - Úvodní přednáška: Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření (J. Fišer) 09:30 - 10:30 - Model pro predikci tepelné zátěže kabiny automobilu (struktura modelu, vlastnosti modelu, parametrizace geometrie, vstupní data, výstupy) (J. Pokorný) 10:30 - 11:30 - Měření tepelného komfortu v kabinách automobilů prostřednictvím tepelných manekýnů (J. Fišer) 11:30 - 12:30 - Přestávka na oběd a kávu 12:30 - 13:30 - Ukázka funkcí a aplikace modelu tepelné zátěže automobilu (J. Pokorný) 13:45 - 16:00 - Měření s tepelným manekýnem Newtonem (Seznámení s hardware manekýna, ukázka měření a vyhodnocení tepelného komfortu pomocí metodiky diagramu komfortních zón - ISO 14505-2)(J. Fišer) 16:00 - 17:00 - Možnost diskuze u kávy

36 Prostředí v kabinách automobilů - možnosti jeho predikce a měření 36 Konec prezentace Děkuji za pozornost Workshop je podpořen z projektu: - Podpora tvorby excelentních týmů mezioborového výzkumu na VUT CZ.1.07/2.3.00/30.0005