ANALISI DELLA PANCA CON PERSONA NELLA CAMERA CLIMATICA

In seguito alla simulazione appe- na realizzata, ci si è focalizzati sull’analisi CFD della panca posi- zionata all’interno della camera climatica avente sopra di essa un manichino seduto. La panca è stata centrata nella camera e affiancata ad un componente del sistema di ri- scaldamento (inginocchiatoio) che nel progetto definitivo sarà posto come primo, immediatamente davanti all’altare.

Anche in questa parte di anali- si, il modello di simulazione del- la panca con il manichino, posti nella camera climatica, sono state realizzate usando coordinate car- tesiane, con l’utilizzo del pro- gramma di modellazione Gambit, in cui si applica una griglia tetrae- drica non strutturata con distan- ze variabili a seconda dei punti di interesse maggiori: la griglia sarà più fitta tra i due componenti ed il manichino, mentre sarà più rada nei punti più lontani, verso le estremità della camera clima- tica.

Al fine di ridurre il tempo di cal- colo, è stata realizzata solo la metà del modello ed è stato ap- plicato un piano simmetrico come condizione al contorno. È fattibi- le in quanto, considerando la ge- ometria fisica in fase di studio, le modalità previste di flusso e la soluzione termica sono simmetriche lungo la direzione del piano xy.

All’interno di questo modello CFD, sono state risolte le equazioni per il flusso, la turbolenza, l’e- nergia e la radiazione (‘Discrete Ordinate’). Gli schemi di discre- tizzazione utilizzati per que- ste equazioni sono i medesimi dei precedenti: Standard, Semplice, e il regime di ‘First Order Upwind scheme for Momentum’, ‘Turbulence Kinetic Energy’, ‘Turbulence Dis- sipation Rate and Energy’.

E’ stato utilizzato, per esegui- re le prime simulazioni CFD, il modello standard k-ε con funzio- ni a parete standard. Poiché non è disponibile nessuna ventilazio- ne forzata, mentre il calore viene fornito per irraggiamento e con- vezione naturale dagli elementi riscaldanti, è stato utilizzata l’approssimazione ‘Boussinesq’ per la densità dell’aria.

Come in precedenza, il riscalda- mento della seduta è stato pro- gettato come se fosse composto da blocchi solidi con una temperatura fissa in funzione delle misurazioni

effettuate in camera climatica. L’inginocchiatoio, che in questa simulazione è presente nella ca- mera con la panca, ha le stesse caratteristiche di quest’ultima, senza la presenza della seduta, come si può osservare nello schema della Fig.5.16.

Il coefficiente di emissività delle panche è pari a 0,94.

Per quanto riguarda il manichino, la superficie di esso è stata di- visa in due parti: una rappresenta la superficie corporea coperta, sia dai vestiti che dalla capigliatu- ra, l’altra invece è direttamente a contatto con l’aria. La prima avrà un coefficiente di emissività pari a 0.85, la seconda un coeffi- ciente di emissività di 0,95 [1,2] (Fig.5.16).

1. R.J. de Dear et al., CONVECTIVE AND RADIATIVE HEAT TRANSFER COEFFICIENTS FOR INDIVIDUAL HUMAN BODY SEGMENTS, Int J Biometeorol (1997) 40:141–156

2. Sun Wei, USING COMPUTATIONAL FLUID ME- CHANICS IN COMBINATION WITH EXPERIMENTS FOR STUDY OF PERSONALIZED VENTILATION IN THE TROPICS, Department of Building Na- tional Univ. of Singapore (2006) 45-93

parte radiante parte radiante coefficiente d’emissività = 0.95 coefficiente d’emissività = 0.94 coefficiente d’emissività = 0.85

Fig.5.16 - Schema dei componenti della panca e del manichino

Per questa simulazione, svolta prima in regime stazionario poi in regime dinamico, sono state evi- denziate diverse sezioni all’in- terno della camera climatica.

Il piano simmetrico (PS) è quello principale, poi è presente una se- zione orizzontale (S2), e due se- zioni verticali, di cui una lon- gitudinale (S1) e una trasversale (S3). Di seguito sarà illustrato un keyplan riassuntivo.

L’analisi in regime dinamico è sta- ta condotta attraverso l’acquisi- zione di diverse immagini relative alla temperatura dell’aria con ti- mesteps di 300 sec. (5 minuti) per un’ora totale. Saranno selezionate quelli più significativi.

Nelle prime tre immagini è rap- presentata una vista della camera climatica in due dimensioni, con evidenziato il piano simmetrico e la relativa temperatura dell’a- ria nelle vicinanze delle due par- ti della panca ed al manichino. Sono stati selezionati i timesteps principali: 5 minuti, 30 minuti e 60 minuti.

Fig.5.18 - temperatura dell’aria,

timesteps 5,30,60 min piano simmetrico PS

In queste immagini è rappresentata la sezione verticale longitudina- le (S1) della camera climatica e la relativa temperatura dell’aria intorno alle due parti della panca ed al manichino. Sono stati sele- zionati i timesteps principali: 5 minuti, 30 minuti e 60 minuti.

Fig.5.19 - temperatura dell’aria,

timesteps 5,30,60 min sezione verticale S1

L’assonometria della camera cli- matica proposta a fianco evidenzia il piano simmetrico e la sezione orizzontale (S2) con la temperatu- ra dell’aria intorno ai due compo- nenti della panca ed al manichino. Sono stati selezionati i timesteps principali: 5 minuti, 30 minuti e 60 minuti.

Fig.5.20 - temperatura dell’aria,

timesteps 5,30,60 min sezione orizzontale S2

A destra sono illustrate tre figure della sezione verticale trasversa- le (S3) della camera climatica con evidenziato il piano di sezione e la relativa temperatura dell’aria intorno alle due parti della panca ed al manichino. Sono stati sele- zionati i timesteps principali: 5 minuti, 30 minuti e 60 minuti.

Fig.5.21 - temperatura dell’aria,

timesteps 5,30,60 min sezione verticale S3

Dopo aver visto gli effetti dell’im- pianto di riscaldamento su panca secondo il parametro della tempe- ratura dell’aria, che non viene aumentata di molto, si passa ad analizzare l’influenza del sistema di riscaldamento dal punto di vi- sta della temperatura radiante e le conseguenze sul manichino.

La temperatura radiante dipende dalla temperatura superficiale di tutte le superfici che si trovano attorno alla persona, come vedremo nelle prossima simulazioni, e dal- la radiazione emessa da sorgenti ad alta intensità.

Osservando le sezioni S1, ed S3, si può notare quanto la tempera- tura radiante intorno al manichi- no sia accettabile per creare la situazione di comfort termico. Di seguito, sarà spiegato il concet- to di comfort e saranno analizzati diversi zoom delle sezioni più si- gnificative.

Fig.5.22 - temperatura radiante, sezione verticale S1