Experimental investigation of turboventilators operating without wind flow
Abstract
Fans used in modern buildings ventilation systems make up a large part of the building‘s total energy demand. In order to ensure proper air quality and high efficiency of ventilation systems, it is necessary to search new solutions. One of the possible ways is to use renewable energy technologies. Currently it is a widespread use of wind energy in turboventilators. Major part of previous researches are related to tests of different construction turboventilators, determination of their characteristics and analysis of results. However, assessment of the current researches situation indicates the lack of fundamental researches of air flows interaction processes impact to turboventilators efficiency. In addition, researchers on hybrid turboventilators still search for solutions to increase the ventilation functionality when there is not enough wind power for operation of these devices. In order to determine the significance of these processes in more detail, in the present study, two different types of turboventilators are experimentally tested in two different ways. In one case, their rotors are rotated by an additional source of energy, in another case they are tested under different wind speed conditions. The aim of research is to assess not only the characteristics of the testes devices under normal conditions, but also their ventilation potential without wind flow. The results of experimental investigation showed that under normal operation conditions of the device, a large part of the extracted air flow is impacted by rotor rotation and ejection phenomenon. Empirical equations and investigation results presented in the paper can be useful for comparing other experiments and improving the functionality of the device at low wind speeds.
Article in Lithuanian.
Turboventiliatorių, veikiančių be vėjo srauto, eksperimentinis tyrimas
Santrauka
Šiuolaikinių pastatų vėdinimo sistemose naudojami ventiliatoriai sudaro didelę dalį pastato bendrojo energijos poreikio. Siekiant užtikrinti tinkamą oro kokybę ir aukštą vėdinimo sistemų efektyvumą, būtina ieškoti naujų sprendimų. Vienas iš galimų būdų – atsinaujinančią energiją naudojančių technologijų taikymas. Šiuo metu plačiai paplitęs būdas naudoti vėjo energiją turboventiliatoriuose. Didžioji dalis ankstesniuose moksliniuose tyrimuose atliktų eksperimentų susiję su skirtingų konstrukcijų turboventiliatorių bandymais, jų charakteristikų nustatymu ir rezultatų palyginimu. Visgi, vertinant esamą mokslinių tyrimų situaciją, pastebima, jog trūksta fundamentalių tyrimų nagrinėjant oro srautų sąveikos procesų įtaką turboventiliatorių efektyvumui. Be to, atliekamuose tyrimuose su hibridiniais tokio tipo įrenginiais tebeieškoma sprendimų, kaip padidinti vėdinimo funkcionalumą, kai nepakanka vėjo srauto įrenginiui veikti. Siekiant detaliau nustatyti minėtų procesų svarbą, pristatomame tyrime dviem skirtingais metodais eksperimentiškai bandomi du skirtingo tipo turboventiliatoriai. Vienu atveju jų rotoriai sukami papildomu energijos šaltiniu, kitu atveju bandomi skirtingomis vėjo greičių sąlygomis. Tyrimų metu siekiama įvertinti ne tik bandomų įrenginių charakteristikas veikiant įprastomis sąlygomis, bet ir jų vėdinimo potencialą be vėjo srauto. Eksperimentinių tyrimų rezultatai parodė, jog įrenginiui veikiant įprastomis sąlygomis didelė dalis ištraukiamojo oro srauto veikiama rotorių sukimosi bei ežekcijos reiškinio. Straipsnyje pateiktos empirinės lygtys ir tyrimo rezultatai gali būti naudingi lyginant kitus eksperimentus bei tobulinant įrenginio funkcionalumą esant mažam vėjo greičiui.
Reikšminiai žodžiai: turboventiliatorius, vėjo energija, skirta vėdinti, eksperimentinis tyrimas, ištraukiamojo oro srautas, sukimosi dažnis, veiksmingumas.
Keyword : turboventilator, wind energy for ventilation, experimental investigation, extracted air flow, rotation frequency, efficiency
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
References
Dale, J. D., & Ackerman, M. Y. (1993). Evaluation of the performance of attic turbine ventilators. ASHRAE Transactions, 99(1), 14-22.
Khan, N., Su, Y. Y., Riffat, S. B., & Biggs, C. (2008). Performance testing and comparison of turbine ventilators. Renewable Energy, 33(11), 2441-2447. https://doi.org/10.1016/j.renene.2008.01.016
Lai, C. M. (2003). Experiments on the ventilation efficiency of turbine ventilators used for building and factory ventilation. Energy and Buildings, 35(9), 927-932. https://doi.org/10.1016/S0378-7788(03)00024-0
Lai, C. M. (2006). Prototype development of the rooftop turbine ventilator powered by hybrid wind and photovoltaic energy. Energy and Buildings, 38(3), 174-180. https://doi.org/10.1016/S0378-7788(03)00024-0https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2005.06.004
Lien, S. T. J., & Ahmed, N. A. (2010). Numerical simulation of rooftop ventilator flow. Building and Environment, 45(8), 1808-1815. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2010.02.009
Shinde, R., Lavhale, V., Nair, A., Pawar, S., & Mahajan, R. (2016). Generation of electric power using turbo ventilators. International Journal of Current Engineering and Technology, 6(6), 89-93.