title: A comparison of ducted and ductless personalized ventilation by means of a calibrated CFD simulation model
Creators: name: Hayatqaiby, Sepehr
Publisher: name: TU Wien
Year: 2021
Subjects: subject: Personal ventilation
subject: Air distribution
subject: Ventilation Effectiveness
subject: Tracer Gas Concentration

description: In dieser Arbeit werden zwei Varianten von persönlicher Lüftung ( engl. Personalized-Ventilation/PV) verglichen und ihre Wirkung auf die Raumluftqualität in Bürogebäuden untersucht. PV stellt dem Nutzer frische Luft direkt in der „Breathing Zone“ (BZ) am Arbeitsplatz zur Verfügung. Darüber hinaus haben PV-Systeme das Potenzial, die Innenraumluftqualität (engl. Indoor Air Quality/IAQ) beim Nutzer zu verbessern und ermöglichen diesem ebenfalls eine individuelle Kontrolle der Frischluftmenge am Ausblasdiffusor. Normale PV-Systeme erfordern einen direkten Anschluss an eine zentrale Luftführungsanlage, was die Installationskosten erhöht und die Innenraumästhetik und die Flexibilität des Bürolayouts beeinträchtigt. Neue anschlusslose (engl. ductless) PV-Systeme ermöglichen die gewünschte Flexibilität durch Kombination einer klassischen Verdrängungslüftung (engl. displacement-Ventilation - DV), um so Frischluft dem Raum und den unabhängigen ductless PV-Systemen bodennahe zuzuführen. Ob PV-Systeme in der Praxis alleine komfortable thermische Bedingungen im Nutzerbereich speziell bei Raumkühlung gewährleisten können, ist nicht sicher. Darüber hinaus könnte entsprechend der einschlägigen Literatur durch die zusätzlich nötige Verdrängungslüftung auch lokal unkomfortable Bedingungen durch den kalten Luftzug in Bodennähe entstehen.In dieser Arbeit werden beide Varianten vergleichend untersucht, um folgenden Fragen zu beantworten und Zweifel an der Funktionalität auszuräumen. Lohnt es sich, ductless PV zu wählen , um dadurch mehr Flexibilität bei der architektonischen Gestaltung zu haben? Ist eines der Systeme im Bezug auf thermischen Komfort und IAQ im Nutzerbereich überlegen? Inwieweit beeinflusst die Qualität der Verdrängungslüftung die Wirksamkeit von ductless-PV?Für den Vergleich der Systeme wurde ein kalibriertes CFD-Modell und das Konzepts des Luftalters benutzt. Die Möglichkeit, Frischluft zuzuführen und Luftschadstoffe durch das Lüftungssysteme zu entfernen, wurde anhand von fünf verschiedenen Szenarien beurteilt. Zusätzlich wurde anhand eines realen Beispiels, die Wirkung der Verdrängungslüftung und der zugehörigen Einlassdiffusoren auf die Funktion der ductless PV untersucht. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden vier alternative Prototypen von Einlassdiffusoren vom Autor vorgeschlagen und mit derselben Methodik wie zuvor untersucht.
description: This research aims to compare two variations of Personal Ventilation (PV) systems and address their effects on indoor environmental characteristics in office buildings. Personalized ventilation (PV) aims to supply clean air directly to the Breathing Zone (BZ) of the occupants, mostly in places with workstations and office cubicles. In addition, PV systems have the potential to improve Indoor Air Quality (IAQ) by increasing individual control over discharged air from inlet diffusers into the BZ. However, ducted PV requires additional duct work, which increases the cost of the installation and negatively affects indoor aesthetics and the flexibility of the room layout. Ductless PV is a design attempt to overcome those disadvantages. In contrast to ducted PV solutions ductless Systems can’t be deployed individually and works only in conjunction with a classical Displacement Ventilation (DV). It is, nevertheless, not definitely clear that a PV system alone could provide the accepted level of thermal comfort in the occupant’s position. Moreover, according to the literature, one problem of the DV systems could be the sensation of the cold draught at the feet level.The performance of these two variants should be studied side by side to answer the following questions and to dispel doubts about their hypothetical shortcomings. Is it worth not having ductworks to have more architectural design flexibilities; Is any of these two systems superior to another in terms of providing thermal comfort in occupant’s position and a better IAQ in the BZ; and to what extent could DV’s performance affect the effectiveness of ductless PV?This project implements this comparison by means of a calibrated CFD model and the concept of age of air. The ability to provide fresh air and remove air pollutants by ventilation systems is assessed in five different scenarios in which they operate individually or in conjunction with each other in an office mock-up. Additionally, in an attempt to examine the effect of the DV inlet diffuser on the performance of the ductless PV, four alternative prototypes of DV inlet diffusers are proposed by the researcher and studied with the same methodology.