Augmenting traditional wind catcher with combined evaporative cooling system and solar chimney

Abstract

Wind catchers are one of the oldest cooling systems in Hot-Dry regions that are employed to provide sufficient natural ventilation in buildings. The optimal adequacy of the wind catchers has been constrained in the suitable wind speed, which causes them to be inefficient at times and in areas with low wind speed. A four-directional wind catcher equipped with two evaporative cooling parts (wetted blades and adjustable opening pads) and a solar chimney was proposed in this study. A prototype of the proposed wind catcher has developed to analyze the performance of the system. Theoretical analysis of the wind catcher was carried out and a set of experiments were organized to validate the results of the obtained models. Moreover, a numerical simulation investigated the ventilation performance of the solar chimney. The results showed when the pad was closed, the maximum value of cooling load was achieved at the wind speed of 3(m⁄s). In addition, at the wind catcher heights of 2.5 and 3.5 m and the wind speeds of lower than 3(m⁄s), the cooling loads approximately doubled by employing closed-pad mode. Compared with the open-pad mode, the closed-pad mode has shown better results, when the wind speed was low. The airflow rate at the no-wind condition and solar radiation of 1000 (W/m2) was eventuated around 0.021 (kg/s), if applying the evaporative cooling system. Consequently, the combined system increases the mass flow rate of the air by several times in the low wind speed compared that without the solar chimney.

Το κλίμα αποτελεί βασικό παράγοντα για την οικοδόμηση της αποδοτικότητας καθώς και της κατανάλωσης ενέργειας. Στην τοπική αρχιτεκτονική των διαφόρων χωρών υπάρχουν εξαιρετικά παραδείγματα κτιρίων χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας που προσαρμόζονται σε ποικίλα κλίματα. Ο ζεστός αέρας με χαμηλή υγρασία είναι το κύριο πρόβλημα στις θερμές περιοχές. Οι δέκτης άνεμος είναι ένα από τα παλαιότερα συστήματα ψύξης που χρησιμοποιούνται για την παροχή επαρκούς φυσικού αερισμού στα κτίρια. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο αλλάζει η θερμοκρασία του περιβάλλοντος ζωής. Κτίρια εξοπλισμένα με δέκτης άνεμος που χρησιμοποιούν τη φυσική δύναμη της πίεσης του ανέμου, του φυσικού αερισμού και της ψύξης είναι κατάλληλα για εσωτερικούς χώρους. Η χρήση των δέκτης άνεμος περιορίζεται στις ταχύτητες ανέμου, οι οποίες σε ορισμένες περιπτώσεις τις καθιστούν αναποτελεσματικές σε περιοχές με χαμηλές ταχύτητες ανέμου. Το δέκτης άνεμος είναι ένα σύστημα άνεσης τεσσάρων κατευθύνσεων εξοπλισμένο με δύο μέρη ψύξης (ρυθμιζόμενα πτερύγια και ρυθμιζόμενα ανοίγματα) και συμπληρώνεται επίσης από τη δομή των ηλιακών κρατήρων.Η δομή του σχεδίου υπό συνθήκες ταχύτητας ανέμου αυξάνει την επίδραση της πλωτής πίεσης της πίεσης του αέρα στη ροή του αέρα μέσα στο κτίριο. Προκειμένου να αναλυθεί η απόδοση του συστήματος, αναπτύχθηκε ένα πρωτότυπο με βάση τις αρχές του προτεινόμενου συστήματος. Επιπλέον, η απόδοση ενός πρωτότυπου συστήματος αξιολογείται ως απλό μοντέλο. Αυτό το απλό μοντέλο αξιολογήθηκε σε δύο στάδια, συμπεριλαμβανομένης της αξιολόγησης της απόδοσης του συστήματος ψύξης καθώς και της ανάλυσης των επιπτώσεων ενός ηλιακού κρατήρα με τον δέκτης άνεμος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η θερμοκρασία του αέρα μειώθηκε σημαντικά κάτω από συνθήκες ανέμου καθώς και η σχετική υγρασία αυξήθηκε σημαντικά. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα του δέκτης άνεμος είναι εφοδιασμένη με δομή ηλιακού κρατήρα και χαρακτηριστικά ψύξης με εξάτμιση, ελλείψει ταχύτητας ανέμου.