Modelling indoor air flows with stratification and computational fluid dynamics: A comparative analysis of three different modelling tools
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
The use of CFD in the context of indoor air flow modelling has become increasingly popularand there are nowadays a wide set of tools to choose from. An alternative to CFD tools arezonal models that constitute a middle way between simple room models that assume the wholeair volume to be mixed, and more advanced CFD tools. Since the tools are under continuous development, this study aims at comparing the current state of one zonal model and two CFD tools in the context of indoor air flow modelling. The zonal model and one of the CFD tools belong to IDA ICE developed by EQUA Simulations AB, and the second CFD tool is Butterfly CFD developed by Ladybug tools LLC. The tools were compared based on their usability and the level of detail in the results. However, no comparison was performed with experimental data, as such, the accuracy of the tools was not included in the scope of the study. The results showed that the zonal model was the easiest to use and the least time consuming tool. It has the possibility to model parameters related to thermal comfort, which the CFD tools are lacking. On the contrary, the CFD tools showed a higher level of detail in the visual results, as expectedsince they are built on a more advanced computational model. A substantial difference between the CFD tools is that Butterfly CFD can not generate its own boundary conditions, and doesnot account for material properties such as heat transfer coefficients. Thus it is less suited for modelling air temperature distribution. Meanwhile, it performed equally as well as the CFD extension in IDA ICE when modelling air flow velocity. To conclude, this study found that the zonal model can be useful for getting a quick and general idea of the airflow in a room, but the CFD tools are preferred if the detailed distribution of air velocity and temperature isof interest. The CFD extension in IDA ICE, being a more user-friendly and complete tool, ispreferred over Butterfly CFD in most cases related to indoor airflow.
Abstract [sv]
Användningen av CFD för att simulera luftflöden inomhus har ökat i popularitet och idag finnsen stor samling av verktyg att välja från. Ett alternativ till CFD-verktyg är zonmodeller somutgör en mellanväg mellan enklare rumsmodeller som antar att hela luftvolymen är blandad, ochmer avancerade CFD-verktyg. Då verktygen är under konstant utveckling, ämnar den här studien att jämföra det nuvarande tillståndet av en zonmodell och två CFD-verktyg. Zonmodellenoch ett av CFD-verktygen tillhör programmet IDA ICE som är utvecklat av EQUA SimulationsAB, och det andra CFD-verktyget är Butterfly CFD som är framtaget av Ladybug Tools LLC.Verktygen jämfördes baserat på deras användarvänlighet och detaljnivån i resultaten. Ingenjämförelse gjordes dock med experimentell data, därav inkluderades inte verktygens noggrannhet i studiens omfattning. Resultaten visade att zonmodellen var den enklaste att användaoch det minst tidskrävande verktyget. Den har möjlighet att modellera parametrar relateradetill termisk komfort, något som CFD-verktygen saknar. Å andra sidan visade CFD-verktygenhögre detaljrikedom i de visuella resultaten, vilket var väntat då de använder en mer avancerad beräkningsmodell. En betydande skillnad mellan de två CFD-verktygen är att ButterflyCFD inte kan generera sina egna randvillkor, och inte tar hänsyn till materialegenskaper såsomvärmeövergångstal. Därmed är det ett mindre anpassat verktyg för att simulera spridning avlufttemperatur. Samtidigt presterade verktyget lika bra som CFD-tillägget i IDA ICE närlufthastighet simulerades. Sammanfattningsvis fann den här studien att zonmodellen kan varaanvändbar för att få en snabb överblick över luftflödet i ett rum, men CFD-verktygen är föredragna om den detaljerade spridningen av lufthastighet och temperatur är av intresse. CFD-tillägget i IDA ICE, som är mer användarvänligt och komplett, är föredraget över ButterflyCFD för de flesta fallen kopplade till luftflöden inomhus.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 60
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:329
Keywords [en]
CFD (Computational Fluid Dynamics), Indoor Airflow Modelling, Zonal model, IDA ICE, Butterfly CFD
Keywords [sv]
CFD (Ber¨akningsstr¨omningsdynamik), Modellering av luftfl¨oden inomhus, Zonmodell, IDA ICE, Butterfly CFD
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-371748OAI: oai:DiVA.org:kth-371748DiVA, id: diva2:2007157
Supervisors
Examiners
2025-10-172025-10-172025-10-17Bibliographically approved