ĠÇ HACĠM KONFOR ġartlarinin SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK ĠNCELENMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ. SavaĢ ÇAKIR. Anabilim Dalı : Makine Mühendisliği

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ĠÇ HACĠM KONFOR ġartlarinin SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK ĠNCELENMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ SavaĢ ÇAKIR Anabilim Dalı : Makine Mühendisliği EKĠM 2009

2 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ĠÇ HACĠM KONFOR ġartlarinin SAYISAL VE DENEYSEL OLARAK ĠNCELENMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ SavaĢ ÇAKIR Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 25 Eylül 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 05 Ekim 2009 Tez DanıĢmanı : Diğer Jüri Üyeleri Y.Dç.Dr. Erhan BÖKE Y.Dç.Dr. Derya B. TÜMER ÖZKAN Y.Dç.Dr. Ġ. Necmi KAPTAN EKĠM 2009 iii

3 iv

4 ÖNSÖZ Günümüzde insanların çğu yaşamlarının büyük bir kısmını çalışma rtamı ve özellikle fis dalarında geçirmektedir. Bu sebeple, knfrlu bir çalışma rtamı luşturulmasının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Knfr şartları luşturulurken de daya beslenen taze havanın miktarı ve dağıtım sistemi da içersindeki dağılımı belirleyen unsurlar larak öne çıkmaktadır. Kaynak araştırmasında kapalı hacimlerdeki hava hareketlerinin belirlenmesine yönelik bir çk çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar; gerçek da byutlarında deneysel, sayısal ve mdel çalışmaları larak yapılmıştır. Bu çalışmada, kapalı bir fis hacmi içersinde hava dağılımı çeşitli parametreler yardımıyla incelenmiştir. Burada kaynak taramaları yapılmış daha snra ise farklı menfez knumları için hız ve sıcaklık dağılımı, knfr şartları açısından sayısal ve deneysel larak incelenmiştir ve sayısal çözüm ile deneysel çözümlerin karşılaştırılması yapılmıştır. Bu tip bir çalışmanın knu ile ilgilenenlere faydalı lmasını diliyrum. Bu tez çalışmasıyla birlikte kapalı hacimlerde hava dağılım karakteristiklerinin pek çk parametreye bağlı lduğunu ve bu knunun ldukça geniş ve araştırmaya açık lduğunu öğrendim. Bu knularda daha fazla araştırma yapılmasının ve farklı hacimler için uygun havalandırma sistemlerinin geliştirilmesinin faydalı ve gerekli lduğu inancındayım. Beni bu knuda çalışmaya sevk eden, bilgi ve tecrübeleriyle bana yl gösteren değerli hcam Sayın Y. Dç. Dr. Erhan BÖKE ye teşekkürlerimi sunarım. Deney düzeneğinin luşturulmasında değerli katkılarından dlayı Isı Tekniği Labratuarı teknisyenleri Niyazi GÜVEN ve Mehmet KUMCU ya, desteklerinden ötürü Günak A.Ş. imalat mühendisi Ahmet HANCIGAZ a, en değerli varlığım lan Binnur KORKUT a ve brçlarını asla ödeyemeyeceğim sevgili aileme teşekkürü brç bilirim. Eylül 2009 Savaş ÇAKIR Makine Mühendisi v

5 vi

6 ĠÇĠNDEKĠLER Sayfa ÖNSÖZ...iii ĠÇĠNDEKĠLER...v KISALTMALAR. vii TABLO LĠSTESĠ. ix ġekġl LĠSTESĠ... xi SEMBOL LĠSTESĠ..xiii ÖZET.. xvii SUMMARY..xix 1. GĠRĠġ KAYNAK ARAġTIRMASI Hava Jeti Odalarda Hava Akışı 5 3. HAVALANDIRMA ESASLARI VE KONFOR ġartlari Havalandırma Yöntemleri Havalandırma Miktarları Menfezler ve Yayıcılar Knfr Şartları MODEL ÇALIġMASININ ESASLARI Mdel İncelemeleri İçin Parametreler Gemetrik benzerlik Kinematik benzerlik Isıl benzerlik Küçük Ölçekli Mdelleme HAVALANDIRILAN KAPALI HACMĠN TANIMI DENEYSEL ÇALIġMA Deneysel Çalışma Sayısal Mdelleme SAYISAL VE DENEYSEL SONUÇLARIN KARġILATIRILMASI Sğuk Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Snuçlarıyla Karşılaştırılması Sıcak Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Snuçlarıyla Karşılaştırılması Yarık Tipli Menfez İle Kare Menfezin Karşılaştırılması Sıcaklık Prfillerinin Karşılaştırılması vii

7 8. SONUÇLAR VE TARTIġMA. 89 KAYNAKLAR..91 ÖZGEÇMĠġ. 95 viii

8 KISALTMALAR ASHRAE CFD HVAC HYPĠ SIMPLE : American Sciety f Heating Refrigeratin and Air Cnditining Engineers : Cmputatinal Fluid Dynamics : Heating, Ventilating and Air Cnditining : Hava Yayılım Perfrmansı İndeksi : Semi-Implicit Methd fr the Pressure Linked Equatins ix

9 x

10 ÇĠZELGE LĠSTESĠ Sayfa Çizelge3.1: Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları Çizelge3.2: Tavsiye edilen saatteki hava değişim sayıları Çizelge3.3: Bazı uygulamalarda menfez için tavsiye edilen hava çıkış hızları Çizelge3.4: Mekan içi hava hızlarının birey üzerindeki etkileri Çizelge5.1: Kapalı hacmin prttip ve fiziksel mdel byutları Çizelge6.1: Sğuk akış FLUENT çözümünde sınır şartları Çizelge6.2. Sıcak akış FLUENT çözümünde sınır şartları. 58 xi

11 xii

12 ġekġl LĠSTESĠ ġekil 2.1 ġekil 2.2 ġekil 2.3 ġekil 2.4 ġekil 2.5 ġekil 2.6 ġekil 2.7 ġekil 2.8 ġekil 3.1 ġekil 3.2 ġekil 3.3 ġekil 3.4 ġekil 3.5 ġekil 3.6 ġekil 3.7 ġekil 5.1 ġekil 6.1 ġekil 6.3 ġekil 6.4 ġekil 6.5 ġekil 6.7 ġekil 6.8 ġekil 6.9 ġekil 7.1 ġekil 7.2 ġekil 7.3 ġekil 7.4 ġekil 7.5 ġekil 7.6 ġekil 7.7 ġekil 7.8 ġekil 7.9 : Tahmini ve ölçülen hız prfilleri... : Sğuk hava jetinin merkezinden geçen düşey düzlemdeki ölçülen ve tahmini hız vektörleri ve knturlarının karşılaştırılması... : Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması... : Kuas ve Başkaya nın araştırdıkları danın şematik görünümü... :Yer değiştirmeli havalandırma meshin kesit görünüşü... :Unsteady Reynls-averaged yaklaşımında(urans) hızknturleri :İzleyici bölümündeki ölçüm nktalarının knumu... :İnsanların şikayet çeşitleri : Bir hacmin içerisinde deplasmanlı akış.. : Bir hacmin içerisindeki karışmalı akış... :Bir hacmin havalandırmasında menfezlerin yerleşimi... :Hava akım yönlerinin etkileri..... :Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdeleri. :Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi... : Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi. : Kapalı hacme ait temel byutlar. : Deney amaçlı kullanılan kapalı hacim :Vltaj regülatörü... : Debi ayar klepesi : Hava giriş kanalında hız ölçümü : Türbülans şiddeti ölçme prbu veri tplama ünitesi.. : Türbülans şiddeti ölçme prbu.. : Deney hacmindeki hız ölçüm nktaları. : a1 dğrusundaki hız prfilleri... : a2 dğrusundaki hız prfilleri : a3 dğrusundaki hız prfilleri... : a5 dğrusundaki hız prfilleri... : a7 dğrusundaki hız prfilleri : b1 dğrusundaki hız prfilleri : b2 dğrusundaki hız prfilleri : b4 dğrusundaki hız prfilleri : c1 dğrusundaki hız prfilleri Sayfa xiii

13 ġekil 7.10 ġekil 7.11 ġekil 7.12 ġekil 7.16 ġekil 7.19 ġekil 7.20 ġekil 7.21 ġekil 7.22 ġekil 7.23 ġekil 7.24 ġekil 7.25 ġekil 7.26 ġekil 7.27 ġekil 7.28 ġekil 7.29 ġekil 7.30 ġekil 7.31 ġekil 7.32 ġekil 7.33 ġekil 7.34 ġekil 7.35 ġekil 7.36 ġekil 7.37 ġekil 7.38 ġekil 7.39 ġekil 7.40 ġekil 7.41 ġekil 7.42 ġekil 7.43 ġekil 7.44 ġekil 7.45 ġekil 7.46 ġekil 7.47 ġekil 7.48 : c1 dğrusundaki hız prfilleri. : Merkez düzlem... : Merkez düzlemdeki hız knturleri. : Merkezi X=0,5 m de dik kesen bölgedeki hız knturları. : a1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri. : a4=c3 dğrusundaki sıcaklık prfilleri : a7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri. : b1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri. : b4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri.. : b7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri.. : c1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : c5 dğrusundaki sıcaklık prfilleri.. : Sğuk ve sıcak akışa ait a3 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk ve sıcak akışa ait b1 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk ve sıcak akışa ait a4=c3 dğrusundaki hız prfilleri... : Merkez düzlemdeki sıcaklık dağılımı : Merkez düzlemi X=0,5mde dik kesen bölgedeki sıcaklık dağılımı : Sğuk akış sayısal çözüm-a1 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış sayısal çözüm-a4=c3 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış sayısal çözüm-a5 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış sayısal çözüm-b7 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış sayısal çözüm-c1 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış sayısal çözüm-c5 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış deneysel çözüm-a2 dğrusundaki hız prfilleri... : Sğuk akış deneysel çözüm-b2 dğrusundaki hız prfilleri... :Sğuk akış deneysel çözüm-c2 dğrusundaki hız prfilleri... : Sayısal çözüm-a1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-a2 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-a4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-a7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-b7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-c1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-c3 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sayısal çözüm-c5 dğrusundaki sıcaklık prfilleri xiv

14 SEMBOL LĠSTESĠ Ar : Archimedes sayısı b : Kanal ekseninin duvar eksenine mesafesi B : Kapalı hacmin eni C ij : Matris katsayıları C p : Sabit basınçtaki özgül ısı C : Disipasyn katsayısı D h : Odanın hidrlik çapı g : Yerçekimi ivmesi Gr : Grasshf sayısı h : Kanal üst kenarının da tavanına mesafesi H : Kapalı hacmin yüksekliği I u : Türbülans şiddeti k : Türbülansın kinetik enerjisi K : Tplam ısı geçiş katsayısı l : Karışım uzunluğu L : Kapalı hacmin byu p : Basınç Pe : Peclet sayısı r : Yarıçap vektörü Re : Reynlds sayısı S : Ölçek faktörü T : Sıcaklık, Dönüşüm matrisi T c : Salnun rtalama kuru termmetre sıcaklığı T x : Havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı u : Akışkanın rtalama hızı u : Akışkanın çalkantı hızı U : Akışkanın hızı U r : Eşdeğer da hızı V : Taze hava debisi V x : Yerel hava hızı x : Karakteristik uzunluk x, y, z : Kartezyen krdinatlar : Hacimsel genleşme katsayısı : Türbülansın disipasynu : Kısmi türev peratörü ij : Krnecker delta T : Sıcaklık farkı : Isıl iletkenlik katsayısı : Kinematik viskzite : Etkin hava cereyanı sıcaklığı : Yğunluk : Türbülans viskzitesi xv

15 t t : Türbülans difüzyn katsayısı : Türbülansın Prandtl (Schmidt) sayısı i : i bileşeni j : j bileşeni m : Fiziksel mdel : Üfleme tarafı p : Prttip r : Referans * : Byutsuz xvi

16 HAVALANDIRILAN KAPALI BĠR HACĠMDE HAVA DAĞILIM KARAKTERĠSTĠKLERĠNĠN TAYĠNĠ ÖZET Havalandırma, kapalı bir hacimdeki havanın değiştirilmesi işlemidir. Bir havalandırma ve iklimlendirme sistemi ancak tanımlanmış varsayımlar altında talep edilen iç rtam havasını sağlamak için tasarlanır. Kapalı hacmin havalandırma miktarı, hacmin kullanım amacına göre değişmekte ve aynı zamanda knfr şartlarını da içermektedir. Bu çalışmada; fis hacmi için cebri havalandırma durumu incelenecektir. Snlu hacimler yönteminin esas alındığı bir akış analiz prgramı kullanılmasının yanı sıra kurulan deney düzeneğiyle, kapalı fis hacmi için da içerisinde luşan hava hareketleri ve sıcaklık dağılımları araştırılacaktır. Gerçek byutlarda deney yapmanın gerek zaman gerekse ölçüm zrluğu açısından yaratacağı dezavantajlar nedeniyle deney tesisatı gerçek byutlarındaki fis dasının ölçek faktörü 3 alınan bir fiziksel mdeli larak kurulacaktır.uygun hava değişim sayısı alınarak hız prbu yardımıyla da içerisindeki hız değerleri kunacaktır.sayısal çözüm larak, deneyi yapılan mdellerin yanı sıra daha farklı üfleme açıklığı knumları ve sıcak üfleme durumu, FLUENT 6.3 adlı CFD prgramıyla incelenecektir. Kinematik benzerlikte, eşsıcaklıklı ve eşsıcaklıklı lmayan da içersindeki hava hareketlerinin incelenmesinde kullanılan Archimedes sayısının eşitliğinden yararlanılacaktır. Birbirinin benzeri lan fiziksel mdel ve prttipe ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden 1.8 m yüksekliğe kadar lan mesafede aynı nktadaki hızların birbiriyle örtüşmesi hedeflenmektedir. Ayrıca, aynı Ar sayısında da içersinde benzer hava dağılımları elde edilmeye çalışılacaktır. Prttip byutlardaki fis hacminin yapı elemanları belirlenerek, fis duvarlarından ısı kaybı belirlenecek ve bu ısı kaybını dengeleyecek ısıtma havası kapalı hacme üflenecektir. Çözüm snucunda elde edilen sıcaklık ve hız dağılımları knfr şartları açısından irdelenecektir. xvii

17 xviii

18 DETERMINING AIR DISTRIBUTION CHARACTERISTICS IN A VENTILATED ROOM SUMMARY Ventilatin is the displacement f the air in a clsed space. Ventilatin r aircnditining system is designed nly t satisfy desired indr space under defined predictins. Ventilatin quantity f the clsed space is dependent n the way it is used and it cntains the cmfrt cnditins. The frced ventilatin f an ffice space was investigated in this study. Besides using a flw analysis prgram, which is based n finite vlume methd, the air and temperature distributin in a clsed ffice vlume is investigated by experiments. Because f measuring and time-cnsuming difficulties, the experimental sets up will be designed as a physical mdel by selecting the scale factr as 3. We will measure values f velcity in the scaled size ffice vlume by taking suitable air change rate. The isthermal and nn-isthermal flw cases fr the physical mdel will be investigated by using the CFD prgram named FLUENT 6.3, by varying the lcatin f the supply air pening. Kinematic similarity will be achieved by the equality f Archimedes number, which is used in determining the isthermal and nn-isthermal airflw in clsed spaces. It is seen that the air velcity prfiles f physical mdel and prttype thrugh the ccupied zne, which is described as the distance f 1.8 m frm the flr, the velcities, are strngly the same at same pints.besides these, the same air distributin patterns will be btained fr bth physical mdel and prttype fr the same Archimedes (Ar) as expectedly. Heat lsses frm the selected walls will be calculated fr the given structural elements and required amunt f heated air will send t the clsed vlume. Final temperature distributin will be investigated fr the cmfrt cnditins. xix

19 xx

20 1. GĠRĠġ Havalandırma, kapalı bir hacimdeki havanın değiştirilmesi işlemidir. Bir havalandırma ve iklimlendirme sistemi ancak tanımlanmış varsayımlar altında talep edilen iç rtam havasını sağlamak için tasarlanır. Bu varsayımlar elde edilirken, kapalı hacimdeki insan sayısı (m 2 döşeme alanı için), insanların sigara içiyr veya içmiyr lması, kapalı hacimdeki cihazlar, insanların aktiviteleri ve elde edilebilir taze hava kalitesi gibi bilgiler göz önünde bulundurulur [1]. Minimum enerji tüketimiyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için ASHRAE kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, belirtilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Bu dış hava miktarları kişi başına L/s şeklinde verilmektedir. Ayrıca, Avrupa tarafından çeşitli hacimler için saatteki hava değişim sayısı şeklinde veriler mevcuttur. Ancak söz knusu havalandırma değerleri halen tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir [2]. Havalandırmada genellikle uygulanan iki yöntem vardır. Bunlar yer değiştirmeli havalandırma ve difüzynla havalandırmadır. Knfr havalandırmasında tercih edilen yöntem difüzynla havalandırmadır. Bu yöntemde, daya üflenen hava, geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak, dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır [3]. Havalandırma sisteminin byutlandırılması yapılırken knfr açısından göz önünde bulundurulacak en önemli kriterlerden biri, yaşanılan bölgedeki hava hızlarının rahatsız edici değerlere çıkmamasıdır. Bu hız hava sıcaklığına bağlı larak 0.2 ile 0.3 m/s arasında değişir [3]. Bir diğer knfr şartı ise da içersinde dikey yöndeki hava 1

21 sıcaklığı farkıdır. İnsanın başı ile ayak bilekleri arasında (turan bir insan için döşeme seviyesinden itibaren 1.1 ve 0.1 m) dikey yöndeki hava sıcaklık farkının artması, knfrdan memnun lmayan insanların yüzdesini arttırmaktadır [1]. Oda içersindeki hava hareketlerinin belirlenmesi, danın birebir veya küçültülmüş fiziksel mdelleri içinde hız ve sıcaklık ölçümleriyle yapılmaktadır. Nümerik çözümler de sn zamanlarda yaygın bir kullanıma sahip lsa da mdel çalışmalarından elde edilen deney verileri hala hava dağıtım sistemlerinin tasarımında en güvenilir kaynak lmaktadır [4]. Bu çalışmanın amacı; havalandırılan kapalı bir fis hacminde, menfez knumu ve hava hızının etkisini tespit etmektir. Kaynak araştırmalarında kullanılan da byutlarına benzer byutlarda bir fis dası tasarlanmıştır. Üfleme ve egzz menfezleri tavanlarda lacak şekilde yerleştirilmiştir. CFD mdellemenin daha klay lması açısından menfez yerine, tam açıklıklardan üfleme ve egzz yapılmıştır. Prttip da için Bölüm 3 te esasları anlatılan uygun havalandırma miktarının ve daya hava üfleme hızının seçilmesiyle byutlar sn haline getirilmiştir. Gerçek byutlarda deneysel çalışmak hem daha fazla zaman gerektireceği için hem de daha fazla nktada ölçüm alınmasını gerektireceğinden, sistemin ölçek faktörünün 3 larak alınmasıyla belirlenen yeni byutlarda bir fiziksel mdeli luşturulmuştur. Kaynak araştırmalarından elde edilen veriler ışığında benzerlik kurulurken Archimedes (Ar) sayısının eşitliği göz önünde bulundurulmuştur. Bu çalışmada, gerçek byuttaki ve küçültülmüş mdele ait farklı üfleme menfezi knumu ve farklı hava hızlarındaki hacimler ele alınarak yaklaşık adet hücreye ayrılmaktadır. Daha snra sürekli rejimde çözümler elde edilmektedir. Ayrıca gerçek byutlarda, bir duvardan ısı kaybedildiğini farzederek, bu kaybı karşılayacak sıcak hava daya üflenerek da içersindeki sıcaklık dağılımı incelenmektedir. Deney çalışmasında ise gemetrik benzerlik ilkesine göre 1.5 x 1 x 1 m 3 ebatlarında luşturulan da içersine aksiyal fan yardımıyla 1.44 m/s hızla taze hava üflenmiştir. Hız ölçümleri prb yardımıyla yapılmıştır. Hava jeti civarında daha yüksek hızların bulunması, bu bölgelerde daha iyi hız ölçümleri yapmaya imkan sağlamıştır. Farklı bir durum larak, da içersindeki hava dağılımının daha geniş bir bölgede deneysel 2

22 larak incelenebilmesi için tek emişli salyangz gövdeli bir fan kullanılmıştır. Bu fan 100 m 3 /h kapasiteye kadar hava debisini sağlamaktadır. Fanın emiş kesitine kartn bir klape yerleştirilerek hava debisinin istenilen değerde lması sağlanmaya çalışılmıştır. Birbirinin benzeri lan fiziksel mdel ve prttipe ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden 1.8 m yüksekliğe kadar lan mesafede aynı nktadaki hızların birbiriyle örtüştüğü görülmektedir. Ayrıca, aynı Ar sayısında da içersinde benzer hava dağılımları elde edilmiştir. Günümüzde artık insanlar zamanlarının büyük bölümlerini fis rtamlarında geçirmektedir.bu nedenle fis rtamları gibi günün büyük bölümünün geçirildiği mekanlar insan sağlık ve rahatlığı açısından en iyi şartlara sahip lması gerekmektedir.zaman geçirilen kapalı rtamdaki rahatsız edici unsurlar mekan içerisinde bulunan kişilerin perfrmanslarına direkt larak etki etmektedir.örneğin havalandırma işlemi ele alınırsa, da içerisindeki hava hızları kabul edilebilir değerden fazla lursa cereyan dediğimiz rahatsız edici unsur rtaya çıkar.yine da içerisinde düşük hızlar mevcut ise başka bir istenmeyen durum lan esintisizlik rtaya çıkar.her iki durumda insanların dğrudan sağlığına dlaylı larak ise psikljilerine etki etmektedir.psikljik larak kendini iyi hissetmeyen bir bireyden iş yaşamında iyi perfrmans beklemekte yanlış lur.görüldüğü üzere yaşanılan kapalı rtamların insan üzerinde önemli etkileri vardır.insanların yaşam mahallerinde sağlıklı ve mutlu bir hayat sürdürebilmesi için havalandırma işlemlerinin knfr şartları açısından maksimum düzeyde tutulması gerekmektedir. 3

23 4

24 2. KAYNAK ARAġTIRMASI Sn birkaç yıl içerisinde, havalandırılan mekanlarda hava akışının belirlenmesi amacıyla CFD prgramlarının geliştirilmesi için büyük bir ilgi luşmuştur. Bu CFD prgramlarının çğu Navier-Stkes denklemleri, enerji denklemi, kütlenin krunumu ve aynı zamanda türbülans hız ve derecesine ait denklemlerin çözüm esasına dayanmaktadır. Bu denklemlerin 2 ve 3 byutlu larak çözümü, binalardaki jetlerin yayılmasından, yangın ve duman yayılmasına kadar bir çk akış prblemine uygulanmaktadır [4]. Havalandırılan kapalı mekanlarda hava dağılım kntrlünün öneminin artmasıyla birlikte bu knuda yapılan çalışmalar da artmıştır. Hava jeti ve da içersindeki havanın dağılımının belirlenmesine dair yapılan kaynak araştırmasında bu knuyla ilgili larak ulaşılan gerek deneysel gerekse sayısal önemli bazı çalışmalar kısaca aşağıda sunulmuştur. 2.1 Hava Jeti Hjertger ve Magnussen, kapalı mekan içersindeki türbülanslı serbest ve duvar jetlerinin üç byutlu eşsıcaklıklı (isthermal) akışlarını hesaplamak için, mmentum ve iki türbülans parametresine (k,) ait taşınım denklemlerini upwind fark yöntemi ve SIMPLE algritmasını kullanarak çözmüştür. İlk durumda, hava jeti kare bir yarıktan kare şeklindeki duvarın merkezinden, byunun yüksekliğine ranı üç lan bir kapalı mekana üflenmiştir. Kapalı hacmin byutları 0.1 m x 0.1 m x 0.3 m lup, üfleme açıklığında akış alanının dörtte birlik kısmı 9 x 9 x 9 ebatlarında ve 4 x 4 grid nktalarıyla mdellenmiştir. Üfleme tarafındaki türbülans kinetik enerjisi (k ), türbülans hızı ve denklem 2.1 yardımıyla hesaplanmıştır. Bu denklemde türbülans şiddeti (I u ) ile gösterilmekte lup alt indisi üfleme tarafındaki değerleri göstermektedir [5]. 2 2 k 1.5I uu ; Iu u /U (2.1) 5

25 Yayınım ranı ( ) ise denklem 2.2 de uzunluk ölçeğinin 0.1 x (açıklığın genişliği) alınmasıyla hesaplanmıştır. Burada l üfleme tarafındaki karışım uzunluğunu ve C ise sabit bir değeri (0.09) göstermektedir. ε 1.5 Cμk /l (2.2) Duvar jeti durumunda, yüksekliği h = x H ( burada H kapalı hacmin yüksekliğini belirtmekte lup 89.3 mm dir. ) ve genişliği b = 0.5 x H lan yüksek seviyeli bir duvar tipi yarık, L = 3H byundaki kapalı mekanın duvarının tam merkezine yerleştirilmiştir. Serbest jet için efektif üfleme hızı larak 18.5 m/s 4 ( burada Re u d/v 1.2x10 ), duvar jet için ise efektif üfleme hızı larak 15m/s 0 3 (burada Re U h/v 5x10 ) kullanılmıştır. Duvar jeti durumu için kapalı mekandan 0 x/h=1 ve 2 durumlarına ait tahmini hız prfilleri Şekil 2.1 de görülmektedir. Buradaki deneysel veriler karşılaştırma amaçlı larak Nielsen in çalışmalarından alınmıştır [5]. Ölçülen Tahmini ġekil 2.1 : Tahmini ve ölçülen hız prfilleri 2.2 Odalarda Hava AkıĢı Patankar ve Spalding tarafından geliştirilen SIMPLE algritmasının da hava hareketlerine uygulandığı kayıtlara geçmiş en eski uygulamalarından biri Hjerter ve Magnussen in çalışmalarıdır. Hjerter ve Magnussen hız bileşenleri u,v, ve w için snlu hacimler yöntemini kullanarak enerji, türbülans enerjisi (k) ve türbülans 6

26 yayınım ranına () ait üç byutlu taşınım denklemlerini çözdüler. Bu çözümü, 5.6 m byunda, 2.9 m genişliğinde ve 2.4 m yüksekliğinde lan ve hava jeti 243 mm x 35 mm ebatlarında 2.9 m x 2.4 m lik duvarın tavan hizasındaki dikdörtgen açıklıktan yllanıp, tavana yerleştirilen yakın iki nktadan egzz edilen bir dada hız ve sıcaklık dağılımlarının elde edilmesinde uygulamışlardır. Bu çalışmada hem eşsıcaklıklı hem de eşsıcaklıklı lmayan (sğutma) akışlar incelenmiştir. İkinci durumda döşemenin ve uzak duvarın bir kısmı ısıtılmıştır. Şekil 2.2 de üfleme açıklığının simetri düzleminden elde edilen tahmini ve deneysel veriler çizilmiştir. Burada, üflenen hava da sıcaklığının 11 K altında, üfleme hızı 2.42 m/s lup bu değerler altında açıklığın hidrlik çapı esas alınarak Re sayısı 9800 ve Ar (Archimedes) sayısı lmaktadır. Görüldüğü üzere jetin tavan ayrılma nktası iyi tahmin edilmiştir fakat jetin alt kısımlara giriş kısmındaki hızlar ölçülen değerlerden daha yüksek çıkmıştır. Fakat, eşsıcaklıklı çözüme ait tahmini değerler deneylerle elde edilen snuçlara daha yakın snuçlar vermiştir [4]. Isıtılan yüzeyler ġekil 2.2 :Sğuk hava jetinin merkezinden geçen düşey düzlemdeki ölçülen ve tahmini hız vektörleri ve knturlarının karşılaştırılması. (a) ölçüm ve (b) tahmini 7

27 Nielsen, SIMPLE algritması ve hibrid sayısal yöntemini içeren TEACH bilgisayar prgramını kullanarak hız bileşenleri, k ve a ait taşınım denklemlerini iki byutta çözmüştür. Bu çalışmanın amaçladığı iki şey vardı. Birincisi, havalandırılan kapalı mekanlardaki iki byutlu eşsıcaklıklı akışın tahminini sağlayan sayısal yöntemin dğruluğunu tayin etmek, ikincisi ise üç byutlu havalandırma prblemlerini iki byutta ifade edebilmekti mm kare kesitli (yüksekliği, H ve eni, B aynı değerde lup 89.3 mm) ve byu bu değerin üç katına eşit lan perspeksten yapılmış kapalı bir hacim luşturulmuş ve elde edilen tahmini değerler, deneyler snucu bulunan değerlerle karşılaştırılmıştır. Hava kapalı hacme 5 mm yüksekliğinde ve farklı iki genişlikte lan tavana kmşu bir yarıktan üflenmiştir. İki genişlikten biri kapalı mekan genişliğinde, diğeri ise bu genişliğin yarısıdır. Egzz havası ise uzak duvarda döşeme hizasında bulunan duvar genişliğindeki yarıktan yapılmıştır. Hava hızları Laser Dppler anemmetresi ile ölçülmüştür. Re (Reynlds) sayısı ila arasında kullanılmıştır. Şekil 2.3 de 2/3 x L mesafede üfleme yarığının merkezi byunca x-y düzlemindeki hız prfillerinin ölçülen ve hesaplanan değerlerinin bir karşılaştırması yapılmıştır [28]. ġekil 2.3 : Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması. - tahmini : ölçülen, 8

28 Fiziksel mdelde üç byutlu etkilerden dlayı ters akış bölgelerinde luşan farklılıklar dışında hızlar ldukça uygun çıkmıştır. Nielsen, ayrıca jet üfleme açısının değişiminin maksimum geri dönüş hızlarına etkisi ve yarık yüksekliğinin kapalı hacmin yüksekliğine ranının (h/h) maksimum ters hızlara etkisini bulmaya çalışmıştır. Gürkan KUAS ve Şenl BAŞKAYA nın yaptıkları çalışmada ise Şekil 2.4 de görülen içinde bir insan ve nesnelerin bulunduğu bir fis dası içine verilen sğutma havasının, hacim içindeki dlaşımı sayısal larak incelenmiştir. Sürekli şartlardaki üç byutlu kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerjisinin yayınım ranı denklemleri, tanımlanan sınır şartlarıyla birlikte sayısal akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak çözülmüştür. Snuçlar, danın çeşitli kesitlerinde hız vektörleri ve sıcaklık knturları ile gösterilmiştir. Menfez knumları değiştirilerek hava hareketi incelenmiş ve insanın knfrlu lup lmadığı ile nesnelerin hava hareketine etkileri incelenmiştir [29]. ġekil 2.4 : Kuas ve Başkaya nın araştırdıkları danın şematik görünümü Müllejans, Archimedes sayısının hava hareketine etkisini göstermek için gemetrik larak benzer üç tane da luşturmuştur [4]. L, H ve B harfleri sırasıyla test dalarının uzunluk, yükseklik ve genişliğini göstermek üzere; birebir ölçekte da byutu 4.75 m x 2.95 m x 2.88 m dir. Diğer iki test dasının ölçüleri ise ölçek faktörünün 3 ve 9 larak alınmasıyla bulunmuştur. 9

29 Üfleme havası, daya duvarın üst kısmından dikdörtgen bir açıklıktan gönderilmiştir. Burada, da için denklem 2.3a da tanımlanan Archimedes sayısı kullanılmıştır. gd ΔT h Ar ; 2 Tm U r (2.3a) D h 2BH ; B H U r V ; Tm 0,5 T Tw BH ; ΔT Tw T (2.3b) burada; D h (m) ile gösterilen büyüklük danın hidrlik çapını, U r (m/s) eşdeğer da hızını, T m ( C) rtalama da sıcaklığını, T ( C) üfleme havası sıcaklığını, T w ( C) ise ısıtılan duvar sıcaklığını göstermektedir. Oda için Reynlds sayısı ise denklem 2.4 deki gibi verilmektedir. DhU r Re (2.4) v (m 2 /s), havanın kinematik viskzitesini belirtmektedir. Müllejans ın deneylerinde danın ısı yükü, yüzeylerden birinin ısıtılması şeklinde yapılmakta ve bu yükü karşılamak üzere duvarın üst tarafında bulunan açıklıktan sğuk hava gönderilmektedir. Döşeme ve tavanın ısıtılma durumları için farklı deneyler yapılmıştır. Oluşturulan bu üç test dasından elde edilen hız ölçümleri ve duman akış tiplerinden elde edilen verilere göre, da içersinde aynı Ar sayılarında benzer hava dağılımına rastlanmıştır [4]. Chung ve Hsu nun çalışmalarında, iki giriş iki çıkış lmak üzere farklı knumlarda yerleştirilen yayıcılarda luşturulmuş farklı havalandırma yöntemlerinin havalandırma verimlerini araştırmışlardır. Öncelikle, hava akışını ve havalandırma perfrmansını görmek için sayısal simülasyn yapmışlardır. Daha snra, da havasının dağılımı ile hava kirleticilerinin dağılımına ait tam ölçekteki deney düzeneğinden elde edilen veriler, sayısal çözümü dğrulamak için kullanılmıştır. Deney yöntemi larak gaz izleme yöntemi kullanılmıştır. CO 2 miktarının azalmasından, test dasındaki hava debisi ve havalandırma verimi hesaplanmıştır. 10

30 Farklı hava hızlarının kullanıldığı eşsıcaklıklı lan bu çalışmada, havalandırma verimi ile karakterize edilen üfleme ve egzz havası dağılımı belirlenmiştir. Snuçta, havalandırma veriminin, hava değişim sayısına kıyasla yayıcının yerleşiminden çk daha fazla etkilenebileceği belirlenmiştir [30]. M.Deevy, Y.Sinai, P.Everitt, L.Vigth ve M.Gabeau nun A.B.D de yaptığı çalışmada ise turan bir şahısın yer değiştirmeli havalandırma sistemi uygulanan mahallerdeki durumu, knfr şartları açısından CFD ve deney verileriyle karşılaştırılmalı larak incelenmiştir. İnsan şeklinin gemetrisi CFD(Cmputatinal Fluid Dynamics) yardımıyla eksiksiz larak mdellenmiş ve bu sayede basit gemetri kullanmanın getirdiği hataların önüne geçilmiştir. Çalışmada kaynağı insan lan ısıl ışınımların önemi büyük önem arz etmiştir. CFD de kullanılan ışınım mdeli ile deneysel verilerin snuçlarının iyi bir neticeyle örtüştüğü görülmektedir. Ayrıca Türbülans mdelin etkisi düşünülmüş ve zamana bağlı rtalama Reynlds yaklaşımı ile eddy simülasynu arasında karşılaştırılmalı bir çalışma yapılmış ve snuçların deneysel verilerle örtüştüğü görülmüştür. Gerçeğe yakın insan gemetrisi kullanımı dğru ısı transferi değerini belirlemede önemli bir yere sahiptir [43]. ġekil 2.5 : Yer Değiştirmeli Havalandırma Meshin kesit görünüşü 11

31 ġekil 2.6 : Unsteady Reynls-averaged yaklaşımında (URANS) hız knturleri (a)0s, (b) 10s, (c) 20s, (d) 30s Kapalı hacim knfr şartlarının maksimum düzeyde elde edilmesine ilişkin bir diğer çalışma Kavgic, M; Mumvic, D; Stevanvic, Z; Yung, A adlı araştırmacıların İngilterede yapılan çalışmasıdır. Tiyatrlar bilindiği üzere izleyici ve dinleyici bakımından en kmpleks salnlardır. Genellikle yüksek ısı yüklerine maruz kalırlar. Bu ısı yükleri kapalı mekana tplu halde giren çıkan insan hareketleri, bu insanların hepsinin turuyr lması veya ayakta durması hali için değişir. Sahnelerin değişmesi, ışıklandırma da ısı yüklerinin değişmesinde rl ynayan parametrelerdir. Ayrıca tiyatrlarda ses akustiğinin hem dinleyici hem de izleyici kitlesi için çk iyi tasarlanması gerekmektedir. Bu faktörlerin tümü havalandırma dizaynına sınırlama ve zrluklar getirmektedir. Bir aksaklık lması durumunda bu direkt larak hava kalitesi ve termal knfra yansımaktadır. Kapalı mekanda hava kalitesi ve knfr kalite derecesini belirlemek için Belgrade tiyatrsunda bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmanın esası knfr şartları açısından kapalı hacim içerisinde hız, sıcaklık, nem ve C0 2 dağılımını incelemektir [44]. 12

32 ġekil 2.7 : İzleyici bölümündeki ölçüm nktalarının knumu ġekil 2.8 : İnsanların şikayet çeşitleri 13

33 14

34 3. ĠÇ HACĠMLERDE HAVALANDIRMANIN ESASLARI VE KONFOR ġartlari 3.1 Havalandırma Yöntemleri Litaratür kısmında değinilen havalandırma yöntemlerini kısaca özetlersek Havalandırmayı şu şekilde sınıflandırmıştır ; Dğal çekimli havalandırma Aralık havalandırması Pencere havalandırması Baca havalandırması Çatı havalandırması Zrlamalı havalandırma: Bizim için daha önemli lan zrlamalı havalandırma ise bu standartta ise şu şekilde sınıflandırılmıştır: Vakumlu havalandırma, Basınçlı havalandırma, Birleşik havalandırma, Üst basınçlı havalandırma, Geçiş akımlı havalandırma. 15

35 Havalandırma ile ilgili birçk tanım ve sınıflandırma yapılabilir lsa bile yukarıdaki tanım ve sınıflandırma genel kabul görmektedir. 3.2 Havalandırma Miktarları Genel larak havalandırmayı tanımladıktan snra gerekli hava miktarını tayin ederek da içi havalandırma sistemlerini dizayn etmeye başlayabiliriz. Bin dkuz yüzlü yılların başından rtalarına kadar binalardaki havalandırma miktarı standardı her bir bina sakini için 7 L/s iken, 1973 deki petrl ambargsunun snucu enerji tasarrufu kaygısıyla havalandırma miktarının kişi başına 2,36 L/s ye kadar düştüğü görülmektedir. Çğu durumda 2,36 L/s ye düşen bu dış hava miktarının, hem knfr hem de sağlık şartlarını karşılamakta yetersiz kaldığı görülmüştür. Yetersiz havalandırma; ısıtma, sğutma ve havalandırma sistemlerinin verimsiz çalışmasının da bir snucu larak karşımıza çıkabilir. Eğer bir binanın HVAC sistemi havayı insanlara efektif bir şekilde dağıtamıyrsa bu hasta bina sendrmunda önemli bir etken larak karşımıza çıkabilir. Minimum enerji tüketimiyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için ASHRAE kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, Tabl 3.1 de gösterilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Tabl 3.1 de dış hava miktarları kişi başına L/s veya alan başına L/s.m 2 verilmiştir. Ancak söz knusu havalandırma değerleri hala tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir. Belki de havalandırma miktarları, aynı ısı kaybı ve kazancı hesaplarında yapıldığı gibi, her bina için kaynak tanımına bağlı larak hesaplanmalıdır. Böyle bir hesap yöntemi, kaynak tanımları yapılamadığı ve zararlı düzeyleri belirlenemediği için günümüzde verilememektedir. 16

36 Çizelge 3.1: Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları [2]. Uygulama Kuru temizleme, çamaşırhane Ticari çamaşırhane Ticari kuru temizleyici Dep Jetnlu çamaşırhane Jetnlu kuru temizleme Yiyecek ve içecek hizmeti Lkanta Kafeterya, fast fd Bar, kkteyl salnu İnsan sayısı (Kişi/100 m 2 ) Hesaplanan Minimum Dış Hava İhtiyacı L/s kişi L/s m 2 Açıklamalar Kuru temizleme işlemleri daha gerektirebilir. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. fazla hava Mutfaklar (pişirme) 20 8 Davlumbaz egzzu, besleme havası için daha fazla havalandırma havası gerekebilir. Dış havanın ve kmşu alanlardan alınan kabul edilebilir kalitedeki havanın tplam 7.5 L/sm 2 değerinden az lmayacak bir egzz miktarına yeterli lmalıdır. Garajlar, tamirhaneler Servis istasynları Kapalı garajlar Otmbil tamirhaneleri Alışveriş merkezleri satış katları ve sergi katları Bdrum ve zemin Üst katlar Dep daları Syunma daları Yürüme alanları (mller) Yükleme ve kabul alanları Deplar Sigara daları Özel dükkanlar Berber Güzellik salnları Zayıflama salnu Çiçekçi Mbilya giyim Hırdavat, ilaç Süpermarket Hayvanat Spr ve eğlence Seyir salnları Oyun salnları Buz pisti (yun alanları) Yüzme havuzları Oyun katları Disk ve bal salnları Bwling salnları ,5 7,5 1,50 1,0 0,75 1,0 1,0 0,75 0,25 1,5 5,0 2,5 2,5 İnsanlar arasındaki dağıtım çalışma yerleri ve çalışan makinaların yğunluğu dikkate alınmalıdır. Mtrların çalıştığı standlar, mtr egzzunu dışarı zrlamış larak atan sistemleri içermelidir. Kirletici sensörleri havalandırmanın kntrlü amacı ile kullanılabilir. Nrmal larak transfer havası ile beslenir ve yerel egzz yapılır. Resirkülasyn tavsiye edilmez. Bitki büyümesini en iyi sağlayan hava miktarı, havalandırma ihtiyacını belirler. Oyun alanlarının bakımı için içten yanmalı mtrlu araçlar kullanılıyrsa havalandırma miktarı arttırılmalıdır. Nem kntrlü için daha yüksek değerler gerekebilir. 17

37 Çizelge 3.1: (Devam) Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları [2]. Uygulama Oteller, mteller, dinlenme yerleri, yurtlar Yatak daları Oturma daları Banylar Lbiler Knferans salnları Tplantı salnları Yurt uyuma alanları Kumar salnları Ofisler Ofis alanları Kabul alanları Haberleşme merkezleri Knferans salnları Halka açık alanlar İnsan sayısı (Kişi/100 m 2 ) Hesaplanan Minimum Dış Hava İhtiyacı L/s kişi L/s m 2 Açıklamalar Odaların byutlarından bağımsız larak. L/s da Kesikli kullanım için tesis edilen kapasite Yiyecek ve içecek hizmetler, alışveriş, berber ve güzellik salnları kısımlarına da bakılır. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. Bazı fis cihazları yerel egzz gerektirebilir. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir Kridrlar 0,25 Genel tuvaletler 25 Hiç geri dönüşsüz mekanik egzz tavsiye edilir. Syunma daları 2,5 Sigara daları Nrmal larak transfer havası ile beslenir. Geri dönüş (resirkülasyn) tavsiye edilmez. Asansörler 5,0 Nrmal larak transfer havası ile (kmşu hacimlerden gelen) beslenir. Tiyatrlar Bilet gişeleri Lbiler Saln Sahne ve stüdylar Taşımacılık Bekleme salnları Platfrmlar Taşıtlar İşyerleri El işleme 10 8 Ftğraf stüdysu Karanlık da Eczane Banka Ftkpi ve baskı ,5 Özel sahne efektlerini karşılamak üzere özel havalandırma gerekecektir. Taşıtlardaki havalandırma özel larak ele alınmalıdır. -23 C ile +10 C arasında tutulan hacimler eğer sürekli insan bulunmuyrsa bu şartların kapsamına girmez. Kmşu hacimlerden havalandırmaya müsaade edilir. Sğuk dalara giriş çıkış yapılıyrsa meydana gelen enfiltrasyn yeterli havalandırmayı sağlar. 2,5 Buraya tesis edilecek cihaz zrlanmış egzz ve arzu edilmeyen kirleticilerin kntrlü özelliklerini sağlamalı. 18

38 Buradan hareketle sn yıllarda gelişen tekniklerden biri talep kntrllü havalandırmadır. Bu sistemde hava kalite sensöründen veya CO 2 sensöründen kumanda alan bir havalandırma sistemi ihtiyaç lduğunda ve talep edildiğinde devreye girmektedir. Özellikle kafe, bar gibi yğun havalandırma gereken ve büyük havalandırma enerjisi tüketimi lan yerlerde bu sistem giderek yaygınlaşmaktadır. Çizelge 3.2: Tavsiye edilen saatteki hava değişim sayıları Odanın özellikleri Tplantı salnları Oditryumlar Pasta, fırın Banylar dmestik Banylar genel Güzellik salnları Kafeler Kumarhaneler Sinemalar Vestiyer Knferans salnları Syunma daları Byahaneler Mtr daları Dökümhaneler Garajlar Jimnastik salnları Kuaförler Hastaneler, hasta daları Hastaneler, Ameliyathaneler Saatteki hava değişim sayısı Tavsiye edilen havalandırma yöntemi Egzz Egzz ve besleme Egzz Egzz Ön ısıtılmış hava besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz ve besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz ve besleme Egzz Alev geçirmez, asite dayanıklı Egzz, ısıyı hesapla Egzz, ısıyı hesapla Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz, besleme filtre tipini kntrl et Odanın özellikleri Mutfaklar, dmestik Mutfaklar, ticari Labratuvarlar Çamaşırhaneler Kütüphaneler Asansörler Asansör makine dası Makine daireleri Ofisler Lkantalar Tuvaletler (ev) Tuvaletler, genel Dershaneler Dükkanlar Duşlar Süpermarketler Yüzme havuzları Tiyatrlar Kaynak atölyeleri Saatteki hava değişim sayısı Tavsiye edilen havalandırma yöntemi Egzz Egzz, ekipmanı kntrl Egzz, asit dirençli filtre tipi Egzz Egzz ve besleme Egzz Egzz, ısı hesabı Egzz, ısı hesabı Egzz ve besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz ve besleme Znlamayı kntrl Egzz ve ısıtılmış besleme, nemi kntrl Egzz ve besleme Zrlanmış egzz ekipmanı kntrl Bir hacme gönderilecek veya çekilecek hava miktarı kirleticilerin veya kkunun yğunluğuna bağlıdır. Endüstriyel ve ticari uygulamalarda üretilen ısı ve prsese bağlı larak ilave artırım faktörleri gereksinebilir. Saatteki hava değişim sayısı, bir daya beslenecek taze hava miktarının hesaplanmasında önemli bir faktördür. Tabl 3.2 de Avrupa tarafından tavsiye edilen hava değişim sayıları verilmiştir. Bu değerler DIN 1976 T.2 üzerinde çalışan yerel triteler tarafından teklif edilmiştir. Bu hesaplarda kişi başına hava ihtiyacı m 3 /h arasında bir değer larak göz önüne alınmıştır. 19

39 3.3 Menfezler, Yayıcılar ve Bunların Hava Yayılımına Etkileri Havalandırma amacıyla daya beslenen havanın, mahal içersinde farklı uçlarda iki tipik hareketi söz knusudur. Bunları yer değiştirmeli (deplasmanlı) hareket ve yayılım (difüzyn) hareketi larak isimlendirmek mümkündür. Deplasmanlı akışta daya beslenen hava Şekil 3.1 de görüldüğü gibi bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir karışım meydana gelmeden dayı süpürerek diğer uçtan hacmi terk eder. Kirli da havasını böylece karışmadan dışarı atmak mümkün lmaktadır. Karışmalı havalandırma sisteminin tersine deplasmanlı havalandırma, kullanılan bölgede havanın karışmasını azaltacak şekilde tasarlanır. Bu havalandırmanın amacı, kullanılan bölgede, besleme havası özelliklerine yakın bir durum elde etmektir. Dönüş Havası Besleme Havası ġekil 3.1: Bir hacim içersinde deplasmanlı akış Havanın da içersindeki diğer bir hareketi lan karışmalı havalandırma ise knfr havalandırmasında tercih edilen bir yöntem lup bu yöntemde daya üflenen hava, Şekil 3.2 de görüldüğü gibi geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır ve dadaki havayı seyreltir. 20

40 Karışan hava dada kullanılan bölgede nispeten düzgün bir hava hızı, sıcaklığı, nemi ve hava kalitesi özellikleri luşturur. Besleme Havası Dönüş Havası ġekil 3.2: Bir hacim içersinde karışmalı akış. Görüldüğü gibi mahal içine hava bir yandan beslenirken bir yandan da dönüş açıklıklarından egzz havası çekilmektedir. Havanın mekan içinde yayılmasını sağlayan menfez adını verdiğimiz bu açıklıklar, bir havalandırma sisteminin en önemli elemanı larak kabul edilmektedir. Menfezler mahal içersinde bulunurlar ve dlayısıyla bir havalandırma sisteminin en sn unsuru larak kabul edilirler. Sn kullanıcıyla karşı karşıyadır ve bu yönüyle sistemin en önemli elemanıdır. Knu ile ilgili kaynak araştırmasında, havanın mahal içinde dağıtılması, bir başka deyişle menfezlerin yerlerinin ve tiplerinin belirlenmesi tüm havalandırma tekniğinin en zr görevlerinden birisi larak kabul adlandırılmaktadır. Dlayısıyla bu görevin başarılı bir şekilde yerine getirilmesi büyük deneyime sahip lmayı gerektirmektedir [35]. Bazı araştırmalara göre havalandırma ile ilgili srunların %70 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Menfez seçimi için her duruma uygun kesin kurallar kymak mümkün değildir. Özellikle yüksek ısıtma ve sğutma yükü lan karmaşık gemetrik ölçülere sahip mahallerde güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Çk alçak ve çk yüksek tavanlı mahaller, içinde balkn bulunan salnlar sarkan kirişli veya tavan yüksekliği değişken mahaller, knser salnları, vb. havalandırmacılıkta zr mahallerdir. Böyle durumlarda, bir mdel luşturarak deney yapmak en iyi çözüm larak görülmektedir. 21

41 Menfezlerin görevleri: gerekli hava debisini vermesi, havanın mahal içinde yayılmasını sağlamak, rahatsız edici hava akımları luşturmaması, havayı dğrudan tplayıcı menfezlere göndermemesi, gürültü luşturmaması ve mimari tasarıma uygun lmasıdır. Bir mekana dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Bazı durumlarda, verilen havanın bir bölümü atmsfere veya kmşu mahallere kaçar. Bu durumda mahal içinde pzitif basınç luşur. Eğer mahal içinde eksi basınç luşmuş ise örneğin tuvalet ve bany gibi mekandan emilen havanın bir bölümü veya tümü atmsferden veya kmşu mahallerden gelir. Görüldüğü mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketinin içeride bulunan insanları rahatsız etmeyecek şekilde lması gerekir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilecek en önemli knunun bu lduğu söylenebilir. Hava, dağıtım menfezleri aracılığıyla mahal içine gönderilir. Bu menfezlere, basma veya üfleme menfezleri adı da verilmektedir. Mekan içine gönderilen hava mahal havası ile karışarak kapsamında bulunan bir kısım entalpi ve nem miktarı bırakır. Böylece ya daha fazla ısınır veya serinler ve ayrıca nem ranı değişir. Bu hava daha snra tplama veya emme menfezleri tarafından tutularak yeniden tesisata gönderilir. Mahal içinde luşan hava dağılımında öneme sahip başlıca etkenler şunlardır. İç rtam havasının hızı, mahal içine gönderilen basma havasının sıcaklık derecesi, hava dağıtım ile tplama menfezlerinin yeridir. Emme ve basma menfezlerinin mahal içindeki knumu, knfr veya rahatlık duygusu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Menfez knumlarının seçimi işleminde genellikle sınırsız bir serbestlik söz knusu değildir ve bu işlem esas larak iklimlendirme tesisatının tipine bağlıdır. 22

42 Basma menfezleri, bir duvarın alt yada üst kısmında, bir pencerenin alt kısmındaki duvar yüzeyi üzerinde veya tavana yerleştirilebilir. Duvarların üst kısımlarında öngörülen basma menfezleri, yaz mevsiminde gerçeklenen iklimlendirme işlemleri için sn derece uygun snuçlar verir. Bunun nedeni, serin havanın aşağılara dğru inmeye ve bu kşullar altında mahal havası ile karışmaya eğilim göstermesidir. Kış mevsiminde ise, sıcak hava, tavana yakın bölgelerde tabakalar halinde yayılmış durumda tplanır. Bundan dlayı, Şekil (3.3) den de anlaşılacağı üzere basma havası ile mahal havasının uygun bir karışım luşturması için, emme menfezlerinin duvarların alt bölgelerinde öngörülmesi gerekir [1]. ġekil 3.3: Bir hacim havalandırmasında menfezlerin yerleştirilmesi. Havalandırma işleminde en uygun düzeyde knfr ve rahatlık duygusunun sağlanması için, şimdiye kadar anlatıldığı gibi belirli nem, sıcaklı ve miktardaki hava mahal içine gönderilir. Bu kıstasların sağlanması yeterli görülebilir, ysa gerçekte, srun daha karmaşıktır. Çünkü mahal havası ile basma havasını birbirine karıştırmak ve mahal içinde, mahal kşullarına ranla farklı ve değişken nitelik gösteren sıcaklık ve nemlilik özelliklerine sahip lan hmjen bir karışım luşturmak söz knusudur. Bu karışımın uygun bir biçimde luşturulması ve mahal içinde bulunan bireylerin herhangi bir rahatsızlık veya sıkıntı duymaması için birtakım kşulların sağlanması zrunludur. İşte bu aşamada en büyük srun menfezlerin yerinin ve sayısının ve tipinin belirlenmesidir. 23

43 Menfezlerin yerlerinin ve tiplerinin belirlenmesi tüm havalandırma tekniğin en zr görevlerinden biridir. Bu görevin yerine getirilmesi büyük deneyime sahip lmayı gerektirir. Bir araştırmaya göre havalandırma ile ilgili srunların %70 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Zaten bu tez ve buna benzer çalışmaların temel amacı bu srunun incelenmesidir. Bir mahalde dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Dlayısıyla mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketi, kendini, birinci ve ikinci hava akımları larak göstermektedir. Bu hava akımlarının mahal içinde bulunan insanları rahatsız etmemesi gerekmektedir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilmesi gereken en önemli hususun bu lduğu söylenebilir. Menfezler ile ilgili kaynak araştırması bölümünde de görülebileceği üzere çk çeşitli sınıflandırmalar ve tanımlar mevcut. Nümerik çalışmaya geçmeden önce uygun tanım ve sınıflandırmaların tespit edilmesi gerekmektedir. Menfezleri tanımanın en iyi ylu menfezlerin çeşitli başlıklar halinde uygun bir biçimde sınıflandırmaktır. Menfezler farklı açılardan sınıflandırılabilirler. Hava akış yönüne göre sınıflandırırsak; Dağıtıcı menfezler, Tplayıcı menfezler ve Transfer menfezleridir. Kısaca önemli menfez ve difüzör tiplerini tanımlarsak Kare tavan yayıcıları (anemstat ),. Duvar tipi dikdörtgen havalandırma menfezleri, Ayarlanabilir kanatlı tavan yayıcıları, Yarık tipli yayıcılar, 24

44 Girdap akışlı yayıcılar (Swirl difüzörler) ve Jet menfezlerdir Bu knu ile ilgili pratik ntlar vermenin faydası lacaktır; Ağızlar besleme havasının devrini en az yapacak şekilde yerleştirilmelidir. Şayet hava tavandaki jetler ile besleniyrsa, egzz ağızları jetlerin arasında veya salnun diğer tarafına, hava jetlerinden uzak bir yere yerleştirilmelidir Yer değiştirmeli havalandırmada, çıkış ağızları döşemede veya döşeme yanında bulunur ve bu ağızlardan besleme havası salnda kullanılan bölgeye dğrudan dğruya gönderilir. Tek yönlü havalandırma uygulanacaksa bir rtamın havalandırılmasında, hava ya tavandan beslenir ve döşemeden çıkar veya tam tersi lur, yada hava bir duvardan beslenir ve karşı duvardaki emme ağzından çıkar. Uygun bir hava dağılımı için hava atış mesafesi maksimum değerinin % 75 inden az tutulmalıdır. Menfezlerin seçimine ve yerleşimine ilişkin çeşitli yardımcı tabllar mevcuttur. Çizelge 3.3: Bazı Uygulamalarda menfez için tavsiye edilen hava çıkış hızları. Mahal Üfleme Hızı (m/s) Rady ve Film Stüdysu, Ameliyathane 1,5-2,5 Hastane, Yatak Odası, Ofis, Knut, Cami, Klise, vb. 2-4 Dershane, Knser Salnu, Yemek Odası, Kütüphane, Oyun Salnları, Bankalar, Knferans Salnu 2,5-4 Alışveriş Merkezi, Bal Salnu, Restaurant, Kafeterya, Otel Lbisi, Tiyatr, Sinema 2,5-6 Süpermarket, Fabrika, Jimnastik Salnu Endüstriyel Mutfak, Dep 4-8 Bu bilgiler ışığında, menfez seçimi ve yerleştirilmesinde izlenecek prsedürü özetlersek; Her hacme üflenecek hava miktarı belirlenir. Her hacme knulacak menfez sayısı ve tipi belirlenir. Bunun için gerekli hava miktarı, atış için kullanılabilecek mesafe, mimari ve yapısal faktörler gibi etkenler göz önüne alınır. Bu amaçla üretici firmaların sunduğu katalglardan yararlanılabilir. 25

45 Menfezlerin da içerisinde havayı mümkün lduğunca hmjen ve düzgün larak dağıtılabilecek biçimde yerleştirilir. Üretici katalglarından hava miktarı, çıkış hızı, dağıtım biçimi ve ses düzeyi gibi perfrmans bilgilerini kntrl ederek uygun byutta menfez seçilir. 3.4 KONFOR ġartlari Günümüz havalandırma uygulamalarında göz önüne alınan en önemli hususlardan biri hiç kuşkusuz Kaynak Araştırması kısmında da ele alınan knfr şartlarının sağlanması knusudur ve bu şartlar her geçen gün daha da hassaslaşmakta ve daha fazla önem verilmektedir. Aslında bu önem sebepsiz değildir rtamdaki hava hızın, bağıl nemin, hava sıcaklığının ve gürültü seviyesinin insanların sağlığını ve verimliliklerini dğrudan etkilediği bilinmektedir. İç hava kalitesinin ve knfr şartlarının önemini anlamak için çeşitli araştırmaları göz önüne almak yeterlidir. Şöyle ki yapılarda klima tesisatının ilk yatırım maliyeti tplam yatırım harcaması içinde sadece %1 e karşılık geliyr. Klima tesisatının işletme maliyetleri içerisindeki payı ise %1,5 Ancak işletme maliyetleri içindeki persnel payı % 92 İç hava kalitesinin insan perfrmansı üzerindeki etkisi ise tartışılmaz. ABD nde yapılan bir çalışmada fis binalarına iç hava kalitesinin iyileştirilmesi için yapılması gereken yatırım miktarı 87,9 milyar $, getireceği ilave işletme maliyeti de 4-8 milyar $ larak hesaplanmıştır. Bu sayede çalışma veriminin artırılması ile elde edilecek artı değer ise 62,7 milyar $ lduğu görülmüştür. Yani iç hava kalitesi knusunda yapılan yatırım, kendisini 1,6 yılda geri ödeyebiliyr. Bundan dlayı 1973 petrl krizinden snra uygulanan verilen hava miktarının azaltılması plitikası, hasta bina sendrmunun rtaya çıkması ve verimliğin azalmasıyla, yerini yüksek hava miktarları, knfr şartlarında hassasiyet ve yüksek hava kalitesi plitikasına bırakmıştır. Bu bilgiler ışığında knfr şartlarının gerekliliğini daha iyi kavrayabiliriz. Zaten bu tezin knusu lan da içi havalandırmanın nümerik çözümlenmesinde asıl amaç çeşitli havalandırma şekillerinin knfr şartlarına uygunluğunun ölçülmesidir. Ancak bunun için öncelikle kaynak araştırmasından elde edilen bilgilerin bir kıstas luşturacak şekilde özetlenmelidir. 26

46 Bizim için esas lan yaşanılan bölgenin (ccupied zne) döşemeden 1,70 m (veya 1,80 m) yüksekliğe kadar çıkan, duvarlara 15 cm ye kadar yaklaşan, mahal içinde insanların bulunduğu kısım lduğu tanımı yapılmıştır. Bu bölgede (özellikle ense yüksekliği larak tanımlanan bölge kritiktir) yarattığı ses, basınç düşmesi, üflenen havanın hızı ve üflenen hava ile da sıcaklığı arasındaki fark istenen ölçülerde lmalıdır. Örneğin bu bölgede hava hızı 0,2 m/s değerinden fazla lmamalıdır ve genellikle 0,13-0,18 m/s arasında tercih edilir. Genel larak aynı kttaki çalışma yerlerinde aynı andaki sıcaklık farkı, 4ºC dan daha büyük lmayacak ve hacimde labildiği kadar düzgün ve etkin bir hava dağıtımı sağlayacak şekilde lmalıdır. Sğutmalı havalandırma ve iklimlendirme tesislerinde bu sıcaklık farkı, sağlanması istenen değerden en çk 1,5ºC farklı lmalıdır. Isıtmalı havalandırmalı tesislerde, bu fark en çk 2ºC labilir.. ġekil 3.4: Hava akım yönlerinin etkileri. 27

47 Deneysel çalışmalarda hava cereyanı ılıklığı veya serinliği, saln rtasında 24ºC değerindeki kuru termmetre sıcaklığının, döşemeden 750 mm yukarıda ve havanın 0,15 m/s hızla hareket ettiği durumların sağlandığı görülmüştür. Ayrıca insanların büyük bir bölümünün hava hızının 0,35 m/s değerinden az lduğu fis binalarında kendilerini knfrlu hissettikleri bilinmektedir. Genel larak knfrun bzulmasına neden lan durumlar; salnun hava sıcaklığının ani değişimleri, aşırı hava cereyanları, değişik yerlerdeki yük ihtiyaçlarına göre havanın taşınma veya dağıtılması srunları veya da sıcaklığının çk hızlı değişimlerdir. Hava ile ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemindeki hava yayılımının amacı, şartlandırılmış salnda döşeme seviyesinin yaklaşık 1,8 m üzerindeki kısımda, salnda kullanılan bölge içindeki sıcaklık, nem ve hava hareketinin uygun bir bileşimini luşturmaktır. Bu bölge içinde knfr şartlarının elde edilebilmesi için, kabul edilebilir hava cereyanı sıcaklığı için standart sınırlar verilmiştir. Hava cereyanı sıcaklığı, hava sıcaklığının, hareketinin ve bağıl neminin insan vücuduna fizyljik etkilerinin bir bileşiminin yardımı ile tanımlanır. Kabul edilen standartlardan farklılıklar, bu hacimlerde bulunan insanların knfrlarının bzulmasına neden lur. Hacimde ünifrm şartların eksikliği veya hacmin belirli bölümünde bu şartların aşırı değişimi, knfrun bzulmasına neden lan diğer durumlardır. (1) salnun hava sıcaklığının aşırı değişimleri (yatay, düşey veya her ikisi de), (2) aşırı hava cereyanları, (3) değişik yerlerdeki yük ihtiyaçlarına göre havanın taşınma ve dağıtılması srunları, (4) veya da sıcaklığının çk hızlı değişimleri, knfrdaki bu tür bzulmaları rtaya çıkarır. Mahal içinde bulunan bireylerin hissettiği rahatsızlık veya sıkıntı duygusunun başlıca nedeni iç rtam havasının hızıdır. İç rtam hava hızlarına karşı insanların davranışını bilimsel esaslara turtabilmek amacıyla Fanger ve Christensen (1985) verilen bir rtalama hava hızında cereyan hissedenlerin yüzdesel ranlarını bulmayı hedeflemişlerdir. Byun arkasındaki rtalama hava hızına göre kafa bölgesinde cereyan hissedenlerin yüzdesi Şekil 3.5 de gösterilmiştir [33]. 28

48 Hşnutsuzların yüzdesi (%) Ortalama hava hızı (m/s) ġekil 3.5: Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi Mahal rtamı havasının hızına bağlı larak bireylerin genel larak ne gibi tepkiler gösterdikleri Tabl 3.4 de gösterilmiştir [35]. Çizelge 3.4: Mekan içi hava hızlarının bireyler üzerindeki etkileri Mekan Havasını Hızı (m/s) 0 ile 0,1 Bireyler Tarafından Gösterilen Tepki Tepki genellikle lumsuzdur. Havanın durgun ve bğulma hissinin duyulduğu söylenir. 0,1 ile 0,2 Tepki lumlu niteliktedir. 0,2 ile 0,3 >0,3 Tepki turan insanlar için lumsuz, ayakta duran veya yavaş hareket eden insanlar için uygundur. Tepki uygunsuz niteliktedir. Hava akımlarından dlayı rahatsızlık hissi duyulur. Uygulama Alanı Bu aralıktaki hız değerleri ender hallerde kullanılır. Bu hız sınırları knfr kliması amaçlı iklimlendirme tesislerinde kullanılır. Söz knusu hız değerleri mağazalar, bankalar ve kamu yapısı gibi tesislerde knfr kliması alanında kullanılır. Bu sınırdan büyük lan hız değerleri endüstriyel iklimlendirme tesislerinde uygulanır. 29

49 Buradaki tepkiler bazı faktörlere bağlı larak farklılık ve ayrıcalık gösterebilir. Bu faktörler, Bireyin cinsi ve yaşı, Oturma, ayakta durma veya gezinme gibi bireylerin yaptığı uğraşın niteliği ve Mahallin hangi amaçla kullanıldığı labilir. Knfr veya rahatlık duygusunun sağlanmasını amaçlayan iklimlendirme tesislerinde, mahallin kullanım amacına ve bireylerin uğraş durumuna bağlı larak mekan hava hızı 0,1 ile 0,3 m/s aralığında değişen hız değerleri kabul edilebilir. Bir mahal içinde bulunan bireyler tarafından hissedilen hava akımı duygusunun bir başka nedeni de basma havasının sıcaklığı yada bir başka deyişle basma havası ile mahal havası arasındaki sıcaklık farkıdır. Mahal rtamı havasının hızına ve mahal havasının sıcaklığı ile bu mahal için esas alınan nrmal knfr sıcaklığı arasındaki farka bağlı larak, durumlarından hşnut lmayanların ranları literatürdeki grafiklerde verilmektedir [35]. Yapıların iç rtamlarında, hava sıcaklığı nrmal larak döşemeden tavana dğru artar. Dağılım yeterince büyükse, vücut ısıl dengede lsa bile, başta yerel bir ılık knfrsuzluk veya ayaklarda sğuk knfrsuzluk gerçekleşebilir. Dikey yönde hava sıcaklığı farklılığını ve bunun knfr üzerindeki etkilerinin araştırmak için birçk çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar snucunda Dikey sıcaklık farklılığından dlayı hşnutsuz lanların yüzdesi baş (döşemeden 1,1 m yukarıda) ve tpuklar (döşemeden 0,1m yukarıda) arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak Şekil 3.6 da gösterilmiştir [33]. Her ne şekilde lursa lsun her şeyden önce önemli lan srun şudur: Basma havası ile mahal havasının birbirine karıştırılması snucunda, mahallin çeşitli bölgelerinde hissedilen ısı duyguları yeterli bir benzerlik ve hmjenlik özelliğine sahip bulunmalıdır. Bu benzerlik ve hmjenlik özelliğine erişilmesi, ancak emme ve basma menfezlerinin uygun bölgelerde seçilmesi sayesinde mümkün labilir [35]. 30

50 Hşnutsuzların yüzdesi (%) Baş ve ayaklar arasındaki sıcaklık farkı ( C) ġekil 3.6: Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi Hava cerayanını tanımlamak amacıyla, hava hareketinin knfra etkisini incelenmiş ve nem ile ısı ışınımının etkilerini sabit kabul ederek, hava cereyanını hem hava hareketi hem de hava sıcaklığından dlayı vücudun herhangi bir yerinde bölgesel larak hissedilen serinlik veya ılıklık larak tanımlamışlardır. Hava cereyanı ılıklığı veya serinliği, saln rtasında 24 C değerindeki kuru termmetre sıcaklığının, döşemeden 750 mm yukarıda ve havanın 0,15 m/s hızla hareket ettiği durumların sağlandığı, kntrllü da şartlarının yukarısında veya aşağısında ölçülerek belirlenmiştir [14]. etkin hava cereyanı sıcaklığı ile turulan bölgenin herhangi bir nktasındaki ve kntrl şartındaki farkı belirtmek için, Rydberg ve Nrback [36] tarafından önerilen ve Kestel ve Tune un çalışmasından [14], Straub [37]. tarafından değiştirilen θ T T 8 V 0,15 (3.1) x c x denklem kullanılır. 31

51 Bu denklemde, T x = havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı, ( C) T c = salnun rtalama kuru termmetre sıcaklığı, ( C) V x = yerel hava hızı, (m/s) anlamındadır. Denklem (3.1), hava hareketinden dlayı luşan serinlik hissini göz önüne alır ve Şekil 3.7 deki nötr çizgiyi luşturur. Yaz mevsiminde, havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı T x, kntrl sıcaklığının altındadır. Bundan dlayı, hem sıcaklık hem de hız, V x hızının 0,15 m/s değerinden büyük lması halinde eksi işaretlidir ve serinlik hissini arttırırlar. Şayet kış mevsiminde, T x sıcaklığı kntrl sıcaklığının üzerinde lursa, 0,15 m/s değerinin üzerindeki her hava hızı, T x tarafından luşturulan sıcaklık hissini azaltır. Bu nedenle x nktasındaki etkin hava cereyanı sıcaklığı ile kntrl nktası arasındaki fark, kış mevsiminde çğunlukla sıfır labilirken, yaz mevsiminde sıfır değildir. Genellikle 0,25 m/s değerinin altındaki saln hava hızları tercih edilir; ancak Şekil 3.7 de gösterildiği gibi salndaki bazı insanlar tarafından daha yüksek hızlar da kabul edilebilir. ASHRAE Standart , yüksek hava sıcaklıklarında, yüksek hava hızlarını önermektedir. 0,1 m/s değerinin altındaki hava hızları çğunlukla seçilmemesine rağmen, knfr için en düşük bir hava hızı önerilmez [33]. Şekil 3.7 de görüldüğü gibi salnda bulunan insanların %20 ye yakın kısmı ayak bileği-turma seviyesinde, 2 C bir sıcaklık gradyanını kabul etmezler. Isıtma halinde kötü bir şekilde tasarlanmış veya çalıştırılan sistemler bu durumu yaratırlar, bu da sistemlerin dğru seçiminin ve çalışmasının önemini vurgular 32

52 ġekil 3.7: Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi [10]. Denklem (3.1) de belirtildiği gibi, insanların büyük bir yüzdesi, etkin hava cereyan sıcaklığının, -1,5 ve 1 C arasında, hava hızının 0,35 m/s değerinden az lduğu fis hacimlerinde kendilerini knfrlu hissederler. Ofis içersinde insanların bulunduğu bölgelerde hava hızı ve sıcaklığı birçk kere ölçülmüş ise bu durumda, HYPİ değeri, etkin hava cereyan sıcaklığı ve hızının daha önce belirlenmiş değerlere uyum gösteren ölçmelerin lduğu yerlerin yüzdesi larak tanımlanır. HYPİ en büyük değerde (%100 değerinde) ise, arzu edilen şarta ulaşılmıştır. HYPİ (hava yayılım perfrmansı indeksi), sadece hava hızı ile rtalama saln sıcaklığından yerel sıcaklık farkının bileşimi lan etkin cereyan sıcaklığına bağlı lup; kuru termmetre sıcaklığına ve bağıl neme dğrudan bağlı değildir. 33

53 Bu ve örnek larak rtalama ışıma sıcaklığı gibi benzer etkiler, ASHRAE önerilerine göre ayrı ayrı göz önüne alınmalıdır. HYPİ serinletme şekli kşullarının bir ölçüsüdür. Isıtma kşulları ise ASHRAE Standart kılavuzu veya ISO Standart kullanılarak değerlendirilir. Havayı yayan çeşitli cihazlar için serinletme bölgesi tasarım kriterleri, HYPİ ve knfru maksimum yaparlar. Bu kriterlerde aynı zamanda hava debisi, çıkış ağzı büyüklüğü, üretici tasarım kalitesi ve tasarlanan salnun byutları da göz önüne alınır. 34

54 4. MODEL ÇALIġMASININ ESASLARI Fiziksel benzerlik, geniş uygulama alanı lan bir kavramdır. Bu kavram yardımı ile amaçlanan, herhangi bir durumdaki fiziksel büyüklükleri başka bir durumdaki fiziksel büyüklüklerle karşılaştırabilmektir [38]. Kapalı mekanlardaki hava hareketlerinin tahmini genelde ön tasarım değerlendirmesi için labratuar rtamında binaya ait fiziksel mdelin veya tasarım snrası değerlendirmeyi amaçlayan gerçek byutlardaki fiziksel mdelin hava hızı ve sıcaklık ölçümlerine dayanmaktadır. Sayısal yöntemler gün geçtikçe daha geniş bir kullanım alanına sahip lmasına karşın binaların mdel çalışmalarından elde edilen deneysel veriler halen bina içersindeki hava dağılım sisteminin tasarımında en güvenilir kaynak lmaktadır [4]. Bir mdel çalışması eğer düzgün bir şekilde yürütülmüşse aşağıdaki bilgileri sağlaması gerekir: gerekli üfleme havası miktarı, üfleme ve egzz menfezinin da içersindeki en uygun knumu, da için en iyi menfez tipi, da içersindeki hava akış düzeni, hava hızları, türbülans şiddetleri ve hava sıcaklıklarının bulunulan bölgedeki dağılımı. 4.1 Mdel Ġncelemeleri Ġçin Parametreler Fiziksel bir mdel içeren deneysel incelemeyi yürütmeye başlamadan önce, incelenecek durumla ilgili temel benzerlik kurallarının saptanması ve uygulanması esastır. Prblemin fiziğiyle ilgili lan benzerliğin ana kanunlarından en ufak bir sapma mdelden elde edilen snuçların önemini azaltabilir [4]. 35

55 Szücs, sistemlerin davranışındaki benzerliği şöyle tanımlamaktadır: eğer herhangi iki sistemin karşılıklı karakteristikleri birebir temsil edilebiliyrsa bu iki sistem benzerdir. Kapalı mekanlarda hava jetinin eşsıcaklıklı lmayan türbülanslı yayınımına dair çalışmalarda gemetrik, kinematik ve ısıl benzerlik lmak üzere üç temel benzerlik kriteri mevcuttur Gemetrik benzerlik Bir şeklin herhangi bir parçası, başka bir şekilde bu nktaya karşılık gelen nktayla birebir eşlenebiliyrsa bu iki şekil gemetrik larak benzerdir denir. Bir şekil üzerindeki P nktasının knumunu belirleyen yarıçap vektörü, r lsun. Dönüştürülmüş şekildeki P nktasına ait yarıçap vektörü (r ), Denklem 4.1 deki şekilde verilebilir [4]. r Tr (4.2) burada T, dönüşüm matrisi lup genel larak aşağıdaki gibi ifade edilir. C11 C12 C13 T C21 C22 C23 (4.3) C 31 C32 C33 burada C ij matris katsayılarını göstermektedir. (i = 1, 2, 3 ve j = 1, 2, 3) Gerçek gemetrik benzerlik ancak dönüşüm matrisinin köşegen matris lmasıyla sağlanabilir. C C C T C C C (4.4) C C C Burada C matris katsayısı ölçeklendirme faktörü lup x, y ve z yönleri için aynı değerdedir. Oda içersindeki hava hareketlerinin mdellenmesinde prttipe ait uzunluk byutları nrmalde 1 veya 1 den daha küçük bir ölçeklendirme katsayısı ile 36

56 küçültülür. Özellikle, üfleme ve egzz kısımlarındaki cihazlar aynı katsayı ile küçültülmelidir. Belirli bir prttip sistem ve buna tekabül eden mdel sistem arasında gemetrik benzerlik lması gerektiği aşikardır. Ancak, mükemmel bir gemetrik benzerlik sağlanması klay değildir. Mdelin, prttipe şekil larak benzemesinin yanında yüzey pürüzlülüğünün de gemetrik benzerlik içinde lması gerekir. Şayet, mdel yüzeyi prttipinkinden daha pürüzsüz yapılamıyrsa, mdele, ölçek faktörüne uygun larak bir pürüzlülük verilmesi zaten söz knusu lmaktan çıkmaktadır [38] Kinematik benzerlik Kinematik benzerlik, gemetrik larak benzer lan mdel ve prttipin birbirine karşılık gelen akışkan hızları ve ivmelerinin ranları birbirine eşit lduğunda başarılmış lur. Akışkan hareketi kinematik larak benzer lduğunda, akım çizgilerinin luşturduğu şekiller ( benzer zamanlarda ) benzer lacaktır. Cisim cidarı da bir akım çizgisi lduğundan kinematik larak benzer akışlar ancak gemetrik larak benzer şekiller etrafında yer alabilir. Yani kinematik benzerlik aynı zamanda gemetrik benzerlik lduğu anlamına gelir. Ancak, gemetrik benzerlik lması, kinematik larak benzer akışın lmasını garantilemez [38]. Kinematik benzerlik akışkana hareketini kazandıran tüm üzerine etkiyen tplam atalet, sürtünme, basınç ve kaldırma kuvvetleri ile kuvvetlerin ranlarının eşit lmasını gerektirir. Herhangi bir kapalı mekandaki akış, akışkan ifade edilen Navier-Stkes denklemi ile tarif edildiği için, dinamik ve kinematik benzerlik şartlarının belirlenmesinde bu denklemin byutsuz hale getirilmesi gerekmektedir [4]. Sürekli, sıkıştırılamaz ve türbülanslı akış için Navier-Stkes denklemi, Denklem 4.4 deki şekilde verilmektedir. x j p p ρu U ρu u g ρ ρ i j x i x j i j i r (4.5) Burada U i ve u i değerleri sırasıyla x i yönündeki rtalama ve çalkantı hız bileşenlerini, p basıncı, akışkanın yğunluğunu, r referans bir yğunluk değerini ve g i ise yerçekimi ivmesini göstermektedir. 37

57 38 Bussinesq Eddy viskzite genel kavramı uygulandığında, Denklem 4.4 ün sağ tarafındaki Reynlds gerilim terimi Denklem 4.5 deki halini alır. ij i j j i t j i ρkδ 3 2 x U x U μ u u ρ (4.6) burada, t türbülans viskzitesini, k ise aşağıdaki şekilde verilen türbülans kinetik enerjiyi göstermektedir. 0.5u i u j k (4.7) Krnecker delta ise δ ij şeklindedir. Denklem 4.5 i denklem 4.4 te yerine kyup, i ρ r ρ g yerine T r gβ yazılarak Denklem 4.7 elde edilir. ΔT gβ ρkδ 3 2 x U x U μ x p x p ρu U x r ij i j j i t j i j i j (4.8) burada T r 1 β lup hacimsel genleşme katsayısını, ) T T ΔT( r ise referans sıcaklık T r ile herhangi bir nktadaki sıcaklık arasındaki farkı göstermektedir. Denklem 4.7 deki değişkenler birbirlerine karşılık gelen x, U,, T ve p referans değerlerine bölünerek byutsuz hale getirilebilir. ( * ) işareti byutsuz değişkenleri göstermek üzere, Denklem 4.8 aşağıdaki şekilde elde edilir. i j j i t 2 j 2 j i j 2 x U x U μ U x ρ μ x U ρ x p x U ρ U U ρ x x U ρ ΔT ΔT βρ g δ k ρ 3 2 i ij (4.9)

58 burada, ΔT T T ve ΔT T T şeklindedir. Denklem 4.8 in her iki tarafı 2 U ρ terimine bölünürse denklem 4.9 elde edilir. x x j p μ Ui j 2 ρ Ui U j μ t ρ k δij x j ρ x U x j U x i 3 ΔT g i βx ΔT (4.10) 2 U Denklem 4.9, byutsuz değişkenlere ek larak denklemin sağ tarafında iki tane byutsuz parametreyi içermektedir. İlk parametre, atalet kuvvetlerinin viskz kuvvetlerine ranı lan Reynlds sayısına karşılık gelmektedir. ρ Re x μ U (4.11) Denklem 4.9 daki ikinci parametre ise kaldırma kuvvetlerinin atalet kuvvetlere ranı ile belirtilen Archimedes sayısı lup aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir: Ar gβx ΔT U 2 (4.12) Byutsuz Navier-Stkes denkleminin çözümü açık bir şekilde görüldüğü gibi Re ve Ar değerlerine bağlıdır ve kinematik benzerliğin sağlanması için bu iki değerin mdel ve prttip için aynı lması lazımdır Isıl benzerlik Isıl benzerliğin sağlanması için mdelde herhangi iki nkta arasındaki sıcaklık farkının, buna karşılık gelen prttip nktalarındaki sıcaklık farkına ranı sabit bir değer lmalıdır [4]. 39

59 40 Gemetrik ve kinematik benzerliğin yanında, ısıl benzerlik şartının sağlanması için ısı geçişinin üç çeşidi lan iletim, taşınım ve ışınım ile ısı geçişleri mdel ve prttip için benzer değerler lmalıdır. Havaya ışınımla lan ısı geçişi ihmal edilirse, zaman rtalama enerji denklem 4.12 ile ifade edilir. T ρu x ρu T x i i j j (4.13) türbülans ısı akısı terimi aşağıdaki gibi yazılabilir: i t i x T Γ T ρu (4.14) burada t t t ζ μ Γ türbülans difüzyn katsayısını ve t ζ türbülansın Prandtl (Schmidt) sayısını göstermekte lup, Denklem 4.12 denklem 4.14 e dönüşür. i t i j i x T Γ x ρu T x (4.15) bu denklemi byutsuz halde yazacak lursak; i t i 2 j j x T Γ x x ζ T μ T U ρ x x T U ρ (4.16) p C ve λ sırasıyla sabit basınçtaki özgül ısı ve ısıl iletkenlik katsayısını vermek üzere, ζ yerine p λ C μ knulup denklem tekrar düzenlenirse Denklem 4.16 elde edilir. i t i p j j x T Γ x U x ρ C λ T U ρ x (4.17)

60 denklemin sağ tarafındaki byutsuz parametre Peclet sayısına (Pe) karşılık gelmektedir. Pe C şeklinde yazılmaktadır. p ρx U/λ Snuç larak mdel ile prttip arasında ısıl benzerlik kurulabilmesi için Pe sayıları eşit lmalıdır. 4.2 Küçük Ölçekli Mdelleme Mdel ve prttip için hava akışı ile ısı transferinin tam bir benzerliğini luşturmak için aşağıdaki şartlar gereklidir. Mdel ve prttip için Re sayısının eşitliği ilkesini uygulayacak lursak, Denklem 4.17 yazılabilir. Burada, alt indisi üfleme tarafındaki değerleri, m mdeli ve p prttipi belirtmektedir. ρ U μ x m ρ U μ x p (4.18) mdel ve prttip için aynı akışkan kullanılması halinde Denklem 4.17, Denklem 4.18 haline dönüşür. Burada, S ölçek faktörünü, U ise hava üfleme hızını belirtmektedir. U U m p x p S (4.19) x m Kinematik benzerlik için diğer bir şart lan Ar (Archimedes) sayısının eşitliğini yazacak lursak, Denklem 4.19 elde edilir. gβ x ΔT U 2 m gβ x ΔT U 2 p (4.20) Mdel ve prttip için aynı ısıl şartların luşması halinde ( β β ve ΔTm ΔTp ), m p 41

61 Denklem 4.19 aşağıdaki denkleme dönüşür. Um 1 (4.21) U S p Denklem 4.18 ve Denklem 4.20 den görüldüğü üzere Re ve Ar eşitliklerinin gereksinimleri birbirinden çk farklı lmakla birlikte bu iki eşitliğin mdel ve prttip için bir arada sağlanabilmesi imkansızdır [4]. Müllejans ın üç byutlu bir danın 1, 3, 6 ölçeklerinde, eşsıcaklıklı ve eşsıcaklıklı lmayan şartlarda yaptığı deneyler snucu, akış özelliklerinin Ar sayısına bağlı lduğunu belirlemiştir. Müllejans, bu üç tip deney dasında çk farklı Re sayılarıyla yaptığı deneylerde Re sayısının bir etkisini görememiştir. Snuç larak, mekanik larak havalandırılan çğu dalarda mdel ve prttip arasındaki kinematik ve ısıl benzerliğin sağlanması Ar sayısının eşitliğinden yla çıkılarak yapılabilmektedir [4]. Denklem 4.20 ye bakılacak lunursa, küçültme faktörünün birden büyük seçilmesi halinde mdel hızları her zaman için prttipten düşük lacaktır. Oda içersinde yaşanılan bölge içersinde hava hızları genelde 0.2 m/s ile 0.3 m/s arasındadır. Hız prblarıyla güvenilir bir hız ölçümü yapılabilmesi için bu hız değerlerinin 0.1 m/s değerinin altına düşmemesi gerekmektedir. Bu nedenle prttip üfleme hızının, mdeldeki üfleme hızına ranı iki ile sınırlandırılmalıdır [4]. 42

62 . 5. HAVALANDIRILAN KAPALI HACMĠN TANIMI Havalandırılan kapalı hacim, fis kullanım amaçlı larak tasarlanmıştır. Ofis dası 4.5 m uzunluğunda, 3 m genişliğinde ve 3 m yüksekliğinde kapalı bir hacim larak seçilmiştir. Bu ölçüler, literatür araştırmaları tarafından kullanılan da değerlerine yakın değerlerdir. Ofis hacmi içersindeki hava dağılımı ile sıcaklık dağılımı hem deneysel hem de CFD yöntemlerinin uygulanmasıyla belirlenmeye çalışılmıştır. Ofis hacmi için gerekli havalandırma debisi hesaplanırken Tabl 3.1 de kişi başına belirlenen dış hava miktarının yerine, Tabl 3.2 de fis hacimleri için tavsiye edilen saatteki hava değişim sayısı kullanılmıştır. Tavsiye edilen hava değişim sayılarının 4 ila 8 arasında lduğu görülmektedir. Saatteki hava değişim sayısı larak 5 seçilmiş ve buradan hareketle da için gerekli hava debisi ( 5 defa / h ) * ( 4.5 x 3 x 3 ) m 3 den hesapla 200 m 3 / h bulunmuştur. Menfez üreticileri tarafından fis hacmi için tavsiye edilen üfleme hızları 2 ila 4 m/s arasındadır [2]. Bu çalışmada, kapalı hacim için üfleme açıklığı çıkışındaki hava hızı 2.5 m/s alınmıştır. Taze hava, daya tek açıklıktan beslenip tek bir açıklıktan egzz edilmiştir. Açıklıklar, tavandan karşılıklı larak verilmiştir. Kapalı hacme ait temel byutlar Şekil 5.1 de görülmektedir. Burada, L, B, H sırasıyla kapalı hacmin uzunluğunu, genişliğini ve yüksekliğini göstermektedir. Üfleme ve egzz kanalları aynı kare kesite sahip lduğu için kanalın bir ölçüsü D verilmiştir. D ölçüsü aynı zamanda kare kanallar için hidrlik çapı da temsil etmektedir. Giriş kanalı tavan kenarından 2 cm ilerde lacak şekilde egzz kanalı ise tavanın diğer kenarının snunda lacak şekilde tasarlanmıştır. 43

63 ġekil 5.1: Kapalı hacme ait temel byutlar Kapalı hacme ait temel byutlar belirlendikten snra deneysel çalışma aşamasında, daha çk nktada ve daha kısa sürede ölçüm alabilmek amacıyla çalışmanın bu kapalı hacim içersindeki hava dağılım karakteristiklerinin belirlenmesinin fiziksel mdel üzerinde yapılması uygun görülmüştür. Bu amaçla gerçek byutlardaki prttip hacmin 1/3 ölçek faktörüyle elde edilen fiziksel mdeli luşturulmuştur. Gemetrik ölçüler, gemetrik benzerlik kriteriyle 1/3 ranında küçültülmüştür. Gemetrik benzerlik, prttip ve fiziksel mdeldeki danın byu, eni, yüksekliği ile üfleme ve egzz açıklıklarının belirlenmesinde kullanılmıştır. Kinematik benzerlik için ise da içersinde eşsıcaklıklı ve eşsıcaklıklı lmayan hava hareketlerinin belirlenmesinde kullanılan Denklem 4.20 deki Archimedes sayısının eşitliği göz U önüne alınmıştır. Mdel için üfleme açıklığı çıkış hızı, U p m S şeklinde bulunmuştur. Burada, U p prttip byutlardaki hacim için üfleme açıklığı çıkış hızını, S küçültme faktörünü göstermektedir ve bu durum için S=3 alınmıştır. Benzerlik kriterlerinin uygulanmasıyla elde edilen kapalı hacme ait, prttip ve fiziksel mdel byutları Tabl 5.1 de görülmektedir. 44

64 Çizelge 5.1 : Kapalı hacmin prttip ve fiziksel mdel byutları (S=3) BxHxL Üfleme Egzz Hava üfleme (m 3 ) açıklığı (cm 2 ) açıklığı (cm 2 ) hızı (m/s) Prttip 4.5 x 3 x 3 15 x x Fiziksel Mdel 1.5 x 1 x 1 5 x 5 5 x Fiziksel mdel ve prttip için Ar sayısının değerini, Gr Ar ifadesiyle Re 2 bulabiliriz. Böylece, Denklem 2.3a daki Ar sayısı ifadesindeki ΔT teriminden kurtularak, eşsıcaklıklı çözüm için daha dğru bir ifade elde edilmiş lur. Burada, Gr ve da için Re sayılarını tekrar yazacak lursak, 1.5 gβ A DhUr Gr ; Re (5.1) ν ν Denklem 5.1 deki Gr sayısı ve Re sayısı ifadelerini Ar sayısı ifadesinde yerine kyarsak, Denklem 5.2 elde edilir. Ar gβ A ν (5.2) 2 D U 2 h r 1.5 Denklem 5.2 de D h danın hidrlik çapını, U r eşdeğer da hızını, A üfleme açıklığının efektif alanını, ise havanın kinematik viskzitesini göstermekte lup, eşsıcaklıklı larak ele alınan bu prblemde hava sıcaklığı 288 K alınmıştır. 1 hacimsel genleşme katsayısı yerine β ifadesi kullanılmıştır. T (K) Denklem 5.2 yardımıyla, fiziksel mdel ve prttip için Ar sayısı, 0.5x10-5 larak bulunmuştur. 45

65 46

66 6. DENEYSEL VE SAYISAL ÇALIġMA 6.1 Deneysel ÇalıĢma Deney tesisat düzeneği, daha fazla nktadan daha kısa sürede ölçümler alabilmek için, 4,5 x 3 x 3 m 3 byutlarındaki kapalı fis hacmi yerine ölçek faktörünün S=3 alınmasıyla elde edilen 1,5 x 1 x 1 m 3 byutlarındaki fiziksel mdel larak kurulmuştur. Bu çalışmada, deney düzeneği içinden çeşitli düzlemler byunca dijital prb ile hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İçerisinde hız ölçümleri yapılan kapalı bir fis hacmini temsil eden deney düzeneği Şekil 6.1 de gösterilmektedir. Gözleme imkanı vermesi açısından, ön duvarın rta kısmına bir cam knulmuştur. Bunun dışında kalan bütün duvarların yüzeyleri ile egzz kanalları ahşap malzemeden yapılmıştır. Sıcak akışta, dadan ısı kaybını karşılamak amacıyla da etrafına strafr döşenmiş, üfleme ve emiş ağızları Şekil 6.2 deki gösterilmiştir. Ortama üflenecek gerekli hava debisini sağlayan eksenel fan da içersinde luşan basınç kayıplarını karşılayabilmektedir. Giriş kanalı içerisindeki hava hızı Şekil 6.4 deki debi ayar klapesi larak kullanılan kartn levha ve kanal içerisinde rtalama hız ölçümü sağlayan Şekil 6.5 ve Şekil 6.6 daki hız prblarıyla ayarlanmıştır. Debi ayar klapesinin kartnu manuel larak ayarlanmış ve giriş kanalındaki farklı bölgelerden hız ölçümleri alınarak 1.44 m/s lik rtalama giriş değeri elde edilmeye çalışılmıştır. Sıcak akış deneyinde hava rezistanslar ile ısıtılarak da içersine 26,2 ºC de gönderilmiştir. Hava sıcaklığının istenilen değerden fazla veya az çıkması ile karşılaşılan durumlarda vltaj regülatörü ile vltaj ayarlaması yapılmış lup 19.1 ºC deki havanın 26.2 ºC ye çıkması için yaklaşık larak 30V lık bir gerilim uygulanmıştır. 47

67 ġekil 6.1: Deney amaçlı kullanılan kapalı hacim ġekil 6.2:Deney hacmi üfleme ve emiş ağızları 48

68 ġekil 6.3: Vltaj regülatörü ġekil 6.4: Debi ayar klapesi 49

69 Deney hacmine gerekli lan hava miktarı ayarı Şekil 6.4 deki ayar klapesi ile elle yapılmıştır.burada kullandığımız kartn havalandırma tesisatlarında kullanılan hava damperleri ile aynı görevi görmektedir.el ile içeriye alınması gereken hava miktarı ayarlandıktan snra Şekil 6.5 deki hız prbu ile farklı bölgelerden ölçümler alınarak fiziksel mdele giren hava hızı rtalama değerinin 1,44 m/s lması sağlanmıştır.otmatik kntrllü bir sistem yardımıyla hava damperi yönetilebilse şüphesiz hata ranları minumum seviyeye indirilmiş lacaktı. ġekil 6.5: Hava giriş kanalında hız ölçümü 50

70 ġekil 6.6: Sıcak tel anemmetresi ölçme cihazı Oda içersindeki hız dağılımının ölçülmesi Şekil 6.7 ve 6.8 de görülen hız prbuyla yapılmıştır. Hızdaki tüm değişimler dijital larak hız prbundan rahatlıkla kunabilmektedir. ġekil 6.7: Türbülans şiddeti ölçme prbu veri tplama ünitesi 51

71 ġekil 6.8 :Türbülans şiddeti ölçme prbu Kullanılan hız prbunun özellikleri Marka Test Mdel Hız Ölçüm Aralığı 0 m/s ile 5 m/s arası Hız Ölçümü Hata Oranları 0-2 m/s = ± 0,03 m/s 2-5 m/s = ± 0,02 m/s Sıcaklık Ölçüm Aralığı 0 C ile 50 C arası Sıcaklık Ölçümü Hata Oranları ± 0,3 C 52

72 Bu deney çalışmasında ölçümler sıcak ve sğuk besleme havası için ayrı ayrı yapılmış ve iki mdel için de giriş menfezi larak tavan başlangıcından 2 cm ileride, 20 cm byundaki kanal kullanılmaktadır. Çıkış menfezi ise tavan snunda bulunmaktadır. Ar sayısının eşitliğinden bulunan snuca göre gerçek hacimde 2,5 m/s lan üfleme kanalındaki hava hızı, mdel hacmi için 1,44 m/s çıkmaktadır. ġekil 6.9: Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktaları Şekil 6.9 de görülen a, b ve c düzlemleri byunca a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, c1, c2, c3, c4 ve c5 nktalarında döşemeden 25 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm ve 92 cm yüksekliklerde hız değerleri kunmuştur. Burada prbun ucuyla merkezdeki çubuk arasındaki mesafe 2 cm dir. Bu nedenle X dğrultusunda hız ölçümleri yapılırken tam merkezde, Z dğrultusunda hız ölçümleri yapılırken ise merkezden 2 cm kaçık larak yapılmıştır. c düzleminde c1 10 cm den başlayarak 20 cm aralıklarla devam etmektedir. a ve b düzlemleri ise 15 cm den başlayarak 20 cm aralıklarla devam etmektedir.fiziksel mdel içerisinde ölçüm nktalarını belirlemek için tren rayına benzer bir düzenek yapılmış lup ölçüm mesafesini belirlemek için Şekil 6.10 ve 6.11 deki tel düzeneği kullanılmıştır.iç hacimden delikler vasıtasıyla mdel dışına uzanan işaretli teller sayesinde ölçümnktala rı ayarlanabilmektedir. 53

73 ġekil 6.10: Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktalarını belirleyen tel düzeneği ġekil 6.11: Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktalarını belirleyen tel düzeneği 54

74 6.2 Sayısal Mdelleme Bu çalışmada mdel byutlarındaki da içersindeki hava hareketi farklı parametreler kullanılarak sayısal larak incelenmiştir. FLUENT 6.3 prgramı ile hazırlanan prblem tanımlamasının, dğruluğunun ve geçerliliğinin test edilmesi amacıyla; Nielsen ve arkadaşlarının makalesi [28] ile Şener YILMAZ [40], Çağrı ESER [41] ve Erdinç ÖNTAŞ ın [42] yapmış lduğu çalışmalar incelenmiştir. Her dört yapılan çalışmada elde edilen deneysel ve sayısal veriler karşılaştırıldığında snuçların çğunlukla çk iyi bir uyum içinde lduğu görülmektedir. Bu snuçlardan snra, izlenen yöntemin uygun lduğu kararına varılmıştır ve bu çalışmanın knusu lan üç byutlu bir fis dasının cebri havalandırılmasının sayısal çözümlerine başlanmıştır, kapalı fis hacminin sğuk ve sıcak akış çözümlemeleri için gerekli çizimler GAMBIT 2.3 prgramında luşturulmuştur. Snlu hacimler yönteminin dayandığı nkta, kntrl hacminin, hücre adı verilen yeterince küçük alt birimlere ayırarak çözüme gidilmesidir. Burada yeterince küçük ifadesi bir ptimizasyn prblemini belirtmek için kullanılmıştır. Zira hücreler ne kadar küçük seçilirse, çözüm kadar güvenilir lmakta, buna karşılık çözüm zamanı uzamakta ve gerekli bilgisayar kapasitesi artmaktadır. Erdinç ÖNTAŞ ve Şener YILMAZ ın yaptığı çalışmalarda hücre sayısı mertebesindeyken bu çalışmada hücre sayısı e çıkarılmıştır. Dlayısıyla sayısal çözüm ile deneysel çözüm arasındaki fark minimuma indirilmiştir. Kntrl hacminin yüzeylerindeki ağ dağılımı bu çalışmada ağ tipi hücreler larak kullanılmıştır. Gemetrik mdel luşturulmasında daha snraki aşama sınır şartlarının tanımlanmasıdır. Sğuk akışta kapalı fis hacmine taze hava girişi " hız giriş (velcity inlet)", hava çıkışı ise basınç çıkış (pressure utlet) sınır şartı larak tanımlanmıştır. Sğuk çözüm için kapalı hacmin tamamında sınır duvar şartı (wall) larak tanımlanmıştır. Sıcak akış mdellemesi için ise ısı kaybı verilen her bir duvar için ayrı larak tanımlanmıştır. 55

75 GAMBIT 2.3 prgramında gemetrik mdel düzenlenmiş, ağ luşturulmuş ve sınır şartları tanımlanmıştır. Oluşturulan mdel CFD prgramı FLUENT 6.3'e kutulmuştur. Kullanılan sayısal yöntemin prensibi, laya hakim lan diferansiyel denklemlerin ayrıklaştırılarak iterasynla çözülmesi esasına dayanmaktadır. Bunun için snlu hacimler ayrıklaştırma yöntemine göre çözüm yapan FLUENT 6.3 yazılımı kullanılmıştır. FLUENT 6.3, genel term-akışkan prblemlerinin çözümünde kullanılan bir CFD analiz prgramıdır. Çözüme "esas (case)" dsyasının yapılanması için mdeller, çözüm yöntemi, malzeme ve sınır şartları tanımlanmıştır. Prblemi çözmek için seçilen mdeller aşağıda verilmiştir: 1. Denklem çözücü (slver): FLUENT te iki çözücü mevcuttur; ayrıştırılmış (segregated) ve birleştirilmiş (cupled). Bu çalışmada ayrıştırılmış (segregated) çözücü kullanılmıştır. Şener YILMAZ ve Çağrı ESER in yapmış lduğu çalışmalarda zamana bağlı ve zamandan bağımsız haller için çözümler yapılmış ve aynı snuçlar zamandan bağımsız halde daha çabuk çözümler vermiştir. Bu nedenle biz de Şener YILMAZ ve Çağrı ESER [40], [41] gibi prttip ve fiziksel mdele ait çözümleri zamandan bağımsız halde yapmaya devam ettik. 2. Enerji Denklemi: Sıcak akış çözümlemesinde enerji denklemini çözebilmek için aktif hale getirilmiştir. 3. Viskz mdel: Mdelde türbülanslı akışı çözümliyebilmek için standart k-epsiln mdeli kullanılmıştır. Bu mdel için kullanılan diğer sabit katsayılar FLUENT in içinde yer alan katsayılar alınmıştır. Sğuk akış çözümünde, tplam dört adet süreklilik, mmentum denklemlerinin yanı sıra, k- türbülans mdeli için iki ilave transprt denklemi lmak üzere, tplam altı adet diferansiyel denklem çözülmektedir. Sıcak akış için ise 6 denkleme ek larak bir de enerji denklemi çözülmektedir civarındaki hücrenin her birinde ayrıklaştırılarak lineerleştirilen bu denklemler büyük bir denklem seti luşturmaktadır. 56

76 Şener YILMAZ ın ve Çağrı ESER in yapmış lduğu çalışmada aynı hız prfillerinin yakınsamış snuçları, ikinci derece hassasiyetle çözümde daha kısa sürede elde edilebilmiştir. Bu nedenle ikinci mertebe akış yukarı şeması ile ayrıklaştırma işlemi gerçekleştirilmektedir. Basınç ve hız arasındaki ilişki, SIMPLE algritması ile ele alınmaktadır. Denklem takımının çözümünde, ardışık iki iterasyn arasındaki bağıl hatanın azalmasıyla birlikte çözümler yakınsamaktadır. Her bir denklem için ideal halde sıfır lması gereken bu hata değerlerinin, yakınsama kriterleri adı verilen değerlerin altına düşmesiyle birlikte çözümün yakınsamış lduğu kabul edilmektedir. Bu çalışmada yakınsama kriterleri larak, bütün denklemler için 10-3 değeri alınmaktadır. azaltma katsayıları (Under-relaxatin) başlangıçta en fazla 1 alınmakta ve çözümün yakınsaması için, ileriki aşamalarda azaltılmaktadır. Sğuk akış çözümünde, çalışma şartları için 1 atmsfer basınç, 291 K sıcaklık bu sıcaklığa karşılık gelen kg/m 3 lük hava yğunluğu ve 9,81 m/s 2 lik yerçekimi ivmesi alınmıştır. Sıcak akış çözümünde sınırlar duvar yüzeyi larak alınmış ve bu duvarlardan 2 W/m² lik bir ısı kaybı lduğu varsayılmıştır.hava ısıtıcı ile 299K mertebesine ısıtılmıştır.sğuk akışta lduğu gibi 1 atmsfer basınç ve 9,81 m/s 2 lik yerçekimi ivmesi kullanılmıştır. Çizelge 6.1: Sğuk akış FLUENT çözümünde sınır şartları Bölge adı Açıklama Sınır Ģartı hava-çıkış Egzz Çıkış basıncı hava-giriş Üfleme Hız giriş üst duvar Taban Duvar (adyabatik) alt duvar Tavan Duvar (adyabatik) ön duvar Üflenen kısımdaki duvar Duvar (adyabatik) arka duvar Egzz edilen duvar Duvar (adyabatik) yan duvar Yan duvar Duvar (adyabatik) 57

77 Çizelge 6.2: Sıcak akış FLUENT çözümünde sınır şartları Bölge adı Açıklama Sınır Ģartı hava-çıkış Egzz Çıkış basıncı hava-giriş Üfleme Hız giriş üst duvar Taban Duvar (ısı akısı) alt duvar Tavan Duvar (ısı akısı) ön duvar Üflenen kısımdaki duvar Duvar (ısı akısı) arka duvar Egzz edilen duvar Duvar (ısı akısı) yan duvar Yan duvar Duvar (ısı akısı) 58

78 7. SAYISAL VE DENEYSEL SONUÇLARIN KARġILAġTIRILMASI Bu tez çalışmasında kapalı hacimler içerisindeki hava hareketlerinin ve sıcaklık dağılımlarının belirlenmesinde fiziksel mdel ile yapılan deneylerin yanı sıra fiziksel mdel için CFD yöntemi kullanılarak hem sğuk hem de sıcak akış için snuçlar bulunmuş ve deneysel çalışma ile sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Öte yandan karşılıklı duvarlardan verilip alınan üfleme ve egzzlu kare menfez, yarık tipli menfez ve bizim çalışmamız lan tavandan verilip alınan üfleme ve egzz mantığını içeren kare menfez çalışmasının snuçları karşılaştırılmıştır. Burada, saatteki hava değişim sayısının 4 ve hava üfleme hızının 2,5 m/s alınmasıyla bulunan prttipe eşdeğer fiziksel mdel için 1,44 ± 0.01 m/s hava hızında elde edilen deney snuçlarının CFD çözümleriyle karşılaştırmaları verilmiştir. Hız ölçümleri, Şekil 6.9 da görüldüğü gibi üç düzlem üzerinde alınan a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, c1, c2, c3,c4 ve c5 dğruları byunca döşemeden 25 cm, 40 cm, 60 cm, 80 cm ve 92cm yüksekliklerde yapılmıştır. Burada Kaynak Araştırması kısmında ve Knfr Şartları kısmında verilen bilgileri özetleyerek, kritik yüksekliklerin döşemeden; ayak bileği mesafesi 0,1 m, turan bir insanın byun hizası 1,1 m ve ayakta bulunan bir insanın byun hizası 1,5 m alınmıştır. Ancak turan ve ayakta bulunan insanları beraber ele alınır ve en hassas bölgenin byun hizası lduğunu düşünecek lursak döşemeden 0,75 m ile 1,5 m arasındaki bölgeyi incelemenin daha dğru lacağı snucuna varabiliriz. Bu bölgelerde hava hızı 0,1 m/s ile 0,25 m/s arasında lmalıdır, daha düşük sıcaklıklarda esintisizlik ve bğulma hissi luşacak, daha yüksek hızlar da ise esinti yani hava cereyanı rahatsızlık verecektir, dikey yöndeki sıcaklık farkı ise 2K nin üstünde lmamalıdır. 59

79 7.1 Sğuk AkıĢ Ġçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle KarĢılaĢtırılması İlk yapılan çalışmada rtam sıcaklığındaki havanın deney dası içindeki hız dağılımı incelenmiştir. ġekil 7.1: a1 dğrusundaki hız prfili ġekil 7.2: a2 dğrusundaki hız prfili 60

80 ġekil 7.3: a3 dğrusundaki hız prfili ġekil 7.4: a5 dğrusundaki hız prfili 61

81 ġekil 7.5: a7 dğrusundaki hız prfili Şekil 7.1 ve 7.5 diyagramlarında a serisi ölçüm nktalarından alınan deneysel değerler ve sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Grafik eğrileri bazı nktalarda örtüşmemiş lsa dahi genel karakteristik larak birbirine uyduğu ve değer farklarının ise ldukça küçük lduğu görülmektedir. Hız ölçümü yaptığımız dijital prbun hassasiyetinin ± 0.03m/s lduğu dikkate alınırsa bu farklılıkların dğal lduğu klaylıkla anlaşılabilir. Fiziksel mdel içerisinde ölçüm yapılırken danın kapısı zaman zaman açılıp yükseklik ayarı için prba müdahalede yapılmaktadır ve hava hareketleri tam larak tahmin edemediğimiz kuvvetlere maruz bırakılmaktadır ayrıca hız ölçümleri 1 er dk lık rtalama alınarak yapılmıştır.bu gibi nedenler de eklendiğinde çalışmamızın gayet başarılı lduğu rahatlıkla söylenebilir.üst bölgelerde yani üfleme menfezinin hemen altındaki hız değerleri dğal larak yüksek mertebelerdedir. 62

82 ġekil 7.6: b1 dğrusundaki hız prfili ġekil 7.7: b2 dğrusundaki hız prfili 63

83 ġekil 7.8: b4 dğrusundaki hız prfili ġekil 7.9: c1 dğrusundaki hız prfili 64

84 ġekil 7.10: c5 dğrusundaki hız prfili Sğuk akış için yapılan bu çalışmada Şekil 7.1 ile Şekil 7.10 arasında görüldüğü üzere çk düşük hızlarda ölçüm yapılmıştır. Yapılan deneylerde ve CFD çözümlerinde hız değişim diyagramlarını incelersek, a, b ve c dğruları byunca fiziksel mdelin CFD çözümlerinden elde edilen hız prfilleriyle, deneye ait hız prfillerinin örtüştüğü gözükmektedir. Örtüşmeyen nktalarda da akış karakteristiği nicelik larak benzer fakat nitelik larak farklıdır. Bunun yanında b ve c dğrularında hava hızlarının üfleme menfezine lan mesafesinden dlayı daha düşük çıktığı görülmektedir. Menfezlerden uzak nktalarda hava hareketleri daha dengeli lduğundan sayısal ve deneysel snuçlar arasındaki farkın az lduğu görülmektedir. Yukarıdaki grafiklerin yanında bizim için kritik bölgenin Şekil 7.11 de gösterilen merkezsel düzlem lduğunu söylenebilir. Bu düzlem ve bu düzlemdeki hız vektörlerin dağılımı Şekil 7.12 Şekil 7.13 ve Şekil 7.14 de görülmektedir. 65

85 ġekil 7.11: Merkez düzlem. ġekil 7.12: Merkez düzlemdeki hız knturları 66

86 ġekil 7.13: Merkez düzlemdeki hız knturları ġekil 7.14: Merkez düzlemdeki hız knturları 67

87 Yukarıda analizler bileşke hız vektörü için FLUENT prgramından elde edilmiştir.aşağıda hız vektörünün X bileşeni için elde edilmiş hız knturları Şekil 7.15 de gösterilmiştir.giriş menfezinden hacme dağılan hava X dğrultusunda X yönünde rtalama 1,44 m/s lik büyüklükle mdel daya gönderilmektedir. Sayısal çözümleme yapılırken ise hızın giriş menfezine her yönden 1,44 m/s lik büyüklükte girdiği unutulmamalıdır. Sayısal çözümleme ile deneysel çözümleme arasındaki ufak farklılıklara etki eden parametrelerden biride bu husustur. ġekil 7.15: Merkez düzlemdeki hız knturları Bizim için önemli bölgelerden biride merkez düzlemi X=0,5 m de dik larak kesen kısımdır.bu bölgedeki hızın X bileşenine ait knturlar Şekil 7.16, Şekil 7.17 ve Şekil 7.18 de gösterilmiştir. 68

88 ġekil 7.16: Merkez düzlemi X=0,5 m de dik kesen bölgedeki hız knturları ġekil 7.17: Merkez düzlemdeki X=0,5 m de dik kesen bölgedeki hız knturları 69

89 ġekil 7.18: Merkez düzlemdeki X=0,5 m de dik kesen bölgedeki hız knturları 7.2 Sıcak AkıĢ Ġçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle KarĢılaĢtırılması Sıcak akış çalışmasında, sınır şartları daha önceden belirlendiği şekilde, 1,5 x 1 x 1 m 3 hacmindeki fiziksel mdel için CFD çözümleri ile 1,44 ± 0.01 m/s hava hızında ve 26,2 ºC giriş havası sıcaklığında elde edilen deney snuçları karşılaştırılmıştır. Girişte 26,2 ºC giriş havası sıcaklığını elde etmek için sabit vltajda tutulan bir rezistans kullanılmış lup sabit hızı yakalamak için giriş menfezinin ağzında bulunan debi ayar klapesinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır. Sıcak deneylerin bahar aylarının snunda yapılması öğlene dğru ani sıcaklık değişimlerine maruz kalmamıza neden lmuştur. Hava sıcaklığının istenmeyen değerlerde artması durumunda ise giriş menfezi kanalı içinde bulunan rezistans vltajı düşürülerek 26.2 ºC hava sıcaklığı sabit tutulmaya çalışılmıştır. Tabl 7.1 de CFD çözümünde alınan sınır şartları verilmektedir. 70

90 Tabl 7.1: FLUENT çözümünde sınır şartları Bölge adı Açıklama Sınır Ģartı hava-çıkış Egzz Çıkış basıncı hava-giriş Üfleme Hız giriş üst duvar Taban Duvar (ısı akısı) alt duvar Tavan Duvar (ısı akısı) ön duvar Üflenen kısımdaki duvar Duvar (ısı akısı) arka duvar Egzz edilen duvar Duvar (ısı akısı) yan duvar Yan duvar Duvar (ısı akısı) ġekil 7.19: a1 dğrusundaki sıcaklık prfili 71

91 ġekil 7.20: a4=c3 dğrusundaki sıcaklık prfili ġekil 7.21: a7 dğrusundaki sıcaklık prfili Buraya kadar Şekil 7.19 ile Şekil 7.21 arasında görüldüğü üzere a dğrusundaki ölçüm nktalarından alınan deneysel değerler ve sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Grafik eğrilerin, tüm ölçüm nktalarında, karakteristiğinin uyduğu ve değer farklarının ise ldukça küçük lduğu görülmektedir. Özellikle deney çalışmasında, dış rtam havasının sıcaklığındaki değişimler ve deney dasının izlasyn zrlukları ve benzeri hususlar aradaki ufak farklara neden labilmektedir. 72

92 ġekil 7.22: b1 dğrusundaki sıcaklık prfili ġekil 7.23: b4 dğrusundaki sıcaklık prfili 73

93 ġekil 7.24: b7 dğrusundaki sıcaklık prfili ġekil 7.25: c1 dğrusundaki sıcaklık prfili 74

94 ġekil 7.26: c5 dğrusundaki sıcaklık prfili Sıcak akış için yapılan bu çalışmada snuçlar karşılaştırıldığında Şekil 7.22-Şekil 7.26 arasında görüldüğü üzere sıcaklık değerlerinde belli bir uyum söz knusu lup akış karakteristiği nicelik larak benzerdir ama nitelik larak farklıdır. Bunun nedeni de danın çk iyi bir şekilde yalıtım yapılamaması, deneyde kullanılan sıcaklık ölçüm elemanlarının tlerans değerleri ve fiziksel mdelin ufak lmasından dlayı çevre etkenlerden çabuk etkilenebilmesi labilir. Sıcak ve sğuk akış için deneysel ve sayısal çözümlerin hız prfilleri incelediğinde ise ölçüm çizgilerinde snuçların Şekil 7.27, Şekil 7.28 ve Şekil 7.29 de görüldüğü üzere örtüştüğü gözlemlenmiştir. ġekil 7.27: Sğuk ve sıcak akışa ait a3 dğrusundaki hız prfilleri 75

95 ġekil 7.28: Sğuk ve sıcak akışa ait b1 dğrusundaki hız prfilleri Şekil 7.29 de c3 nktasındaki sıcak ve sğuk akışın sayısal ve deneysel çözümlerinin karşılaştırma diyagramları görülmektedir.c3 nktası aynı zamanda a4 nktasına denk gelmektedir. ġekil 7.29: Sğuk ve sıcak akışa ait a4=c3 dğrusundaki hız prfilleri. 76

96 Merkez düzlemdeki sıcaklık prfili ise Şekil 7.30 deki gibidir. ġekil 7.30: Merkez düzlemdeki sıcaklık dağılımı. Bizim için önemli bölgelerden birinin de merkez düzlemi X=0,5 m de dik larak kesen bölge lduğundan bahsetmiştik bu bölgedeki sıcaklık dağılımını Şekil 7.31 de görebiliriz. ġekil 7.31:. Merkez düzlemi X=0,5 m de dik kesen bölgedeki sıcaklık dağılımı 77