YÜKSEK LĠ SANS TEZĠ Ma k. Müh. ġener YI LMAZ ( )

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠ K ÜNĠ VERSĠ TESĠ FEN BĠ LĠ MLERĠ ENSTĠTÜSÜ HAVALANDI RI LAN KAPALI BĠ R HACĠ MDE HAVA DAĞI LI M KARAKTERĠ STĠ KLERĠ NĠ N TAYĠ NĠ YÜKSEK LĠ SANS TEZĠ Ma k. Müh. ġener YI LMAZ ( ) Tezi n Enstitüye Veril diği Tari h : 27 Aralı k 2004 Tezi n Savunul duğu Tari h : 24 Ocak 2005 Tez DanıĢ manı : Di ğer Jüri Üyel eri Yard. Dç. Dr. Erhan BÖKE Prf. Dr. Taner ÖZKAYNAK (Ġ. T. Ü.) Prf. Dr. Ġs mail TEKE ( Y. T. Ü.) OCAK 2005

2 ÖNS ÖZ Günü müzde i nsanl arı n çğu yaşa ml arı nı n büyük bir kıs mı nı çalış ma rt a mı ve özellikle fis dal arı nda geçir mekt edir. Bu sebepl e, knf rl u bir çalışma rt a mı l uşt urul ması nı n öne mi gün geçti kçe art makt adır. Knf r şartları l uşt urul urken de daya beslenen t aze havanı n mi kt arı ve dağıtım siste mi da i çersi ndeki dağılı mı belirleyen unsurlar larak öne çı kmakt adır. Literat ürde kapalı haci mlerdeki hava hareketlerini n belirlenmesi ne yönelik bir çk çalış ma bul unmakt adır. Bu çalış mal ar; gerçek da byutları nda deneysel, sayısal ve mdel çalış mal arı larak yapıl mıştır. Bu çalış mada, kapalı bir fis hac mi i çersi nde hava dağılı mı çeşitli para metrel er yardı mı yl a i ncelenmi ştir. Bu i ncele mel er he m sayısal çözüm he m de fiziksel mdel üzeri nden el de edilen deney verileri yle yapıl mıştır. Bu ti p bir çalış manı n knu ile ilgilenenl ere faydalı l ması nı diliyrum. Bu t ez çalış ması yla birlikt e kapalı haci ml erde hava dağılı m karakt eristikleri ni n pek çk para metreye bağlı lduğunu ve bu knunun l dukça geniş ve araştırmaya açı k l duğunu öğrendi m. Bu knul arda daha fazla araştır ma yapıl ması nı n ve farklı haci ml er i çi n uygun haval andır ma siste ml eri ni n geliştiril mesi ni n faydalı ve gerekli l duğu i nancı ndayı m. Beni bu knuda çalış maya sevk eden, bil gi ve t ecrübel eri yle bana yl gösteren değerli hca m Sayın Y. Dç. Dr. Er han BÖKE ye t eşekkürl eri mi sunarı m. Deney düzeneği ni n l uşt urul ması nda değerli kat kıları ndan dl ayı Isı Tekni ği Labrat uarı t eknisyenl eri Ni yazi GÜVEN ve Meh met KUMCU ya, destekl eri nden öt ürü S. Cevat TANRI ÖVER şahsı nda t üm Tanrı över Mühendisli k çalışanl arı na ve aile me teşekkür ü brç biliri m. Ocak 2005 Ma k. Müh. Şener YI LMAZ ii

3 Ġ ÇĠ NDEKĠ LER ÖNS ÖZ KI SALT MALAR TABLO LĠ STESĠ ġekġ L LĠSTESĠ SEMBOL LĠ STESĠ ÖZET SUMMARY ii v vi vıı ı ı ıı 1. GĠ RĠ ġ 1 2. LĠ TERATÜR ARAġTI RMASI Hava Jeti Odal arda Hava Akışı 5 3. HAVALANDI RMA SĠSTEMĠ NDE KONFOR ġartlari Haval andır ma Mi kt arları Değerlendir me Yönte ml eri Yet erli şartlar içi n standartlar Hava yayılı mperfr mansı indeksi MODEL ÇALI ġ MASI NI N ESASLARI Mdel İncele mel eri İçi n Para metreler Gemetri k benzerlik Ki ne mati k benzerlik Isıl benzerlik Küçük Öl çekli Mdelleme HAVALANDI RI LAN KAPALI HACMĠ N TANI MI SAYI SAL ÇÖZÜM CFD Yönt e mi ni n Dğr ulanması Ofis Hac mi ni n Ol uştur ul ması Ofis Hac mi ni n CFD Mdellenmesi Mdeller Çözü m yönt e mi Mal ze me özellikleri ve sı nır şartları 34 iii

4 7. DENEYSEL ÇALI ġma Deney Tesisatı Deney Yönt e mi SONUÇLAR ve TARTI ġ MA Mdel ve Prt ti p İçin CFD Çözü ml eri ni n Karşılaştırıl ması Deney Snuçl arı nı n CF D Çözü müyl e Karşılaştırıl ması Düşük hızda yapılan deneyl er Yüksek hızda yapılan deneyl er Aynı Archi medes ( Ar) Sayısı nda Oda İçersi ndeki Hava Dağılı ml arı Üfle me Açı klı ğı Knu munun Hava Dağılı mına Et kisi Sıcak Akışta CFD Çözü ml eri Snuç 61 KAYNAKLAR 63 ÖZGEÇMĠ ġ 64 iv

5 KI SALT MALAR AS HRAE CFD HVAC HYPĠ SI MPLE : American Sciet y f Heati ng Refri gerati n and Ai r Cnditini ng Engi neers : C mput ati nal Fl ui d Dyna mi cs : Heati ng, Ventilating and Air Cnditini ng : Hava Yayılı mperfr mansı İndeksi : Se mi-i mplicit Met hd fr the Pressure Li nked Equati ns v

6 TABLO LĠ STESĠ Sayfa N Tabl Ti cari tesisler içi n (fisler, dükkanl ar, depl ar, teller, spr tesisleri) tavsi ye edilen dış hava mi kt arları Tabl Tavsi ye edilen saatteki hava değişi msayıları Tabl Kapalı hac mi n prt ti p ve fizi ksel mdel byutları (S=3 içi n) Tabl Üfl e me açı klı ğı içi n ele alınan değerler (S=3 içi n) Tabl Yapı ele manl arı nı n ter mfizi ksel özeli kleri Tabl Deneyi yapılan fizi ksel mdel byutları Tabl FLUENT çözümünde sı nır şartları vi

7 ġekġ L LĠSTESĠ ġekil 2. 1 ġekil 2. 2 ġekil 2. 3 ġekil 2. 4 ġekil 3. 1 ġekil 5. 1 ġekil 6. 1 ġekil 6. 2 ġekil 6. 3 ġekil 6. 4 ġekil 6. 5 ġekil 7. 1 ġekil 7. 2 ġekil 7. 3 ġekil 7. 4 ġekil 7. 5 ġekil 7. 6 ġekil 7. 7 ġekil 8. 1 ġekil 8. 2 ġekil 8. 3 ġekil 8. 4 ġekil 8. 5 ġekil 8. 6 ġekil 8. 7 ġekil 8. 8 ġekil 8. 9 ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil : Tahmi ni ve ölçülen hız pr filleri... : Sğuk hava jetini n merkezi nden geçen düşey düzl e mdeki ölçülen ve tahmi ni hız vekt örleri ve knt urları nı n karşılaştırıl ması... : Tahmi ni ve ölçülen hız pr filleri ni n karşılaştırılması... : Kuas ve Başkaya nı n araştırdı kları danı n şe matik görünü mü... : Hava şartlandırıl ması yapıl mış bir rta mda, hava cereyanı na göre hşnut l mayan i nsanl arın yüzdesi... : Kapalı hac me ait temel byutlar... : Mevcut çözüml er ile FLUENT çözümünün karşılaştırıl ması... : Kapalı hac mi n ağ yapısını n perspektif görünüşü... : GAMBI T 2. 0 prgra mı nda tanı ml anan sı nır şartlar... : Fizi ksel mdel de, üfle me açı klı ğı ndan 75 c muzakt a ve z=0 düzl e mi ndeki çizgi üzerindeki hız prfilleri... : Fizi ksel mdel de, üfle me açı klı ğı ndan 100 c muzakt a ve z=0 düzl e mi ndeki çizgi üzerindeki hız prfilleri... : Deney a maçlı kullanılan kapalı haci m... : Aksi yal fanı n görünüşü... : Aksi yal fanı n karakt eristik eğrisi... : Sıcak tel ane m metresi... : m/s hızları için kali brasyn eğrisi... : m/s hızları içi n kali brasyn eğrisi... : Deney hac mi hız ölçüm nkt aları... : z=0 düzle mi nde, üfle me menfezi nden çeşitli uzaklıklarda alınan ör nek çizgiler... : h=15 (45) c miçi n çizgi-5 byunca hız prfilleri... : h=15 (45) c miçi n çizgi-4 byunca hız prfilleri... : h=15 (45) c miçi n çizgi-3 byunca hız prfilleri... : h=15 (45) c miçi n çizgi-2 byunca hız prfilleri... : h=15 (45) c miçi n çizgi-1 byunca hız prfilleri... : h=2 (5) c miçi n çizgi-5 byunca hız prfilleri... : h=2 (5) c miçi n çizgi-4 byunca hız prfilleri... : h=2 (5) c miçi n çizgi-3 byunca hız prfilleri... : h=2 (5) c miçi n çizgi-2 byunca hız prfilleri... : h=2 (5) c miçi n çizgi-1 byunca hız prfilleri... : Deney hac mi ndeki hız öl çümçizgileri... : h=2 c mve b=0 c miçi n çi zgi-2 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=0 c miçi n çi zgi-5 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=0 c miçi n çi zgi-8 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-3 deki hız prfilleri... Sayfa N vii

8 ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil ġekil : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-6 daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-9 daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-1 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-2 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-3 deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi-9 daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi- A daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi- B daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi- D deki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi- G daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=25 c miçin çizgi- H daki hız prfilleri... : h=2 c mve b=0 c miçi n fizi ksel mdel e ait hız vekt örleri... : h=5 c mve b=0 c miçi n pr t ti pe ait hız vekt örleri... : h=9 c mve b=0 c miçi n fizi ksel mdel e ait hız vekt örleri... : h=25 c mve b=0 c miçin prt ti pe ait hız vekt örleri... : h=15 c mve b=0 c miçin fizi ksel mdel e ait hız vekt örleri... : h=45 c mve b=0 c miçin prt ti pe ait hız vekt örleri... : h= 2 c miçi n mdel de üfle me dğrult usunda () hı z knt urları... : h= 9 c miçi n mdel de üfle me dğrult usunda () hı z knt urları... : h= 15 c miçi n mdel de üfle me dğrult usunda () hız knt urları : b=0 c miçi n prt ti p haci miçersi ndeki sıcaklı k dağılı mı... : b=25 c miçi n prt ti p haci miçersi ndeki sıcaklı k dağılı mı... : b=0 c m, h=5 c miçi n prt ti pte hız ve sıcaklı k knt urları... : b=25 c m, h=5 c miçi n prt ti pte hız ve sıcaklı k knt urları... Sayfa N viii

9 SEMBOL LĠ STESĠ Ar : Archi medes sayısı b : Kanal ekseni ni n duvar ekseni ne mesafesi B : Kapalı hac mi n eni C ij : Matris katsayıları C p : Sabit bası nçtaki özgül ısı C : Disi pasyn katsayısı D h : Odanı n hi drli k çapı g : Yerçeki mi ivmesi Gr : Grasshf sayısı h : Kanal üst kenarı nı n da tavanı na mesafesi H : Kapalı hac mi n yüksekliği I u : Türbül ans şi ddeti k : Türbül ansı n ki neti k enerjisi K : Tpl a mısı geçiş katsayısı l : Karışı muzunl uğu L : Kapalı hac mi n byu p : Bası nç Pe : Peclet sayısı r : Yarıçap vekt örü Re : Reynl ds sayısı S : Öl çek fakt örü T : Sıcaklı k, Dönüşüm matrisi T c : Sal nun rtala ma kuru ter m metre sıcaklı ğı T : Havanı n yerel kuru term metre sıcaklı ğı u : Akışkanı n rtala ma hızı u : Akışkanı n çal kantı hızı U : Akışkanı n hızı U r : Eşdeğer da hızı V : Taze hava debisi V : Yerel hava hızı : Karakt eristik uzunl uk, y, z : Kartezyen krdi natlar : Haci msel genl eş me katsayısı : Türbül ansı n disi pasynu : Kıs mi t ürev perat örü ij : Kr necker delta T : Sıcaklı k farkı : Isıl ilet kenli k katsayısı : Ki ne mati k viskzite : Et ki n hava cereyanı sıcaklı ğı : Yğunl uk : Türbül ans viskzitesi i

10 t t : Türbül ans difüzyn katsayısı : Türbül ansı n Prandtl (Sch mi dt) sayısı Ġ NDĠ SLER i : i bileşeni j : j bileşeni m : Fizi ksel mdel : Üfle me tarafı p : Prt ti p r : Referans * : Byutsuz

11 HAVALANDI RI LAN KAPALI BĠ R HACĠ MDE HAVA DAĞI LI M KARAKTERĠ STĠ KLERĠ NĠ N TAYĠ NĠ ÖZET Haval andır ma, kapalı bir haci mdeki havanı n değiştiril mesi işlemi dir. Bir haval andır ma ve i kli ml endir me siste mi ancak t anı ml anmı ş varsayı ml ar altında t al ep edilen iç rta mhavası nı sağl a mak içi n tasarlanır. Kapalı hac mi n haval andır ma mi kt arı, hac mi n kullanı m a macı na göre değişmekt e ve aynı za manda knf r şartları nı da i çer mekt edir. Bu çalış mada; fis hac mi içi n cebri haval andır ma dur umu i ncelenmekt edir. Snl u haci ml er yönt e mi ni n esas alı ndı ğı bir akış analiz pr gra mı kullanıl ması nı n yanı sıra kurul an deney düzeneği yle, kapalı fis hac mi i çi n da i çersinde l uşan hava hareketleri ve sı caklı k dağılı ml arı incelenmekt edir. Gerçek byutlarda deney yap manı n gerek za man gerekse öl çüm zrl uğu açısı ndan yaratacağı dezavant ajlar nedeni yle deney t esisatı gerçek byutları ndaki fis dası nı n öl çek fakt örü l arak 3 alınan bir fizi ksel mdeli l arak kur ul muşt ur. Hava değişi m sayısı 5 alı narak, sıcak tel ane m metresi yle yapılan hı z öl çüml eri, da i çersi nde genel de 0. 1 m/ s ni n altında l uşt uğu i çi n sağlı klı öl çüml er çk kısıtlı al anda yapılabil miştir. Bu nedenle daha yüksek hı zlarda deney yap ma gereği duyulduğu i çi n aynı deneyl er sayısal çözü m il e karşılaştırılabil me açısı ndan üfle me kanalı çı kış hı zı 4. 7 m/ s l acak şekil de t ekrar yapıl mıştır. Sayısal çözüm l arak, deneyi yapılan mdelleri n yanı sıra daha farklı üfle me açı klı ğı knu ml arı ve sı cak üfle me dur umu, FLUENT 6. 1 adlı CFD prgra mı yl a incelenmekt edir. Fi zi ksel benzerlik, eşsıcaklı klı ve eşsıcaklı l mayan da i çersi ndeki hava hareketleri ni n i ncelenmesi nde kullanılan Ar chi medes sayısı nı n eşitliği yle sağlanmı ştır. Birbiri ni n benzeri l an fizi ksel mdel ve pr t ti pe ait belli çizgiler byunca el de edilen hız pr filleri, dada yaşanılan böl ge l arak kabul edilen döşe meden 1. 8 m yüksekli ğe kadar l an mesafede aynı nkt adaki hı zların birbiri yle ört üşt üğü gör ül mekt edir. Ayrıca, aynı Ar sayısı nda da i çersi nde benzer hava dağılı ml arı el de edil miştir. Pr t ti p byutlardaki fis hac mi ni n yapı el e manları belirlenerek, fis duvarları ndan ısı kaybı alı nmı ş ve bu ısı kaybı nı dengel eyecek ısıt ma havası kapalı hac me üflenmi ştir. Çözü m snucunda el de edilen sıcaklı k dağılı ml arı knfr şartları açısı ndan irdelenmi ştir. i

12 DETERMI NI NG AI R DI STRI BUTI ON CHARACTERI STI CS I N A VENTI LATED ROOM SUMMARY Ventilatin is t he displace ment f t he air i n a cl sed space. Ventilatin r aircnditini ng syste m i s desi gned nl y t satisfy desired i ndr space under defi ned predi ctins. Ventilatin quantity f the cl sed space is dependent n t he way it is used and it cnt ai ns t he c mf rt cnditins. The f rced ventilatin f an ffice space was investi gated i n t his st udy. Besi des usi ng a fl w anal ysis pr gra m, whi ch i s based n finite vl ume met hd, t he air and t e mperat ure distributi n i n a cl sed ffice vl ume is investigated by eperiments. Because f measuri ng and ti me-cnsumi ng difficulties, t he eperi ment al sets up were desi gned as a physical mdel by selecti ng the scale fact r as 3. Reli abl e measure ments wit h ht wi re ane m met er cul d nl y be achi eved i n li mited area f r the air change rate as 5 because; t he air vel cities were bel w 0. 1 m/ s i n t he measured part f t he vl ume. Because f t he necessit y f wr ki ng with hi gher vel cities, sa me vel cit y measure ments were carried ut wit h a suppl y peni ng f r an i nlet vel cit y as 4. 7 m/ s. Nu merical mdeli ng f r bt h act ual and scal ed si ze ffice vl ume were made. The ist her mal and nn-ist her mal fl w cases f r t he physical mdel were i nvesti gated by usi ng t he CFD pr gra m na med FLUENT 6. 1, by var yi ng t he l cati n f t he suppl y air peni ng. Nu merical mdeling f r t he eperi ment al cnditins f the physical mdel was als made. Physi cal si milarity was achi eved by t he equality f Ar chi medes nu mber, whi ch was used i n det er mi ni ng t he ist her mal and nn-ist her mal airfl w i n cl sed spaces. It was seen t hat t he air velcit y pr files f physical mdel and pr t t ype thr ugh t he ccupi ed zne, whi ch is descri bed as t he distance f 1. 8 m frm t he fl r, t he vel cities, are strngl y t he sa me at sa me pints. Besi des t hese, t he sa me air distributi n patterns were bt ai ned f r bt h physical mdel and pr t t ype f r t he sa me Archi medes ( Ar) as epectedl y. Heat lsses frmt he select ed walls were calculated fr the gi ven struct ural el e ments and required a munt f heated air was send t the cl sed vl ume. Fi nal temperat ure distributi n was investi gat ed fr the cmf rt cnditins. ii

13 1. GĠ RĠ ġ Haval andır ma, kapalı bir haci mdeki havanı n değiştiril mesi işlemi dir. Bir haval andır ma ve i kli ml endir me siste mi ancak t anı ml anmı ş varsayı ml ar altında t al ep edilen i ç rta m havası nı sağl a mak i çi n t asarlanır. Bu varsayı ml ar el de edilirken, kapalı haci mdeki i nsan sayısı ( m 2 döşe me al anı içi n), i nsanl arı n si gara içi yr veya içmi yr l ması, kapalı haci mdeki ci hazlar, i nsanları n akti viteleri ve el de edilebilir taze hava kalitesi gi bi bilgiler göz önünde bul undur ul ur [1]. Mi ni mu m enerji t üketi miyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesi ne ul aşabil mek i çi n ASHRAE ki şi başı na düşen dış hava mi kt arı nı bir standarda bağl a mı ştır. AS HRAE St andart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yet erli i se, belirtilen mi kt arlarda dış hava söz knusu haci ml ere t emi n ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi el de edilir. Bu dı ş hava mi kt arları kişi başına L/s şekli nde veril mekt edir. Ayrıca, Avr upa t arafı ndan çeşitli haci ml er i çi n saatteki hava değişi m sayısı şekli nde veriler mevcuttur. Ancak söz knusu haval andırma değerleri hal en t artışıl makt a l an değerlerdir. Yet erli haval andır mayı, kaynaktan bağı msı z l arak, her kşul i çi n geçerli genel değerlerle temi n et mek mü mkün değil dir [2]. Haval andır mada genellikl e uygul anan i ki yönt em var dır. Bunl ar yer değiştir meli haval andır ma ve difüzynl a haval andır madır. Knf r haval andır masında t erci h edilen yönt e m difüzynla haval andır madır. Bu yönt e mde, daya üflenen hava, geniş hac me sahi p rta m havası nı et kiler ve bir karışı m l uşur. Snuç l arak, dadan ilerilere gi derken hava akı mı nı n hac mi artar ve aynı za manda hı zı azal maya başlar. Kı sa za manda, hava akımı nı n l uşt urduğu hava hareketleri da i çi ndeki havanı n tama mı nı karıştırır [3]. Haval andır ma siste mi ni n byutlandırıl ması yapılırken knf r açısı ndan göz önünde bul undur ulacak en önemli kriterlerden biri, yaşanılan böl gedeki hava hı zl arı nı n rahatsız edi ci değerlere çıkma ması dır. Bu hı z hava sıcaklı ğı na bağlı l arak 0. 2 ile 0. 3 m/ s arası nda değişir [4]. Bir di ğer knf r şartı ise da i çersi nde di key yöndeki hava sıcaklı ğı farkı dır. İnsanın başı ile ayak bilekl eri arası nda ( t uran bir insan i çi n 1

14 döşe me sevi yesi nden itibaren 1. 1 ve 0. 1 m) dikey yöndeki hava sı caklık farkı nı n art ması, knfrdan me mnun l mayan i nsanl arı n yüzdesi ni arttır makt adır [1]. Oda i çersi ndeki hava hareketleri ni n belirlenmesi, danı n birebir veya küçült ül müş fizi ksel mdelleri içi nde hı z ve sı caklı k öl çüml eri yle yapıl makt adır. Nü meri k çözü ml er de sn zamanl arda yaygı n bir kullanı ma sahi p lsa da mdel çalış mal arı ndan el de edilen deney verileri hal a hava dağıtı m sisteml eri ni n tasarı mı nda en güvenilir kaynak l makt adır [5]. Bu çalış manı n a macı; haval andırılan kapalı bir fis hac mi nde, menfez knu mu ve hava hı zı nı n et kisi ni tespit et mektir. Literat ür çalış mal arı nda kullanılan da byutları na benzer byutlarda bir fis dası tasarlanmı ştır. Üfle me ve egzz menfezleri karşılıklı duvarlarda, üfle me üstte egzz altta l acak şekil de yerleştiril miştir. CFD mdelle meni n daha kl ay lması açısı ndan menfez yeri ne, t a m açı klı klardan üfle me ve egzz yapıl mıştır. Pr tti p da i çi n Böl üm 3 te esasları anl atılan uygun haval andır ma mi kt arı nı n ve daya hava üfle me hı zı nı n seçil mesi yl e byutlar sn hali ne getiril miştir. Gerçek byutlarda deneysel çalış mak he m daha fazla za man gerektireceği i çi n he m de daha fazl a nkt ada öl çüm alı nması nı gerektireceği nden, sistemi n öl çek fakt örünün 3 l arak alı nması yla belirlenen yeni byutlarda bir fizi ksel mdeli l uşt urul muşt ur. Literat ürden el de edilen veriler ışığı nda benzerlik kur ulurken Ar chi medes ( Ar) sayısı nı n eşitliği göz önünde bul undur ul muşt ur. Bu çalış mada, gerçek byuttaki ve küçült ül müş mdel e ait farklı üfle me menfezi knu mu ve farklı hava hı zları ndaki haci ml er ele alı narak yakl aşı k adet hücreye ayrıl makt adır. Daha snra sürekli rejimde çözü ml er el de edil mekt edir. Ayrı ca gerçek byutlarda, bir duvardan ısı kaybedil di ği ni farzederek, bu kaybı karşılayacak sı cak hava daya üflenerek da i çersi ndeki sıcaklı k dağılı mı incelenmekt edir. Deney çalış ması nda ise ge metri k benzerli k il kesi ne göre m 3 ebatları nda l uşt urulan da i çersi ne aksi yal fan yardı mı yl a 1.44 m/ s hı zla t aze hava üflenmi ştir. Sı cak t el ane m metresi ile yapılan hı z öl çüml eri nde, danı n geniş bir kı s mı nda l uşan düşük hı z değerleri snucu hı z öl çüml eri sağlı klı bir şekil de yapıla ma mı ştır. Hava j eti ci varı nda daha yüksek hı zları n bul unması, bu böl gelerde daha i yi hı z öl çüml eri yapmaya i mkan sağl a mı ştır. Farklı bir dur um l arak, da i çersindeki hava 2

15 dağılı mı nı n daha geniş bir böl gede deneysel l arak i ncelenebil mesi i çi n tek e mi şli sal yangz gövdeli bir fan kullanıl mıştır. Bu fan 100 m 3 / h kapasiteye kadar hava debisi ni sağl a makt adır. Fanı n e mi ş kesitine damper yerleştirilerek hava debisi ni n istenilen değeri el de edilmi ştir. Bi rbiri ni n benzeri l an fizi ksel mdel ve pr t tipe ait belli çizgiler byunca el de edilen hı z pr filleri, dada yaşanılan böl ge l arak kabul edilen döşe meden 1. 8 m yüksekli ğe kadar l an mesafede aynı nkt adaki hı zları n birbiri yle ört üşt üğü gör ül mekt edir. Ayrıca, aynı Ar sayısı nda da i çersi nde benzer hava dağılı ml arı el de edil miştir. 3

16 2. LĠ TERATÜR ARAġTI RMASI Sn birkaç yıl i çerisi nde, haval andırılan mekanl arda hava akışı nı n belirlenmesi a macı yla CFD pr gra ml arı nı n geliştiril mesi i çi n büyük bir il gi l uş muşt ur. Bu CFD pr gra ml arı nı n çğu Navier-St kes denkl e ml eri, enerji denkl e mi, kütleni n kr unu mu ve aynı za manda t ürbülans hı z ve derecesi ne ait denkl e ml eri n çözüm esası na dayan makt adır. Bu denkleml eri n 2 ve 3 byutl u l arak çözü mü, bi nalardaki j etleri n yayıl ması ndan, yangı n ve du man yayıl ması na kadar bir çk akış prbl e mi ne uygul anmakt adır [5]. Haval andırılan kapalı mekanl arda hava dağılı m kntrl ünün öne mi ni n art ması yla birlikte bu knuda yapılan çalış mal ar da art mı ştır. Hava j eti ve da i çersi ndeki havanı n dağılı mı nı n belirlenmesi ne dair yapılan literat ür araştır ması nda bu knuyl a il gili l arak ul aşılan gerek deneysel gerekse sayısal öne mli bazı çalış mal ar kısaca aşağı da sunul muşt ur: 2. 1 Hava Jeti Hj ert ger ve Magnussen, kapalı mekan i çersi ndeki t ürbül anslı serbest ve duvar jetleri ni n üç byutl u eşsıcaklı klı (ist her mal) akışları nı hesapl a mak i çi n, m ment um ve i ki t ürbül ans para metresi ne ( k, ) ait t aşı nı m denkl e ml eri ni upwi nd fark yönt e mi ve SI MPLE al grit masını kullanarak çöz müşt ür. İl k dur umda, hava j eti kare bir yarı ktan kare şekli ndeki duvarı n mer kezi nden, byunun yüksekli ği ne ranı üç l an bir kapalı mekana üflenmi ştir. Kapalı hac mi n byutları 0. 1 m 0. 1 m 0. 3 m l up, üfle me açı klı ğı nda akış alanı nı n dörtte birlik kıs mı ebatları nda ve 4 4 gri d nkt aları yla mdellenmi ştir. Üfl e me t arafı ndaki t ürbül ans ki neti k enerjisi (k ), türbül ans hı zı ve denkl em 2. 1 yardı mı yl a hesaplanmı ştır. Bu denkl e mde t ür bül ans şi ddeti (I u ) ile gösterilmekt e l up alt i ndisi üfle me t arafı ndaki değerleri göster mekt edir [5]. 2 2 k 1.5I uu ; Iu u /U (2. 1) 4

17 Yayı nı m ranı ( ) ise denkl e m 2. 2 de uzunl uk öl çeği ni n 0. 1 (açı klı ğın genişli ği) alı nması yla hesapl anmı ştır. Burada l üfle me t arafındaki karışı m uzunl uğunu ve C ise sabit bir değeri (0. 09) göster mekt edir. ε (2. 2) 1.5 Cμk /l Duvar j eti durumunda, yüksekli ği h = H ( burada H kapalı hac mi n yüksekli ği ni belirt mekt e l up mm dir. ) ve genişliği b = 0. 5 H l an yüksek sevi yeli bir duvar ti pi yarı k, L = 3 H byundaki kapalı mekanı n duvarı nı n t a m mer kezi ne yerleştiril miştir. Serbest j et i çi n efektif üfle me hı zı l arak m/ s 4 ( burada Re u d/v ), duvar j et i çi n i se efektif üfle me hı zı l arak 15 m/ s 0 3 (burada Re U h/v 510 ) kullanıl mıştır. Duvar j eti dur umu i çi n kapalı mekandan 0 / H=1 ve 2 dur uml arına ait t ahmi ni hı z pr filleri Şekil 2. 1 de gör ül mekt edir. Buradaki deneysel veriler karşılaştır ma a maçlı l arak Ni elsen i n çalışmal arı ndan alı nmı ştır [5]. Öl çül en Tah mi ni Şekil Tahmi ni ve ölçül en hız prfilleri 2. 2 Odal arda Hava AkıĢı Pat ankar ve Spal di ng tarafı ndan geliştirilen SI MPLE al grit ması nı n da hava hareketleri ne uygul andı ğı kayıtlara geç mi ş en eski uygul a mal arı ndan biri Hj erter ve Ma gnussen i n çalış maları dır. Hj erter ve Magnussen hı z bileşenl eri u, v, ve w i çi n snl u haci ml er yönt e mi ni kullanarak enerji, t ürbülans enerjisi (k) ve t ür bül ans yayı nı m ranı na () ait üç byutl u t aşı nı m denkl eml eri ni çözdül er. Bu çözü mü, 5. 6 m byunda, 2. 9 m genişliğinde ve 2. 4 m yüksekli ğinde l an ve hava j eti 243 mm 35 mm ebatları nda 2. 9 m 2. 4 m li k duvarı n t avan hi zası ndaki di kdört gen açı klı kt an 5

18 yllanı p, t avana yerleştirilen yakı n i ki nkt adan egzz edilen bir dada hı z ve sıcaklı k dağılı ml arı nı n el de edil mesi nde uygul a mı şlardır. Bu çalışmada he m eşsıcaklı klı he m de eşsıcaklı klı l mayan (sğut ma) akışlar i ncelenmi ştir. İki nci dur umda döşe meni n ve uzak duvarı n bir kıs mı ısıtıl mıştır. Şekil 2. 2 de üfl e me açı klı ğı nı n si metri düzl emi nden el de edilen t ahmi ni ve deneysel veriler çi zil miştir. Burada, üflenen hava da sıcaklı ğı nı n 11 K altında, üfle me hı zı m/ s l up bu değerler altında açı klı ğın hi drli k çapı esas alı narak Re sayısı ve Ar ( Archi medes) sayısı l makt adır. Gör ül düğü üzere j eti n t avan ayrılma nkt ası iyi t ahmi n edil miştir fakat j eti n alt kısı ml ara giriş kıs mı ndaki hı zlar öl çül en değerlerden daha yüksek çı kmı ştır. Fakat, eşsıcaklı klı çözüme ait t ahmi ni değerler deneyl erle el de edilen snuçl ara daha yakı n snuçlar ver mi ştir [5]. Isıtılan yüzeyl er Şekil 2. 2 Sğuk hava jetini n mer kezi nden geçen düşey düzl e mdeki ölçül en ve tahmi ni hı z vekt örleri ve knt urları nı n karşılaştırıl ması. (a) öl çüm ve (b) tahmi ni 6

19 Ni elsen, SI MPLE al gritması ve hi bri d sayısal yönt e mi ni i çeren TEACH bil gisayar pr gra mı nı kullanarak hız bileşenl eri, k ve a ait t aşı nı m denkl e ml eri ni iki byutta çöz müşt ür. Bu çalış manın a maçl adı ğı i ki şey vardı. Biri ncisi, haval andırılan kapalı mekanl ardaki i ki byutlu eşsıcaklı klı akışı n t ahmi ni ni sağl ayan sayısal yönt e mi n dğr ul uğunu t ayi n et mek, i ki ncisi ise üç byutlu haval andır ma pr bl eml eri ni i ki byutta ifade edebil mekti mm kare kesitli (yüksekli ği, H ve eni, B aynı değer de l up mm) ve byu bu değeri n üç katı na eşit lan perspeksten yapıl mış kapalı bir haci m l uşt urul muş ve el de edilen t ahmi ni değerler, deneyl er snucu bul unan değerlerle karşılaştırıl mıştır. Hava kapalı hac me 5 mm yüksekli ği nde ve farklı i ki genişlikte l an t avana k mşu bir yarı ktan üflenmi ştir. İki genişlikten biri kapalı mekan genişliği nde, di ğeri ise bu genişliği n yarısıdır. Egzz havası ise uzak duvar da döşe me hi zası nda bul unan duvar genişliği ndeki yarı ktan yapıl mıştır. Hava hı zları Laser Dppl er ane m metresi ile öl çül müşt ür. Re ( Reynl ds) sayısı ila arası nda kullanıl mıştır. Şekil 2. 3 de 2/ 3 L mesafede üfle me yarı ğını n mer kezi byunca - y düzl e mi ndeki hı z pr filleri ni n öl çülen ve hesapl anan değerleri ni n bir karşılaştır ması yapıl mıştır [6]. Şekil 2. 3 Tah mi ni ve öl çülen hı z pr filleri ni n karşılaştırıl ması. - tahmi ni : öl çül en, 7

20 Fi zi ksel mdel de üç byutl u et kilerden dl ayı ters akış böl gel eri nde l uşan farklılıklar dışı nda hı zlar l dukça uygun çı kmı ştır. Ni elsen, ayrıca j et üfleme açısı nı n değişi mi ni n maksi mu m geri dönüş hı zları na et kisi ve yarı k yüksekli ği nin kapalı hac mi n yüksekli ği ne ranı nı n ( h/ H) maksi mum t ers hı zlara et kisi ni bul maya çalış mı ştır. Gür kan KUAS ve Şenl BAŞKAYA nı n yaptı kları çalış mada ise Şekil 2. 4 de gör ülen i çi nde bir i nsan ve nesneleri n bul unduğu bir fis dası i çi ne verilen sğut ma havası nı n, haci m i çi ndeki dl aşı mı sayısal l arak incelenmi ştir. Sürekli şartlardaki üç byutl u kütleni n kr unu mu, t ürbül anslı m ment um, t ürbül anslı enerji, t ürbül ans ki neti k enerjisi ve t ürbül ans ki neti k enerjisini n yayı nı m ranı denkl e ml eri, tanı ml anan sı nır şartlarıyl a birlikte sayısal akışkanl ar di na mi ği ( CFD) kullanılarak çözül müşt ür. Snuçl ar, danı n çeşitli kesitleri nde hı z vekt örleri ve sı caklı k knt urları ile gösteril miştir. Menfez knu ml arı değiştirilerek hava hareketi i ncelen mi ş ve insanı n knf rl u l up lmadı ğı ile nesnel eri n hava hareketi ne et kileri i ncelenmi ştir [7]. Şekil 2. 4 Kuas ve Başkaya nı n araştırdı kları danı n şe mati k görünü mü Müll ejans, Archi medes sayısı nı n hava hareketi ne et kisi ni göster mek i çi n ge metri k l arak benzer üç t ane da l uşt ur muşt ur [ 5]. L, H ve B harfleri sırası yla t est dal arı nı n uzunl uk, yüksekli k ve genişliği ni göster mek üzere; birebir ölçekt e da byut u m m m dir. Di ğer i ki t est dası nı n öl çül eri ise öl çek fakt örünün 3 ve 9 l arak alı nması yla bul unmuşt ur. Üfl e me havası, daya duvarı n üst kıs mı ndan di kdört gen bir açı klı ktan gönderil miştir. Burada, da i çi n denkl em 2. 3a da tanı ml anan Archi medes sayısı kullanıl mıştır. 8

21 gd ΔT h Ar ; (2. 3a) 2 Tm U r 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 büyükl ük danı n hidr li k çapı nı, U r ( m/ s) eşdeğer da hı zı nı, T m ( C) rtala ma da sı caklı ğı nı, T ( C) üfle me havası sıcaklı ğı nı, T w ( C) ise ısıtılan duvar sıcaklı ğı nı göst er mekt edir. Oda içi n Reynl ds sayısı ise denkl e m2. 4 deki gi bi veril mekt edir. DhU r Re (2. 4) v (m 2 /s), havanı n ki ne matik viskzitesi ni belirt mekt edir. Müll ejans ı n deneyl eri nde danı n ısı yükü, yüzeyl erden biri ni n ısıtıl ması şekli nde yapıl makt a ve bu yükü karşılamak üzere duvarın üst t arafı nda bul unan açı klı ktan sğuk hava gönderil mekt edir. Döşe me ve t avanı n ısıtıl ma dur uml arı içi n farklı deneyl er yapıl mıştır. Ol uşt urulan bu üç t est dası ndan el de edilen hı z ölçü ml eri ve du man akış ti pleri nden el de edilen verilere göre, da i çersi nde aynı Ar sayıları nda benzer hava dağılı mı na rastlanmı ştır [5]. Chung ve Hsu nun çalışmal arı nda, i ki giriş i ki çıkış l mak üzere farklı knu ml ar da yerleştirilen yayı cılarda l uşt urul muş farklı haval andır ma yönte ml eri ni n haval andır ma veri ml eri ni araştır mışlardır. Öncelikl e, hava akışı nı ve haval andır ma perfr mansı nı gör mek içi n sayısal si mül asyn yap mı şlardır. Daha snra, da havası nı n dağılı mı ile hava kirleticileri ni n dağılı mı na ait t a m öl çekteki deney düzeneği nden el de edilen veriler, sayısal çözü mü dğr ul a mak i çi n kullanıl mıştır. Deney yönt e mi l arak gaz i zle me yönt e mi kullanıl mıştır. CO 2 mi kt arı nı n azal ması ndan, t est dasındaki hava debisi ve haval andır ma veri mi hesapl anmı ştır. Far klı hava hı zları nı n kullanıl dı ğı eşsıcaklı klı l an bu çalış mada, haval andır ma veri mi ile karakt erize edilen üfle me ve egzz havası dağılı mı belirlenmi ştir. Snuçt a, haval andır ma veri mi ni n, hava değişi m sayısı na kıyasla yayı cı nı n yerleşi minden çk daha fazla et kilenebileceği belirlenmi ştir [8]. 9

22 3. HAVALANDI RMA SĠSTEMĠ NDE KONFOR ġartlari Bu böl ümde çeşitli haciml er i çi n gerekli haval andır ma mi kt arları nı n belirlenmesi ve bu haci ml eri n haval andırıl ması sırası nda göz önünde bul undur ul an knf r şartları el e alı nmı ştır Haval andı r ma Mi ktarl arı Bi n dkuz yüzl ü yılları n başı ndan rtaları na kadar bi nalardaki haval andırma mi kt arı standardı her bir bi na saki ni i çi n 7 L/ s i ken, 1973 deki petrl a mbar gsunun snucu enerji t asarrufu kaygısı yla haval andır ma mi kt arını n kişi başı na L/ s ye kadar düşt üğü gör ül mekt edir. Çğu dur umda L/ s ye düşen bu dış hava mi kt arı nı n, he m knf r he m de sağlı k şartları nı karşıla makt a yet ersiz kal dı ğı görül müşt ür. Yet ersiz haval andır ma; ısıt ma, sğut ma ve haval andır ma siste ml eri nin veri msi z çalış ması nı n da bir snucu l arak karşı mı za çıkabilir. Eğer bir bi nanın HVAC siste mi havayı i nsanl ara efektif bir şekil de dağıtamı yrsa bu hasta bi na sendr munda öne mli bir et ken l arak karşı mı za çı kabilir. Mi ni mu m enerji t üketimi yl e kabul edilebilir bir i ç hava kalitesi ne ul aşabil mek i çi n ASHRAE ki şi başı na düşen dı ş hava mi kt arı nı bir standarda bağl a mı ştır [2]. ASHRAE St andart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yet erli ise, Tabl 3. 1 de gösterilen mi kt arlarda dış hava söz knusu haci ml ere t e mi n ediliyrsa, istenilen i ç hava kalitesi el de edilir. Tabl 3. 1 de dış hava mi kt arları kişi başı na L/s veya al an başı na L/ s. m 2 veril mi ştir. Ancak söz knusu haval andır ma değerleri hal a tartışıl makt a l an değerlerdir. Yet erli haval andırmayı, kaynakt an bağı msız l arak, her kşul i çi n geçerli genel değerlerle t e mi n etmek mü mkün değil dir. Bel ki de haval andır ma mi kt arları, aynı ısı kaybı ve kazancı hesapl arı nda yapıl dı ğı gi bi, her bi na i çi n kaynak t anı mı na bağlı l arak hesapl anmalı dır. Böyl e bir hesap yönt e mi, kaynak t anı ml arı yapılamadı ğı ve zararlı düzeyleri belirlene medi ği i çi n günü müzde verileme mekt edir [2, 9]. 10

23 Tabl 3. 1 Ti cari tesisler içi n (fisler, dükkanl ar, depl ar, teller, spr tesisleri) tavsi ye edilen dış hava miktarları [2] Uygul a ma Kur u te mi zle me, ça maşırhane Ti cari ça maşırhane Ti cari kuru te mi zleyici Dep Jet nl u ça maşırhane Jet nl u kuru te mi zle me Yi yecek ve içecek hiz meti Lkanta Kafeterya, fast fd Bar, kkteyl sal nu Hesapl anan Mi ni mu m Dı ş Hava İhtiyacı İnsan sayısı L/ s kişi L/ s m 2 Açı kla mal ar ( Kişi/100 m 2 ) Kur u te mi zle me işleml eri daha fazla hava gerektirebilir İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. Mutfaklar (pişir me) 20 8 Davl umbaz egzzu, besle me havası için daha fazla havalandır ma havası gerekebilir. Dış havanı n ve k mşu alanlardan alınan kabul edilebilir kalitedeki havanı n tpla m7. 5 L/s m 2 değeri nden az l mayacak bir egzz mi ktarına yeterli l malı dır. Garajlar, tamirhaneler Servis istasynl arı Kapalı garajlar Ot mbil tamirhaneleri Alışveriş merkezleri satış katları ve shwr m katları Bdr u mve ze mi n Üst katlar Dep daları Syun ma daları Yür ü me alanları ( mller) Yükl e me ve kabul alanları Depl ar Si gara daları Özel dükkanl ar Ber ber Güzellik sal nları Zayıfla ma sal nu Çi çekçi Mbil ya gi yi m Hı rdavat, ilaç Süper mar ket Hayvanat Spr ve eğlence Seyir sal nları Oyun sal nları İnsanlar arası ndaki dağıtı mçalış ma yerleri ve çalışan maki naların yğunl uğu di kkate alınmalı dır. Mt rların çalıştığı standlar, mt r egzzunu dışarı zrla mış larak atan sisteml eri içer meli dir. Ki rletici sensörleri havalandır manı n kntrl ü a macı ile kullanılabilir. Nr mal larak transfer havası ile beslenir ve yerel egzz yapılır. Resirkülasyn tavsi ye edil mez. Bit ki büyü mesi ni en iyi sağlayan hava mi ktarı, havalandır ma ihtiyacı nı belirler. Oyun alanlarını n bakı mı için içten yan malı mt rl u araçlar kullanılıyrsa havalandır ma mi kt arı arttırıl malı dır. Buz pisti (yun alanları) Yüz me havuzları Oyun katları Di sk ve bal sal nları B wli ng sal nları Ne m kntrl ü içi n daha yüksek değerler gerekebilir. 11

24 Tabl 3. 1 ( Deva m) Ti cari t esisler i çi n ( fisler, dükkanl ar, depl ar, teller, spr tesisleri) tavsi ye edilen dış hava mi kt arları [2] Uygul a ma Ot eller, mt eller, di nlenme yerleri, yurtlar Yat ak daları Ot ur ma daları Banyl ar Lbiler Knferans sal nları Tpl antı sal nları Yurt uyu ma alanları Ku mar sal nları Ofisler Ofis alanları Kabul alanları Haberleş me mer kezleri Knferans sal nları Hal ka açı k alanlar Hesapl anan Mi ni mu m Dı ş Hava İhtiyacı İnsan sayısı L/ s kişi L/ s m 2 Açı kla mal ar ( Kişi/100 m 2 ) L/ s da Odal arı n byutlarından bağı msı z larak. Kesi kli kullanı miçi n tesis edilen kapasite Yi yecek ve içecek hiz metler, alışveriş, berber ve güzellik sal nları kısı ml arı na da bakılır. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. Bazı fis cihazları yerel egzz gerektirebilir. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir Kri drlar Genel tuvaletler Syun ma daları Hi ç geri dönüşsüz mekani k egzz tavsi ye edilir. Si gara daları Nr mal larak transfer havası ile beslenir. Geri dönüş (resirkülasyn) tavsi ye edil mez. Asansörler 5. 0 Nr mal larak transfer havası ile (kmş u haci ml erden gelen) beslenir. Ti yatrlar Bilet gişeleri Lbiler Sal n Sahne ve stüdylar Taşı macılık Bekl e me sal nları Pl atfr ml ar Taşıtlar İşyerleri El işleme 10 8 Ft ğraf stüdysu Karanlık da Eczane Banka Ft kpi ve baskı Özel sahne efektlerini karşılamak üzere özel havalandır ma gerekecektir. Taşıtlardaki havalandır ma özel larak ele alınmalı dır. -23 Cile +10 Carası nda tut ulan haci ml er eğer sürekli insan bul unmuyrsa bu şartların kapsa mı na gir mez. K mşu haci ml erden havalandır maya müsaade edilir. Sğuk dalara giriş çıkış yapılıyrsa meydana gelen enfiltrasyn yeterli havalandır mayı sağlar Buraya tesis edilecek ci haz zrlanmı ş egzz ve arzu edil meyen kirleticilerin kntrl ü özellikleri ni sağla malı. Buradan hareketle sn yıllarda gelişen t ekni klerden biri t alep kntrll ü haval andır madır. Bu siste mde hava kalite sensöründen veya CO 2 sensör ünden ku manda al an bir havalandır ma siste mi i hti yaç l duğunda ve t alep edil di ği nde 12

25 devreye gir mekt edir. Özellikle kafe, bar gi bi yğun haval andır ma gereken ve büyük haval andır ma enerjisi t üketi mi l an yerlerde bu siste m gi derek yaygı nlaş makt adı r [2]. Bi r hac me gönderilecek veya çekilecek hava mi kt arı kirleticileri n veya kkunun yğunl uğuna bağlı dır. Endüstri yel ve ticari uygul a mal arda üretilen ısı ve pr sese bağlı l arak ilave artırım f akt örleri gereksi nebilir. Saatteki hava değişim sayısı, bir daya beslenecek t aze hava mi kt arı nı n hesapl anması nda öne mli bir fakt ördür. Tabl 3. 2 de Avr upa t arafı ndan t avsi ye edilen hava değişi m sayıları veril miştir. Bu değerler DI N 1976 T. 2 üzeri nde çalışan yerel t riteler t arafı ndan t eklif edilmi ştir. Bu hesapl arda kişi başı na hava i hti yacı m 3 / h arası nda bir değer l arak göz önüne alı nmı ştır [2]. Tabl 3. 2 Tavsi ye edilen saatteki hava değişi msayıları [2] Odanı n özellikleri Saatteki hava değişi m sayısı Tavsi ye edilen havalandır ma yönt e mi Odanı n özellikleri Saatteki hava değişi m sayısı Tavsi ye edilen havalandır ma yönt e mi Tpl antı sal nları Odit ryu ml ar Pasta, fırın Banyl ar dmesti k Banyl ar genel Güzellik sal nları Kafeler Ku mar haneler Si ne mal ar Vesti yer Knferans sal nları Syun ma daları Byahaneler Mt r daları Dökü mhaneler Garajlar Ji mnasti k sal nları Kuaf örler Hast aneler, hasta daları Hast aneler, Ameli yat haneler Egzz Egzz ve besle me Egzz Egzz Ön ısıtıl mış hava besle me Egzz ve besle me Egzz Egzz ve besle me Egzz ve besle me Egzz Egzz ve besle me Egzz Al ev geçir mez, asite dayanı klı Egzz, ısıyı hesapla Egzz, ısıyı hesapla Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz, besle me filtre tipi ni kntrl et Mutfaklar, dmestik Mutfaklar, ticari Labrat uvarlar Ça maşırhaneler Küt üphaneler Asansörler Asansör maki ne dası Ma ki ne daireleri Ofisler Lkantalar Tuvaletler, dmesti k Tuvaletler, genel Dershaneler Dükkanlar Duşl ar Süper mar ketler Yüz me havuzları Ti yatrlar Kaynak at öl yeleri Egzz Egzz, eki pmanı kntrl et Egzz, asit dirençli filtre tipi Egzz Egzz ve besle me Egzz Egzz, ısıyı hesapla Egzz, ısıyı hesapla Egzz ve besle me Egzz ve besle me Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz ve besle me Znl a mayı kntrl et Egzz ve ısıtıl mış besle me, ne mi kntrl et Egzz ve besle me Zrlanmı ş egzz eki pmanı kntrl et 13

26 3. 2 Değerl endi r me Yönte ml eri Yeterli Ģartl ar içi n standartl ar Hava ile ısıt ma, haval andır ma ve i kli ml endir me siste mi ndeki hava yayılı mı nı n a macı, şartlandırıl mış sal nda döşe me sevi yesini n yakl aşı k 1. 8 m üzeri ndeki kısı mda, sal nda kullanılan böl ge i çi ndeki sıcaklık, ne m ve hava hareketini n uygun bir bileşi mi ni l uşt ur maktır. Bu böl ge i çi nde knfr şartları nı n el de edilebil mesi i çi n, kabul edilebilir hava cereyanı sıcaklı ğı i çi n standart sı nırlar veril miştir [10]. Hava cereyanı sıcaklı ğı, hava sıcaklı ğı nı n, hareketi ni n ve bağıl ne mi ni n i nsan vücuduna fizyl ji k et kileri ni n bir bileşi mi ni n yardımı ile t anı ml anır. Kabul edilen standartlardan farklılıklar, bu haci ml erde bul unan i nsanl arı n knfrları nı n bzul ması na neden l ur. Haci mde ünifr m şartları n eksi kli ği veya hacmi n belirli böl ümünde bu şartları n aşırı değişi mi, knf run bzul ması na neden l an di ğer dur uml ardır. (1) sal nun hava sı caklı ğı nı n aşırı değişi ml eri (yatay, düşey veya her ikisi de), (2) aşırı hava cereyanl arı, (3) değişi k yerlerdeki yük i hti yaçları na göre havanı n t aşı nma ve dağıtıl ması srunl arı, (4) veya da sı caklı ğı nı n çk hı zlı değişi ml eri, knfrdaki bu t ür bzul mal arı rtaya çı karır. Kest el ve Tuve ( 1955) ile Rei nmann ve ar kadaşları (1959), hava hareketi ni n knf ra et kisi ni i ncele mi ş ve ne m il e ısı ışı nı mı nın et kileri ni sabit kabul ederek, hava cereyanı nı he m hava hareketi he m de hava sı caklığı ndan dl ayı vücudun herhangi bir yeri nde böl gesel l arak hissedilen seri nli k veya ılıklı k l arak t anı ml a mı şlardır. Hava cereyanı ılıklı ğı veya serinli ği, sal n rtası nda 24 C değeri ndeki kur u ter m metre sıcaklı ğı nı n, döşe meden 750 mm yukarı da ve havanı n m/ s hı zla hareket etti ği dur uml arı n sağl andı ğı, kntrll ü da şartlarını n yukarısı nda veya aşağısı nda öl çülerek belirlenmi ştir [10]. et ki n hava cereyanı sıcaklı ğı ile t urul an böl geni n herhangi bir nkt asındaki ve kntrl şartındaki farkı belirt mek i çi n, Rydberg ve Nr back t arafı ndan önerilen ve Kest el ve Tune un çalışması ndan (1955) Straub tarafı ndan değiştirilen θ T T 8 V 0.15 (3. 1) c denkl e mkullanılır. Bu denkl e mde, T = havanı n yerel kuru ter m metre sıcaklı ğı, C 14

27 T c = sal nun rtala ma kuru ter m metre sıcaklı ğı, C V = yerel hava hızı, m/s anl a ml arı ndadır. Denkl e m 3. 1, hava hareketi nden dl ayı l uşan serinlik hissi ni göz önüne alır ve Şekil 3. 1 deki nötr çi zgi yi luşt urur. Yaz mevsi mi nde, havanı n yerel kur u t er m metre sıcaklı ğı T, kntrl sıcaklı ğı nı n altındadır. Bundan dl ayı, he m sı caklı k he m de hı z, V hı zı nı n m/ s değeri nden büyük l ması hali nde eksi işaretlidir ve seri nli k hissi ni arttırırlar. Şayet kış mevsi mi nde, T sı caklı ğı kntrl sıcaklı ğı nın üzeri nde l ursa, m/ s değeri nin üzeri ndeki her hava hı zı, T t arafı ndan l uşt urulan sı caklı k hissi ni azaltır. Bu nedenle nkt ası ndaki et ki n hava cereyanı sıcaklı ğı ile kntrl nkt ası arası ndaki fark, kış mevsi mi nde çğunl ukla sıfır l abilirken, yaz mevsi mi nde sıfır değil dir [10]. Hugen ve ar kadaşları (1938), bir rta mda belirli bir hava cereyanı şartına karşı gel en, bu rta mda bul unan i nsanl arı n hşnut l ma mal arı yüzdel eri ne ait verileri sunmuşl ardır. Bu veriler, Şekil 3. 1 de Kestel ve Tuve ( 1955) t arafı ndan kullanılan şekli yle veril miştir. Verilerde gör ül düğü gi bi, bir kişi ayak bileği sevi yesinde byun sevi yesi ne göre daha yüksek hı zlara ve daha düşük sı caklı klara dayanabil mekt edir. Bundan dl ayı, böl gede döşe me sevi yesi nden ila 1. 5 m yüksekli ğe kadar l an şartlar, döşe me sevi yesi ne daha yakı n lan şartlardan daha kritiktir [10]. Genellikle m/ s değeri ni n altındaki sal n hava hı zları t erci h edilir; ancak Şekil 3. 1 de gösterildi ği gi bi sal ndaki bazı i nsanl ar tarafı ndan daha yüksek hı zl ar da kabul edilebilir. ASHRAE St andart , yüksek hava sıcaklı kları nda, yüksek hava hı zları nı öner mektedir m/ s değeri ni n altı ndaki hava hı zları çğunl ukl a seçil me mesi ne rağmen, knf r içi n en düşük bir hava hızı öneril mez [10]. Şekil 3. 1 de gör ül düğü gi bi sal nda bul unan i nsanları n %20 ye yakı n kıs mı ayak bileği-t ur ma sevi yesi nde, 2 C bir sıcaklı k gradyanı nı kabul et mezl er. Isıtma hali nde köt ü bir şekil de t asarlanmı ş veya çalıştırılan siste ml er bu dur umu yaratırlar, bu da siste ml eri n dğru seçi mi ni n ve çalış ması nı n öne mini vurgul ar. 15

28 Şekil 3. 1 Hava şartlandırıl ması yapıl mış bir rta mda, hava cereyanı na göre hşnut l mayan i nsanl arı n yüzdesi [10] Hava yayılı mperfr mansı i ndeksi Denkl e m 3. 1 de belirtildiği gi bi, i nsanl arı n büyük bir yüzdesi, et ki n hava cereyan sıcaklı ğı nı n, ve 1 C arası nda, hava hı zı nı n m/ s değeri nden az l duğu fis haci ml eri nde kendileri ni knf rl u hissederler. Ofis i çersi nde i nsanl arı n bul unduğu böl gelerde hava hı zı ve sıcaklı ğı birçk kere öl çülmüş ise bu dur umda, HYPİ değeri et ki n hava cereyan sı caklı ğı ve hı zı nı n daha önce belirl enmi ş değerl ere uyu m gösteren öl ç mel eri n l duğu yerleri n yüzdesi larak t anı ml anır. HYPİ en büyük değerde ( %100 değeri nde) ise, arzu edilen şarta ulaşıl mıştır [10]. HYPİ, sadece hava hı zı ile rtala ma sal n sı caklı ğı ndan yerel sıcaklık farkı nı n bileşi mi l an et ki n cereyan sı caklı ğı na bağlı lup; kur u t er m metre sı caklı ğı na ve 16

29 bağıl ne me dğr udan bağlı değil dir. Bu ve ör nek l arak rtala ma ışı ma sıcaklı ğı gi bi benzer et kiler, ASHRAE önerileri ne göre ayrı ayrı göz önüne alı nmalı dır. HYPİ seri nlet me şekli kşulları nı n bir öl çüsüdür. Isıt ma kşulları ise ASHRAE St andart kılavuzu veya ISO St andart kullanılarak değerlendirilir. Havayı yayan çeşitli cihazl ar i çi n seri nlet me böl gesi t asarı m kriterleri, HYPİ ve knf ru maksi mu m yaparlar. Bu kriterlerde aynı za manda hava debisi, çı kış ağzı büyükl üğü, üretici t asarım kalitesi ve t asarlanan sal nun byutları da göz önüne alı nır [10]. 17

30 4. MODEL ÇALI ġ MASI NI N ESASLARI Fi zi ksel benzerlik, geniş uygul a ma al anı l an bir kavra mdır. Bu kavra m yardı mı ile a maçl anan, herhangi bir dur umdaki fizi ksel büyükl ükl eri başka bir dur umdaki fizi ksel büyükl ükl erle karşılaştırabil mektir [11]. Kapalı mekanl ardaki hava hareketleri ni n t ahmi ni genel de ön t asarı m değerlendir mesi içi n l abrat uar rta mı nda bi naya ait fizi ksel mdeli n veya t asarım s nrası değerlendir meyi a maçl ayan gerçek byutlardaki fizi ksel mdeli n hava hı zı ve sıcaklı k öl çüml eri ne dayanmakt adır. Sayısal yönte ml er gün geçti kçe daha geniş bir kullanı m al anı na sahi p l ması na karşı n bi naları n mdel çalış mal arı ndan elde edilen deneysel veriler hal en bi na i çersi ndeki hava dağılı m siste mi ni n t asarımı nda en güvenilir kaynak l maktadır [5]. Bir mdel çalış ması eğer düzgün bir şekil de yür üt ül müşse aşağı daki bilgileri sağla ması gerekir: gerekli üfle me havası mikt arı, üfle me ve egzz menfezini n da içersi ndeki en uygun knu mu, da içi n en i yi menfez tipi, da içersi ndeki hava akış düzeni, hava hızları, türbül ans şiddetleri ve hava sıcaklı kları nı n bul unul an böl gedeki dağılı mı Mdel Ġncele mel eri Ġçi n Para metreler Fi zi ksel bir mdel i çeren deneysel i ncele meyi yür üt meye başla madan önce, incelenecek dur uml a il gili te mel benzerlik kuralları nı n sapt anması ve uygul anması esastır. Pr bl e mi n fizi ğiyl e il gili l an benzerliğin ana kanunl arı ndan en ufak bir sapma mdel den el de edilen snuçl arı n öne mi ni azaltabilir [5]. Szücs, siste ml eri n davranışı ndaki benzerliği şöyl e t anı ml a makt adır: eğer herhangi i ki siste mi n karşılıklı karakt eristikleri birebir temsil edilebiliyrsa bu i ki siste mbenzerdir. 18

31 Kapalı mekanl arda hava j eti ni n eşsıcaklı klı lmayan t ürbül anslı yayı nı mı na dair çalış mal arda ge metri k, ki ne mati k ve ısıl benzerlik l mak üzere üç t e mel benzerli k kriteri mevcutt ur Ge metri k benzerli k Bi r şekli n herhangi bir parçası, başka bir şekil de bu nkt aya karşılık gel en nkt ayl a birebir eşlenebiliyrsa bu i ki şekil ge metri k l arak benzerdir denir. Bir şekil üzeri ndeki P nkt ası nın knu munu belirleyen yarıçap vekt örü, r lsun. Dönüşt ürül müş şekil deki P nkt ası na ait yarıçap vekt örü (r ), Denkl em 4. 1 deki şekil de verilebilir [5]. r Tr (4. 1) burada T, dönüşüm matrisi l up genel larak aşağıdaki gi bi ifade edilir. C11 C12 C13 T C21 C22 C23 (4. 2) C 31 C32 C33 burada C ij matris katsayıları nı göster mekt edir. (i = 1, 2, 3 ve j = 1, 2, 3) Gerçek gemetri k benzerlik ancak dönüşüm matrisi ni n köşegen matris l ması yla sağlanabilir. C C C T C C C (4. 3) C C C burada C matris katsayısı öl çekl endir me fakt örü l up, y ve z yönl eri i çi n aynı değerdedir. Oda i çersi ndeki hava hareketleri nin mdellenmesi nde pr ttipe ait uzunl uk byutları nr malde 1 veya 1 den daha küçük bir öl çekl endir me katsayısı ile küçült ül ür. Özellikle, üfle me ve egzz kısı ml arı ndaki ci hazlar aynı katsayı ile küçült ül meli dir. Belirli bir prt ti p sistem ve buna t ekabül eden mdel siste m arası nda ge metri k benzerlik l ması gerektiği aşi kardır. Ancak, müke mmel bir gemetri k benzerli k sağlanması kl ay değil dir. Mdeli n, prt ti pe şekil l arak benze mesi nin yanı nda yüzey pür üzl ül üğünün de ge metri k benzerlik i çinde l ması gerekir. Şayet, mdel 19

32 yüzeyi pr t ti pi nki nden daha pür üzsüz yapılamı yrsa, mdel e, öl çek f akt örüne uygun larak bir pürüzl ülük veril mesi zaten söz knusu l makt an çı kmakt adır [11] Ki ne mati k benzerli k Ki ne mati k benzerlik, ge metri k l arak benzer lan mdel ve pr t ti pi n birbiri ne karşılık gel en akışkan hı zları ve i vmel eri ni n ranl arı birbiri ne eşit l duğunda başarıl mı ş l ur. Akı şkan hareketi ki ne mati k l arak benzer l duğunda, akı m çi zgileri ni n l uşt urduğu şekiller ( benzer za manl arda ) benzer l acaktır. Ci si m ci darı da bir akı m çi zgisi l duğundan ki ne mati k l arak benzer akışlar ancak ge metri k l arak benzer şekiller etrafı nda yer al abilir. Yani ki ne mati k benzerlik aynı za manda ge metri k benzerlik l duğu anl a mı na gelir. Ancak, ge metri k benzerlik l ması, ki ne mati k l arak benzer akışı n l ması nı garantilemez [ 11]. Ki ne mati k benzerli k akışkana hareketi ni kazandıran t üm kuvvetleri n ranl arı nı n eşit l ması nı gerektirir. Her hangi bir kapalı mekandaki akış, akışkan üzerine et ki yen t pl a m at alet, sürt ünme, bası nç ve kal dır ma kuvvetleri ile ifade edilen Navi er- St kes denkl e mi ile t arif edil di ği i çi n, di na mi k ve ki ne mati k benzerlik şartları nı n belirlenmesi nde bu denkl e mi n byutsuz hale getiril mesi gerekmektedir [5]. Sürekli, sı kıştırıla maz ve türbül anslı akış i çi n Navi er- St kes denkl e mi, Denkl e m 4. 4 deki şekil de veril mekt edir. j p p ρu U ρu u g ρ ρ i j i j i j i r (4. 4) Burada U i ve u i değerleri sırası yla i yönündeki rtal a ma ve çal kantı hı z bileşenleri ni, p bası ncı, akışkanı n yğunl uğunu, r referans bir yğunl uk değeri ni ve g i ise yerçeki mi i vmesi ni göster mekt edir. Bussi nesq Eddy viskzite genel kavra mı uygul andı ğı nda, Denkl em 4. 4 ün sağ t arafı ndaki Reynl ds gerili m t eri mi Denkl e m 4. 5 deki hali ni alır. ρu i u j U U 2 i j μ t ρkδij (4. 5) j i 3 burada, t t ürbül ans viskzitesi ni, k ise aşağı daki şekil de verilen t ürbül ans ki neti k enerjiyi göster mekt edir. 20

33 21 0.5u i u j k (4. 6) Kr necker delta ise δ ij şeklindedir. Denkl e m 4. 5 i denkl e m 4. 4 te yeri ne kyup, i ρ r ρ g yeri ne T r gβ yazılarak Denkl e m4. 7 el de edilir. ΔT gβ ρkδ 3 2 U U μ p p ρu U r ij i j j i t j i j i j (4. 7) burada T r 1 β l up haci msel genl eş me katsayısı nı, ) T T ΔT( r ise referans sıcaklı k T r ile herhangi bir nkt adaki sıcaklık arası ndaki farkı göster mekt edir. Denkl e m 4. 7 deki değişkenl er birbirleri ne karşılık gel en, U,, T ve p referans değerleri ne bölünerek byutsuz hal e getirilebilir. ( * ) işareti byutsuz değişkenl eri göster mek üzere, Denkl e m4. 8 aşağı daki şekil de el de edilir. i j j i t 2 j 2 j i j 2 U U μ U ρ μ U ρ p U ρ U U ρ U ρ ΔT ΔT βρ g δ k ρ 3 2 i ij (4. 8) burada, T ΔT T ve T T ΔT şekli ndedir. Denkl e m4. 8 in her iki tarafı 2 U ρ teri mi ne böl ünürse denkl e m4. 9 el de edilir. ij i j j i t j j i j δ k ρ 3 2 U U μ U ρ μ p U U ρ ΔT U ΔT β g 2 i (4. 9)

34 Denkl e m 4. 9, byutsuz değişkenl ere ek l arak denkl e mi n sağ t arafı nda i ki t ane byutsuz para metreyi içer mekt edir. İl k para metre, atalet kuvvetleri nin vi skz kuvvetleri ne ranı lan Reynl ds sayısı na karşılık gel mekt edir. ρ Re (4. 10) μ U Denkl e m 4. 9 daki i ki nci para metre ise kal dır ma kuvvetleri ni n at alet kuvvetlere ranı ile belirtilen Archi medes sayısı l up aşağı daki şekilde ifade edil mekt edir: ΔT Ar gβ (4. 11) U 2 Byutsuz Navi er-st kes denkl e mi ni n çözümü açı k bir şekil de gör ül düğü gi bi Re ve Ar değerleri ne bağlıdır ve ki ne mati k benzerliği n sağl anması i çi n bu i ki değeri n mdel ve prt ti p içi n aynı l ması lazı mdır Isıl benzerli k Isıl benzerliği n sağl anması i çi n mdel de herhangi i ki nkt a arası ndaki sı caklı k farkı nı n, buna karşılık gel en pr t ti p nkt aları ndaki sıcaklı k farkı na ranı sabit bir değer l malı dır [5]. Ge metri k ve ki ne mati k benzerliği n yanı nda, ısıl benzerli k şartını n sağl anması i çi n ısı geçişi ni n üç çeşi di lan ileti m, t aşı nı m ve ışını m ile ısı geçişleri mdel ve pr t tip i çi n benzer değerler l malı dır. Havaya ışı nı mla l an ı sı geçişi ihmal edilirse, za man rtala ma enerji denkl emi şu hale gelir: j ρu T ρu T j i i (4. 12) türbül ans ısı akısı teri mi aşağı daki gi bi yazılabilir: T ρu it Γ t (4. 13) i burada μ t Γ t t ürbül ans difüzyn katsayısı nı ve t ζ t sayısı nı göster mekt e l up, Denkl e m4. 12 şu hale dönüşür: ζ t ürbülansı n Prandtl ( Schmi dt) 22

35 23 i t i j i T Γ ρu T (4. 14) bu denkl e mi byutsuz halde yazacak l ursak; i t i 2 j j T Γ ζ T μ T U ρ T U ρ (4. 15) p C ve λ sırası yla sabit bası nçt aki özgül ısı ve ısıl ilet kenli k katsayısı nı vermek üzere, ζ yeri ne p λ C μ knul up denkl e m t ekrar düzenl enirse Denkl e m el de edilir. i t i p j j T Γ U ρ C λ T U ρ (4. 16) denkl e mi n sağ t arafı ndaki byutsuz para metre Pecl et sayısı na ( Pe) karşılı k gel mekt edir. p /λ U ρ C Pe şekli nde yazıl makt adır. Snuç l arak mdel ile prt ti p arası nda ısıl benzerlik kur ulabil mesi i çi n Pe sayıları eşit l malı dır Küçük Öl çekli Mdelle me Mdel ve pr t ti p i çi n hava akışı ile ısı transferini n t a m bir benzerliği ni l uşt ur mak içi n aşağı daki şartlar gerekli dir. Mdel ve pr t ti p i çi n Re sayısı nı n eşitliği il kesi ni uygul ayacak l ursak, Denkl e m yazılabilir. Burada, alt i ndisi üfle me t arafı ndaki değerleri, m mdeli ve p prt ti pi belirt mekt edir. p m μ U ρ μ U ρ (4. 17)

36 mdel ve pr t ti p i çi n aynı akışkan kullanıl ması hali nde Denkl e m 4. 17, Denkl e m hali ne dönüşür. Burada, S öl çek fakt örünü, U ise hava üfle me hı zı nı belirt mekt edir. U U m p p S (4. 18) m Ki ne mati k benzerlik i çin di ğer bir şart l an Ar ( Archi medes) sayısı nın eşitliği ni yazacak l ursak, Denkl em el de edilir. gβ ΔT U 2 m gβ ΔT U 2 p (4. 19) Mdel ve pr t ti p i çi n aynı ısıl şartları n l uş ması hali nde ( β β ve ΔTm ΔTp ), Denkl e m4. 19 aşağı daki şekle dönüşür. m Um 1 (4. 20) U S p p Denkl e m ve Denklem den gör ül düğü üzere Re ve Ar eşitlikleri ni n gereksi ni ml eri birbiri nden çk farklı l makl a birlikte bu i ki eşitliği n mdel ve pr t ti p içi n bir arada sağl anabil mesi i mkansızdır [5]. Müll ejans ı n üç byutl u bir danı n 1, 3, 6 öl çekl eri nde, eşsıcaklı klı ve eşsıcaklı klı l mayan şartlarda yaptığı deneyl er snucu, akış özellikleri ni n Ar sayısı na bağlı l duğunu belirle mi ştir. Müll ejans, bu üç ti p deney dası nda çk farklı Re sayıları yl a yaptı ğı deneyl erde Re sayısı nı n bir et kisi ni göre me mi ştir. Snuç l arak, mekani k l arak haval andırılan çğu dal arda mdel ve prt ti p arası ndaki ki ne matik ve ısıl benzerliği n sağlanması Ar sayısı nı n eşitliği nden yl a çı kılarak yapılabil mekt edir [5]. Denkl e m ye bakılırsa, küçült me fakt örünün birden büyük seçil mesi hali nde mdel hı zları her za man i çi n pr t ti pt en düşük l acaktır. Oda i çersi nde yaşanılan böl ge i çersi nde hava hı zları genel de 0. 2 m/ s ile 0.3 m/ s arası ndadır. Sı cak tel ve sı cak fil m ane m metreleri yle güvenilir bir hı z ölçümü yapılabil mesi i çin bu hı z değerleri ni n 0. 1 m/ s değeri ni n altına düş me mesi gerekmekt edir. Bu nedenle pr t ti p üfle me hızı nı n, mdel deki üfle me hı zı na ranı iki ile sı nırlandırıl malı dır [5]. 24

37 5. HAVALANDI RI LAN KAPALI HACMĠ N TANI MI Haval andırılan kapalı haci m, fis kullanı m a maçlı l arak t asarlanmı ştır. Ofis dası 4. 5 m uzunl uğunda, 3 m genişliği nde ve 3 m yüksekli ği nde kapalı bir haci m l arak seçil miştir. Bu öl çül er, literat ür araştır mal arı t arafı ndan kullanılan da değerleri ne yakı n değerlerdir. Ofis hac mi i çersi ndeki hava dağılı mı ile sıcaklı k dağılı mı he m deneysel he mde CFD yönt e ml eri ni n uygul anmasıyl a belirlenmeye çalışıl mıştır. Ofis hac mi i çi n gerekli haval andır ma debisi hesapl anırken Tabl 3. 1 de kişi başı na belirlenen dış hava mi kt arını n yeri ne, Tabl 3. 2 de fis haci ml eri i çi n t avsi ye edilen saatteki hava değişi m sayısı kullanıl mıştır. Tavsiye edilen hava değişi m sayıları nı n 4 ila 8 arası nda l duğu görül mekt edir. Saatteki hava değişi m sayısı l arak 5 seçil mi ş ve buradan hareketle da i çi n gerekli hava debisi ( 5 defa / h ) * ( ) m 3 den hesapl a 200 m 3 / h bul unmuşt ur. Menfez üreticileri tarafı ndan fis hac mi i çi n tavsi ye edilen üfle me hı zları 2 ila 4 m/ s arası ndadır [12]. Bu çalış mada, kapalı haci m içi n üfle me açı klı ğı çı kışındaki hava hızı 2. 5 m/s alınmı ştır. Taze hava, daya t ek açı klı ktan besleni p t ek bir açı klı ktan egzz edil miştir. Açı klı klar, karşılıklı i ki duvarda l mak üzere, üfle me açı klı ğı üst seviyeye egzz açı klı ğı ise alt sevi yeye knul muşt ur. Kapalı hacme ait t e mel byutlar Şekil 5. 1 de gör ül mekt edir. Burada, L, B, H sırası yla kapalı hac mi n uzunl uğunu, genişli ği ni ve yüksekli ği ni göster mekt edir. Üfl e me ve egzz kanalları aynı kare kesite sahip l duğu içi n kanalı n bir öl çüsü D veril miştir. D öl çüsü aynı za manda kare kanallar i çi n hi drli k çapı da t e msil et mekt edir. h, üfle me açıklığı üst kenarı nı n kapalı hac mi n tavanı ndan l an mesafesini, b ise üfle me açı klı ğı mer kezi ni n açı klı ğı n bul unduğu duvar mer kezi nden geçen eksene l an mesafesi dir. Egzz açı klı ğı alt kenarı, döşe meden 10 c myukarıda lacak şekil de sabit tutul muşt ur. 25

38 Üfl e me kanalı Egzz kanalı Şekil 5. 1 Kapalı hac me ait temel byutlar Kapalı hac me ait t e mel byutlar belirlendi kten snra deneysel çalış ma aşa ması nda, daha çk nkt ada ve daha kısa sürede öl çüm al abil mek a macı yl a çalış manı n bu kapalı haci m i çersi ndeki hava dağılı m karakt eristikleri ni n belirlenmesi nin fizi ksel mdel üzeri nde yapıl ması uygun gör ül müşt ür. Bu a maçl a gerçek byutlardaki pr t ti p hac mi n 1/ 3 öl çek fakt örüyl e el de edilen fizi ksel mdeli l uşt urul muşt ur. Ge metri k öl çüler, gemetri k benzerlik kriteriyl e 1/ 3 ranı nda küçültül müşt ür. Ge metri k benzerlik, prttip ve fizi ksel mdel deki danı n byu, eni, yüksekli ği ile üfle me ve egzz açı klı kları nı n belirlenmesi nde kullanıl mıştır. Ki ne matik benzerli k içi n ise da i çersi nde eşsıcaklı klı ve eşsıcaklıklı l mayan hava hareketleri ni n belirlenmesi nde kullanılan Denkl e m deki Ar chi medes sayısı nı n eşitliği göz Up önüne alı nmı ştır. Mdel içi n üfle me açı klı ğı çı kış hı zı, Um şekli nde S bul unmuşt ur. Burada, U p prt ti p byutlardaki haci m i çi n üfle me açıklı ğı çı kış hı zı nı, S küçült me faktör ünü göster mekt edir ve bu dur um i çi n S=3 alı nmı ştır. Benzerlik kriterleri ni n uygul anması yla el de edilen kapalı hac me ait, prt ti p ve fizi ksel mdel byutları Tabl 5. 1 de görül mekt edir. 26

39 Tabl 5. 1 Kapalı hac mi n pr t ti p ve fizi ksel mdel byutları (S=3) B HL (m 3 ) Üfl e me açı klı ğı (c m 2 ) Egzz açı klı ğı (c m 2 ) Hava üfle me hı zı ( m/s) Pr t ti p Fi zi ksel Mdel Kapalı fis hac mi ni n i çersi nde hava hareketleri nin belirlenmesi nde para metre l arak üfle me açı klı ğı nı n düşey ve yat aydaki farklı knuml arı irdelenmi ştir. Fi zi ksel mdel ve pr t ti p i çi n el e alı nan farklı hava hı zları ndaki üfl e me açı klı ğı yerleşi mleri Tabl 5. 2 de veril mekt edir. Burada, fizi ksel mdel i çin hesapl anan değerlerde hava çı kış hı zı nı n 4. 7 seçil mesi ni n nedeni, hava hı zı nı n 1.44 m/ s alı nması yla fizi ksel mdel içersi nde düşük hı zları n çı kması dl ayısı yla, daha yüksek hı zları n öl çül mesi ne i mkan sağla mak a macı yladır. Tabl 5. 2 Üfle me açı klı ğı içi n ele alınan değerler (S=3 içi n) h (c m) b (c m) Hava üfle me hı zı ( m/s) Pr t ti p Fi zi ksel Mdel Fi zi ksel mdel ve pr ttip i çi n Ar sayısı nı n değeri ni, Gr Ar ifadesi yl e Re 2 bul abiliriz. Böyl ece, Denkl e m 2. 3a daki Ar sayısı ifadesi ndeki ΔT t erimi nden kurt ularak, eşsıcaklı klı çözü m i çi n daha dğr u bir ifade el de edil miş l ur. Bur ada, Gr ve da içi n Re sayıları nı tekrar yazacak l ursak, gβ A Gr ; ν 1.5 DhUr Re (5. 1) ν Denkl e m 5. 1 deki Gr sayısı ve Re sayısı ifadel eri ni Ar sayısı ifadesinde yeri ne kyarsak, Denkl e m5. 2 elde edilir. 27

40 Ar gβ A ν (5. 2) 2 D U 2 h r 1.5 Denkl e m 5. 2 de D h danı n hi drli k çapı nı, U r eşdeğer da hı zı nı, A üfl e me açı klı ğı nı n efektif al anı nı, ise havanı n ki ne matik viskzitesi ni göster mekt e l up, eşsıcaklı klı l arak el e alı nan bu pr bl e mde hava sı caklı ğı 288 K al ınmı ştır. 1 haci msel genl eş me katsayısı yeri ne β ifadesi kullanıl mıştır. T (K) Denkl e m 5. 2 yardı mı yl a, fizi ksel mdel ve pr tti p i çi n Ar sayısı, l arak bul unmuşt ur. 28

41 y/h 6. SAYI SAL ÇÖZÜM Bu çalış mada pr t ti p ve mdel byutları ndaki da i çersi ndeki hava hareketi farklı para metreler kullanılarak sayısal larak i ncelenmi ştir CFD Yönte mi ni n Dğrul anması FLUENT 6. 1 pr gra mı ile hazırlanan pr bl e m t anı ml a ması nı n dğr uluğunun ve geçerliliği ni n t est edilmesi a macı yla; Ni elsen ve ar kadaşları nı n çalış ması kullanıl mıştır [6]. 2. bölü mde det ayları yla anl atılan bu makal ede. kapalı bir haci mde eşsıcaklı klı hava akışı incelenmekt edir. Kapalı hac mi n üfle me menfezi ekseni nde ve menfezden da yüksekli ğini n i ki katı kadar uzaklı kta el de edilen deneysel ve sayısal çözü ml ere ait yat ay hı z pr filleri Ni elsen ve arkadaşları nı n çalış ması ndan alı nmı ştır. U/U Sayısal (bu çalışma) Deney (Nielsen) Sayısal (Nielsen) Şekil 6. 1 Mevcut çözüml er ile FLUENT çözü münün karşılaştırıl ması Şekil 6. 1 de de Ni elsen ve ar kadaşları t arafı ndan yapılan deneysel ve sayısal çalış mal ar ile FLUENT pr gra mı nı n snuçl arı karşılaştırıldı ğı nda, snuçl arı n çğunl ukl a çk i yi bir uyu m i çi nde l duğu görül mekt edir. Bu snuçl ardan snra, 29

42 izlenen yönt e mi n uygun l duğu kararı na varıl mıştır ve bu çalış manı n knusu l an üç byutl u bir fis dası nı n cebri haval andırıl ması nı n sayısal çözüml eri ne başlanmı ştır Ofis Hac mi ni n Ol uģturul ması 5. Böl ümde ana hatları belirlenen kapalı fis hac mi ni n sğuk ve sıcak akış çözü ml e mel eri içi n gerekli çizi ml er GAMBI T 2. 0 pr gra mı nda l uşt urul muşt ur. Snl u haci ml er yönt e mi ni n dayandı ğı nkt a, kntrl hac mi ni n, hücre adı verilen yet eri nce küçük alt biriml eri nde, t ürev t eri ml erini n li neerleştiril mesi lmakt adır. Burada yet eri nce küçük ifadesi bir pti mi zasyn pr bl e mi ni belirtmek i çi n kullanıl mıştır. Zira hücrel er ne kadar küçük seçilirse, çözüm kadar güvenilir l makt a, buna karşılık çözü m za manı uza makta ve gerekli bil gisayar kapasitesi art makt adır. Snuç larak en fazla mertebeleri nde hücre sayısı kullanıl makt adır. Şekil 6. 2 de kntrl hacmi ni n yüzeyl eri ndeki ağ dağılı mı gör ül mekt edir. Bu çalış mada map tipi hücreler kullanıl mıştır. Şekil 6. 2 Kapalı hac mi n ağ yapısı nı n perspektif gör ünüşü Çözü ml erde kullanılan bil gisayar, 2. 8 GHz hı zlı P4 i şle mci ve 512 MB RAM özellikleri ne sahi ptir. 30

43 Ge metri k mdel l uşt urul ması nda daha snraki aşa ma sı nır şartları nı n tanı ml anması dır. Kapalı fis hac mi ne t aze hava girişi "vel cit y i nlet (hı z giriş)", hava çı kışı ise pressure utlet (bası nç çı kış) sı nır şartı l arak t anı ml anmı ştır. Ör nek bir dur um i çi n Şekil 6. 3a' da sı cak akış, Şekil 6. 3b' de sğuk akış i çi n sınır şartları gösteril miştir. Sğuk çözü m i çi n kapalı hac mi n t ama mı nda sı nır şartı wall (duvar) l arak t anı ml anmı ştır. Sıcak akış mdelle mesi i çin ise ısı kaybı verilen yan duvarlar ayrı duvar larak tanı ml an mı ştır. (a) Sıcak akış (b) Sğuk akış Şekil 6. 3 GAMBI T 2. 0 prgra mı nda tanı ml anan sınır şartlar 6. 3 Ofis Hac mi ni n CFD Mdellenmesi GAMBI T 2. 0 pr gra mı nda ge metri k mdel düzenl enmi ş, ağ l uşt urul muş ve sı nır şartları tanı ml anmı ştır. Ol uşt urulan mdel CFD pr gra mı FLUENT 6. 1 ' e kut ul muşt ur Kullanılan sayısal yönt e mi n prensibi, l aya haki m l an diferansi yel denkl e ml eri n ayrı klaştırılarak iterasynl a çözül mesi esası na dayanmakt adır. Bunun içi n snl u haci ml er ayrıklaştır ma yönt e mi ne göre çözüm yapan FLUENT 6. 1 yazılı mı kullanıl mıştır. FLUENT 6. 1, genel t er m-akışkan pr bl e ml eri ni n çözü münde kullanılan bir CFD( C mput ati nal Flui d Dyna mi cs) analiz prgra mı dır. Çözü me esas "case" dsyası nı n yapılanması içi n mdeller, çözüm yönt e mi, mal ze me ve sı nır şartları tanı ml anmı ştır. 31

44 y/h Mdeller Pr bl e mi çöz mek içi n seçilen mdeller aşağı da veril miştir: 1. Denkl e m çözücü (sl ver): FLUENT t e i ki çözücü mevcutt ur; segregat ed ve cupl ed. Bu çalış mada segregat ed çözücü, i mplicit fr mül asyn ve zamandan bağı msı z mdel kullanılmı ştır. Başlangı çta karşılaştır ma a maçlı l arak za mana bağlı ve za mandan bağı msı z haller i çi n çözü mler yapıl mış ve Şekil 6. 4 de gör ül düğü gi bi aynı snuçl ar za mandan bağı msız hal de daha çabuk çözü ml er ver mi ştir. Bu nedenl e pr t ti p ve fizi ksel mdel e ait çözüml er zamandan bağı msı z hal de yapıl maya deva medil miştir. 2. Enerji Denkl e mi: Sı cak akış çözü ml e mesi nde enerji denkl e mi ni çözebil mek i çi n aktif hale getiril miştir. 3. Vi skz mdel: Mdel de türbül anslı akışı t anı ml ayabil mek i çi n standart k-epsil n mdeli kullanıl mıştır. Bu mdel i çi n kullanılan diğer sabit katsayılar FLUENT i n içi nde yer alan katsayılar alınmı ştır U/U MODEL (Sürekli hal çözümü) MODEL (Zamana bağlı çözüm) Şekil 6. 4 Fizi ksel mdel de, üfle me açı klı ğı ndan 75 cmuzakt a ve z=0 düzlemi ndeki çi zgi üzeri ndeki hız prfilleri 32

45 y/h Çözümyönte mi Sğuk akış çözü münde, tpla m dört adet süreklilik, m ment um denkl e ml eri ni n yanı sıra, k- t ürbül ans mdeli içi n i ki ilave transprt denkl e mi l mak üzere, tpl a m altı adet diferansi yel denkl em çözül mekt edir. Sı cak akış i çi n ise 6 denkl e me ek l arak bir de enerji denkl e mi çözül mekt edir ci varı ndaki hücreni n her biri nde ayrı klaştırılarak li neerleştirilen bu denkl e mler büyük bir denklem seti l uşt ur makt adır. Ayrı klaştır ma işle mi, i ki nci derece hassasi yetle (secnd r der upwi nd sche me) gerçekleştiril mekt edir. Çünkü Şekil 6. 5 den gör ül eceği üzere, aynı hı z pr filleri ni n yakı nsamı ş snuçl arı, i ki nci derece hassasi yetle çözümde daha kısa sürede el de edilebil miştir. Bası nç ve hı z arası ndaki ilişki, SI MPLE al gritması ile el e alı nmakt adır. Denkl e m seti ni n çözü münde, ardışı k i ki iterasyn arası ndaki bağıl hat anı n azal ması yla birlikt e çözü ml er yakı nsa makt adır. Her bir denkl e m i çi n i deal hal de sıfır l ması gereken bu hat a değerleri ni n, yakı nsa ma kriterleri adı verilen değerleri n altına düş mesiyl e birlikte çözü mün yakınsa mı ş l duğu kabul edil mekt edir. Bu çalış mada yakı nsama kriterleri l arak, büt ün denkl e ml er i çi n 10-3 değeri alı nmakt adır U/U İkinci derece hassasiyetli çözüm Birinci derece hassasiyetli çözüm Şekil 6. 5 Fizi ksel mdel de, üfle me açı klı ğı ndan 100 c muzakt a ve z=0 düzlemi ndeki çi zgi üzeri ndeki hız prfilleri Under-relaati n parametreleri adı yla bilinen azalt ma katsayıları başlangı çt a en fazla 1 alınmakt a ve çözümün yakı nsa ması içi n, ileriki aşa mal arda azaltıl makt adır. 33

46 Mal ze me özelli kleri ve sı nır Ģartl arı Sğuk akış çözü münde, çalış ma şartları i çi n 1 atmsfer bası nç, 288 K sı caklı k, kg/ m 3 l ük hava yğunluğu ve m/ s 2 lik yerçeki mi i vmesi alı nmıştır. Oda içersi nde sğuk akış çözü münde mal ze me bilgisi kullanıl ma mı ştır. Sıcak akış çözü münde ise ön duvarın dış havaya açı k l duğu kabul edil miştir, geri kalan üç yan duvar ise i ç duvar l arak alı nmı ştır. Yapı el emanl arı nı n t er mfizi ksel özeli kleri Tabl 6. 1 de veril mektedir [13, 14]. Burada dış duvarı n t pl a m ı sı geçiş katsayısı hesapl anırken, 0. 9 m 1. 5 m byutları nda bir dış pencere l duğu varsayılarak rtala ma bir katsayı bul un muşt ur. Duvar tipi Dı ş duvar + pencere Yan iç duvarlar Tabl 6. 1 Yapı ele manl arını n ter mfizi ksel özeli kleri Duvar yapı el e manl arı 2 c mdış sı va 3 c m XPS 20 c mbet nar me 2 c miç sı va 2 c miç sı va 8. 5 c mdeli kli tuğla 2 c miç sı va Yğunl uk, Özgül ısı, c Tpl a mısı geçiş katsayısı, K kg/ m 3 J/ kg- K W/ m 2 - K Dış pencere larak plastik çerçeveli çift ca mlı pencere (iki ca marası 16 mm), K=2. 9 W/ m 2- Kalı nmı ştır. Yapı el e manl arı belirlendi kten snra, rta m sı caklı ğı 22 C, dış hava sı caklı ğı 3 C, ve k mşu haci ml eri n sı caklı ğı 18 C alın ması yla, duvarlardaki ı sı akıları W bul unmuşt ur. Buna göre, yan i ç duvarlar i çi n ısı akısı q 9.3 ve dış duvar i çi n 2 m W q 23.6 bul unmuşt ur. (-) işaret ısı akısı nı n kapalı haci mden dışarı ya dğr u 2 m l duğunu göster mekt edir. Tavan, t aban, üfle me ve egzz kanalları ise adyabati k kabul edil miştir. Bu durumda, duvarlardan t pla m ı sı kaybı 865 W l makt adır. Kapalı haci m i çersi nde l uşan bu ısı kaybı nı karşılamak i çi n 31 C deki üfle me havası, prt ti p byutlarında i ki farklı üfle me menfezi knu munda kapalı hac me gönderilerek sayısal çözüml er yapıl mıştır. 34

47 7. DENEYSEL ÇALI ġma Deney t esisat düzeneği, daha fazla nkt adan daha kısa sürede öl çüml er al abil mek içi n, m 3 byutları ndaki kapalı fis hac mi yeri ne öl çek fakt örünün ( S) 3 alı nması yla el de edilen m 3 byutları ndaki fizi ksel mdel l arak kur ul muşt ur. Bu çalış mada, deney düzeneği üzeri nden çeşitli düzl e ml er byunca sıcak tel ane m metresi ile hız ölçüml eri gerçekl eştiril miştir Deney Tesisatı İçersi nde hı z öl çüml eri yapılan kapalı bir fis hac mi ni t e msil eden deney düzeneği Şekil 7. 1 de göst eril mekt edir. Gözl e me i mkanı ver mesi açısı ndan, ön duvar pl eksi glas mal ze meden yapıl mıştır. Bunun dışı nda kal an di ğer duvar ile üfl e me ve egzz kanalları ahşap malze meden yapıl mıştır. Şekil 7. 1 Deney a maçlı kullanılan kapalı haci m 35

48 St ati k Bası nç (inch- H2 O) Ort a ma üflenecek gerekli hava debisi ni sağl ayan aksi yal fan Şekil 7. 2 de gör ül mekt edir. Fanı n karakteristik eğrisi Şekil 7. 3 de V2 çi zgi şekliyl e çi zilen eğri dir. Fan, da i çersi nde l uşan bası nç kayı pları nı karşılayabil mekt edir. Fi zi ksel mdel de, deney sırasında kanal i çersi nde hava çı kış hı zı m/ s l arak ayarlanmı ştır. Odaya gönderilen hava debisi, 5 c m 5 c m li k kanal da 7. 6 cf m ( m 3 / h) l makt adır. Fanın, vltaj dal galanmal arından et kilenme mesi içi n vltaj regül at örü kullanıl mış ve sabit 220 V gerili mbeslenmi ştir. Şekil 7. 2 Aksi yal fanı n gör ünüşü Hava Debisi ( CF M) Şekil 7. 3 Aksi yal fanı n karakteristik eğrisi Oda i çersi ndeki hı z dağılı mı nı n belirlenmesi nde i se Şekil 7. 4 de gör ül en sı cak t el ane m metresi yle yapıl mıştır. Sı cak t el ane m metresi uzun yıllar kullanılan bir hı z öl çüm yönt e mi dir. Hı zdaki t üm değişi ml er anal g l arak sıcak t el ane m metresi nden rahatlıkla kunabil mekt edir. Sı cak t el ane m metresi ni n öl çüm ucu, el ektrikl e ısıtılan bir t el den i barettir. Akışkan akı mı t eli n sğu ması na, dl ayısı ile direnci ni n azal ması na neden l ur. Teli n sıcaklı ğı nı sabit t utabil mek i çi n gerekli akım öl çül erek hava hı zı t ayi n edilir [15]. Kullanılan sıcak tel ane m metresi ile yapılan hı z 36

49 Gerçek h ız (m/s) Gerçek h ız (m/s) öl çüml eri DANTEC marka kali brasyn ünitesi ile kali bre edil miştir. Şekil 7. 5 ve 7. 6 da i ki faklı hı z aralı ğı i çi n el de edilen kali brasyn eğrileri gör ül mektedir. Hı z öl çüml eri bu eğrilerden elde edilen denkl e ml ere göre düzeltil miştir. Şekil 7. 4 Sıcak tel ane mmetresi y = Nzul n: Dğrusal (Nzul n: 0) Ölçülen hız (m/s) Şekil m/s hı zları içi n kali brasyn eğrisi 5 4 y = Nzul n: 1 1 Dğrusal (Nzul n: 1) Ölçülen hız (m/s) Şekil m/s hızları içi n kali brasyn eğrisi 37

50 7. 2 Deney Yönte mi Bu deney çalış ması nda üç farklı dur umda da i çersi nde hı z öl çüml eri gerçekl eştiril miştir. Bu dur uml ar Tabl 7. 1 de özetlenmekt edir. Tabl 7. 1 Deneyi yapılan fizi ksel mdel byutları Deney Mdel N Hava Üfle me Hı zı Üfl e me Menfezi Knu mu ( m/s) b=0 c m, h=2 c m b=25 c m, h=2 c m b=25 c m, h=2 c m Üç mdel i çi n de egzz menfezi çı kışı döşe meden 3 c m yukarı dan, 20 c m byundaki kanal vasıtası yla yapıl makt adır. Ar sayısı nı n eşitliği nden, prt ti p haci mde 2. 5 m/ s l an üfle me kanalı ndaki hava hı zı, mdel hac mi i çi n m/ s l ması gerekmekt edir. Fanı n, kanal i çersi ndeki bu istenilen hı zı sağl a ması amacı yl a, aksi yal fanı n öncesi ne knul an da mper vasıtası yla hı z istenilen değere ayarlanmı ştır. Hava daya gir meden he men önce, haval andır ma kanalı na açılan yardımcı deli kler sayesi nde, 12 farklı nkt adan sı cak t el ane m metresi yle yapılan öl çüml er snucu rtalama hava hı zı değeri m/ s l arak ayarlanmı ştır. Yapılan hız öl çüml eri snucu, da içersi nde çğu böl gede çk düşük hı zlar çı kması nedeni yle hı z öl çüml eri hava j etini n haki m l duğu dar bir böl gede gerçekl eştirilebil miştir. Bu nedenl e, bir fis dası i çi n t eri k l arak l dukça yüksek hı zda ( 4. 7 m/ s) t aze hava, kapalı fis hac mi ne gönderilerek daha çk nkt adan hı z öl çümü alı nabil mesi ne imkan sağl anmı ştır. Şekil 7. 7 de gör ül en t avanda 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ve yan duvarda A, B, C, D, E, F, G, H ve I nkt aları ndan açılan deli kler vasıtası yla, sıcak t el ane m metresi pr bunun izi n verdi ği 30 c m li k kıs ma kadar da i çersinde hı z değerleri kunmuşt ur. İ ki kade meli l an sıcak t el ane m metresi ni n 1. kade mesi 0-5 m/ s arası ndaki hı zları öl ç mekt e l up, 2. kademesi ise m/ s arası ndaki hava hı zları nı n daha hassas öl çül mesi ne izi n ver mektedir. 38

51 Şekil 7. 7 Deney hac mi hız ölçümnkt aları Tabl 7. 1 de belirtilen 3. mdel ile yapılan deneylerde, üfle me kanalı i çersindeki 4. 7 m/ s hı z değeri aksi yal fan ile sağl ana madı ğı ndan bu mdel e ait deneyl er tek e mi şli sal yangz gövdeli bir fan ile yapıl mıştır. İstenilen hava debisi, e mi ş t arafına knul an da mper vasıtası yla sağl an mı ştır. 39

52 Çİ ZGİ- 1: =25 (75)c m Çİ ZGİ- 2: =50 (150)c m Çİ ZGİ- 3: =75 (225)c m Çİ ZGİ--4: =100 (300)cm Çİ ZGİ- 5: =125 (375)c m 8. SONUÇLAR VE TARTI ġ MA Kapalı haci ml er i çersindeki hava hareketlerini n ve sı caklı k dağılı ml arı nı n belirlenmesi nde fizi ksel mdel ile yapılan deneyleri n yanı sıra gerek fizi ksel mdel byutları nda gerekse prtti p byutları nda CFD yönt e mi ile snuçl ar bul unmuşt ur. Bu böl ümde, fizi ksel mdeli n CFD çözü münden el de edilen snuçları n birebir byuttaki hali yle karşılaştırıl mal arı ve el de edilen bu snuçl arı n aynı za manda deney verileri yle de karşılaştırılması yapıl makt adır Mdel ve Prtti p Ġçi n CFD Çözüml eri ni n KarĢıl aģtırıl ması Şekil 8. 1 z=0 düzle mi nde, üfle me menfezi nden çeşitli uzaklı klarda alınan örnek çi zgiler 40

53 y [m] y [m] y [m] Bu böl ümde; Şekil 8. 1 de gör ül düğü gi bi hava üfle me hı zı nı n 2. 5 m/ s (fiziksel mdel içi n m/ s) l duğu, z=0 düzl e mi nde, üfle me açı klı ğı nı n düşeydeki i ki farklı knu mu i çi n fizi ksel mdel ve pr t ti p haciml er i çi n üfle me menfezi nden yönündeki çeşitli mesafelerdeki Çi zgi 1, 2, 3, 4 ve 5 byunca sayısal çözüm il e el de edilen hız prfilleri gösteril mekt edir Mdel (=1,25m) Prttip (=3,75m) U [m/s] Şekil 8. 2 h=15 (45) c miçin çizgi-5 byunca hız prfilleri Mdel (=1 m) Prttip (=3 m) U [m/s] Şekil 8. 3 h=15 (45) c miçin çizgi-4 byunca hız prfilleri Mdel (=0,75 m) Prttip (=2,25 m) U [m/s] Şekil 8. 4 h=15 (45) c miçin çizgi-3 byunca hız prfilleri 41

54 y [m] y [m] Mdel (=0,5 m) Prttip (=1,5 m) U [m/s] Şekil 8. 5 h=15 (45) c miçin çizgi-2 byunca hız prfilleri Mdel (=0,25 m) Prttip (=0,75 m) U [m/s] Şekil 8. 6 h=15 (45) c miçin çizgi-1 byunca hız prfilleri Oda i çersi ne t aze havanın gönderil di ği açı klı ğı n üst kenarı nı n danı n t avanı ndan 45 c m (fizi ksel mdel i çi n 15 c m) aşağı daki knu mu i çi n CFD yönt e mi ile belirlenen yukarı daki hı z pr fillerinde, fizi ksel mdel e ait yönündeki hı z bileşeni ile yüksekli k verileri Archi medes ( Ar) sayısı nı n sabit t ut ul ması esasıyl a öl çek fakt örünün 3 alınması yla el de edilen düzeltil miş değerlerdir. Şekil 8. 2 ile 8. 6 arası nda gör ül düğü üzere, fizi ksel mdeli n CFD çözü mü ile el de edilen hı z pr filleri ni n, pr t ti pe ait snuçl arla hava j eti ni n et ki n l duğu dur u ml ar dışı nda birebir ört üşt üğü gör ül mekt edir. Üfle me açı klı ğı na en yakı n dur um l an Şekil 8. 6 da i ki çözüm i çi n yönündeki hı z farkı %27 ye kadar çı kmakt adır. Ancak, bu dur um yal nı zca cm. byunca l uş makt a ve da i çersi ndeki di ğer hız değerleri iki çözümiçi n de aynı kal makt adır. 42

55 y [m] y [m] y [m] Mdel (=1,25m) Prttip (=3,75m) U [m/s] Şekil 8. 7 h=2 (5) c miçi n çizgi-5 byunca hız prfilleri Mdel (=1 m) Prttip (=3 m) U [m/s] Şekil 8. 8 h=2 (5) c miçi n çizgi-4 byunca hız prfilleri Mdel (=0,75 m) Prttip (=2,25 m) U [m/s] Şekil 8. 9 h=2 (5) c miçi n çizgi-3 byunca hız prfilleri 43

56 y [m] y [m] Mdel (=0,5 m) Prttip (=1,5 m) U [m/s] Şekil h=2 (5) c miçin çizgi-2 byunca hız prfilleri Mdel (=0,25 m) Prttip (=0,75 m) U [m/s] Şekil h=2 (5) c miçin çizgi-1 byunca hız prfilleri Taze hava açı klı ğı nı n üst kenarı nı n danı n t avanından 5 c m (fizi ksel mdel i çi n 2 c m) aşağı daki knu mu i çi n CFD yönt e mi ile belirlenen yukarı daki hı z prfilleri nde, bir önceki dur uma benzer şekil de, hava j eti ni n etki n l duğu t avana yakı n sı nırlı bir böl gede fizi ksel mdel ve pr t ti pe ait i ki çözüm i çi n yönündeki hı z farkı %10 ci varı nda el de edil miştir. Ancak, bunun dışı nda kal an kısı ml arda, i ki çözüm i çi n de eşit hız değerleri bul unmuşt ur Deney Snuçl arı nı n CFD Çözümüyl e KarĢılaĢtırıl ması Burada, başlangı çta saatteki hava değişi m sayı sı nın 5, ve hava üfle me hı zı nın 2. 5 m/ s (düşük hı z) alı nması yla bul unan pr t ti pe eşdeğer fizi ksel mdel i çi n yapılan deney düzeneği ne ek l arak, fizi ksel mdel de hava üfle me hı zı nı n 4. 7 m/ s ( yüksek hı z) 44

57 alı nması yla el de edilen deney snuçl arı nı n CFD çözü ml eri yle karşılaştırıl mal arı veril miştir. Hı z öl ç mel eri, pl eksi glas yüzeyde açılan A, B, C, D, E, F, G, H ve I deli kleri ve ahşap üst yüzeyde açılan 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ve 9 nu maralı deli kler vasıtası yla yapıl mıştır DüĢük hı zda yapılan deneyl er İlk l arak kur ul an fizi ksel mdel de, üfle me hızı m/ s l arak ayarlanmı ştır. Üfl e me açı klı ğı nı n üst kenarı nı n t avandan uzaklığı (h) 2 c m l up, z yönünde i ki farklı knu mda deney çalış mal arı yapıl mıştır. Bi ri nci dur umda, üfle me açı klı ğı ekseni duvarı n rta ekseni ile çakışı k dur umdadır. İki nci dur umda ise üfleme açı klı ğı +z yönünde 25 c m öt elenmi ş hal dedir. Egzz açı klığı her i ki dur um i çi n de aynı l up, egzz açı klı ğı nı n alt kenarı döşe meden 3 c myukarıdadır A B B C C D E F G H I Şekil Deney hac mi ndeki hız ölçümçizgileri 45

58 y [m] y [m] y [m] Sayısal çözüm (Çizgi:2) Deney verileri (Çizgi:2) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=0 içi n çizgi-2 deki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:5) Deney verileri (Çizgi:5) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=0 içi n çizgi-5 deki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:8) Deney verileri (Çizgi:8) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=0 içi n çizgi-8 deki hız prfilleri 46

59 y [m] y [m] y [m] Sayısal çözüm (Çizgi:3) Deney verileri (Çizgi:3) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-3 deki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:6) Deney verileri (Çizgi:6) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-6 daki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:9) Deney verileri (Çizgi:9) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-9 daki hız prfilleri 47

60 y [m] y [m] Üfl e me hı zı nı n m/ s l uğu dur um i çi n yapılan deneyl erde, CFD çözüml eri nden de gör ül düğü üzere da i çersi nde hava hı zları 0. 1 m/ s değeri ni n l dukça altı nda l uş makt adır. Bu dur um, sıcak t el ane m metresi ile yapılan hı z öl çüml eri ni çğu nkt alarda yet ersiz kıl mıştır. Fakat hava hı zlarını n daha yüksek l duğu hava j eti etrafı ndaki hı zları n öl çümü Şekil ila arası nda gör ül düğü üzere CFD çözü m ile l dukça t utarlı snuçlar ver mi ştir Yüksek hı zda yapılan deneyl er Düşük hı zda yapılan deneyl erde, fizi ksel mdel içi nde l uşan düşük hı zlardan öt ür ü hı z öl çüml eri ni n t a m l arak yapıla ma ması nedeniyl e, üfle me hı zı nı n 4. 7 m/ s l duğu dur um i çi n yeni hı z ölçüml eri yapıl mıştır. Bu dur umda, üfle me açı klığı nı n üst kenarı nı n t avandan uzaklı ğı (h) 2 c m l up, rta ekseni z yönünde +25 c m de dur makt adır. Egzz açı klığı alt kenarı döşe meden 3 c m. yukarı dadır. 1 0,8 0,6 0,4 Sayısal çözüm (Çizgi:1) Deney verileri (Çizgi:1) 0,2 0-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-1 deki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:2) Deney verileri (Çizgi:2) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-2 deki hız prfilleri 48

61 z [m] y [m] y [m] Sayısal çözüm (Çizgi:3) Deney verileri (Çizgi:3) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-3 deki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:9) Deney verileri (Çizgi:9) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi-9 daki hız prfilleri Sayısal çözüm (Çizgi:A) Deney verileri (Çizgi:A) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi- A daki hız pr filleri 49

62 z [m] z [m] z [m] Sayısal çözüm (Çizgi:B) Deney verileri (Çizgi:B) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi- B deki hız pr filleri Sayısal çözüm (Çizgi:D) Deney verileri (Çizgi:D) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi- D deki hız pr filleri Sayısal çözüm (Çizgi:G) Deney verileri (Çizgi:G) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi- G deki hız pr filleri 50

63 z [m] Sayısal çözüm (Çizgi:H) Deney verileri (Çizgi:H) U [m/s] Şekil h=2 c mve b=25 içi n çizgi- H deki hız pr filleri Hava üfle me hı zı nı n 4. 7 m/ s l uğu dur u m i çi n yapılan deneyl erde, CFD çözü ml eri nden de gör ül düğü üzere da i çersi nde hava hı zları il k deney hızl arı ndan daha yüksek l duğu içi n daha fazla çizgi byunca öl çüml er yapılabil miştir Aynı Archi medes ( Ar) Sayısı nda Oda Ġçerisindeki Hava Dağılı ml arı Oda i çerisi ndeki hava dağılı mı nı n aynı Ar sayılarında benzer l ması bekl en mekt edir. Aşağı da, z=0 düzl e mi nde, Ar sayısı i çin fizi ksel mdel ve pr tti pt e el de edilen hı z vekt örleri görül mekt edir. Daha i yi bir gör ünt ü el de et mek a macı yl a, da içersi nde et ki n lan hız değerleri sınırlandırıl mıştır. Şekil h=2 c mve b=0 c miçi n fizi ksel mdel e ait hız vekt örleri 51

64 Şekil h=5 c mve b=0 c miçi n prt ti pe ait hız vekt örleri Şekil h=9 c mve b=0 c miçi n fizi ksel mdel e ait hız vekt örleri Şekil h=25 c mve b=0 c miçi n prt ti pe ait hız vekt örleri 52

65 Şekil h=15 c mve b=0 c miçi n fizi ksel mdele ait hız vekt örleri Şekil h=45 c mve b=0 c miçi n prt ti pe ait hız vekt örleri Yukarı daki şekillerden gör ül düğü gi bi, z=0 düzl emi nde el de edilen hava hareketleri, aynı Ar sayısı ndaki eşsıcaklı klı çözümde aynı şekilde l makt adır. Üfle me açı klı ğı nı n knu mu t avana yakl aştı kça hava j eti genişliği azal makt adır. Ancak, da i çersi ndeki hava dağılı mı, üç farklı üfle me açı klı ğı dur umda da he m pr t ti p haci m i çin he m de fizi ksel mdeli içi n benzer tarzda gerçekl eş mekt edir Üfle me Açı klı ğı Knu munun Hava Dağılı mı na Et kisi Bu böl ümde, sğuk akış çözü ml e mesi nde üfle me açı klı ğı nı n düşeydeki üç knu mu (h) ve yat aydaki i ki farklı knu mu ( b) i çi n el de edilen sayılar çözü ml er irdel enmi ştir. Üfl e me açı klı ğı nı n değişen knu muyl a, da i çersi ndeki hı z dağılı mı nı n değişi mi gözl enmi ştir. Burada, A, B, C yüzeyl eri sırası yla üfle me açı klı ğı na di k lan 25 c m, 75 c mve 125 c muzaklı ktaki yüzeyl eri belirt mektedir. 53

66 a. A Yüzeyi (b=0 c m) b. A Yüzeyi (b=25 c m) c. B Yüzeyi (b=0 c m) d. B Yüzeyi (b=25 c m) e. C Yüzeyi (b=0 c m) f. C Yüzeyi (b=25 c m) Şekil h=2c miçi n mdel de üfle me dğr ult usunda () hız knt urları 54

67 a. A Yüzeyi (b=0 c m) b. A Yüzeyi (b=25 c m) c. B Yüzeyi (b=0 c m) d. B Yüzeyi (b=25 c m) e. C Yüzeyi (b=0 c m) f. C Yüzeyi (b=25 c m) Şekil h=9c miçi n mdel de üfle me dğr ult usunda () hız knt urları 55

68 a. A Yüzeyi (b=0 c m) b. A Yüzeyi (b=25 c m) c. B Yüzeyi (b=0 c m) d. B Yüzeyi (b=25 c m) e. C Yüzeyi (b=0 c m) f. C Yüzeyi (b=25 c m) Şekil h=15c miçi n mdel de üfle me dğrult usunda () hız knt urları 56

69 Oda i çersi nde m/ s ni n altında hı zlar istenmekt edir. Öl çek fakt örünün 3 alı ndı ğı fizi ksel mdel de bu hı z m/ s değeri ne karşılık gel mekt edir. Yukarıdaki hı z knt urları na bakılacak l ursa, duvarı n rtası ndan yapılan üfle me duru ml arı nda, döşe mede 1. 8 m yukarıya kadar l an yaşanılan böl gede genel de düşük hı zl ar mevcutt ur. Fakat üfle me açı klı ğı nı n duvar ekseni nden 25 c m sağa yerleştirildi ği dur umda ise üfle menin yapıl dı ğı karşı duvarda t ers yönde yüksek hı zl ar l uş makt adır Sı cak AkıĢta CFD Çözüml eri Bu böl ümde, sı nır şartları daha önceden belirlendi ği şekil de, m 3 hac mi ndeki pr t ti p da hac mi i çi n üfle me açı klığı üst kenarı nı n danı n tavanı ndan mesafesi (h) 5 c m l an dur umda, b=0 c m ve b=25 c m i çi n CFD çözü ml eri yapıl mıştır. Burada, üfleme havası sıcaklı ğı 31 C dir. Şekil ve Şekil de i ki farklı çözü m i çi n da geneli ndeki sıcaklı k dağılımı gör ül mekt edir. Tabl 8. 1 de ise, Şekil 6. 3 de şekli mevcut lan CFD çözümünde alınan sı nır şartları veril mekt edir. Tabl 8. 3 FLUENT çözümünde sı nır şartları Böl ge adı Açı kl a ma Sı nır şartı hava-ci kis Egzz Bası nç çı kış hava-giris Üfl e me Hı z giriş disduvar Dı ş havaya açı k duvar Duvar (ısı akısı) yanduvar İç duvarlar Duvar (ısı akısı) taban Taban Duvar (ısı akısı) tavan ekanal Tavan Egzz kanalı Duvar (ısı akısı) Duvar (ısı akısı) vkanal Üfl e me kanalı Duvar (ısı akısı) 57

70 % % Sıcaklı k ( C) Şekil b=0 c miçi n prt ti p haci miçersi ndeki sıcaklı k dağılı mı Sıcaklı k ( C) Şekil b=25 c miçi n pr t ti p haci miçersi ndeki sıcaklı k dağılı mı Oda i çersi ndeki çeşitli düzl e ml erde hı z ve sı caklık knt urları el de edil mi ştir. Oda döşe mesi nden 1. 1 m yüksekli kteki çi zgi ise knf r şartları açısı ndan da içersi ndeki hava hareketi ni n i ncel en mesi ne l anak sağl a mıştır. Knt ur şekilleri nde gör ünen düzl e ml erde, sl duvar dış duvarı, sağ duvar ise iç duvarı göster mekt edir. 58

71 a. A Yüzeyi (hız, m/s) b. A Yüzeyi (sıcaklı k, C) c. B Yüzeyi (hız, m/s) d. B Yüzeyi (sıcaklı k, C) e. C Yüzeyi (hız, m/s) f. C Yüzeyi (sıcaklı k, C) Şekil b=0 c m, h=5cm i çi n prt ti pte hız ve sıcaklı k knt urları 59

72 a. A Yüzeyi (hız, m/s) b. A Yüzeyi (sıcaklı k, C) c. B Yüzeyi (hız, m/s) d. B Yüzeyi (sıcaklı k, C) e. C Yüzeyi (hız, m/s) f. C Yüzeyi (sıcaklı k, C) Şekil b=25 c m, h=5c miçi n prt ti pte hız ve sıcaklı k knt urları 60