Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin Etrafına Yerleştirilen Engellerin Deneysel Olarak İncelenmesi

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 12, No: 4, 2015 (61-69) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 12, No: 4, 2015 (61-69) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin Etrafına Yerleştirilen Engellerin Deneysel Olarak İncelenmesi Kemal ÜÇLER*, Ali KİBAR**, Bilal KARABAĞ***, K. Süleyman YİĞİT*** *Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Bölümü, Doktora Öğrencisi, Kocaeli ** Kocaeli Üniversitesi, Ali Rıza Veziroğlu MYO, Makina ve Metal Teknolojileri Bölümü, Kocaeli ***Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Kocaeli Özet Bu çalışmada radyatörlerin üzerine ve etrafına konulan engellerin mekânın ısınmasına olan etkisi incelenmiştir. Türkiye de konutların ısıtılmasında çoğunlukla radyatörlü sistemler kullanılmaktadır. Radyatörlerin mekân içerisinde konumlandırılmasında mümkün olduğunca pencere altları tercih edilmektedir. Burada amaç, ısı kaybının en fazla olduğu yere ısıtıcı yerleştirerek ve radyatör etrafında hava sirkülasyonu oluşturarak mekânın daha hızlı ısınmasını sağlamaktır. Radyatörlerin etrafına engeller konulmasının mekânın ısınmasını engelleyeceği ya da yavaşlatacağı yaygın bir görüştür. Bu çalışmada, tamamen aynı özelliklere ve şartlara sahip iki mekân kullanılmıştır. Yapılan çalışma iki farklı deneyden oluşmaktadır. Birinci deneyde ilk mekânda radyatörün sadece üzerine bir engel (niş) yerleştirilmiş diğer mekândaki radyatörün etrafı açık halde bırakılmıştır. İkinci deneyde ise; ilk mekânda radyatörün üzerine ve etrafına engeller yerleştirilmiş, ikinci mekândaki radyatör ise yine etrafı açık bir halde bırakılmıştır. Mekânlarda harcanan enerjiler ölçülerek ısı kaybı araştırılmıştır. Ayrıca mekânın tam ortasından yapılan sıcaklık ölçümleriyle engellerin mekânın sıcaklığına etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, iki deneyde de, ilk mekânın ikinci mekâna göre daha az enerji harcadığı ve daha hızlı ısındığı tespit edilmiştir. Mekân içerisinde, radyatör üzerine engel koymanın ya da radyatörün engellerle çevrelenmesinin olumsuz bir etki yapmadığı aksine küçük farklarla da olsa olumlu etkisi olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Radyatör, Niş, Isıl verim, Mekân Isıtması. Experimental Investigation Of The Barriers That Are Placed Around The Radiator Under The Window In The Space Abstract In this study; the effect of the barriers (niches) that are placed around and on the radiator to heat the space was investigated. Radiator systems mostly used for heating the houses in Turkey. Position of the radiators in the space is preferred as far as possible in the bottom of the window. The aim is more rapid warming of the space by placing heater to the area which has highest heat loss and creating air circulation around the radiator. Placing the barriers around the radiators prevents or decelerates the heating of the space is a common opinion. In this study, two spaces were utilized which completely have same characteristics and conditions. This study consists of two different experiments. In the first experiment, the barrier was placed only above the radiator at the first space and around of the radiator was left open at the second space. In the second experiment, the barrier was placed around and above the radiator at the first space and around of the radiator was left open at the second space. Heat loss is investigated by measuring the energy expenditure of the spaces. Also the effect of the barriers to the space temperature was investigated by space temperature readings from the middle of the spaces. It is suggested that both the above and around niches radiator is a little more efficient than open radiator for space heating. It was determined that placing barriers on the radiator or surrounding the radiator with barriers in the space does not make negative effect on the contrary albeit makes small amount positive affect. Keywords : Radiator, niche, thermal efficiency, space heating. Bu makaleye atıf yapmak için Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S., Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin Etrafına Yerleştirilen Engellerin Deneysel Olarak İncelenmesi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2015, 12(4) How to cite this article Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S., Experimental Investigation Of The Barriers That Are Placed Around The Radiator Under The Window In The Space Electronic Journal of Machine Technologies, 2015, 12(4) 61-69

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin 1. GİRİŞ Teknolojinin büyük bir hızla geliştiği günümüzde enerji hayatımızın ayrılmaz bir parçası olmuştur. Doğal enerji kaynaklarının hızla tükenmesi ve enerji üretiminin yüksek maliyeti, enerjinin etkin ve verimli kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Binalarda harcanan enerjinin yaklaşık olarak yüzde 80 i mekânların ısıtılması maksadıyla kullanılmaktadır. Isıtmada kullanılan bu enerji, ülkemizde harcanan toplam enerjinin de yaklaşık olarak dörtte birine tekabül etmektedir. Türkiye enerji ihtiyacının yüzde 70 ini ithal etmektedir. Bu sebeple binaların ısıtılması maksadıyla harcanan enerjinin azaltılması yönünde yapılan çalışmalar, tasarruf potansiyelinin yüksek olması nedeniyle, öncelikli konular arasında bulunmaktadır [1]. Mekân ısıtma sistemleri incelendiğinde konfor yönünden en çok tercih edilen sistemlerin başında sıcak sulu ısıtma sistemlerinin geldiği görülmektedir. Sıcak sulu ısıtma sistemlerinde gaz, sıvı veya katı yakıtların kazanda yakılmasıyla enerji elde edilmekte ve bu enerji suyun ısıtılmasında kullanılmaktadır. Isınan su, pompa yardımıyla radyatörler, fan-coiller, hava apareyleri, yerden ısıtma boruları gibi çeşitli ısı yayıcılar vasıtası ile mekâna iletilmektedir. Böylece bu cihazlar ile mekân arasında meydana gelen ısı transferi ile mekânın sıcaklığı artırılmaktadır [2]. Mekânların ısıtılmasında radyatörler yaygın olarak kullanılmaktadır. Kullanılan radyatörün mekân içindeki konumu, ısıtma yüzeyi malzemesi, ısıtma yüzey alanı, çalışma sıcaklığı gibi parametreler yanında radyatör etrafına konulan engeller de mekânın ısıl konforunu etkileyebilecek faktörlerdendir. Enerjinin değerinin giderek arttığı ve istenen konfor seviyesinin yükseldiği günümüzde, bahsedilen parametrelerin etkilerinin iyi anlaşılması tasarımcılar, uygulayıcılar ve kullanıcılar açısından önem arz etmektedir. Yapılacak çalışmalarla bu alandaki tereddütler giderilecek ve elde edilen sonuçların tasarımlarda dikkate alınması ve uygulanmasıyla enerji kullanımı daha etkin ve verimli olacaktır. Konuyla ilgili olarak Türk Standartları Enstitüsü nün TS 1499 ve TS 2164/2sayılı tavsiye ettiği veriler Şekil 1 de verilmiştir. Bu verilere göre radyatörün arka tarafında duvar ile arasındaki mesafenin en az 40 mm ve alt tarafta taban ile arasındaki mesafenin 100 mm olduğu durumda, verimin %100 olacağı öngörülmüş ve diğer durumların verimleri buna kıyas edilerek belirlenmiştir. Radyatörlerim etrafının kapatılması niş kullanılarak, pencere tablasıyla veya duvara gömülü olarak yerleştirilmesiyle yapılabilmektedir. Radyatörlerin tasarımı, mekâna yerleştiriliş şekilleri yönünden çalışmalar olmakla birlikte radyatörün etrafına yerleştirilen cisimlerin ve nişlerin etkileri konusunda çok az sayıda çalışma mevcuttur. Radyatör üreticileri radyatör etrafındaki nişlerin verime etkisinin dikkate alınmasında TS2164 de verilmiş olan verilerin kullanılmasını önermektedirler [ ]. 62

3 Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Şekil 1. TS 2164/2 ye Göre Radyatör Yerleşiminin Verime Etkisi. Horikiri ve arkadaşları yaptıkları çalışmada ısı üretimi, havalandırma hızı ve ısıl hassasiyet endeksleri arasındaki ilişkiyi anlamak için bir (3D) havalandırılmış odanın termal ortamını hesaplamalı akışkanlar dinamiğini kullanarak incelemişlerdir [7]. Oda içerisinde insan ve mobilya bulunması da bu çalışmada dikkate alınmıştır. Tye-Gingras ve Gosselin radyatör giriş sıcaklığını kontrol etmenin enerji tüketimini en aza indirerek oda konforunu artırdığını tespit etmişlerdir [8]. Sevilgen ve Kılıç yaptıkları nümerik çalışmada panel radyatör ile ısıtılan bir odanın ortasında oturan bir mankenin ısıl konforunu incelemişler ve pencereden ve duvarlardan meydana gelen ısı transferinin, oda içerisindeki sıcaklık dağılımında ve ısıl konfora önemli bir etkisinin olduğunu belirtmişlerdir [5]. 2. MALZEME ve METOT Mekân ısıtmasının radyatör kullanılarak yapılması durumunda ısı transferi büyük ölçüde taşınım ile olmaktadır. Az miktarda ısı transferi de ışınım ile gerçekleşmektedir [6-9]. Radyatörün yüksek sıcaklıklarda kullanılması durumunda ise ışınımla ısı transferi önemli ölçüde artmaktadır [6]. Bu çalışmada radyatörlerin üzerine yerleştirilen engellerin (nişlerin) ve radyatörün etrafını ve üzerini kapatan engellerin radyatörün verimine etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Mekân olarak 3x4 m boyutunda ve yüksekliği 2,6 m olan birbirinin aynı iki adet sandviç panelden imal edilmiş konteyner kullanılmıştır (Şekil 2). Mekânlarda bulunan pencereler 1x1 m boyutlarında ve çift camlıdır. Isıtıcı olarak katalog gücü 2000 W olan elektrikli, yağlı radyatörler kullanılmıştır. Radyatörler 9 dilimden oluşmakta olup en-boy-genişlik olarak 40x58x15cm boyutundadır. Radyatörler pencerenin altına pencereyi ortalayacak şekilde yerleştirilmiştir. Herhangi bir fan ya da üfleyici kullanılmamıştır. Deneyler için üç adet 0,1 C hassasiyetinde sıcaklık veri kaydedicisi (DT 171), 2 adet enerji-güç ölçer-veri kaydedici (Voltcraft, Energy Logger 4000), 2 adet dijital zaman ayarlı priz, 2 adet 0,1 C hassasiyetinde oda 63

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin termostatı kullanılmıştır (Emko 3710). 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Şekil 2. Deneylerde mekân olarak kullanılan konteynerler Deneyler dış etkiyi azaltabilmek amacıyla rüzgârsız zamanlar seçilerek yapılmıştır. Odanın tam ortasına 1,3 m yüksekliğe yerleştirilen termometre ile 1 dakikalık periyotlarla oda sıcaklıklarındaki değişimler kaydedilmiştir. Yine aynı şekilde termometre ile dış hava sıcaklığı da 1 dakikalık periyotla kayda alınmıştır. Deney süresinde ısıtıcıların çektiği güç birer dakikalık aralıklarla kayıt edilmiştir. Deney 1: Birinci mekânda Şekil 3 te görüldüğü gibi radyatörün 8 cm üzerine eni ve boyu 0.25x1 m olan ahşap bir engel (niş) konulmuştur. İkinci mekândaki radyatör hiçbir engel olmayacak şekilde pencere altına yerleştirilmiştir. Her iki mekânda da aynı özelliklerde cihazlarla ölçümler yapılarak aradaki farklar tespit edilmiştir. Radyatörler ile dış duvar arasına özellikle ışınım ısı enerjisinin dış ortama geçişini azaltmak için yansıtıcı yüzey konulmuştur. Şekil 3. Radyatör ve üzerine yerleştirilen niş 11 Nisan 2015 tarihinde saat de çalıştırılmaya başlanan radyatör saat te kapatılmıştır. Dış ortam sıcaklığı ölçümler sırasında giderek azalmaktadır. Mekânların sıcaklık değişimleri Şekil 4 te görülmektedir. Üzeri nişle kapatılan mekânın sıcaklığı arzu edilen sıcaklığa az farkla da olsa daha hızlı ulaşmaktadır. 64

5 Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Sıcaklık ( C) Üst Niş Radyatörlü Mekan Açık Radyatörlü Mekan Dış Ortam 19:40 19:50 20:00 20:10 20:20 20:30 20:40 20:50 21:00 21:10 21:20 21:30 21:40 21:50 22:00 22:10 22:20 22:30 22:40 22:50 23:00 23:10 23:20 23:30 23:40 Saat Şekil Nisan 2015 tarihinde ölçülen sıcaklık değerlerinin zamanla değişimi 11 Nisan 2015 tarihli deneyde her iki mekânlarda çalışan radyatörlerin çekmiş olduğu güçler Şekil 5 te sıcaklık değerleriyle karşılaştırmalı olarak verilmektedir. Toplamda üç saat boyunca radyatörün üzerinde niş bulunan mekânda 2,63 kwh, diğer mekânda 2,66 kwh elektrik enerjisi harcanmıştır. Şekil Nisan 2015 tarihinde ölçülen güç ve sıcaklığın zamana bağlı değişimi Deney 2: Birinci mekânda Şekil 6 da görüldüğü gibi radyatörün 8 cm üzerine, 20 cm sağına ve 20 cm soluna olmak üzere enleri 25 cm olan ahşap engeller konulmuştur. İkinci mekândaki radyatör hiçbir engel olmayacak şekilde pencere altına yerleştirilmiştir. Her iki mekânda da aynı özelliklerde cihazlarla ölçümler yapılarak aradaki farklar tespit edilmiştir. 65

6 02:40 02:50 03:00 03:10 03:20 03:30 03:40 03:50 04:00 04:10 04:20 04:30 04:40 04:50 05:00 05:10 05:20 05:30 05:40 05:50 06:00 06:10 06:20 06:30 06:40 06:50 07:00 Sıcaklık ( C) Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin Şekil 6. Radyatör ve etrafına yerleştirilen engeller 9 Mayıs 2015 tarihinde gece saat te çalıştırılan radyatör saat da kapatılmıştır. Radyatörlerin çalışmasıyla oda sıcaklıkları artmaya başlamıştır. O sırada dış sıcaklık 11 ile 14 C arasında değişmektedir. Mekânların sıcaklık değişimleri Şekil 7 de görülmektedir. Radyatörün etrafının engellerle kapalı olmasının odanın ısınmasını olumsuz etkilemediği aksine çevresel engellerin olduğu odanın sıcaklığının açık radyatörlü odaya kıyasla daha hızlı şekilde arttığı görülmektedir Radyatör Etrafı Engelli Radyatör Etrafı Açık Dış Ortam Saat Şekil 7. 9 Mayıs 2015 tarihinde ölçülen sıcaklığın zamana bağlı değişimi 9 Mayıs 2015 tarihinde yapılan bu deneyde radyatörlerin çekmiş olduğu güçler kaydedilmiş olup Şekil 8 de sıcaklık değerleriyle birlikte karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Engellerin olduğu mekânda 3 saatlik çalışma boyunca 1,86 kwh elektrik enerjisi harcanırken diğer mekânda 1,99 kwh elektrik enerjisi harcanmaktadır. Radyatörlerin çevresinin engellerle kapalı bulunduğu mekânda 0,13 kwh daha az elektrik enerjisi tüketildiği tespit edilmiştir. 66

7 Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Güç (WATT) :00 03:10 03:20 03:30 03:40 03:50 04:00 04:10 04:20 GÜÇ-Radyatör Etrafı Engelli SICAKLIK-Radyatör Etrafı Engelli 04:30 Saat GÜÇ-Radyatör Etrafı Açık SICAKLIK-Radyatör Etrafı Açık 04:40 04:50 05:00 05:10 05:20 05:30 05:40 05:50 06:00 Sıcaklık ( C) Şekil 8. 9 Mayıs 2015 tarihinde ölçülen güç ve sıcaklığın zamana bağlı değişimi 4. TARTIŞMA VE SONUÇ Bu çalışmada radyatörlerin üzerine ve etrafına konulan engellerin mekânın ısınmasına olan etkisi incelenmiştir. Türkiye de konutların ısıtılmasında çoğunlukla radyatörlü sistemler kullanılmaktadır. Radyatörlerin mekân içerisinde konumlandırılmasında ise mümkün olduğunca pencere altları tercih edilmektedir. Böylelikle hem ısı kaybının en fazla olduğu yere ısıtıcı yerleştirilmiş olmakta hem de radyatör etrafında hava sirkülâsyonu oluşturarak odanın ısınmasının hızlı ve homojen olması amaçlanmaktadır. Radyatörlerin etrafına engeller konulmasının mekânın ısınmasını engelleyeceği ya da yavaşlatacağı yaygın bir görüştür. Bu görüş gereği ısıtılacak mekânların projelendirilmesi ve uygulanmasında genel olarak radyatör etrafları kesinlikle kapatılmamalı anlayışı hâkim olmaktadır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar bu konuya ışık tutacak boyuttadır. Yapılan çalışmada radyatörün sadece üzerine ya da etrafına konulan engellerin ısı kaybına neden olup olmadığı ya da mekânın ısıtmasını yavaşlatıp yavaşlatmadığı araştırılmıştır. Tablo 1 de radyatörün üzerinin, etrafının kapalı olduğu ve tamamen açık olduğu deneylerde elektrikli ısıtıcının harcadığı elektrik enerjisi verilmiştir. Sadece radyatörün üzerine engel(niş) konulduğu birinci deneyde 3 saatlik deney boyunca radyatörün üstünde niş bulunan mekânda 2,63 kwh, etrafının tamamen açık olduğu diğer mekânda 2,66 kwh elektrik enerjisi harcanmıştır. İkinci deneyde ise radyatörde çevresel engellerin olduğu mekânda 3 saatlik çalışma boyunca 1,86 kwh elektrik enerjisi harcanırken, etrafının tamamen açık olduğu diğer mekânda 1,99 kwh elektrik enerjisi harcanmıştır. 67

8 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Mekân İçerisinde, Pencere Altında Bulunan Radyatörlerin Tablo 1. Mekânlarda harcanan elektrik enerjisi miktarları Radyatörün üzerinin ya da etrafının kapalı olduğu mekânda harcanan enerji (kwh) Radyatörün etrafının açık olduğu mekânda harcanan enerji (kwh) Enerji Farkı (kwh) Enerji Farkı (%) 1. Deney 2. Deney 2,63 2,66 0,03 1,14 1,86 1,99 0,13 6,99 Mekânların orta noktasını, hedeflenen sıcaklığa yükseltmek için harcanan enerjiler açısından kayda değer büyük bir fark oluşmamakla birlikte etrafına engel konulan radyatörlerin bulunduğu mekânlar daha avantajlı görünmektedir. Bu durumun, radyatör ile ısı transferi neticesinde sıcaklığı artan havanın yükselirken doğrudan doğruya pencereye yönelmeyip oda içerisine dağılmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Böylece pencere önünde sıcaklık çok fazla değişmediğinden çok daha durgun (hızı düşük) bir hava ortamı oluşturmaktadır. Mekânların orta noktalarında yapılan sıcaklık ölçümlerine bakıldığında tüm deneylerde, radyatörün sadece üzerine ya da hem üzerine hem iki yanına konulan engellerin bulunduğu mekânlarda, radyatörün etrafı açık bir halde bulunduğu mekânlara göre küçük sıcaklık farklarıyla da olsa arzu edilen sıcaklık değerine daha çabuk ulaşılmaktadır. Mekân içerisinde, pencere altlarında bulunan radyatör üzerine ve hem üzerine hem de iki yanına engel koymanın olumsuz bir etki oluşturmadığı aksine küçük farklarla da olsa olumlu etkide bulunduğu görülmüştür. 5. TEŞEKKÜR Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi (BAP) tarafından desteklenmiştir (2014/007). 6. KAYNAKLAR 1. (Erişim Tarihi: 5 Temmuz 2015) 2. (Erişim Tarihi: 5 Temmuz 2015) 3. TS 2164 Kalorifer Tesisatı Projelendirme Kuralları, Ekim Beck, S. M. B., Grinsted, S. C., Blakey, S. G., Worden, K., 2004, A novel design for panel radiators, Applied thermal engineering, 24(8), Sevilgen, G., Kılıç, M., 2011, Numerical analysis of air flow, heat transfer, moisture transport and thermal comfort in a room heated by two-panel radiators, Energy and Buildings, 43(1), Kibar, A., 2013, Mekân İçerisindeki Radyatörlerin Etrafındaki Engellere Göre Isıl Veriminin İncelenmesi, Tesisat Mühendisliği Dergisi, 136,

9 Üçler K., Kibar A., Karabağ B.,Yiğit K.S Teknolojik Araştırmalar: MTED 2015 (12) Kana Horikiri, K., Yao, Y., Yao, J., 2015, Numerical optimisation of thermal comfort improvement for indoor environment with occupants and furniture, Energy and Buildings, 88, Tye-Gingras, M., Gosselin, L., 2012, Comfort and energy comsumption of hydronic heating radiant ceilings and walls based on CFD analysis, Building and Environment, 54, Ploskić, A., Holmberg, S., 2011, Low-temperature base board heaters with integrated air supply An analytical and numerical investigation, Building and Environment, 46(1),