KAPALI HACİMLERDE SLOT DİFÜZÖR KULLANIMININ HAVA DAĞILIMINA ETKİSİ. YÜKSEK LİSANS TEZİ Mak. Müh. Erdinç ÖNTAŞ. Anabilim Dalı : MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KAPALI HACİMLERDE SLOT DİFÜZÖR KULLANIMININ HAVA DAĞILIMINA ETKİSİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Mak. Müh. Erdinç ÖNTAŞ Anabilim Dalı : MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ Prgramı : ISI-AKIŞKAN OCAK 28

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ KAPALI HACİMLERDE SLOT DİFÜZÖR KULLANIMININ HAVA DAĞILIMINA ETKİSİ YÜKSEK LİSANS TEZİ Mak. Müh. Erdinç ÖNTAŞ (53113) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 25 aralık 27 Tezin Savunulduğu Tarih : 31 Ocak 28 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üyeleri Y.Dç.Dr. Erhan BÖKE Prf.Dr. Ahmet DURMAYAZ Y.Dç.Dr. İ. Nemci KAPTAN OCAK 28 i

3 ÖNSÖZ Günümüz havalandırma uygulamalarında göz önüne alınan en önemli hususlardan biri hiç kuşkusuz knfr şartlarının sağlanması knusudur ve bu şartlar her geçen gün daha da hassaslaşmakta ve daha fazla önem verilmektedir. Aslında bu önem sebepsiz değildir rtamdaki hava hızın, bağıl nemin, hava sıcaklığının ve gürültü seviyesinin insanların sağlığını ve verimliliklerini dğrudan etkilediği bilinmektedir. Günümüzde insanların çğu yaşamlarının büyük bir kısmını çalışma rtamı ve özellikle fis dalarında geçirdiklerinden, çalışma rtamları yaşam kalitesinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu sebeple, minimum enerji kullanımı ile knfrlu bir çalışma rtamının luşturulmasının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Knfr şartları luşturulurken de daya beslenen taze havanın miktarı ve dağıtım sistemi da içersindeki dağılımı belirleyen unsurlar larak öne çıkmaktadır. Oda içi havalandırmanın öneminin artmasına paralel larak kapalı hacimlerdeki hava hareketlerinin belirlenmesi ile ilgili yapılmış bir çk çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmalar; gerçek da byutlarında deneysel, sayısal ve mdel çalışmaları larak yapılmıştır. Bu çalışmada, kapalı bir fis hacmi içersinde hava dağılımı çeşitli parametreler yardımıyla incelenmiştir. Burada kaynak taramaları yapılmış daha snra ise yarık tipli menfez (slt difüzör) ve kare menfezler üzerine incelemeler hem sayısal çözüm hem de fiziksel mdel üzerinden elde edilen deney verileriyle yapılmıştır. Bu tip bir çalışmanın knu ile ilgilenenlere faydalı lmasını diliyrum. Bu tez çalışmasıyla elde edilen çözümlerden ve karşılaştırmalardan, kapalı hacimlerde hava dağılım karakteristiklerinin, pek çk parametreye bağlı lduğu ve bu knunun ldukça geniş ve araştırmaya açık lduğu öğrenilmiştir. Bu knularda daha fazla araştırma yapılmasının ve farklı hacimler için uygun havalandırma sistemlerinin geliştirilmesinin daha iyi çözümler elde edilmesine ve bahsedilen parametrelerin etkilerini daha detaylı görebilmesine faydalı ve gerekli lduğu kanısındayım. Beni bu knuda çalışmaya sevk eden, bilgi ve tecrübeleriyle bana yl gösteren değerli hcam Sayın Y. Dç. Dr. Erhan BÖKE ye teşekkürlerimi sunarım. Deney düzeneğinin luşturulmasında değerli katkılarından dlayı Isı Tekniği Labratuarı teknisyenleri Niyazi GÜVEN ve Mehmet KUMCU ya, desteklerinden ötürü Sunjut A.Ş. üretim direktörü Atilla BOSTAN a ve brçlarını asla ödeyemeyeceğim sevgili aileme teşekkürü brç bilirim. Aralık 27 Mak. Müh. Erdinç ÖNTAŞ ii

4 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ KISALTMALAR TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEMBOL LİSTESİ ÖZET SUMMARY ii iv v vi viii x xii 1. GİRİŞ 1 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI 5 3. İÇ HACİMLERDE HAVALANDIRMANIN ESASLARI Havalandırma Yöntemleri Havalandırma Miktarları Menfezler, Difüzörler ve Bunların Hava Yayılımına Etkileri KONFOR ŞARTLARI MODEL ÇALIŞMASININ ESASLARI DENEYSEL VE SAYISAL ÇALIŞMANIN ESASLARI Kapalı Hacim Tanımlanması ve Sınır Şartları Sayısal Mdelleme Deneysel Çalışma SAYISAL VE DENEYSEL SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI Sğuk Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması Sıcak Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması Yarık Tipli Hava Besleme Menfezi İle Kare Hava Besleme Menfezinin Oda İçi hava Dağılımına Etkilerinin Karşılaştırılması Yarık Tipli Hava Besleme Menfezinin Knfr Şartlarına Etkisi SONUÇLAR VE TARTIŞMA 88 KAYNAKLAR 9 ÖZGEÇMİŞ 94 iii

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

6 TABLO LİSTESİ Sayfa N Tabl 2.1. Çeşitli mahaller için önerilen hava miktarları... 7 Tabl 2.2 Çeşitli mahaller için önerilen sıcaklık ve nem miktarları... 9 Tabl 2.3 Mahaldeki hava hızının bireylere etkisi... 1 Tabl 2.4 Çeşitli dönüş ağızları elemanları ön yüzünde önerilen hava hızları Tabl 3.1 Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları Tabl 3.2 Tavsiye edilen saatteki hava değişim sayıları Tabl 3.3 Bazı uygulamalarda tavsiye edilen hava çıkış hızları Tabl 4.1 Mekan içi hava hızlarının bireyler üzerindeki etkileri Tabl 6.1 Kapalı hacmin prttip ve fiziksel mdel byutları (s=3) 59 Tabl 7.1 FLUENT çözümünde sınır şartları 74 v

7 ŞEKİL LİSTESİ Şekil 2.1 Şekil 2.2 Şekil 2.3 Şekil 2.4 Şekil 2.5 Şekil 2.6 Şekil 2.7 Şekil 2.8 Şekil 3.1 Şekil 3.2 Şekil 3.3 Şekil 4.1 Şekil 4.2 Şekil 4.3 Şekil 4.4 Şekil 6.1 Şekil 6.2 Şekil 6.3 Şekil 6.4 Şekil 6.5 Şekil 6.6 Şekil 6.7 Şekil 7.1 Şekil 7.2 Şekil 7.3 Şekil 7.4 Şekil 7.5 Şekil 7.6 Şekil 7.7 Şekil 7.8 Şekil 7.9 Şekil 7.1 Şekil 7.11 Şekil 7.12 Şekil 7.13 Şekil 7.14 : Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması... : Kuas ve Başkaya nın araştırdıkları danın şematik görünümü... : A grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : B grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : C grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : D grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : E grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri... : Tahmini ve ölçülen hız prfilleri... : Bir hacim içersinde deplasmanlı akış... : Bir hacim içersinde karışmalı akış... : Bir hacim havalandırmasında menfezlerin yerleştirilmesi... : Hava akım yönlerinin etkileri. : Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi... : Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi... : Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi... : Kapalı hacme ait temel byutlar... : Deney amaçlı kullanılan kapalı hacim... : Yarık tipli hava giriş ağzı... : Hava giriş düzeneği... : Sıcak tel anemmetreleri... :.2.5 m/s, b..5 5 m/s hızları için kalibrasyn eğrisi. : Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktaları... : Tanımlanan hava hızına bağlı knfr alanı. : Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi. : A1 dğrusundaki hız prfilleri.... : A3 dğrusundaki hız prfilleri.... : A5 dğrusundaki hız prfilleri.... : A7 dğrusundakii hız prfilleri... : B1 dğrusundaki hız prfilleri.... : B4 dğrusundaki hız prfilleri.... : B7 dğrusundaki hız prfilleri.... : C1 dğrusundaki hız prfilleri.... : C5 dğrusundaki hız prfilleri.... : Merkez düzlem : Merkez düzlemdeki hız vektörleri.. : A1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri Sayfa N vi

8 Şekil 7.15 Şekil 7.16 Şekil 7.17 Şekil 7.18 Şekil 7.19 Şekil 7.2 Şekil 7.21 Şekil 7.22 Şekil 7.23 Şekil 7.24 Şekil 7.25 Şekil 7.26 Şekil 7.27 Şekil 7.28 Şekil 7.29 Şekil 7.3 Şekil 7.31 Şekil 7.32 Şekil 7.33 Şekil 7.34 Şekil 7.35 Şekil 7.36 Şekil 7.37 Şekil 7.38 Şekil 7.39 : A4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : A7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : B1 dğrusundaki sıcaklık prfiller. : B4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : B7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : C1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : C5 dğrusundaki sıcaklık prfilleri... : Sğuk ve sıcak akışa ait hız prfilleri.. : Merkez düzlemdeki sıcaklık dağılımı.. : Deneysel a1 deki hız prfilleri... : Deneysel a4 deki hız prfilleri... : Deneysel a7 deki hız prfilleri... : Deneysel b5 deki hız prfilleri... : Deneysel c2 deki hız prfilleri... : Sayısal a1 deki sıcaklık prfilleri.... : Sayısal a4 deki sıcaklık prfilleri : Sayısal a7 deki sıcaklık prfilleri.... : Sayısal b4 deki sıcaklık prfilleri.. : Sayısal c3 deki sıcaklık prfilleri. : Yarık tipli menfez-merkez düzlemdeki hız dağılımı.. : Kare menfez-merkez düzlemdeki hız dağılımı : Kare menfez-merkez düzlemdeki hız dağılımı : Yarık tipli menfez ile yapılan çalışmada ölçüm nktalarının knfr diyagramındaki dağılımı.. : Kare menfez ile yapılan çalışmada ölçüm nktalarının knfr diyagramındaki dağılımı.. : Merkez düzlemdeki ( a1-a7 ) x ekseni byunca sıcaklık dağılımı vii

9 SEMBOL LİSTESİ Ar : Arşimet sayısı b : Kanal ekseninin duvar eksenine mesafesi [m] B : Kapalı hacmin eni [m] C ij : Matris katsayıları C p : Sabit basınçtaki özgül ısı [kj/kgk] C µ : Dağılım katsayısı D h : Odanın hidrlik çapı [m] g : Yerçekimi ivmesi [m²/s] Gr : Grasshf sayısı H : Kapalı hacmin yüksekliği [m] k : Türbülansın kinetik enerjisi [J] K : Tplam ısı geçiş katsayısı [W/mK] l : Karışım uzunluğu [m] L : Kapalı hacmin byu [m] p : Basınç [N/m²] Pe : Peclet sayısı r : Yarıçap vektörü Re : Reynlds sayısı S : Ölçek faktörü T : Sıcaklık, Dönüşüm matrisi Q : Isı transferi [W] q : Isı akısı [W/m²] A : Yüzey alanı [m²] T c : Salnun rtalama kuru termmetre sıcaklığı [K] T x : Havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı [K] u : Akışkanın rtalama hızı [m/s u : Akışkanın çalkantı hızı [m/s] U : Akışkanın hızı [m/s] U r : Eşdeğer da hızı [m/s] V x : Yerel hava hızı [m³/h] x : Karakteristik uzunluk [m] x, y, z : Kartezyen krdinatlar T : Sıcaklık farkı [K] Yunan harfleri λ : Isıl iletkenlik katsayısı [W/mK] ν : Kinematik viskzite [m³/s] θ : Etkin hava cereyanı sıcaklığı [K] ρ : Yğunluk [kg/m³] β : Isıl genleşme katsayısı [1/K] : Kısmi türev peratörü viii

10 İNDİSLER Alt İndisler i j m p r t c v r : i bileşeni : j bileşeni : Fiziksel mdel : Üfleme tarafı : Prttip : Referans : Tplam : İletim : Taşınım : Işınım Üst İndisler * : Byutsuz ix

11 KAPALI HACİMLERDE YARIK TİPLİ MENFEZ (SLOT DİFÜZÖR) KULLANIMININ HAVA DAĞILIMINA ETKİSİ ÖZET Oda içi hava yayılımı çk önemli bir çalışma knusudur. Bunun nedeni da içerisindeki hava kalitesine dlayısıyla mahaldeki insanların knfr şartlarına direkt larak etki etmesidir. Bir havalandırma ve iklimlendirme sistemi ancak tanımlanmış varsayımlar altında talep edilen iç rtam havasını sağlamak için tasarlanır. Oda içi hava yayılımı kmpleks bir prsestir ve danın gemetrisine, menfezlerin yeri ve çeşitlerine, egzst çıkış elemanlarının yerine, hava hızı, değişim ranı ve yönüne, termal şartlara ve mahaldeki ısı değiştiricilerine bağlıdır. Bu çalışmada; fis hacim için cebri havalandırma durumu incelenmektedir. Sürekli şartlardaki üç byutlu kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerjisinin yayınım ranı denklemleri, tanımlanan sınır şartlarıyla birlikte sayısal akışkanlar dinamiği (SAD) kullanılarak çözülmüştür. Snlu hacimler yönteminin esas alındığı bir akış analiz prgramı kullanılmasının yanı sıra kurulan deney düzeneğiyle, kapalı fis hacmi için da içersinde luşan hava hareketleri ve sıcaklık dağılımları incelenmektedir. Oda içi havalandırmanın incelenmesinde kullanılan yöntemler, bire bir ölçülerde prttip kullanılması, küçültülmüş ölçülerdeki bir ölçekli mdel kullanılması ve nümerik çözümlemedir. Gerçek byutlarda deney yapmanın gerek zaman gerekse ölçüm zrluğu açısından yaratacağı dezavantajlar nedeniyle deney tesisatı gerçek byutlarındaki fis dasının ölçek faktörü larak 1/3 alınan bir fiziksel mdeli larak kurulmuştur. Hava değişim sayısı 4 alınarak, sıcak tel anemmetresiyle yapılan hız ölçümleri, da içersinde genelde.1 m/s nin altında luştuğu için sağlıklı ölçümler çk kısıtlı alanda yapılabilmiştir. Sayısal çözüm larak, deneyi yapılan mdellerin yanı sıra daha farklı üfleme açıklığı knumları ve sıcak üfleme durumu, FLUENT 6.1 adlı CFD prgramıyla incelenmektedir. Snuçlar, daların çeşitli kesitlerinde hız prfilleri ve eşit hız eğrileri ile gösterilmiş ve insanların knfrlu lup lmadığı irdelenmiştir. Fiziksel benzerlik, eşsıcaklıklı ve eşsıcaklı lmayan da içersindeki x

12 hava hareketlerinin incelenmesinde kullanılan (Ar) sayısının eşitliğiyle sağlanmıştır. Birbirinin benzeri lan fiziksel mdele ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden 1,8 m yüksekliğe kadar lan mesafedeki hızlar düşük seviyededir. Ayrıca, aynı Ar sayısında da içersinde benzer hava dağılımları elde edilmiştir. xi

13 EFECT OF SLOT DIFUSER ON AIR DISTRIBUTION IN A VENTILATED ROOM SUMMARY Rm air mvement is an imprtant research issue because itaffects the air quality and thermal cmfrt f ccupants. Ventilatin r air-cnditining system is designed nly t satisfy desired indr space under defined predictins. Rm air mvement is a cmplicated prcess. In practical cases, it determined by the rm s gemetry, diffuser cnfiguratin and lcatin, exhaust (return) lcatin, air velcity and directin at the diffuser, ventilatin rate, internal bstructins and thermal buyancy due t the heat generated by ccupants and/r equipment. The frced ventilatin f an ffice space was investigated in this study. Under state cnditins the three-dimensinal equatins f cnservatin f mass, mmentum balance, energy, turbulent kinetic energy and its dissipatin rate were slved under defined bundary cnditins using cmputatinal fluid dynamics (CFD). Besides using a flw analysis prgram, which is based n finite vlume methd, the air and temperature distributin in a clsed ffice vlume is investigated by experimentally. Methds cmmnly used fr the study f rm air mvement are prttype study (full-scale mdel study), similitude mdel study (reduced-scale mdel study) and numerical simulatin. Because f measuring and time-cnsuming difficulties, the experimental sets up were designed as a physical mdel by selecting the scaling factr as 1/3. Reliable measurements with ht wire anemmeter culd nly be achieved in limited area fr the air exchange rate as 4 because; the air velcities were belw.1 m/s in the measured part f the vlume. The isthermal and nnisthermal flw cases fr the physical mdel were investigated by using the CFD prgram named FLUENT 6.1, by varying the lcatin f the air supply pening. Numerical mdeling fr the experimental cnditins f the physical mdel was als made. Results were presented in the frm f velcity prfiles and velcity cnturs. Cmfrt cnditins f the persn were investigated. Physical similarity was achieved by the equality f Archimedes number, which was used in determining the isthermal and nn-isthermal airflw in clsed spaces. It was seen that the air velcity prfiles f physical mdel thrugh the ccupied zne, which is described as xii

14 the distance f 1,8 m frm the flr, the velcities, are lw level. Besides these, the same air distributin patterns were btained fr bth physical mdel and prttype fr the same Archimedes (Ar) as expectedly. xiii

15 GİRİŞ Havalandırma kapalı bir hacimdeki kirlenmiş havayı değiştirmek için ısıtılmadan veya ısıtılarak, dğal akım, etkin basınç ya da mekanik bir etki (vantilatör) yardımıyla, ilgili hacimden hava emilerek dışarıya atılması veya bu hacme taze hava verilmesidir [1]. Günümüz havalandırma uygulamalarında göz önüne alınan en önemli hususlardan biri hiç kuşkusuz knfr şartlarının sağlanması knusudur ve bu şartlar her geçen gün daha da hassaslaşmakta ve daha fazla önem verilmektedir. Aslında bu önem sebepsiz değildir rtamdaki hava hızının, bağıl nemin, hava sıcaklığının ve gürültü seviyesinin insanların sağlığını ve verimliliklerini dğrudan etkilediği bilinmektedir. Günümüzde insan ömrünün büyük çğunluğunun kapalı hacimlerde geçtiği görülür. Bu hacimlerde knfr şartlarının sağlanması ve krunması için yapılacak en akıllı işlem havalandırmadır. Havalandırma tesisinin luşturulmasında ana veri iç rtam havasını sağlayan havalandırma miktarıdır. Bu hava miktarının belirlenmesi, insanların temiz hava ihtiyacı, belirli kirleticilerin derişiklik seviyelerinin limit değerler altında tutulması, basınç kntrlü ve sıcaklık kntrlü gibi bazı temel kriterlerden biri veya birkaçı esas alınarak yapılır. Bu kriterler esas alınırken, kapalı hacimdeki insan sayısı (m2 döşeme alanı için), insanların sigara içiyr veya içmiyr lması, kapalı hacimdeki cihazlar, insanların aktiviteleri ve elde edilebilir taze hava kalitesi gibi bilgiler de göz önünde bulundurulur [2]. İnsanların yaşamlarında çalışma rtamları ve özellikle fis daları, yaşam kalitesinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu sebeple, minimum enerji kullanımı ile knfrlu bir çevre luşturma, hem yapı tasarımcılarının hem de yapıyı kullananların amacıdır. Geçmiş dönemlerde enerji maliyetleri sistemin tasarımında önemli bir belirleyici parametre luştururken, günümüzde ise enerji maliyetleri yanında, iç hava kalitesinin önemi de gerek ısıl knfr gerekse sağlık açısından giderek artmış, birinci prensiple çatışan ikinci bir belirleyici parametre haline gelmiştir. Minimum enerji tüketimiyle 1

16 kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için farklı standartlar değişik rakamlar verebilmektedir. Bu knuda Türk Standartları yeterli derinlikte ve ayrıntıya sahip lmadıklarından belirleyici değildir. Esas larak alınan ASHRAE, kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, belirtilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Bu dış hava miktarları kişi başına L/s şeklinde verilmektedir. Ayrıca, Avrupa tarafından çeşitli hacimler için saatteki hava değişim sayısı şeklinde veriler mevcuttur. Ancak söz knusu havalandırma değerleri halen tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir. Havalandırma amacıyla daya beslenen havanın, da içersinde de farklı uçlarda iki tipik hareketi söz knusudur. Bunları deplasmanlı (yer değiştirmeli) hareket ve yayınım hareketi larak isimlendirmek mümkündür. Deplasmanlı akışta daya beslenen hava bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir yayınım meydana gelmeden dayı süpürerek diğer uçtan hacmi terkeder. Yayınımlı havalandırma ise knfr havalandırmasında tercih edilen bir yöntem lup, bu yöntemde daya üflenen hava, geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır ve da içerisinde istenilen hava karışımı elde edilmiş lur.. Havalandırma sisteminin byutlandırılması yapılırken knfr açısından göz önünde bulundurulacak en önemli kriterlerden biri, mahal içindeki hava hızlarının bireyleri rahatsız edici değerlere çıkmamasıdır. Bu hız hava sıcaklığına bağlı larak,2 ile,3 m/s arasında değişir [3]. Bir diğer knfr şartı ise da içersinde dikey yöndeki hava sıcaklığı farkıdır. İnsanın başı ile ayak bilekleri arasında (turan bir insan için döşeme seviyesinden itibaren 1,1 ve,1 m) dikey yöndeki hava sıcaklık farkının artması, knfrdan memnun lmayan insanların yüzdesini arttırmaktadır [2]. Oda içersine taze havanın verilişi ve dağılışı, da içi çevreyi belirlemede çk önemli bir rl ynadığından dlayı, işgal edilen alandaki hava akışının dğru larak tahmin edilmesi, danın bire bir veya küçültülmüş fiziksel mdelleri içinde hız ve sıcaklık 2

17 ölçümleriyle yapılmaktadır. Sayısal akışkanlar dinamiği (CFD), yetmişli yıllardan beri da hava hareketinin tahmini ve da içi ısıl knfrun değerlendirilmesi için güvenilir bir araç larak kullanılmıştır. Dlayısıyla hava hareketlerinin sayısal çözüm snuçları ısıl knfr, hava kalitesi ve sistem maliyeti açısından sistem tasarımcısına dizayn öncesi değişik seçenekler sunmaktadır. Sn zamanlarda yaygın bir kullanıma sahip lsa da mdel çalışmalarından elde edilen deney verileri hâlâ hava dağıtım sistemlerinin tasarımında en güvenilir kaynak lmaktadır [4]. Sunulan çalışmanın amacı, fis amaçlı kullanılan bir dadaki karakteristik hava hareketlerinin incelenmesidir. Oda hava hareketi karakteristiklerinin belirlenmesi için literatürde yer alan çalışmalarda kullanılan da byutlarına benzer byutlarda bir fis dası tasarlanarak, üfleme ve egzz menfezleri karşılıklı duvarlarda, üfleme üstte egzz altta lacak şekilde yerleştirilmiştir. Prttip da için uygun havalandırma miktarının ve daya hava üfleme hızının seçilmesiyle byutlar sn haline getirilmiştir. Gerçek byutlarda deneysel çalışmak hem daha fazla zaman hem de daha fazla nktada ölçüm alınmasını gerektireceğinden, sistemin ölçek faktörünün 3 larak alınarak belirlenen yeni byutlarda bir fiziksel mdel luşturulmuştur. Bu benzerlik kurulurken Archimedes (Ar) sayısının eşitliği göz önünde bulundurulmuştur. Sayısal çalışmada hacimler yaklaşık 9. adet hücreye ayrılarak ele alınmıştır. Daha snra sürekli şartlardaki kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerji yayınım ranı denklemleri kullanarak çözümler elde edilmiştir. Ayrıca, duvarlardan ısı kaybedildiğini farzederek, bu kaybı karşılayacak sıcak hava daya üflenerek da içersindeki sıcaklık dağlımı mdel için incelenmektedir. Deney çalışmasında ise gemetrik benzerlik ilkesine göre 1,5 x 1 x 1 m3 ebatlarında luşturulan mdel içersine taze hava sğuk ve sıcak akış için bir eksenel fan yardımıyla 1,44 m/s hızda üflenmiş, sıcak tel anemmetresi ile hız ölçümleri yapılmıştır. Menfez civarında daha yüksek hızların bulunması, bu bölgelerde daha iyi hız ölçümleri yapmaya imkan sağlarken, danın diğer kısımlarında luşan düşük hız değerleri snucu hız ölçümleri sağlıklı bir şekilde yapılamamıştır. 3

18 Elde edilen deneysel ve sayısal çözümlerde fiziksel mdele ait belli çizgiler byunca elde edilen hız prfilleri, dada yaşanılan bölge larak kabul edilen döşemeden 1,8 m yüksekliğe kadar lan mesafede düşük hızlar etkin iken dğal larak yarık tipli menfez mesafesinde yüksek hızlar etkin lmuştur. Ancak gerek yarık tipli menfezin gerekse bir önceki çalışmadaki kare menfezin knumları knfr bölgesinin çk üzerinde lduğunda knfr şartlarını lumsuz yönde etkilememişlerdir. 4

19 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI İç hacimlerde havanın yayılması ve perfrmansı sn yıllarda geniş bir araştırma sahası lduğu görülmektedir. Oda içinde hava dağıtılması ve genel prensiplerine girmeden önce genel larak havalandırma knusunu anlamak ve zamana bağlı gelişimini anlamak gerektirmektedir. Bunun için en iyi yl bu knudaki standartları, kitapları, makaleleri ve brşürleri incelemektir. TSE nin yayınladığı TS 3419/Haziran 1979 Havalandırma ve iklimlendirme tesislerinin prjelendirilmesi kuralları isimli standart havalandırma özellikle de havalandırma esnasında knfr şartları knusunda ldukça geniş bir kaynaktır. Bu kaynakta havalandırma tarifi şöyle yapılmaktadır [1]: Havalandırma kapalı bir hacimdeki kirlenmiş havayı değiştirmek için ısıtılmadan veya ısıtılarak, dğal akım, etkin basınç ya da mekanik bir etki (vantilatör) yardımıyla, ilgili hacimden hava emilerek dışarıya atılması veya bu hacme taze hava verilmesidir. Aynı standart, havalandırmayı şu şekilde sınıflandırmıştır: Dğal çekimli havalandırma, Aralık havalandırması, Pencere havalandırması, Baca havalandırması, Çatı havalandırması, Zrlamalı havalandırma. Zrlamalı havalandırma, kapalı bir hacimdeki kirlenmiş havanın mekanik bir etki yardımıyla suretiyle yapılan havalandırmadır. Bizim için daha önemli lan zrlamalı havalandırma ise bu standartta şu şekilde sınıflandırılmıştır: 5

20 Vakumlu havalandırma: Bir aspiratörle bir hacimdeki kirli havanın emilerek dışarı atılması suretiyle yapılan havalandırmadır. Basınçlı havalandırma: Bir vantilâtör yardımıyla dış havanın (besleme havası) havalandırılacak hacme verilmesi suretiyle yapılan havalandırmadır. Birleşik havalandırma: Havalandırılması gereken hacimdeki kirli havanın bir aspiratörle emilerek dışarıya atılması ve buna karşın dış havanın bir vantilatör yardımıyla aynı hacme verilmesi suretiyle yapılan havalandırmadır. Üst basınçlı havalandırma: Havalandırılması gereken hacimdeki basınç, sıcaklık etkisiyle belirli bir sınır değerine eriştiğinde, kirli havanın hacimden atılması suretiyle gerçekleşir. Geçiş akımlı havalandırma: Düşük randa kirlenmiş çıkış havasının, havalandırılması gereken hacimden daha hafif kşulları gerektiren başka bir hacme verilmesi suretiyle yapılan havalandırmadır. TS 3419 Standart ında bizi asıl ilgilendiren ve havalandırmanın ldukça önemli bir alt knusu lan hava dağıtımı, esintisizlik ve knfr şartları şu şekilde açıklanmıştır: Hacimde Hava Dağıtımı ve Esintisizlik: Hacimdeki hava dağıtımı, bir havalandırma ve iklimlendirme tesisinin ana amacı lduğundan, besleme havasının hacimlere dağıtımı, kullanma bölgesine veya hacim havasını bzan diğer kaynaklara ulaşacak ve besleme ağızları ile emme ağızları arasında hiç bir kısa devre luşturmayacak ve ölü bölge bırakmadan tüm hacmi tarayacak şekilde lmalıdır. Havanın dağıtımında, yğun bir şekilde kullanılan bölgelerdeki hava sıcaklığı esas alınmalıdır ve mahal türü için izin verilen sıcaklık farkı değerleri aşılmamalıdır. Hacimdeki hava dağıtımı, hacmin herhangi bir aynı kttaki çalışma yerlerinde aynı andaki sıcaklık farkı, 4ºC dan daha büyük lmayacak ve hacimde labildiği kadar düzgün ve etkin bir hava dağıtımı sağlayacak şekilde lmalıdır. Sğutmalı havalandırma ve iklimlendirme tesislerinde bu sıcaklık farkı, sağlanması istenen değerden en çk 1,5ºC farklı lmalıdır. Isıtmalı havalandırmalı tesislerde, bu fark en çk 2ºC labilir. Değişmez knumlu turma yerleri lan hacimlerde insanı rahatsız etmeyecek etkin bir hava dağıtımının sağlanması için hava hızı hava sıcaklığına bağlı larak şekilde verilen sınır eğrisi değerlerini aşmamalıdır. 6

21 Seçilen değer, hiçbir turma yerinde önden üflemede verilen değerleri aşmamalıdır. Hava akımı, turanlara kesinlikle önden değil, enseye veya ayaklara gelecek şekilde düzenlenmişse, buradaki hava hızı, 21ºC ve daha düşük sıcaklıklarda,15 m/s den daha büyük lmamalıdır. Sğuma şiddetinin belirleyici özelliğini saptayan değer 22ºC a kadar 6 cal/cm 2 den daha büyük lmamalı ve artan sıcaklıkta da bu değer 5 mcal/cm 2 e düşmelidir. Sğutmasız havalandırma tesislerinde, besleme havasının üfleme sıcaklığı 2ºC lduğunda, esintisizlik de sağlanmalıdır. Bunun dışında nemlendirmeli havalandırma ve iklimlendirme sistemlerinde, tüm işletme kşullarında bağıl nem değerinin en az % 35 lması için prjelendirmede gerekli önlemler alınmalıdır. Havalandırma knusunda diğer önemli bir standartta DIN 1946 Teil-2 Raumlufttechnik (Oda Havalandırma Tekniği Bölüm-2) isimli da havalandırma tekniklerini ve prensiplerini açıklayan Alman standardıdır [5]. Bu standartta dadaki ısıl yükleri hesaplama yöntemleri kısaca açıklanmıştır. Esas larak ise çeşitli mahallerde knfr için tavsiye edilen hava miktarları ve ses seviyeleri verilmiştir. Tabl 2.1: Çeşitli mahaller için önerilen hava miktarları Alınması Gereken Mahal Dış Hava Miktarı ( m 3 /h ) Kişi başına Birim alan başına ( m 3 /h ) (m 3 /m 2 h ) Bür, fis arası Sinema, Tiyatr, Knferans Salnu arası Sınıf 3 15 Mağaza arası İç da havalandırması ve perfrmansları ile ilgi en yeni ve temel standartlar ise şunlardır; DIN EN 12239:1995 ile DIN EN 12238:21. TSE nin Türkçe sini henüz yayınlamadığı bu standartlarda havalandırma ağızlarından ve bu elamanların istermik kşullarda perfrmans testinden söz eder [6,7]. Söz knusu deneylerde kullanılan hava, 1,2 kg/m 3 özgül ağırlığında, 2ºC sıcaklığında, Pa basınçta ve %65 bağıl neme sahiptir. Ayrıca deney 7

22 düzeneğindeki çıkış ağızlarının duvar kenarlarına,15 m den yakın lmama ve zeminden en az 1,8 m yukarıda lma şartı getirilmiştir Test dası 7,5 m byunda, 5,6 m eninde ve 2,8 m yüksekliğinde lması tavsiye edilir. En ve yükseklik arasındaki ran ise 1,5-2,2 arasında lmalıdır. Test sırasında debi istikrarı sağlanmalı ve de bu istikrar +%2 ve -%2 arasında sağlanmalıdır, aynı şekilde test sırasına sıcaklık farkı 2 K i geçmemelidir. Söz edilen standartlarda hava geçiş ağızları şu şekilde sınıflandırılmış ve test dasına yerleştirilmişlerdir; Grup 1: Üç yönlü hava geçiş ağızlarıdır, ızgaralar ve nzullardan luşurlar. Grup 2: Radyal akışlı hava geçiş ağızlarıdır, tavan yayıcılarından luşur. Grup 3: İki yönlü hava geçiş ağızlarıdır, düz menfezler ve düz yayıcılardan luşurlar. Grup 4: Düşük hava hızlarında kullanılan hava geçiş ağızlarıdır İklimlendirme işleminde temel amaç esas larak. hava hızı, hava sıcaklığı, bağıl nem ve bunların mahal içerisinde hmjen sağlanması temel amaçtır [8]. Örneğin havanın nem değeri %3 dlaylarına düştüğünde slunum işlemi güçleşir ve çeşitli rahatsızlıklar rtaya çıkar. Nemlilik derecesi %6 ranından daha yüksek değerler. Aldığı zaman, insan bedeninden çıkan terin buharlaşması ylu ile luşan ısı yayılımı önemli ölçüde azalır, ayrıca nemin artmasıyla kku alma gücünün azaldığı tespit edilmiştir. Genel larak ise sıcaklığın 18ºC ile 2ºC arasında nemin ise %3 ile %7 arasında lması tavsiye edilir. Bu veriler Tabl 2.2 de ayrıntılı larak ele alınmıştır. Hava hızı larak ise,3 m/s hızı kabul edilebilir maksimum hava hızı larak ele alınır. Hugten ve Reinmann isimli araştırmacılar, hızı ve sıcaklık derecesi değiştirilen hava akımlarının etkisine maruz bırakılan bireyler tarafından gösterilen tepkileri incelemiş ve deney snuçları Tabl 2.3 de görülmektedir [9]. 8

23 Tabl 2.2: Çeşitli mahaller için önerilen sıcaklık ve nem miktarları Önerilen Bileşke Sıcaklık (ºC ) Önerilen Nemlilik Mahal Derecesi (%) Kışın Yazın Kışın ve Yazın Oturma salnları Yemek salnları, Mutfaklar Odalar Bany ve duş mahalleri Derslikler,Kütüphane Spr ve yun salnları Yüzme Havuzları Sinema, tiyatr ve umumi yerler Bürlar Butik, dükkan ve mağazalar Bankalar Hasta daları Ayrıca Almanların insan perfrmansı ve rtam sıcaklıkları ile ilgili tespit ettiği bağıntılar şöyledir; 19-2ºC; en iyi perfrmans, 26ºC ye ulaşıldığında %2 perfrmans kaybı, 33ºC ye ulaşıldığında %5 perfrmans kaybı lmaktadır. Besleme ağzı veya çıkışı ısıtılmış, sğutulmuş, nemlendirilmiş veya nemi alınmış besleme havasının havalandırma mahalline girdiği açıklık dır. Besleme ağızları, salnda yerleştiriliş yerlerine göre yan duvar, tavan, yere yakın duvar tipi larak adlandırılırlar. Ancak bunların pratikte birçk tasarımının bulunması nedeniyle, daha dğru larak belirlenmeleri knstrüksiyn özelliklerine göre yapılır [1]. 9

24 Tabl 2.3: Mahaldeki hava hızının bireylere etkisi Mahal Ortamı Bireyler Tarafında Uygulama Hava Hızı (m/s) Gösterilen Tepki Alanı -,1 Uygunsuz bulunur Ender larak kullanılır bğulma hissi görülür,1-,2 Tepki uygun niteliktedir Knfr uygulamalılarında şıkça kullanılır,2-,3 Oturan insanlar için uygunsuz Bu hava hızı mağaza, banka duran veya gezinen insanlar için uygun gibi yerlerde kullanılır,3 ve üstü Hava akımlar rahatsızlık Endüstriyel uygulamalarda verir. kullanılır Hava besleme ağızları beş grupta tplanabilir: A grubu; havayı yatay larak veren tavana veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar. Bu tip çıkış elemanları ile en küçük durgun hacimle, saln içindeki sıcaklık değişimleri en aza indirgenir. Bunun yanı sıra B grubu çıkışlardan daha küçük bir durgun bölgeye sahiptirler. B grubu; açılmayan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar. C grubu; açılan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar. D grubu; havayı yatay larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar. E grubu; birincil havayı düşey larak püskürten, tavana veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar. Bu tip çıkışlarda serinletme esnasında tplam hava bütün döşemeyi takip ederek, tavan yanında durgun bölge luşturur. Dğal ısı taşınım akımları serinletme işleminde tavanın aşağısında, ısıtmada ise döşemenin yukarısında durgun bölgeler luştururlar. Bu bölgeler ısıtma sırasında tplam havanın terminal hız nktasının aşağısında, serinletme sırasında ise yukarısında luşurlar. Bu bölgenin dğal ısı akımlarından luşmasından dlayı hava hızları genelde azdır (yaklaşık,1 m/s) ve artan sıcaklık katmanlarında hava tabakalaşır. Ilık ve sğuk yüzeylerden dğal ısı taşınım akımlarını ve iç ısı yüklerini 1

25 kapsamasından ötürü, çıkış ağızlarının seçiminde ve uygulamalarında, durgun bölge kavramının önemi büyüktür. Çıkış ve Dönüş ağızları ile ilgili şu bilgiler verilir: Ağızlar besleme havasının devrini en az yapacak şekilde yerleştirilmelidir. Şayet hava tavandaki jetler ile besleniyrsa, egzz ağızları jetlerin arasında veya salnun diğer tarafına, hava jetlerinden uzak bir yere yerleştirilmelidir. Dökümhane, bilgisayar daları, tiyatrlar, barlar, mutfaklar, yemek salnları ve klüp daları gibi yükseklikleri byunca sıcaklığın tabakalaşması labilen hacimlerde, egzz ağızları, ılık havayı, kkuları ve dumanı çekebilmesi için tavan yakınına yerleştirilmelidir. Bir dönüş ağzı, saln hava hareketinin sadece ağzın yakın çevresini etkiler. Ortamın serinletilmesi sırasında en sıcak havanın, rtamın ısıtılması sırasında ise en sğuk havanın geri dönebilmesi için giriş ağzı, durgun bölge içinde yerleştirilmelidir. Değişik tip çıkış ağızlarından dlayı luşan durgun bölgenin bağıl büyüklüğüne bağlı lması nedeniyle, yerleştirme knumunun yeri önemlidir. Yer değiştirmeli havalandırmada, salnda kullanılan bölgede istenen saln sıcaklığından biraz daha düşük sıcaklılıktaki şartlandırılmış hava, küçük hava hızlarında (,5 m/s veya daha az), hava çıkış ağızlarından sağlanır. Çıkış ağızları döşemede veya döşeme yanında bulunur ve bu ağızlardan besleme havası salnda kullanılan bölgeye dğrudan dğruya gönderilir. Salnda ılık havanın alındığı emme (egzz) ağızları ise, tavana veya tavan yakınına yerleştirilir. Tek yönlü havalandırma uygulanacaksa bir rtamın havalandırılmasında, hava, ya tavandan beslenir ve döşemeden çıkar veya tam tersi lur, yada hava bir duvardan beslenir ve karşı duvardaki emme ağzından çıkar. Yerel hava uygulamalarında ise, hava örnek larak fislerde masaların, tiyatr ve sinemalarda kltukların veya endüstriyel binalarda çalışma yerlerinin bulunduğu bölgelere yerel larak beslenir. Dönüş ağızlarları için önerilen hava hızları aşağıdaki gibidir. Yayıcılarda önemli bir knuda hava atış mesafesidir. Bir jetin atış mesafesi, yayıcı çıkış ağzı ile akış kesitindeki maksimum hızın belirlenen bir terminal hıza düştüğü nkta arasındaki uzaklığa eşittir. Bütün yayıcılar için terminal hız,25 m/s lmasına rağmen, sadece tavan tipi yarıklı yayıcılarda terminal hız,5 m/s larak alınır. 11

26 Tabl 2.4: Çeşitli dönüş ağızları elemanları ön yüzünde önerilen hava hızları En büyük Dönüş ağzının yerleştirme yeri hız m/s Kullanılan bölgenin yukarısında 4,'den fazla Kullanılan bölgenin içinde, kltuklardan uzakta 3,-4, Kullanılan bölgenin içinde,kltuklara yakın 2,-3, Kapı veya duvar panjuru 1,-1,5 Kapı altı 1,-1,5 Hava ile ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemindeki hava yayılımının amacı, şartlandırılmış salnda döşeme seviyesinin yaklaşık 1,8 m üzerindeki kısımda, salnda kullanılan bölge içinde sıcaklık, nem ve hava hareketinin uygun bir bileşimini luşturmaktadır Miller tarafınadn yapılan bir çalışmada knfr şartlarının elde edilebilmesi amacıyla, kabul edilebilir hava cereyanı sıcaklığı için standart sınırlar verilmiştir. Hava cereyanı sıcaklığı, hava sıcaklığının, hareketin ve bağıl nemin insan vücuduna fizyljik etkilerinin bir bileşiminin yardımıyla tanımlanır. Kabul edilen standartlardan farklılıklar, bu hacimlerde bulunan insanların knfrlarının bzulmasına neden lur [11]. Hacimde ünifrm şartların eksikliği veya hacmin belirli bir bölümünde bu şartların aşırı değişimi, knfrun bzulmasına neden lan diğer durumlardır. (1) salnun hava sıcaklığının ani değişimleri (2) aşırı hava cereyanları, (3) değişik yerlerdeki yük ihtiyaçlarına göre havanın taşınma veya dağıtılması srunları, (4) veya da sıcaklığının çk hızlı değişimleri, knfrdaki bu tür bzulmaları rtaya çıkarır. Kestel ve arkaaşları, hava hareketinin knfra etkisini incelemiş ve nem ile ısı ışınımının etkilerini sabit kabul ederek, hava cereyanını hem hava hareketi hem de hava sıcaklığından dlayı vücudun herhangi bir yerinde bölgesel larak hissedilen serinlik veya ılıklık larak tanımlamışlardır [12]. Hugen ve arkadaşları, bir rtamda belirli bir hava cereyanı şartına karşı gelen, bu Hava cereyanı ılıklığı veya serinliği, saln rtasında 24ºC değerindeki kuru termmetre sıcaklığının, döşemeden 75 mm yukarıda ve havanın.,5 m/s hızla hareket ettiği durumların sağlandığı, kntrllü da şartlarının yukarısında veya aşağısında ölçülerek belirlenmiştir.rtamda bulunan insanların hşnut lmamaları yüzdelerine ait verileri sunmuştur [13]. 12

27 Kestel ve arkadaşları, yaptıkları bir çalışmada bu verileri yrumlamışlardır. Bir kişi ayak bileği seviyesinde byun seviyesine göre daha yüksek hızlara ve daha düşük sıcaklıklara dayanabilmektedir. Bundan dlayı bölgede döşeme seviyesinden,75 ila 1,5 m yüksekliğe kadar lan şartlar, döşeme seviyesine daha yakın lan şartlardan daha kritiktir. Genellikle,25 m/s değerinin altındaki saln hızları tercih edilir; ancak şekilde görüldüğü üzere daha yüksek hızlarda kabul edilebilir. Ayrıca salnda bulunan insanların %2 ye yakın kısmı ayak bileği-turma seviyesinde, 2ºC lik sıcaklık gradyenini kabul etmezler [14]. Kabul edilebilir iç hava kalitesi havalandırma knusu içinde önemli bir tanımdır, kabul edilebilir iç hava kalitesi, içerisindeki bilinen kirletici derişiklikleri, yetkili tritelerce belirlenen sınırların üzerinde lmayan ve söz knusu havaya maruz lan insanların çğunun (%8 veya daha fazlasının), hşnutsuzluk belirtmediği havanın durumu larak tanımlanmaktadır [15]. Bir araştırmaya göre havalandırma ile ilgili srunların %7 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Menfez seçimi için her duruma uygun kesin kurallar kymak mümkün değildir. Özellikle, yüksek ısıtma veya sğutma yükü lan karmaşık gemetrik ölçülere sahip mahallerde güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Çk alçak ve çk yüksek tavanlı mahaller, içinde balkn bulunan salnlar, sarkan kirişli veya tavan yüksekliği değişken mahaller, knser salnları, ses stüdyları, vb. zr mahallerdir. Böyle durumlarda bir mdel mahal luşturarak deney yapmak en iyi çözümdür. Menfez üreticisi firmaların pek çğunda böyle bir deneyi yapmak için gerekli dnanım vardır. DIN EN ve nrmları bu deneylerin nasıl yapılacağını tanımlamaktadır [16]. Hava dağıtımını sağlayan dağıtıcı menfezlerden genel larak beklenen şunlardır: Gerekli hava debisini vermesi Havanın mahal içinde yayınımının sağlanması Rahatsız edici hava akımları luşturmaması Havayı dğrudan tplayıcı menfezlere göndermemesi Gürültü luşturmaması Mimari tasarımın uygun lması 13

28 Bir mahalde dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Dlayısıyla mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketi, kendini, birinci ve ikinci hava akımları larak göstermektedir. Bu hava akımlarının mahal içinde bulunan insanları rahatsız etmemesi gerekmektedir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilmesi gereken en önemli hususun bu lduğu söylenebilir. Ayrıca yaşanılan bölgenin (ccupied zne) Döşemeden 1,7 m (veya 1,8 m) yüksekliğe kadar çıkan, duvarlara 15 cm ye kadar yaklaşan, mahal içinde insanların bulunduğu kısım lduğu tanımı yapılmıştır. Burada en önemli knulardan birisi de menfezlerin sınıflandırılmasıdır. Menfezler farklı açılardan sınıflandırılabilirler: Bulundukları yere göre; Tavan menfezler, Duvar menfezleri, Süpürgelik üstü menfezler, Döşeme menfezleri, Hava akış yönüne göre; Dağıtıcı menfezler; genellikle şartlandırılmış havayı mahal içerisine veren menfezlerdir. Kanatlı menfezler, damperli kanatlı menfezler, yarık tipli yayıcılar (slt), dört yönlü yayıcılar (anemstad), girdap akışlı yayıcılar (swirl difüzör) ve jet menfezler önemli dağıtıcı menfez türlerindendir. Yarık yayıcılar, döner havalı yayıcılar ve jet menfezler çağdaş yapılarda, giderek daha çk kullanım alanı bulan menfezlerdir. Tplayıcı menfezler; genellikle mahal havasını veya mahal havasının istenmeyen bir bölümünü mahalden emen menfezlerdir. Kullanım amacına göre dönüş havası menfezi veya egzz menfezi larak adlandırılabilirler. Transfer menfezleri; genellikle duvarlara ve kapılara knulan ve havanın artı basınçlı bir mahalden eksi basınçlı (veya daha az artı basınçlı) kmşu mahale geçmesini sağlayan menfezlerdir. 14

29 Havalandırma işleminde dadaki havanın iki türlü hareketi söz knusudur. Bunlar deplasmanlı hareket ve karışım hareketidir. Deplasmanlı akışta daya beslenen hava bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir karışıma meydana gelmeden dayı süpürerek hacimden çıkar.karışmalı havalandırmada ise besleme havası mahal havasıyla tamamen karışır ve dadaki kirli havayı seyreltir. Genel larak havalandırma ise üçe ayrılır [17]. Dğal hava girişi, mekanik hava çıkışı Mekanik hava girişi, dğal hava çıkışı Mekanik hava girişi ve mekanik hava çıkışından luşan dengeli havalandırma. Havalandırma yöntemlerinin kullanımında ise çeşitli tabllar ve katalglar uygulamada klaylık sağlarlar. Havalandırma tesisatının uç nktasında menfez veya yayıcı adını verdiğimiz havalandırma açıklıkları bulunur. Bu açıklıklardan dalara hava beslenir veya egzz havası çekilir. Öncelikle mahalle verilen hava yeterli lmalı ve dadaki yaşam bölgesinde(döşemeden 1,8 m yüksekliğe kadar lan bölge, bu bölgede özellikle ense yüksekliği larak tanımlanan bölge kritiktir) yarattığı ses, basınç düşmesi, üflenen havanın hızı ve üflenen hava ile da sıcaklığı arasındaki fark istenen ölçülerde lmalıdır. Örneğin bu bölgede hava hızı,2 m/s değerinden fazla lmamalıdır ve genellikle,13-,18 m/s arasında tercih edilir Bir dada kullanılan temel havalandırma açıklıkları menfez, tavan yayıcıları, yayık tipli menfezler ve delikli tavan larak saymak mümkündür. Bunların dışında jet tipi üfleme ağızları ve valf tipi egzz ve üfleme açıklıkları sayılabilir. Menfezlerin yerleştirilmesi da byutlarına bağlıdır. Diğer önemli bir husus havanın en yakın yüzeye yapışması etkisidir (canda), eğer hava yatay düzleme, örneğin tavana paralel larak üflenirse, hava jeti ile tavan arasında bir negatif basınç lur. Bu basıncın etkisiyle jet tavana yapışır. Söz knusu etki, özellikle sğuk hava üflendiğinde önem kazanır. Mümkün en büyük etkiyi yaratabilmek için, hava her menfezden küçük miktarda bütün tavan byunca düzgün larak hızlı bir biçimde üflenmelidir. Havanın en yakın yüzeye yapışması etkisi, hızın,35 m/s değerinin altına inmesi halinde tamamen kayblur. Kısaca önemli menfez ve yayıcı tipleri tanımlanırsa; 15

30 Kare tavan yayıcıları (anemstat ); Bu türlerin kanatları sabittir ve tavana 4 yönde yatay besleme havası üflemekte kullanılırlar. Tavanın merkezinde yerleştirilmeleri uygundur. Sıcak ve sğuk havayı aynı mükemmellikte besleyebilirler. Duvar tipi dikdörtgen havalandırma menfezleri; Bu tiplerin en uygun kullanım yerleri duvarın üst ktlarıdır. Kanatları ayarlanabilir ve hem egzz hem de beslemede kullanılırlar. Ancak tavana yerleştirilerek düşey yönde hava üflemeleri knfr uygulamasında genellikle kabul edilmez. Ayarlanabilir kanatlı tavan yayıcıları; Bu tiplerde havanın en yakın yüzeye yapışması etkisi önemlidir. Kanat pzisynları belirli bir knuma gelinceye kadar havanın en yakın yüzeye yapışması etkisi sürer ve atılan hava tavana yapışır. Bundan snra kanatlar daha da açılırsa, hava üflemesi düşey dğrultuda gerçekleşir, bu yüzden geniş bir kullanım alanı vardır. Yarık tipli yayıcılar (slt difüzör); Bu yayıcılar bir veya daha fazla ince uzun yarık şeklinde çıkış elemanlarıdır. Dik akışlı lanları en iyi duvar uygulamalarında kullanılırlar. Girdap akışlı yayıcılar (swirl difüzörler); Bu tiplerde besleme havası mahal havasına çabuk karışır. Büyük hava değişim sayıları veya büyük sğutma yükleri söz knusu lduğunda rahatlıkla kullanılabilirler. Besleme havası, menfez bğazına genellikle 1-3 m/s hızla girer ve özel frm verilmiş kanatlar aracılığı ile radyal ve yatay dğrultulu çk sayıda hava jeti larak menfezden çıkar. Jet menfezler; Büyük ve yüksek tavanlı yerlerde üfleme havasının yaşam bölgesine ulaştırmak için uzun atış mesafelerine sahip ldukları için uygundurlar, 3 m ye varan atış mesafelerine sahiptirler. Bu bilgiler ışığında, menfez seçimi ve yerleştirilmesinde izlenecek yöntem özetlenirse; Her hacme üflenecek hava miktarı belirlenir. Her hacme knulacak menfez sayısı ve tipi belirlenir. Bunun için gerekli hava miktarı, atış için kullanılabilecek mesafe, mimari ve yapısal faktörler gibi etkenler göz önüne alınır. Bu amaçla aşağıdaki tabl yardımcı labilir veyahut üretici firmaların sunduğu katalglardan yararlanılabilir. 16

31 Menfezlerin da içerisinde havayı mümkün lduğunca hmjen ve düzgün larak dağıtılabilecek biçimde yerleştirilir. Üretici katalglarından hava miktarı, çıkış hızı, dağıtım biçimi ve ses düzeyi gibi perfrmans bilgilerini kntrl ederek uygun byutta menfez seçilir Oda havası dağıtımının incelenmesinde iki yl mevcuttur, deneysel çözüm ve nümerik çözüm. Bu çözüm yöntemlerinden nümerik çözüm klay ve masrafsız uygulanması nedeniyle yaygın larak kullanılmaktadır. Ancak deneysel çözüm hala daha kesin ve güvenilir bir çözüm lduğu da aşikardır [4]. Deneysel yöntemde birebir mdel veya küçültülmüş mdel kullanılabilir. Özellikle üniversitelerde deneysel yöntemler yaygın bir şekilde yapılmakta lup, bu knuda birçk makale yayınlanmıştır. Bu tür çalışmalar incelendiğinde üzerinde çalışılan daların çk değişik byutlarda ldukları görülür. Deneysel yöntemin kesinliğine ve güvenilirliğine karşın nümerik çözüm bilgisayarların ve prgramların gelişmesi ile her geçen gün daha fazla kullanılmaktadır. Nümerik çözüm için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD: cmputatinal fluid dynamics) prgramları kullanılmaktadır. Bu prgramlar, Navier- Stkes, enerji, kütle, knsantrasyn ve türbülans akış için transfer denklemlerini baz almaktadır. Bu denklemleri çözerken çeşitli mdeller kullanılır. Bu mdellerden gerekli lanlar ileride anlatılacaktır. İç hacimlerde havanın yayılması ve perfrmansı knusunda çk sayıda çalışma yapılmış ve makale yayınlanmıştır. Bu çalışmalarda şunlar yapılmıştır; Zhang ve arkadaşlarının 199 yılında yaptıkları bir çalışmada hava hareketlerin çözüm yöntemleri lan tam ölçüler, küçültülmüş ölçüler ve nümerik mett yöntemlerine değinilmiştir. Mett larak küçültülmüş mdel yöntemi uygulanmış ve 38 x 3x 7 ft lik bir da 1/12 ölçeğine indirgenmiştir [18]. Zhang ve arkadaşlarının 199 yılında yaptıkları bir başka çalışmada nn-iztermal akış incelenmiş, tam ölçüler metdu ile 24 x 18 x 8 ft lik bir test dası kullanılmıştır [19]. Miller ve arkadaşlarının 1972 yılında yaptıkları bir çalışmalarında tam ölçüler metdu kullanılmış ve ele alanan test dası 2 x 12 x 9 ft ölçülerindedir ve çalışma iki bölüm halinde gerçekleştirilmiştir [2,21]. 17

32 Miller ve arkadaşlarının 1969 yılında yaptıkları bir başka çalışmalarında tam ölçü yöntemi kullanılmış ve 2 x 12 x 9 ft ölçülerindeki bir fis dasında tavandan hava beslemesi incelenmiştir [22,23]. Sn yıllarda da gerek yurt içinde gerekse yurtdışında buna benzer birçk çalışma yapılmıştır. Özcimler, ve arkadaşlarının 27 yılında yaptıkları bir çalışmalarında mbilyalı bir fis dası içindeki sıcaklık dağılımının iklimlendirme şartlarına göre değişiminin deneysel larak incelenmesi [24]. Diğer bir çalışmada ise bir dada tavandan yüksek debili bir yayıcının hava vermesi, zeminde ise hava emilmesi durumunda yayıcıların perfrmansının analizi yapılmıştır [25]. Bunların yanında sn yıllara çeştli yayıcı tiplerinin hda içi hava dağılımını knu alan bir çk çalışmalar yapılmıştır [26-28]. Yukarıda açıklandığı gibi kapalı bir hacimde özelliklede fis yahut meskenlerde hava yayılımı knusunda sn yıllarda bir çk araştırmalar yapılmış ve halen daha teknljinin artmasıyla beraber bu araştırmalar yeni yöntemlerle beraber artarak devam etmektedir. Bu bağlamda CFD prgramlarının geliştirilmesi için büyük bir ilgi luşmuş ve önem kazanmıştır. Bu CFD prgramlarının çğu Navier-Stkes denklemleri, kütlenin, enerjinin ve mmentumun krunumu denklemleri ile aynı zamanda türbülans kinetik enerjisine ve türbülans kinetik enerjisi yayınım ranlarına ait denklemlerin çözüm esasına dayanmaktadır. 2 ve 3 byutlu larak çözülen bu denklemler, binalardaki jetlerin yayılmasından, yangın ve duman yayılmasına kadar birçk akış prblemine uygulanmaktadır [3]. Kapalı alanlardaki hava dağılımı kntrlünün artmasıyla birlikte bu knuda yapılan çalışmalar da artmıştır. Literatürde kapalı alanlardaki hava akışının belirlenmesine dair gerek deneysel gerekse sayısal önemli bazı çalışmalar aşağıda sunulmuştur: Nielsen, SIMPLE algritması ve hibrid sayısal yöntemini içeren TEACH bilgisayar prgramını kullanarak hız bileşenleri, k ve ε a ait taşınım denklemlerini iki byutta çözmüştür [29]. Bu çalışmanın amaçladığı iki şey vardı. Birincisi, havalandırılan kapalı mekanlardaki iki byutlu eşsıcaklıklı akışın tahminini sağlayan sayısal yöntemin dğruluğunu tayin etmek, ikincisi ise üç byutlu havalandırma prblemlerini iki byutta ifade edebilmekti. 89,3 mm kare kesitli (yüksekliği, H ve 18

33 eni, B aynı değerde lup 89,3 mm) ve byu bu değerin üç katına eşit larak yapılmış kapalı bir hacim luşturulmuş ve elde edilen tahmini değerler, deneyler snucu bulunan değerlerle karşılaştırılmıştır. Hava kapalı hacme 5 mm yüksekliğinde ve farklı iki genişlikte lan tavana kmşu bir yarıktan üflenmiştir. İki genişlikten biri kapalı mekan genişliğinde, diğeri ise bu genişliğin yarısıdır. Egzz havası ise uzak duvarda döşeme hizasında bulunan duvar genişliğindeki yarıktan yapılmıştır. Hava hızları lazer dppler anemmetresi ile ölçülmüştür. Re (Reynlds) sayısı 5 ila 1. arasında kullanılmıştır. Şekil 2.1 de 2/3 x L mesafede üfleme yarığının merkezi byunca x-y düzlemindeki hız prfillerinin ölçülen ve hesaplanan değerlerinin bir karşılaştırması yapılmıştır Şekil 2.1: Tahmini ve ölçülen hız prfillerinin karşılaştırılması. - tahmini : ölçülen, Fiziksel mdelde üç byutlu etkilerden dlayı ters akış bölgelerinde luşan farklılıklar dışında hızlar ldukça uygun çıkmıştır. Bunun yanında jet üfleme açısının değişiminin maksimum geri dönüş hızlarına etkisi ve yarık yüksekliğinin kapalı hacmin yüksekliğine ranının (h/h) maksimum ters hızlara etkisi bulunmaya çalışmıştır. 19

34 Kuas ve arkadaşlarının 22 yılında yaptıkları bir çalışmada ise Şekil 2.2 de görülen içinde bir insan ve nesnelerin mevcut lduğu bir fis dası içine verilen sğutma havasının, hacim içindeki dlaşımı sayısal larak incelenmiştir. Sürekli şartlardaki üç byutlu kütlenin krunumu, türbülanslı mmentum, türbülanslı enerji, türbülans kinetik enerjisi ve türbülans kinetik enerjisinin yayınım ranı denklemleri, tanımlanan sınır şartlarıyla birlikte sayısal akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak çözülmüştür. Snuçlar, danın çeşitli kesitlerinde hız vektörleri ve sıcaklık knturları ile gösterilmiştir. Menfez knumları değiştirilerek hava hareketi incelenmiş ve insanın knfrlu lup lmadığı ile nesnelerin hava hareketine etkileri incelenmiştir [3]. Şekil 2.2: Araştırılan danın şematik görünümü Müllejans, Archimedes sayısının hava hareketine etkisini göstermek için gemetrik larak benzer üç tane da luşturmuştur [4]. L, H ve B harfleri sırasıyla test dalarının uzunluk, yükseklik ve genişliğini göstermek üzere; bire bir ölçekte da byutu 4,75 m x 2,95 m x 2,88 m dir. Diğer iki test dasının ölçüleri ise ölçek faktörünün 3 ve 9 larak alınmasıyla bulunmuştur. Üfleme havası, daya duvarın üst kısmından dikdörtgen bir açıklıktan gönderilmiştir. Burada, da için Denklem (2.1a) da tanımlanan Archimedes sayısı kullanılmıştır. gd T h Ar = ; (2.1a) 2 Tm U r 2

35 D 2BH = h + ; ( B H) U r V& = ; T m,5 ( T + Tw ) ( BH) = ; T = Tw T (2.1b) burada; D h (m) ile gösterilen büyüklük danın hidrlik çapını, U r (m/s) eşdeğer da hızını, T m ( C) rtalama da sıcaklığını, T ( C) üfleme havası sıcaklığını, T w ( C) ise ısıtılan duvar sıcaklığını göstermektedir. Oda için Reynlds sayısı ise denklem 2.2 deki gibi verilmektedir. D U h r Re = larak verilmektedir. (2.2) ν ν (m 2 /s), havanın kinematik viskzitesini belirtmektedir. Müllejans ın deneylerinde danın ısı yükü, yüzeylerden birinin ısıtılması şeklinde yapılmakta ve bu yükü karşılamak üzere duvarın üst tarafında bulunan açıklıktan sğuk hava gönderilmektedir. Döşeme ve tavanın ısıtılma durumları için farklı deneyler yapılmıştır. Oluşturulan bu üç test dasından elde edilen hız ölçümleri ve duman akış tiplerinden elde edilen verilere göre, da içersinde aynı Ar sayılarında benzer hava dağılımına rastlanmıştır [4]. Chung ve Hsu nun çalışmalarında, iki giriş iki çıkış lmak üzere farklı knumlarda yerleştirilen yayıcılarda luşturulmuş farklı havalandırma yöntemlerinin havalandırma verimlerini araştırmışlardır. Öncelikle, hava akışını ve havalandırma perfrmansını görmek için sayısal simülasyn yapmışlardır. Daha snra, da havasının dağılımı ile hava kirleticilerinin dağılımına ait tam ölçekteki deney düzeneğinden elde edilen veriler, sayısal çözümü dğrulamak için kullanılmıştır. Deney yöntemi larak gaz izleme yöntemi kullanılmıştır. CO 2 miktarının azalmasından, test dasındaki hava debisi ve havalandırma verimi hesaplanmıştır. Farklı hava hızlarının kullanıldığı eşsıcaklıklı lan bu çalışmada, havalandırma verimi ile karakterize edilen üfleme ve egzz havası dağılımı belirlenmiştir. Snuçta, havalandırma veriminin, hava değişim sayısına kıyasla yayıcının yerleşiminden çk daha fazla etkilenebileceği belirlenmiştir [31,32]. Fanger ve Christensen yaptıkları çalışmada, uygulamada karşılaşılan hava hızlarına karşı insanların davranışını, verilen bir rtalama hava hızında cereyan hissedenlerin yüzdesel ranlarını bulmayı amaçlamışlardır. Bir başka çalışmalarında ise, çalkantı 21

36 şiddetinin cereyan hissi üzerinde üzerindeki etkisini incelemişler, çalkantı şiddetinin cereyan hissi üzerindeki etkilerini göstermişlerdir [33]. Straub ve arkadaşları, tipik hava besleme ağızları ve bunların perfrmanslarını incelemiş ve hava besleme ağızlarını beş grupta tplamışlardır [34]. A grubu: Havayı yatay larak veren tavana veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar; Birincil hava X Tplam ve saln havası eş hız Durgun bölge X-X kesiti Jet prfili Plan X X-X kesiti X-X kesiti Serinletme Isıtma Yüksek yan duvar çıkış ağzı 4 Besleme ağzı eş hız Durgun bölge 4-4 Kesiti Jet prfili Plan Kesiti Serinletme 4-4 Kesiti Isıtma Tavan çıkış ağzı Şekil 2.3: A Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri 22

37 B grubu: Açılmayan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava Durgun bölge Tplam saln havası eş hız Durgun bölge prfil Serinletme Isıtma Şekil 2.4: B Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri C grubu: Açılan bir jet ile havayı düşey larak veren, döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava Tplam ve saln havası Durgun bölge Eşhız Prfil Serinletme Durgun bölge Isıtma Şekil 2.5: C Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri D grubu: Havayı yatay larak veren döşemeye veya döşeme yanına mnte edilmiş ağızlar Birincil hava Tplam ve saln havası 1m/s eşhız Durgun bölge Prfil Döşemeye yakın plan Serinletme Isıtma Şekil 2.6: D Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri 23

38 E grubu: Birincil havayı düşey larak püskürten, tavan veya tavan yanına mnte edilmiş ağızlar Tavan Tplam ve saln havası Durgun bölge Tavan Döşeme Döşeme Isıtma Serinletme Şekil 2.7: E Grubu besleme ağzı çıkışlarının hava hareketleri Tanımlanan bu beş grup besleme ağzındaki hava çıkışlarının saln içindeki hava hareketlerinin karakteristikleri Şekil 2.3-Şekil 2.7 de görülmektedir. Bu şekillerde dış duvarlar kalın çizgilerle belirtilmiştir. Buradaki gözlemlerden saln içinde hava yayılması ile ilgili aşağıdaki esaslar belirlenmiştir. Bu şekillerde taranmamış zarflarla gösterilmiş lan, besleme ağızlarından çıkan birincil hava,.,75 m/s hızına kadar analitik larak hesaplanabilir. Isıtma veya sğutma yükünün, birincil havanın karakteristikleri üzerinde önemli etkisi vardır. Eğik çizgilerle taranmış zarflar şeklinde gösterilen tplam hava, birincil havadan etkilenir ve,75 m/s değerinin altında lmamak üzere nispeten yüksek hızdadır, buradaki hava sıcaklığı ise genellikle saln sıcaklığından ±,5ºC farklıdır. Tplam hava çevreden de etkilenir. Serinletme işleminde aşağı dğru düşerken, ısıtma işleminde yukarı dğru yükselir. Bunlar için kesin analitik bir çözüm elde etmek zrdur. Dğal ısı taşınım akımları serinletme işleminde tavanın aşağısında, ısıtmada ise döşemenin yukarısında durgun bölgeler luşturur. Bundan dlayı buralarda hava hızları genellikle azdır. Bir dönüş ağzı, saln hava hareketinin sadece ağzın yakın çevresini etkiler. Ortamın serinletilmesi sırasında en sıcak havanın, rtamın ısıtılması sırasında en sğuk havanın geri dönebilmesi için giriş ağzı, durgun bölge içine yerleştirilmelidir. 24

39 Taranmamış alanlarda, salndaki genel hava hareketi, tplam hava akımına dğru hafif bir sürüklenme şeklindedir. Saln şartları, saln havasının tplam hava akımına katılması ile krunur. Buraya kadar değinilen belli başlı çalışmaların yanı sıra daha bir çk ilgili çalışma derlene bilinir Bu çalışmalarda çk çeşitli yöntemler denemiştir. Bu çalışmalarda genellikle içi bş mekanlar üzerinde çalışmalar yapılmış, mekan içinde nesnelerin bulunduğu durumlar fazla araştırılmamıştır. Hjertger ve Magnussen, yaptıkları çalışmada kapalı mekan içersindeki türbülanslı serbest ve duvar jetlerinin üç byutlu eş sıcaklıklı (isthermal) akışlarını hesaplamak için, mmentum ve iki türbülans parametresine (k,ε) ait taşınım denklemlerini çözmüştür [35]. İlk durumda, hava jeti kare bir yarıktan kare şeklindeki duvarın merkezinden, byunun yüksekliğine ranı üç lan bir kapalı mekana üflenmiştir. Kapalı hacmin byutları,1 m x,1 m x,3 m lup, üfleme açıklığında akış alanının dörtte birlik kısmı 9 x 9 x 9 ebatlarında ve 4 x 4 ağ nktalarıyla mdellenmiştir. Üfleme tarafındaki türbülans kinetik enerjisi (k ), türbülans hızı ve Denklem (2.3) yardımıyla hesaplanmıştır. Bu denklemde türbülans şiddeti (I u ) ile gösterilmekte lup alt indisi üfleme tarafındaki değerleri göstermektedir. 2 2 k = 1,5 I u U ; u u /U I = (2.3) Yayınım ranı (ε ) ise Denklem (2.4) de uzunluk ölçeğinin,1 x (açıklığın genişliği) alınmasıyla hesaplanmıştır. Burada l üfleme tarafındaki karışım uzunluğunu ve C µ ise sabit bir değeri (,9) göstermektedir. ε = 1.5 Cµ k /l (2.4) Duvar jeti durumunda, yüksekliği h =,56 x H (burada H kapalı hacmin yüksekliğini belirtmekte lup 89,3 mm dir.) ve genişliği b =,5 x H lan yüksek seviyeli bir duvar tipi yarık, L = 3H byundaki kapalı mekanın duvarının tam merkezine yerleştirilmiştir. Serbest jet için efektif üfleme hızı larak 18,5 m/s 4 (burada Re = u d/v 1,2x1 ), duvar jet için ise efektif üfleme hızı larak 15m/s 3 (burada Re = U h/v 5x1 ) kullanılmıştır. Duvar jeti durumu için kapalı mekandan x/h=1 ve 2 durumlarına ait tahmini hız prfilleri Şekil 2.9 da görülmektedir. 25

40 jklşjkş Ölçülen Tahmini Şekil.2.8: Tahmini ve ölçülen hız prfilleri 26

41 3. İÇ HACİMLERDE HAVALANDIRMANIN ESASLARI 3.1 Havalandırma Yöntemleri Litaratür kısmında değinilen havalandırma yöntemlerini kısaca özetlersek Havalandırmayı şu şekilde sınıflandırmıştır [1]; Dğal çekimli havalandırma Aralık havalandırması Pencere havalandırması Baca havalandırması Çatı havalandırması Zrlamalı havalandırma: Bizim için daha önemli lan zrlamalı havalandırma ise bu standartta ise şu şekilde sınıflandırılmıştır: Vakumlu havalandırma, Basınçlı havalandırma, Birleşik havalandırma, Üst basınçlı havalandırma, Geçiş akımlı havalandırma. Havalandırma ile ilgili birçk tanım ve sınıflandırma yapılabilir lsa bile yukarıdaki tanım ve sınıflandırma genel kabul görmektedir. 27

42 3.2 Havalandırma Miktarları Genel larak havalandırmayı tanımladıktan snra gerekli hava miktarını tayin ederek da içi havalandırma sistemlerini dizayn etmeye başlayabiliriz. Bin dkuz yüzlü yılların başından rtalarına kadar binalardaki havalandırma miktarı standardı her bir bina sakini için 7 L/s iken, 1973 deki petrl ambargsunun snucu enerji tasarrufu kaygısıyla havalandırma miktarının kişi başına 2,36 L/s ye kadar düştüğü görülmektedir. Çğu durumda 2,36 L/s ye düşen bu dış hava miktarının, hem knfr hem de sağlık şartlarını karşılamakta yetersiz kaldığı görülmüştür. Yetersiz havalandırma; ısıtma, sğutma ve havalandırma sistemlerinin verimsiz çalışmasının da bir snucu larak karşımıza çıkabilir. Eğer bir binanın HVAC sistemi havayı insanlara efektif bir şekilde dağıtamıyrsa bu hasta bina sendrmunda önemli bir etken larak karşımıza çıkabilir. Minimum enerji tüketimiyle kabul edilebilir bir iç hava kalitesine ulaşabilmek için ASHRAE kişi başına düşen dış hava miktarını bir standarda bağlamıştır. ASHRAE Standart 62 ye göre, eğer dış hava kalitesi yeterli ise, Tabl 5.1 de gösterilen miktarlarda dış hava söz knusu hacimlere temin ediliyrsa, istenilen iç hava kalitesi elde edilir. Tabl 5.1 de dış hava miktarları kişi başına L/s veya alan başına L/s.m2 verilmiştir. Ancak söz knusu havalandırma değerleri hala tartışılmakta lan değerlerdir. Yeterli havalandırmayı, kaynaktan bağımsız larak, her kşul için geçerli genel değerlerle temin etmek mümkün değildir. Belki de havalandırma miktarları, aynı ısı kaybı ve kazancı hesaplarında yapıldığı gibi, her bina için kaynak tanımına bağlı larak hesaplanmalıdır. Böyle bir hesap yöntemi, kaynak tanımları yapılamadığı ve zararlı düzeyleri belirlenemediği için günümüzde verilememektedir. 28

43 Tabl 3.1: Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları [2]. Uygulama Kuru temizleme, çamaşırhane Ticari çamaşırhane Ticari kuru temizleyici Dep Jetnlu çamaşırhane Jetnlu kuru temizleme Yiyecek ve içecek hizmeti Lkanta Kafeterya, fast fd Bar, kkteyl salnu Hesaplanan Minimum Dış Hava İhtiyacı İnsan sayısı L/s kişi L/s m 2 Açıklamalar (Kişi/1 m 2 ) Kuru temizleme işlemleri daha fazla hava gerektirebilir İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. Mutfaklar (pişirme) 2 8 Davlumbaz egzzu, besleme havası için daha fazla havalandırma havası gerekebilir. Dış havanın ve kmşu alanlardan alınan kabul edilebilir kalitedeki havanın tplam 7.5 L/sm 2 değerinden az lmayacak bir egzz miktarına yeterli lmalıdır. Garajlar, tamirhaneler Servis istasynları Kapalı garajlar Otmbil tamirhaneleri Alışveriş merkezleri satış katları ve sergi katları Bdrum ve zemin Üst katlar Dep daları Syunma daları Yürüme alanları (mller) Yükleme ve kabul alanları Deplar Sigara daları Özel dükkanlar Berber Güzellik salnları Zayıflama salnu Çiçekçi Mbilya giyim Hırdavat, ilaç Süpermarket Hayvanat Spr ve eğlence Seyir salnları Oyun salnları ,5 7,5 1,5 1,,75 1, 1,,75,25 1,5 5, İnsanlar arasındaki dağıtım çalışma yerleri ve çalışan makinaların yğunluğu dikkate alınmalıdır. Mtrların çalıştığı standlar, mtr egzzunu dışarı zrlamış larak atan sistemleri içermelidir. Kirletici sensörleri havalandırmanın kntrlü amacı ile kullanılabilir. Nrmal larak transfer havası ile beslenir ve yerel egzz yapılır. Resirkülasyn tavsiye edilmez. Bitki büyümesini en iyi sağlayan hava miktarı, havalandırma ihtiyacını belirler. Oyun alanlarının bakımı için içten yanmalı mtrlu araçlar kullanılıyrsa havalandırma miktarı arttırılmalıdır. Buz pisti (yun alanları) Yüzme havuzları Oyun katları Disk ve bal salnları Bwling salnları ,5 2,5 Nem kntrlü için daha yüksek değerler gerekebilir. 29

44 Tabl 3.1: (Devam) Ticari tesisler için (fisler, dükkanlar, deplar, teller, spr tesisleri) tavsiye edilen dış hava miktarları [2]. Uygulama Oteller, mteller, dinlenme yerleri, yurtlar Yatak daları Oturma daları Banylar Lbiler Knferans salnları Tplantı salnları Yurt uyuma alanları Kumar salnları Ofisler Ofis alanları Kabul alanları Haberleşme merkezleri Knferans salnları Halka açık alanlar Hesaplanan Minimum Dış Hava İhtiyacı İnsan sayısı L/s kişi L/s m 2 Açıklamalar (Kişi/1 m 2 ) Odaların byutlarından bağımsız larak. L/s da Kesikli kullanım için tesis edilen kapasite Yiyecek ve içecek hizmetler, alışveriş, berber ve güzellik salnları kısımlarına da bakılır. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir. Bazı fis cihazları yerel egzz gerektirebilir. İlave duman uzaklaştırıcı cihaz gerekebilir Kridrlar Genel tuvaletler Syunma daları 25,25 2,5 Hiç geri dönüşsüz mekanik egzz tavsiye edilir. Sigara daları 7 3 Nrmal larak transfer havası ile beslenir. Geri dönüş (resirkülasyn) tavsiye edilmez. Asansörler 5, Nrmal larak transfer havası ile (kmşu hacimlerden gelen) beslenir. Tiyatrlar Bilet gişeleri Lbiler Saln Sahne ve stüdylar Taşımacılık Bekleme salnları Platfrmlar Taşıtlar İşyerleri El işleme 1 8 Ftğraf stüdysu Karanlık da Eczane Banka Ftkpi ve baskı ,5 Özel sahne efektlerini karşılamak üzere özel havalandırma gerekecektir. Taşıtlardaki havalandırma özel larak ele alınmalıdır. -23 C ile +1 C arasında tutulan hacimler eğer sürekli insan bulunmuyrsa bu şartların kapsamına girmez. Kmşu hacimlerden havalandırmaya müsaade edilir. Sğuk dalara giriş çıkış yapılıyrsa meydana gelen enfiltrasyn yeterli havalandırmayı sağlar. 2,5 Buraya tesis edilecek cihaz zrlanmış egzz ve arzu edilmeyen kirleticilerin kntrlü özelliklerini sağlamalı. Buradan hareketle sn yıllarda gelişen tekniklerden biri talep kntrllü havalandırmadır. Bu sistemde hava kalite sensöründen veya CO2 sensöründen kumanda alan bir havalandırma sistemi ihtiyaç lduğunda ve talep edildiğinde 3

45 devreye girmektedir. Özellikle kafe, bar gibi yğun havalandırma gereken ve büyük havalandırma enerjisi tüketimi lan yerlerde bu sistem giderek yaygınlaşmaktadır. Tabl 3.2: Tavsiye edilen saatteki hava değişim sayıları Odanın özellikleri Saatteki hava değişim sayısı Tavsiye edilen havalandırma yöntemi Odanın özellikleri Saatteki hava değişim sayısı Tavsiye edilen havalandırma yöntemi Tplantı salnları Oditryumlar Pasta, fırın Banylar dmestik Banylar genel Güzellik salnları Kafeler Kumarhaneler Sinemalar Vestiyer Knferans salnları Syunma daları Byahaneler Mtr daları Dökümhaneler Garajlar Jimnastik salnları Kuaförler Hastaneler, hasta daları Hastaneler, Ameliyathaneler Egzz Egzz ve besleme Egzz Egzz Ön ısıtılmış hava besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz ve besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz ve besleme Egzz Alev geçirmez, asite dayanıklı Egzz, ısıyı hesapla Egzz, ısıyı hesapla Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz, besleme filtre tipini kntrl et Mutfaklar, dmestik Mutfaklar, ticari Labratuvarlar Çamaşırhaneler Kütüphaneler Asansörler Asansör makine dası Makine daireleri Ofisler Lkantalar Tuvaletler (ev) Tuvaletler, genel Dershaneler Dükkanlar Duşlar Süpermarketler Yüzme havuzları Tiyatrlar Kaynak atölyeleri Egzz Egzz, ekipmanı kntrl Egzz, asit dirençli filtre tipi Egzz Egzz ve besleme Egzz Egzz, ısı hesabı Egzz, ısı hesabı Egzz ve besleme Egzz ve besleme Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz Egzz ve besleme Znlamayı kntrl Egzz ve ısıtılmış besleme, nemi kntrl Egzz ve besleme Zrlanmış egzz ekipmanı kntrl Bir hacme gönderilecek veya çekilecek hava miktarı kirleticilerin veya kkunun yğunluğuna bağlıdır. Endüstriyel ve ticari uygulamalarda üretilen ısı ve prsese bağlı larak ilave artırım faktörleri gereksinebilir. Saatteki hava değişim sayısı, bir daya beslenecek taze hava miktarının hesaplanmasında önemli bir faktördür. Tabl 5.2 de Avrupa tarafından tavsiye edilen hava değişim sayıları verilmiştir. Bu değerler DIN 1976 T.2 üzerinde çalışan yerel triteler tarafından teklif edilmiştir. Bu hesaplarda kişi başına hava ihtiyacı 2-5 m3/h arasında bir değer larak göz önüne alınmıştır. 3.3 Menfezler, Yayıcılar ve Bunların Hava Yayılımına Etkileri Havalandırma amacıyla daya beslenen havanın, mahal içersinde farklı uçlarda iki tipik hareketi söz knusudur. Bunları yer değiştirmeli (deplasmanlı) hareket ve yayılım (difüzyn) hareketi larak isimlendirmek mümkündür. Deplasmanlı akışta 31

46 daya beslenen hava Şekil 3.1 de görüldüğü gibi bir pistn gibi hareket eder ve ideal durumda hiçbir karışım meydana gelmeden dayı süpürerek diğer uçtan hacmi terk eder. Kirli da havasını böylece karışmadan dışarı atmak mümkün lmaktadır. Karışmalı havalandırma sisteminin tersine deplasmanlı havalandırma, kullanılan bölgede havanın karışmasını azaltacak şekilde tasarlanır. Bu havalandırmanın amacı, kullanılan bölgede, besleme havası özelliklerine yakın bir durum elde etmektir. Dönüş Havası Besleme Havası Şekil 3.1: Bir hacim içersinde deplasmanlı akış Havanın da içersindeki diğer bir hareketi lan karışmalı havalandırma ise knfr havalandırmasında tercih edilen bir yöntem lup bu yöntemde daya üflenen hava, Şekil 3.2 de görüldüğü gibi geniş hacme sahip rtam havasını etkiler ve bir karışım luşur. Snuç larak dadan ilerilere giderken hava akımının hacmi artar ve aynı zamanda hızı azalmaya başlar. Kısa zamanda, hava akımının luşturduğu hava hareketleri da içindeki havanın tamamını karıştırır ve dadaki havayı seyreltir. Karışan hava dada kullanılan bölgede nispeten düzgün bir hava hızı, sıcaklığı, nemi ve hava kalitesi özellikleri luşturur. 32

47 Besleme Havası Dönüş Havası Şekil 3.2: Bir hacim içersinde karışmalı akış. Görüldüğü gibi mahal içine hava bir yandan beslenirken bir yandan da dönüş açıklıklarından egzz havası çekilmektedir. Havanın mekan içinde yayılmasını sağlayan menfez adını verdiğimiz bu açıklıklar, bir havalandırma sisteminin en önemli elemanı larak kabul edilmektedir. Menfezler mahal içersinde bulunurlar ve dlayısıyla bir havalandırma sisteminin en sn unsuru larak kabul edilirler. Sn kullanıcıyla karşı karşıyadır ve bu yönüyle sistemin en önemli elemanıdır. Knu ile ilgili literatürde, havanın mahal içinde dağıtılması, bir başka deyişle menfezlerin yerlerinin ve tiplerinin belirlenmesi tüm havalandırma tekniğinin en zr görevlerinden birisi larak kabul adlandırılmaktadır. Dlayısıyla bu görevin başarılı bir şekilde yerine getirilmesi büyük deneyime sahip lmayı gerektirmektedir [31]. Bazı araştırmalara göre havalandırma ile ilgili srunların %7 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Menfez seçimi için her duruma uygun kesin kurallar kymak mümkün değildir. Özellikle yüksek ısıtma ve sğutma yükü lan karmaşık gemetrik ölçülere sahip mahallerde güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Çk alçak ve çk yüksek tavanlı mahaller, içinde balkn bulunan salnlar sarkan kirişli veya tavan yüksekliği değişken mahaller, knser salnları, vb. havalandırmacılıkta zr mahallerdir. Böyle durumlarda, bir mdel luşturarak deney yapmak en iyi çözüm larak görülmektedir. Menfezlerin görevleri: gerekli hava debisini vermesi, 33

48 havanın mahal içinde yayılmasını sağlamak, rahatsız edici hava akımları luşturmaması, havayı dğrudan tplayıcı menfezlere göndermemesi, gürültü luşturmaması ve mimari tasarıma uygun lmasıdır. Bir mekana dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Bazı durumlarda, verilen havanın bir bölümü atmsfere veya kmşu mahallere kaçar. Bu durumda mahal içinde pzitif basınç luşur. Eğer mahal içinde eksi basınç luşmuş ise örneğin tuvalet ve bany gibi mekandan emilen havanın bir bölümü veya tümü atmsferden veya kmşu mahallerden gelir. Görüldüğü mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketinin içeride bulunan insanları rahatsız etmeyecek şekilde lması gerekir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilecek en önemli knunun bu lduğu söylenebilir. Hava, dağıtım menfezleri aracılığıyla mahal içine gönderilir. Bu menfezlere, basma veya üfleme menfezleri adı da verilmektedir. Mekan içine gönderilen hava mahal havası ile karışarak kapsamında bulunan bir kısım entalpi ve nem miktarı bırakır. Böylece ya daha fazla ısınır veya serinler ve ayrıca nem ranı değişir. Bu hava daha snra tplama veya emme menfezleri tarafından tutularak yeniden tesisata gönderilir. Mahal içinde luşan hava dağılımında öneme sahip başlıca etkenler şunlardır. İç rtam havasının hızı, mahal içine gönderilen basma havasının sıcaklık derecesi, hava dağıtım ile tplama menfezlerinin yeridir. Emme ve basma menfezlerinin mahal içindeki knumu, knfr veya rahatlık duygusu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Menfez knumlarının seçimi işleminde genellikle sınırsız bir serbestlik söz knusu değildir ve bu işlem esas larak iklimlendirme tesisatının tipine bağlıdır. Basma menfezleri, bir duvarın alt yada üst kısmında, bir pencerenin alt kısmındaki duvar yüzeyi üzerinde veya tavana yerleştirilebilir. Duvarların üst kısımlarında öngörülen basma menfezleri, yaz mevsiminde gerçeklenen iklimlendirme işlemleri 34

49 için sn derece uygun snuçlar verir. Bunun nedeni, serin havanın aşağılara dğru inmeye ve bu kşullar altında mahal havası ile karışmaya eğilim göstermesidir. Kış mevsiminde ise, sıcak hava, tavana yakın bölgelerde tabakalar halinde yayılmış durumda tplanır. Bundan dlayı, Şekil (3.3) den de anlaşılacağı üzere basma havası ile mahal havasının uygun bir karışım luşturması için, emme menfezlerinin duvarların alt bölgelerinde öngörülmesi gerekir [1]. Şekil 3.3: Bir hacim havalandırmasında menfezlerin yerleştirilmesi. Havalandırma işleminde en uygun düzeyde knfr ve rahatlık duygusunun sağlanması için, şimdiye kadar anlatıldığı gibi belirli nem, sıcaklı ve miktardaki hava mahal içine gönderilir. Bu kıstasların sağlanması yeterli görülebilir, ysa gerçekte, srun daha karmaşıktır. Çünkü, mahal havası ile basma havasını birbirine karıştırmak ve mahal içinde, mahal kşullarına ranla farklı ve değişken nitelik gösteren sıcaklık ve nemlilik özelliklerine sahip lan hmjen bir karışım luşturmak söz knusudur. Bu karışımın uygun bir biçimde luşturulması ve mahal içinde bulunan bireylerin herhangi bir rahatsızlık veya sıkıntı duymaması için birtakım kşulların sağlanması zrunludur. İşte bu aşamada en büyük srun menfezlerin yerinin ve sayısının ve tipinin belirlenmesidir. Menfezlerin yerlerinin ve tiplerinin belirlenmesi tüm havalandırma tekniğin en zr görevlerinden biridir. Bu görevin yerine getirilmesi büyük deneyime sahip lmayı gerektirir. Bir araştırmaya göre havalandırma ile ilgili 35

50 srunların %7 i menfezlerden kaynaklanmaktadır. Zaten bu tez ve buna benzer çalışmaların temel amacı bu srunun incelenmesidir. Bir mahalde dağıtıcı menfezlerle verilen hava, nrmal larak tplayıcı menfezlerle geri alınır. Dlayısıyla mahal içinde bir hava hareketi söz knusudur. Bu hava hareketi, kendini, birinci ve ikinci hava akımları larak göstermektedir. Bu hava akımlarının mahal içinde bulunan insanları rahatsız etmemesi gerekmektedir. Menfez seçiminde ve yerleştirilmesinde dikkat edilmesi gereken en önemli hususun bu lduğu söylenebilir. Menfezler ile ilgili literatür araştırması bölümünde de görülebileceği üzere çk çeşitli sınıflandırmalar ve tanımlar mevcut. Nümerik çalışmaya geçmeden önce uygun tanım ve sınıflandırmaların tespit edilmesi gerekmektedir. Menfezleri tanımanın en iyi ylu menfezlerin çeşitli başlıklar halinde uygun bir biçimde sınıflandırmaktır. Menfezler farklı açılardan sınıflandırılabilirler. Hava akış yönüne göre sınıflandırırsak; Dağıtıcı menfezler, Tplayıcı menfezler ve Transfer menfezleridir. Kıssaca önemli menfez ve difüzör tiplerini tanımlarsak Kare tavan yayıcıları (anemstat ),. Duvar tipi dikdörtgen havalandırma menfezleri, Ayarlanabilir kanatlı tavan yayıcıları, Yarık tipli yayıcılar, Girdap akışlı yayıcılar (Swirl difüzörler) ve Jet menfezlerdir 36

51 Bu knu ile ilgili pratik ntlar vermenin faydası lacaktır; Ağızlar besleme havasının devrini en az yapacak şekilde yerleştirilmelidir. Şayet hava tavandaki jetler ile besleniyrsa, egzz ağızları jetlerin arasında veya salnun diğer tarafına, hava jetlerinden uzak bir yere yerleştirilmelidir Yer değiştirmeli havalandırmada, çıkış ağızları döşemede veya döşeme yanında bulunur ve bu ağızlardan besleme havası salnda kullanılan bölgeye dğrudan dğruya gönderilir. Tek yönlü havalandırma uygulanacaksa bir rtamın havalandırılmasında, hava ya tavandan beslenir ve döşemeden çıkar veya tam tersi lur, yada hava bir duvardan beslenir ve karşı duvardaki emme ağzından çıkar. Uygun bir hava dağılımı için hava atış mesafesi maksimum değerinin % 75 inden az daha az tutulmalıdır. Menfezlerin seçimine ve yerleşimine ilişkin çeşitli yardımcı tabllar mevcuttur. Tabl 3.3: Bazı Uygulamalarda Menfez İçin Tavsiye Edilen Hava Çıkış Hızları. Mahal Üfleme Hızı (m/s) Rady ve Film Stüdysu, Ameliyathane 1,5-2,5 Hastane, Yatak Odası, Ofis, Knut, Cami, Klise, vb. 2-4 Dershane, Knser Salnu, Yemek Odası, Kütüphane, Oyun Salnları, Bankalar, Knferans Salnu 2,5-4 Alışveriş Merkezi, Bal Salnu, Restaurant, Kafeterya, Otel Lbisi, Tiyatr, Sinema 2,5-6 Süpermarket, Fabrika, Jimnastik Salnu Endüstriyel Mutfak, Dep 4-8 Bu bilgiler ışığında, menfez seçimi ve yerleştirilmesinde izlenecek prsedürü özetlersek; Her hacme üflenecek hava miktarı belirlenir. Her hacme knulacak menfez sayısı ve tipi belirlenir. Bunun için gerekli hava miktarı, atış için kullanılabilecek mesafe, mimari ve yapısal faktörler gibi etkenler göz önüne alınır. Bu amaçla üretici firmaların sunduğu katalglardan yararlanılabilir. Menfezlerin da içerisinde havayı mümkün lduğunca hmjen ve düzgün larak dağıtılabilecek biçimde yerleştirilir. Üretici katalglarından hava miktarı, çıkış hızı, dağıtım biçimi ve ses düzeyi gibi perfrmans bilgilerini kntrl ederek uygun byutta menfez seçilir. 37

52 4. KONFOR ŞARTLARI Günümüz havalandırma uygulamalarında göz önüne alınan en önemli hususlardan biri hiç kuşkusuz Literatür Araştırması kısmında da ele alınan knfr şartlarının sağlanması knusudur ve bu şartlar her geçen gün daha da hassaslaşmakta ve daha fazla önem verilmektedir. Aslında bu önem sebepsiz değildir rtamdaki hava hızın, bağıl nemin, hava sıcaklığının ve gürültü seviyesinin insanların sağlığını ve verimliliklerini dğrudan etkilediği bilinmektedir. İç hava kalitesinin ve knfr şartlarının önemini anlamak için çeşitli araştırmaları göz önüne almak yeterlidir. Şöyle ki yapılarda klima tesisatının ilk yatırım maliyeti tplam yatırım harcaması içinde sadece %1 e karşılık geliyr. Klima tesisatının işletme maliyetleri içerisindeki payı ise %1,5 Ancak işletme maliyetleri içindeki persnel payı % 92 İç hava kalitesinin insan perfrmansı üzerindeki etkisi ise tartışılmaz. ABD nde yapılan bir çalışmada fis binalarına iç hava kalitesinin iyileştirilmesi için yapılması gereken yatırım miktarı 87,9 milyar $, getireceği ilave işletme maliyeti de 4-8 milyar $ larak hesaplamıştır. Bu sayede çalışma veriminin artırılması ile elde edilecek artı değer ise 62,7 milyar $ lduğu görülmüştür. Yani iç hava kalitesi knusunda yapılan yatırım, kendisini 1,6 yılda geri ödeyebiliyr. Bundan dlayı 1973 petrl krizinden snra uygulanan verilen hava miktarının azaltılması plitikası, hasta bina sendrmunun rtaya çıkması ve verimliğin azalmasıyla, yerini yüksek hava miktarları, knfr şartlarında hassasiyet ve yüksek hava kalitesi plitikasına bırakmıştır. Bu bilgiler ışığında knfr şartlarının gerekliliğini daha iyi kavrayabiliriz. Zaten bu tezin knusu lan da içi havalandırmanın nümerik çözümlenmesinde asıl amaç çeşitli havalandırma şekillerinin knfr şartlarına uygunluğunun ölçülmesidir. Ancak bunun için öncelikle literatür araştırmasından elde edilen bilgilerin bir kıstas luşturacak şekilde özetlenmelidir. 38

53 Bizim için esas lan yaşanılan bölgenin (ccupied zne) döşemeden 1,7 m (veya 1,8 m) yüksekliğe kadar çıkan, duvarlara 15 cm ye kadar yaklaşan, mahal içinde insanların bulunduğu kısım lduğu tanımı yapılmıştır. Bu bölgede (özellikle ense yüksekliği larak tanımlanan bölge kritiktir) yarattığı ses, basınç düşmesi, üflenen havanın hızı ve üflenen hava ile da sıcaklığı arasındaki fark istenen ölçülerde lmalıdır. Örneğin bu bölgede hava hızı,2 m/s değerinden fazla lmamalıdır ve genellikle,13-,18 m/s arasında tercih edilir. Genel larak aynı kttaki çalışma yerlerinde aynı andaki sıcaklık farkı, 4ºC dan daha büyük lmayacak ve hacimde labildiği kadar düzgün ve etkin bir hava dağıtımı sağlayacak şekilde lmalıdır. Sğutmalı havalandırma ve iklimlendirme tesislerinde bu sıcaklık farkı, sağlanması istenen değerden en çk 1,5ºC farklı lmalıdır. Isıtmalı havalandırmalı tesislerde, bu fark en çk 2ºC labilir.. Şekil 4.1: Hava akım yönlerinin etkileri. 39

54 Deneysel çalışmalarda hava cereyanı ılıklığı veya serinliği, saln rtasında 24ºC değerindeki kuru termmetre sıcaklığının, döşemeden 75 mm yukarıda ve havanın,15 m/s hızla hareket ettiği durumların sağlandığı görülmüştür. Ayrıca insanların büyük bir bölümünün hava hızının,35 m/s değerinden az lduğu fis binalarında kendilerini knfrlu hissettikleri bilinmektedir. Genel larak knfrun bzulmasına neden lan durumlar; salnun hava sıcaklığının ani değişimleri, aşırı hava cereyanları, değişik yerlerdeki yük ihtiyaçlarına göre havanın taşınma veya dağıtılması srunları veya da sıcaklığının çk hızlı değişimlerdir. Hava ile ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemindeki hava yayılımının amacı, şartlandırılmış salnda döşeme seviyesinin yaklaşık 1,8 m üzerindeki kısımda, salnda kullanılan bölge içindeki sıcaklık, nem ve hava hareketinin uygun bir bileşimini luşturmaktır. Bu bölge içinde knfr şartlarının elde edilebilmesi için, kabul edilebilir hava cereyanı sıcaklığı için standart sınırlar verilmiştir. Hava cereyanı sıcaklığı, hava sıcaklığının, hareketinin ve bağıl neminin insan vücuduna fizyljik etkilerinin bir bileşiminin yardımı ile tanımlanır. Kabul edilen standartlardan farklılıklar, bu hacimlerde bulunan insanların knfrlarının bzulmasına neden lur. Hacimde ünifrm şartların eksikliği veya hacmin belirli bölümünde bu şartların aşırı değişimi, knfrun bzulmasına neden lan diğer durumlardır. (1) salnun hava sıcaklığının aşırı değişimleri (yatay, düşey veya her ikisi de), (2) aşırı hava cereyanları, (3) değişik yerlerdeki yük ihtiyaçlarına göre havanın taşınma ve dağıtılması srunları, (4) veya da sıcaklığının çk hızlı değişimleri, knfrdaki bu tür bzulmaları rtaya çıkarır. Mahal içinde bulunan bireylerin hissettiği rahatsızlık veya sıkıntı duygusunun başlıca nedeni iç rtam havasının hızıdır. İç rtam hava hızlarına karşı insanların davranışını bilimsel esaslara turtabilmek amacıyla Fanger ve Christensen (1985) verilen bir rtalama hava hızında cereyan hissedenlerin yüzdesel ranlarını bulmayı hedeflemişlerdir. Byun arkasındaki rtalama hava hızına göre kafa bölgesinde cereyan hissedenlerin yüzdesi Şekil 4.1 de gösterilmiştir [33]. 4

55 Hşnutsuzların yüzdesi (%) Ortalama hava hızı (m/s) Şekil 4.2: Ortalama hava hızının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi Mahal rtamı havasının hızına bağlı larak bireylerin genel larak ne gibi tepkiler gösterdikleri Tabl 4.1 de gösterilmiştir [36]. Tabl 4.1: Mekan İçi Hava Hızlarının Bireyler Üzerindeki Etkileri Mekan Havasını Hızı (m/s) ile,1 Bireyler Tarafından Gösterilen Tepki Tepki genellikle lumsuzdur. Havanın durgun ve bğulma hissinin duyulduğu söylenir.,1 ile,2 Tepki lumlu niteliktedir.,2 ile,3 >,3 Tepki turan insanlar için lumsuz, ayakta duran veya yavaş hareket eden insanlar için uygundur. Tepki uygunsuz niteliktedir. Hava akımlarından dlayı rahatsızlık hissi duyulur. Uygulama Alanı Bu aralıktaki hız değerleri ender hallerde kullanılır. Bu hız sınırları knfr kliması amaçlı iklimlendirme tesislerinde kullanılır. Söz knusu hız değerleri mağazalar, bankalar ve kamu yapısı gibi tesislerde knfr kliması alanında kullanılır. Bu sınırdan büyük lan hız değerleri endüstriyel iklimlendirme tesislerinde uygulanır. 41

56 Buradaki tepkiler bazı faktörlere bağlı larak farklılık ve ayrıcalık gösterebilir. Bu faktörler, Bireyin cinsi ve yaşı, Oturma, ayakta durma veya gezinme gibi bireylerin yaptığı uğraşın niteliği ve Mahallin hangi amaçla kullanıldığı labilir. Knfr veya rahatlık duygusunun sağlanmasını amaçlayan iklimlendirme tesislerinde, mahallin kullanım amacına ve bireylerin uğraş durumuna bağlı larak mekan hava hızı,1 ile,3 m/s aralığında değişen hız değerleri kabul edilebilir. Bir mahal içinde bulunan bireyler tarafından hissedilen hava akımı duygusunun bir başka nedeni de basma havasının sıcaklığı yada bir başka deyişle basma havası ile mahal havası arasındaki sıcaklık farkıdır. Mahal rtamı havasının hızına ve mahal havasının sıcaklığı ile bu mahal için esas alınan nrmal knfr sıcaklığı arasındaki farka bağlı larak, durumlarından hşnut lmayanların ranları literatürdeki grafiklerde verilmektedir [36]. Yapıların iç rtamlarında, hava sıcaklığı nrmal larak döşemeden tavana dğru artar. Dağılım yeterince büyükse, vücut ısıl dengede lsa bile, başta yerel bir ılık knfrsuzluk veya ayaklarda sğuk knfrsuzluk gerçekleşebilir. Dikey yönde hava sıcaklığı farklılığını ve bunun knfr üzerindeki etkilerinin araştırmak için birçk çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalar snucunda Şekil 3.4 de dikey sıcaklık farklılığından dlayı hşnutsuz lanların yüzdesi baş (döşemeden 1,1 m yukarıda) ve tpuklar (döşemeden,1m yukarıda) arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak Şekil 4.3 de gösterilmiştir [33]. Her ne şekilde lursa lsun her şeyden önce önemli lan srun şudur: Basma havası ile mahal havasının birbirine karıştırılması snucunda, mahallin çeşitli bölgelerinde hissedilen ısı duyguları yeterli bir benzerlik ve hmjenlik özelliğine sahip bulunmalıdır. Bu benzerlik ve hmjenlik özelliğine erişilmesi, ancak emme ve basma menfezlerinin uygun bölgelerde seçilmesi sayesinde mümkün labilir [36]. 42

57 Hşnutsuzların yüzdesi (%) Baş ve ayaklar arasındaki sıcaklık farkı ( C) Şekil 4.3: Baş ile tpuklar arasındaki sıcaklık farkının fnksiynu larak hşnutsuzluk duyanların yüzdesi Hava cerayanını tanımlamak amacıyla, hava hareketinin knfra etkisini incelenmiş ve nem ile ısı ışınımının etkilerini sabit kabul ederek, hava cereyanını hem hava hareketi hem de hava sıcaklığından dlayı vücudun herhangi bir yerinde bölgesel larak hissedilen serinlik veya ılıklık larak tanımlamışlardır. Hava cereyanı ılıklığı veya serinliği, saln rtasında 24 C değerindeki kuru termmetre sıcaklığının, döşemeden 75 mm yukarıda ve havanın,15 m/s hızla hareket ettiği durumların sağlandığı, kntrllü da şartlarının yukarısında veya aşağısında ölçülerek belirlenmiştir [14]. θ etkin hava cereyanı sıcaklığı ile turulan bölgenin herhangi bir nktasındaki ve kntrl şartındaki farkı belirtmek için, Rydberg ve Nrback [37] tarafından önerilen ve Kestel ve Tune un çalışmasından [14], Straub [38]. tarafından değiştirilen θ = T x T c 8 ( V,15) x (4.1) denklem kullanılır. Bu denklemde, Tx= havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı, (C) 43

58 Tc= salnun rtalama kuru termmetre sıcaklığı, (C) Vx= yerel hava hızı, (m/s) anlamındadır. Denklem (4.1), hava hareketinden dlayı luşan serinlik hissini göz önüne alır ve Şekil 4.4 deki nötr çizgiyi luşturur. Yaz mevsiminde, havanın yerel kuru termmetre sıcaklığı Tx, kntrl sıcaklığının altındadır. Bundan dlayı, hem sıcaklık hem de hız, Vx hızının,15 m/s değerinden büyük lması halinde eksi işaretlidir ve serinlik hissini arttırırlar. Şayet kış mevsiminde, Tx sıcaklığı kntrl sıcaklığının üzerinde lursa,,15 m/s değerinin üzerindeki her hava hızı, Tx tarafından luşturulan sıcaklık hissini azaltır. Bu nedenle x nktasındaki etkin hava cereyanı sıcaklığı ile kntrl nktası arasındaki fark, kış mevsiminde çğunlukla sıfır labilirken, yaz mevsiminde sıfır değildir. Bir rtamda belirli bir hava cereyanı şartına karşı gelen, bu rtamda bulunan insanların hşnut lmamaları yüzdelerine ait veriler Şekil 5.1 de verilmiştir. Verilerde görüldüğü gibi, bir kişi ayak bileği seviyesinde byun seviyesine göre daha yüksek hızlara ve daha düşük sıcaklıklara dayanabilmektedir. Bundan dlayı, bölgede döşeme seviyesinden,75 ila 1,5 m yüksekliğe kadar lan şartlar, döşeme seviyesine daha yakın lan şartlardan daha kritiktir [34]. Genellikle,25 m/s değerinin altındaki saln hava hızları tercih edilir; ancak Şekil 4.4 de gösterildiği gibi salndaki bazı insanlar tarafından daha yüksek hızlar da kabul edilebilir. ASHRAE Standart , yüksek hava sıcaklıklarında, yüksek hava hızlarını önermektedir.,1 m/s değerinin altındaki hava hızları çğunlukla seçilmemesine rağmen, knfr için en düşük bir hava hızı önerilmez [34]. Şekil 4.4 de görüldüğü gibi salnda bulunan insanların %2 ye yakın kısmı ayak bileği-turma seviyesinde, 2 C bir sıcaklık gradyanını kabul etmezler. Isıtma halinde kötü bir şekilde tasarlanmış veya çalıştırılan sistemler bu durumu yaratırlar, bu da sistemlerin dğru seçiminin ve çalışmasının önemini vurgular 44

59 Şekil 4.4: Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi [1]. Denklem (4.1) de belirtildiği gibi, insanların büyük bir yüzdesi, θ etkin hava cereyan sıcaklığının, -1,5 ve 1 C arasında, hava hızının,35 m/s değerinden az lduğu fis hacimlerinde kendilerini knfrlu hissederler. Ofis içersinde insanların bulunduğu bölgelerde hava hızı ve sıcaklığı birçk kere ölçülmüş ise bu durumda, HYPİ değeri, etkin hava cereyan sıcaklığı ve hızının daha önce belirlenmiş değerlere uyum gösteren ölçmelerin lduğu yerlerin yüzdesi larak tanımlanır. HYPİ en büyük değerde (%1 değerinde) ise, arzu edilen şarta ulaşılmıştır. HYPİ (hava yayılım perfrmansı indeksi), sadece hava hızı ile rtalama saln sıcaklığından yerel sıcaklık farkının bileşimi lan etkin θ cereyan sıcaklığına bağlı lup; kuru termmetre sıcaklığına ve bağıl neme dğrudan bağlı değildir. Bu ve 45

60 örnek larak rtalama ışıma sıcaklığı gibi benzer etkiler, ASHRAE önerilerine göre ayrı ayrı göz önüne alınmalıdır. HYPİ serinletme şekli kşullarının bir ölçüsüdür. Isıtma kşulları ise ASHRAE Standart kılavuzu veya ISO Standart kullanılarak değerlendirilir. Havayı yayan çeşitli cihazlar için serinletme bölgesi tasarım kriterleri, HYPİ ve knfru maksimum yaparlar. Bu kriterlerde aynı zamanda hava debisi, çıkış ağzı büyüklüğü, üretici tasarım kalitesi ve tasarlanan salnun byutları da göz önüne alınır. 46

61 5. KAPALI HACMİN MODELLENMESİ Fiziksel benzerlik, geniş uygulama alanı lan bir kavramdır. Bu kavram yardımı ile amaçlanan, herhangi bir durumdaki fiziksel büyüklükleri başka bir durumdaki fiziksel büyüklüklerle karşılaştırabilmektir [39]. Kapalı mekanlardaki hava hareketlerinin tahmini genelde ön tasarım değerlendirmesi için labratuvar rtamında binaya ait fiziksel mdelin veya tasarım snrası değerlendirmeyi amaçlayan gerçek byutlardaki fiziksel mdelin hava hızı ve sıcaklık ölçümlerine dayanmaktadır. Sayısal yöntemler gün geçtikçe daha geniş bir kullanım alanına sahip lmasına karşın binaların mdel çalışmalarından elde edilen deneysel veriler halen bina içersindeki hava dağılım sisteminin tasarımında en güvenilir kaynak lmaktadır [4]. Bir mdel çalışması eğer düzgün bir şekilde yürütülmüşse aşağıdaki bilgileri sağlaması gerekir: gerekli üfleme havası miktarı, üfleme ve egzz menfezinin da içersindeki en uygun knumu, da için en iyi menfez tipi, da içersindeki hava akış düzeni, hava hızları, türbülans şiddetleri ve hava sıcaklıklarının bulunulan bölgedeki dağılımı. Fiziksel bir mdel içeren deneysel incelemeyi yürütmeye başlamadan önce, incelenecek durumla ilgili temel benzerlik kurallarının saptanması ve uygulanması esastır. Prblemin fiziğiyle ilgili lan benzerliğin ana kanunlarından en ufak bir sapma mdelden elde edilen snuçların önemini azaltabilir [4]. Sistemlerin davranışındaki benzerliği şöyle tanımlanmaktadır: eğer herhangi iki sistemin karşılıklı karakteristikleri bire bir temsil edilebiliyrsa bu iki sistem benzerdir. 47

62 Kapalı mekanlarda hava jetinin eş sıcaklıklı lmayan türbülanslı taşınımına dair çalışmalarda gemetrik, kinematik ve ısıl benzerlik lmak üzere üç temel benzerlik kriteri mevcuttur. Bir şeklin herhangi bir parçası, başka bir şekilde bu nktaya karşılık gelen nktayla bire bir eşlenebiliyrsa bu iki şekil gemetrik larak benzerdir denir. Bir şekil üzerindeki P nktasının knumunu belirleyen yarıçap vektörü, r lsun. Dönüştürülmüş şekildeki P nktasına ait yarıçap vektörü ( r ), Denklem (5.1) deki şekilde verilebilir [4]. r = Tr (5.1) burada T, dönüşüm matrisi lup genel larak aşağıdaki gibi ifade edilir. C T = C C C C C C C C (5.2) burada Cij matris katsayılarını göstermektedir. (i = 1, 2, 3 ve j = 1, 2, 3) Gerçek gemetrik benzerlik ancak dönüşüm matrisinin köşegen matris lmasıyla sağlanabilir. C T = C C (5.3) burada C matris katsayısı ölçeklendirme faktörü lup x, y ve z yönleri için aynı değerdedir. Oda içersindeki hava hareketlerinin mdellenmesinde prttipe ait uzunluk byutları nrmalde 1 veya 1 den daha küçük bir ölçeklendirme katsayısı ile küçültülür. Özellikle, üfleme ve egzz kısımlarındaki cihazlar aynı katsayı ile küçültülmelidir. 48

63 Belirli bir prttip sistem ve buna tekabül eden mdel sistem arasında gemetrik benzerlik lması gerektiği aşikardır. Ancak, mükemmel bir gemetrik benzerlik sağlanması klay değildir. Mdelin, prttipe şekil larak benzemesinin yanında yüzey pürüzlülüğünün de gemetrik benzerlik içinde lması gerekir. Şayet, mdel yüzeyi prttipinkinden daha pürüzsüz yapılamıyrsa, mdele ölçek faktörüne uygun larak bir pürüzlülük verilmesi zaten söz knusu lmaktan çıkmaktadır [28]. Kinematik benzerlik, gemetrik larak benzer lan mdel ve prttipin birbirine karşılık gelen akışkan hızları ve ivmelerinin ranları birbirine eşit lduğunda başarılmış lur. Akışkan hareketi kinematik larak benzer lduğunda, akım çizgilerinin luşturduğu şekiller (benzer zamanlarda) benzer lacaktır. Cisim cidarı da bir akım çizgisi lduğundan kinematik larak benzer akışlar ancak gemetrik larak benzer şekiller etrafında yer alabilir. Yani kinematik benzerlik aynı zamanda gemetrik benzerlik lduğu anlamına gelir. Ancak, gemetrik benzerlik lması, kinematik larak benzer akışın lmasını garantilemez [4]. Kinematik benzerlik akışkana hareketini kazandıran üzerine etkiyen tplam atalet, sürtünme, basınç ve kaldırma kuvvetleri ile kuvvetlerin ranlarının eşit lmasını gerektirir. Herhangi bir kapalı mekandaki akış, ifade edilen Navier-Stkes denklemi ile tarif edildiği için, dinamik ve kinematik benzerlik şartlarının belirlenmesinde bu denklemin byutsuz hale getirilmesi gerekmektedir [4]. Sürekli, sıkıştırılamaz ve türbülanslı akış için Navier-Stkes denklemi, x j p p ( ρu U ) = + ( ρu u ) + g ( ρ ρ ) i j x i x j i j i r (5.4) İle verilmektedir.burada Ui ve ui değerleri sırasıyla xi yönündeki rtalama ve çalkantı hız bileşenlerini, p basıncı, ρ akışkanın yğunluğunu, ρr referans bir yğunluk değerini ve gi ise yerçekimi ivmesini göstermektedir. Bussinesq Eddy viskzite genel kavramı uygulandığında, Denklem (5.4) ün sağ tarafındaki Reynlds gerilim terimi. ρu i u j U i µ = t x j U + x i j 2 ρkδ 3 ij (5.5) 49

64 5 halini alır, burada, t µ türbülans viskzitesini, k =.5u i u j (5.6) k ise türbülans kinetik enerjiyi göstermektedir. Krnecker delta ise = δ ij şeklindedir. Denklem (5.5) i denklem (5.4) te yerine kyup, ( ) i ρ r ρ g yerine T r gβρ yazılarak Denklem (5.7) elde edilir. ( ) T gβ ρkδ 3 2 x U x U µ x p x p ρu U x r ij i j j i t j i j i j ρ + + = (5.7) burada r T 1 β lup hacimsel genleşme katsayısını, ) T T T( r = ise referans sıcaklık Tr ile herhangi bir nktadaki sıcaklık arasındaki farkı göstermektedir. Denklem 5.7 deki değişkenler birbirlerine karşılık gelen x, U, ρ, T ve p referans değerlerine bölünerek byutsuz hale getirilebilir. ( * ) işareti byutsuz değişkenleri göstermek üzere, Denklem (5.7) den, ( ) + + = i j j i t 2 j 2 j i j 2 x U x U µ U x ρ µ x U ρ x p x U ρ U U ρ x x U ρ T T βρ g δ k ρ 3 2 i ij (5.8) elde edilir,burada, T T T = ve T T T = şeklindedir. Denklem (5.8) in her iki tarafı 2 x U ρ terimine bölünürse,

65 x j p µ U i j 2 ( ρ U i U j ) µ = + t + ρ k δij x j ρ x U x j U x i 3 T g iβx 2 U T (5.9) elde edilir. Denklem (5.9), byutsuz değişkenlere ek larak denklemin sağ tarafında iki tane byutsuz parametreyi içermektedir. İlk parametre, atalet kuvvetlerinin viskz kuvvetlerine ranı lan Reynlds sayısına karşılık gelmektedir. ρ Re = x µ U (5.1) Denklem (5.9) daki ikinci parametre ise kaldırma kuvvetlerinin atalet kuvvetlere ranı ile belirtilen Archimedes sayısı lup aşağıdaki Şekilde ifade edilmektedir: Ar = gβx T U 2 (5.11) Açık bir şekilde görüldüğü gibi byutsuz Navier-Stkes denkleminin çözümü Re ve Ar değerlerine bağlıdır ve kinematik benzerliğin sağlanması için bu iki değerin mdel ve prttip için aynı lması lazımdır. Isıl benzerliğin sağlanması için mdelde herhangi iki nkta arasındaki sıcaklık farkının, buna karşılık gelen prttip nktalarındaki sıcaklık farkına ranı sabit bir değer lmalıdır [4]. Gemetrik ve kinematik benzerliğin yanında, ısıl benzerlik şartının sağlanması için ısı geçişinin üç çeşidi lan iletim, taşınım ve ışınım ile ısı geçişleri mdel ve prttip için benzer değerler lmalıdır. Havaya ışınımla lan ısı geçişi ihmal edilirse, zaman rtalama enerji denklemi şu hale gelir: x j ( ρu T) = ( ρu T ) j x i i (5.12) türbülans ısı akısı terimi aşağıdaki gibi yazılabilir: 51

66 52 i t i x T Γ T ρu = (5.13) burada t t t σ µ Γ = türbülans difüzyn katsayısını ve t σ türbülansın Prandtl (Schmidt) sayısını göstermekte lup, Denklem (5.12) şu hale dönüşür: ( ) = i t i j i x T Γ x ρu T x (5.14) bu denklemi byutsuz halde yazacak lursak; ( ) = i t i 2 j j x T Γ x x σ T µ T U ρ x x T U ρ (5.15) p C ve λ sırasıyla sabit basınçtaki özgül ısı ve ısıl iletkenlik katsayısını vermek üzere, σ yerine p λ C µ knulup denklem tekrar düzenlenirse Denklem (5.16) elde edilir. ( ) = i t i p j j x T Γ x U x ρ C λ T U ρ x (5.16) denklemin sağ tarafındaki byutsuz parametre Peclet sayısına (Pe) karşılık gelmektedir. p /λ U x ρ C Pe = şeklinde yazılmaktadır. Snuç larak mdel ile prttip arasında ısıl benzerlik kurulabilmesi için Pe sayıları eşit lmalıdır. Mdel ve prttip arasında hız ve sıcaklık alanlarında benzerlik elde etmek için, sınır şartları benzerliğinin rtaya knulması gerekir. Buna ek larak kinematik ve ısıl benzerlik için byutsuz Re, Pr ve Ar sayılarının eşitliği de gereklidir. Mdel ve prttipe ait sınırlarda gemetrik, kinematik ve ısıl benzerlik şartları lduğu zaman

67 benzer sınır şartları elde edilir. Sınır şartları için gemetrik ve kinematik benzerlik klay bir şekilde sağlanırken ısıl benzerlik hiç de klay lmamaktadır [4]. Mdel ve prttip içinde sıcaklık dağılımında benzerlik elde etmek için sınırdaki byutsuz ısı akısı eşitliği gereklidir. Genellikle, ısı transferi iç sınırlardan iletim, taşınım ve ışınım ile gerçekleşir. Tplam ısı transferi Q = Q + Q + Q t c v r (5.17) şeklinde ifade edilebilir, burada taşınım lan ısı geçişi ve Qt tplam ısı geçişi, Qc iletim lan ısı geçişi, Qv Qr ışınım ile lan ısı geçişini temsil etmektedir. Fakat, çk yakın katı sınırlar hariç, çevre dası içindeki havaya lan iletim ile lan ısı geçişi ihmal edilebilir. Mdel ve prttip arasındaki ısıl benzerliğe iç sınırlardan lan taşınım ve ışınım ile ısı geçişinin etkilediği düşünülebilir. Taşınım, cismin yüzeyi ile hava arasında ısıl sınır tabaka byunca meydana gelir. Laminer alt tabaka denilen çk ince akışkan tabakası sınıra çk yakın bölge byunca luşur. Laminer alt tabakaya ile buna birleşik lan türbülanslı akış tabakası arasında iletimle ısı geçişi lur. Laminer alt tabaka byunca lan ısı akısı, akışkan içinden iletim ile yaklaşık larak q c Q T = c = λ A x j x j = (5.18) T şeklinde ifade edilir, burada A yüzey alanı, x j yüzeydeki sıcaklık gradyenidir. Denklem (5.18) deki değişkenler birbirine karşılık gelen T, x, λ ve q değerleri ile byutsuzlaştırma yapıldığında referans q = ρc p U T şeklinde yazılmaktadır. buradan ( Cp U T ) q c = ( λ T x ) λ ( T x j ) x = ρ (5.19) j 53

68 Denklem (5.19) düzenlenirse q c = ( λ ρcp U x ) λ ( T x j ) x = j (5.2) haline dönüşür, Denklem (5.2) in sağ tarafındaki parantez içinde kalan kısmına Pr ve Re sayıları karşılık gelmektedir. Buradan Denklem (5.2) tekrar yazılırsa: q c = ( λ Pe)( T x j ) x = j (5.21) burada Pe=PrRe karşılık gelmektedir. Denklem (5.21) mdel ve prttipin iç sınırlarından knveksiynla lan ısı geçişi benzerliği için ima edilir. Pe sayıları iki durum içinde eşit lmalıdır. Mdel ve prttip için hava akışı ile ısı transferinin tam bir benzerliğini luşturmak için aşağıdaki şartlar gereklidir. Mdel ve prttip için Re sayısının eşitliği ilkesini uygulayacak lursak, ρ U µ x m ρ = U µ x p (5.22) şeklinde yazılabilir. Burada, alt indisi üfleme tarafındaki değerleri, m mdeli ve p prttipi belirtmektedir. Mdel ve prttip için aynı akışkan kullanılması halinde U U m p = x x p m = S (5.23) şekline dönüşür. Burada, S ölçek faktörünü, U ise hava üfleme hızını belirtmektedir Kinematik benzerlik için diğer bir şart lan Ar (Archimedes) sayısının eşitliğini yazacak lursak, gβ x T 2 U m gβ x T = 2 U p (5.24) 54

69 βm β elde edilir. Mdel ve prttip için aynı ısıl şartların luşması halinde ( T m = T p ), Denklem (5.24). p ve U U m = p 1 S (5.25) şekline dönüşür Denklem (5.24) ve Denklem (5.25) den görüldüğü üzere Re ve Ar eşitliklerinin gereksinimleri birbirinden çk farklı lmakla birlikte bu iki eşitliğin mdel ve prttip için bir arada sağlanabilmesi imkansızdır [4]. Müllejans üç byutlu bir danın 1, 3, 6 ölçeklerinde, eş sıcaklıklı ve eş sıcaklıklı lmayan şartlarda yaptığı deneyler snucu, akış özelliklerinin Ar sayısına bağlı lduğunu belirlemiştir. Müllejans, bu üç tip deney dasında çk farklı Re sayılarıyla yaptığı deneylerde Re sayısının bir etkisini görememiştir. Snuç larak, mekanik larak havalandırılan çğu dalarda mdel ve prttip arasındaki kinematik ve ısıl benzerliğin sağlanması Ar sayısının eşitliğinden yla çıkılarak yapılabilmektedir [4]. Denklem (5.25) ya bakılacak lunursa, küçültme faktörünün birden büyük seçilmesi halinde mdel hızları her zaman için prttipten düşük lacaktır. Oda içersinde yaşanılan bölge içersinde hava hızları genelde,2 m/s ile,3 m/s arasındadır. Sıcak tel ve sıcak film anemmetreleriyle güvenilir bir hız ölçümü yapılabilmesi için bu hız değerlerinin,1 m/s değerinin altına düşmemesi gerekmektedir. Bu nedenle prttip üfleme hızının, mdeldeki üfleme hızına ranı iki ile sınırlandırılmalıdır [4]. Uygun ölçeklendirme faktörü belirlenip byutlandırma ve hızlar sn haline getirildikten snra, tplam hissedilen ısı kazancı veya kaybı havalandırılan dalar için bir bağıntı 55

70 Q = ρ 2 C p x U T (5.26) larak yazılabailir. Burada edilen hız ve T 2 x hava çıkış kesit alanı, U dadaki havaya temin ise giren ve çıkan hava sıcaklıkları farkıdır. Buradan mdel ve prttip arasındaki tplam ısı transferi ranı Q m Q p = 2 2 ( ρc p x U T ) ( ρc p x U T ) m p (5.27) larak elde edilir, buradan Denklem (5.27) düzenlenirse: Q m Q p = 2 ( 1 S) ( U U )( T T )( T T ) m p m p m p (5.28) ρ m ρp =Tm Tp ise, aynı zamanda ölçeklendirme faktörü, hızlar ranı, sıcaklıklar ranı ve prttipin ısı geçişi biliniyrsa mdel için ısı geçişi Denklem (5.28) ( T m T p ) = 1 yardımıyla hesaplanabilir. ( U U ) 1 S m p = lacağından Denklem (5.28) ( T m Tp ) = 1 ve Q m Q p = 2 ( 1 S) ( 1 S) (5.29) haline gelir. 56

71 6. DENEYSEL VE SAYISAL ÇALIŞMANIN ESASLARI 6.1 Kapalı Hacmin Tanımlanması ve Sınır Şartları Tez çalışmasına knu lan çalışmamıza knu lan havalandırılan kapalı hacim, fis kullanım amaçlı larak tasarlanmıştır. Ofis dası 4,5 m uzunluğunda, 3 m genişliğinde ve 3 m yüksekliğinde kapalı bir hacim larak seçilmiştir. Bu ölçüler, literatür araştırmaları tarafından kullanılan da değerlerine yakın değerlerdir. Ofis hacmi içerisindeki hava dağılımı ile sıcaklık dağılımı hem deneysel hem de CFD yöntemlerinin uygulanmasıyla belirlenmeye çalışılmıştır. Ofis hacmi için gerekli havalandırma debisi hesaplanırken Tabl 3.1 de kişi başına belirlenen dış hava miktarının yerine, Tabl 3.2 de fis hacimleri için tavsiye edilen saatteki hava değişim sayısı kullanılmıştır. Tavsiye edilen hava değişim sayılarının 4 ila 8 arasında lduğu görülmektedir. Saatteki hava değişim sayısı larak 4 seçilmiş ve buradan hareketle da için gerekli hava debisi (4) x (4,5 x 3 x 3) m3/h den hesapla 162 m3/h larak bulunmuştur. Menfez üreticileri tarafından fis hacmi için tavsiye edilen üfleme hızları 2 ila 4 m/s arasındadır. Bu çalışmada, kapalı hacim için üfleme açıklığı çıkışındaki hava hızı 2,5 m/s alınmıştır. Taze hava, daya tek açıklıktan beslenip tek bir açıklıktan egzz edilmiştir. Açıklıklar, karşılıklı iki duvarda lmak üzere, üfleme açıklığı üst seviyeye egzz açıklığı ise alt seviyeye knulmuştur. Kapalı hacme ait temel byutlar Şekil 6.1 de görülmektedir. Üfleme ağzı larak yarık tipli menfez ve egzz çıkışı larak kare kesit alınmıştır. Yarık tipli menfezin üst kenarı ile tavan arasında 6 cm vardır, atış ağzı ile zemin arasında yine 6 cm vardır. Egzz ağzı ve yarık tipli menfez karşılıklı duvarların y ekseninde merkezlerine yerleştirilmişlerdir. 57

72 Hava üfleme (giriş) ağzı Z Y X a c Hava egzzu b Şekil 6.1: Kapalı hacme ait temel byutlar Kapalı hacme ait temel byutlar belirlendikten snra deneysel çalışma aşamasında, daha çk nktada ve daha kısa sürede ölçüm alabilmek amacıyla çalışmanın bu kapalı hacim içersindeki hava dağılım karakteristiklerinin belirlenmesinin fiziksel mdel üzerinde yapılması uygun görülmüştür. Bu amaçla gerçek byutlardaki prttip hacmin 1/3 ölçek faktörüyle elde edilen fiziksel mdeli luşturulmuştur. Gemetrik ölçüler, gemetrik benzerlik kriteriyle 1/3 ranında küçültülmüştür. Gemetrik benzerlik, prttip ve fiziksel mdeldeki danın byu, eni, yüksekliği ile üfleme ve egzz açıklıklarının belirlenmesinde kullanılmıştır. Kinematik benzerlik için ise da içersinde eş sıcaklıklı ve eş sıcaklıklı lmayan hava hareketlerinin belirlenmesinde kullanılan Denklem (5.26) daki Archimedes sayısının eşitliği göz önüne alınmıştır. Mdel için üfleme açıklığı çıkış hızı, U m = U p S şeklinde bulunmuştur. Burada, Up prttip byutlardaki hacim için üfleme açıklığı çıkış hızını, S küçültme faktörünü göstermektedir ve bu durum için S=3 alınmıştır. Isıl benzerlik için ise Denklem (5.29) daki Pe sayılarının eşitliği göz önüne alınmıştır. 2 Qm = Q p ( 1 S )( 1 S ) Mdel için gerekli lan ısı transferi miktarı, şeklinde bulunmuştur. Benzerlik kriterlerinin uygulanmasıyla elde edilen kapalı hacme ait, prttip ve fiziksel mdel byutları Tabl 6.1 de sunulmaktadır. 58

73 Tabl 6.1: Kapalı hacmin prttip ve fiziksel mdel byutları (S=3) XxYxZ (m 3 ) Üfleme açıklığı (cm 2 ) Egzz açıklığı (cm 2 ) Hava üfleme hızı (m/s) Prttip 4.5 x 3 x 3 6 x 3 15 x Fiziksel Mdel 1.5 x 1 x 1 2 x 1 5 x Fiziksel mdel ve prttip için Ar sayısının değerini, Gr Ar = ifadesiyle ( Re) 2 bulabiliriz. Böylece, Denklem (2.1a) daki Ar sayısı ifadesindeki T teriminden kurtularak, eş sıcaklıklı çözüm için daha dğru bir ifade elde edilmiş lur. Burada, Gr ve da için Re sayılarını tekrar yazacak lursak, gβ Gr = ( A ) ν 1.5 DhUr Re = (6.1) ν Denklem (6.1) deki Gr sayısı ve Re sayısı ifadelerini Ar sayısı ifadesinde yerine kyarsak, ( A ) Ar gβ = ν (6.2) 2 D U 2 h r 1.5 elde edilir, Denklem (6.2) de D h danın hidrlik çapını, U r eşdeğer da hızını, A üfleme açıklığının etkin alanını, ν ise havanın kinematik viskzitesini göstermekte lup, eş sıcaklıklı larak ele alınan bu prblemde hava sıcaklığı 288 K alınmıştır. β 1 hacimsel genleşme katsayısı yerine β = ifadesi kullanılmıştır. T (K) Denklem (6.2) yardımıyla, fiziksel mdel ve prttip için Ar sayısı,,5x1-5 larak bulunmuştur. 59

74 6.2 Sayısal Mdelleme Bu çalışmada mdel byutlarındaki da içersindeki hava hareketi farklı parametreler kullanılarak sayısal larak incelenmiştir. FLUENT 6.1 prgramı ile hazırlanan prblem tanımlamasının, dğruluğunun ve geçerliliğinin test edilmesi amacıyla; Nielsen ve arkadaşlarının makalesi [29] ile Şener YILMAZ ın yapmış lduğu çalışma [41] incelenmiştir. Her iki yapılan çalışmada elde edilen deneysel ve sayısal veriler karşılaştırıldığında snuçların çğunlukla çk iyi bir uyum içinde lduğu görülmektedir. Bu snuçlardan snra, izlenen yöntemin uygun lduğu kararına varılmıştır ve bu çalışmanın knusu lan üç byutlu bir fis dasının cebri havalandırılmasının sayısal çözümlerine başlanmıştır, kapalı fis hacminin sğuk ve sıcak akış çözümlemeleri için gerekli çizimler GAMBIT 2. prgramında luşturulmuştur. Snlu hacimler yönteminin dayandığı nkta, kntrl hacminin, hücre adı verilen yeterince küçük alt birimlere ayıyarak çözüme gidilmesidir. Burada yeterince küçük ifadesi bir ptimizasyn prblemini belirtmek için kullanılmıştır. Zira hücreler ne kadar küçük seçilirse, çözüm kadar güvenilir lmakta, buna karşılık çözüm zamanı uzamakta ve gerekli bilgisayar kapasitesi artmaktadır. Snuç larak en fazla 9. mertebelerinde hücre sayısı kullanılmaktadır. Kntrl hacminin yüzeylerindeki ağ dağılımı bu çalışmada ağ tipi hücreler larak kullanılmıştır. Gemetrik mdel luşturulmasında daha snraki aşama sınır şartlarının tanımlanmasıdır. Sğuk akışta kapalı fis hacmine taze hava girişi " hız giriş (velcity inlet)", hava çıkışı ise basınç çıkış (pressure utlet) sınır şartı larak tanımlanmıştır. Sğuk çözüm için kapalı hacmin tamamında sınır duvar şartı (wall) larak tanımlanmıştır. Sıcak akış mdellemesi için ise ısı kaybı verilen her bir duvar için ayrı larak tanımlanmıştır. GAMBIT 2. prgramında gemetrik mdel düzenlenmiş, ağ luşturulmuş ve sınır şartları tanımlanmıştır. Oluşturulan mdel CFD prgramı FLUENT 6.1'e kutulmuştur. Kullanılan sayısal yöntemin prensibi, laya hakim lan diferansiyel denklemlerin ayrıklaştırılarak iterasynla çözülmesi esasına dayanmaktadır. Bunun için snlu hacimler ayrıklaştırma yöntemine göre çözüm yapan FLUENT 6.1 6

75 yazılımı kullanılmıştır. FLUENT 6.1, genel term-akışkan prblemlerinin çözümünde kullanılan bir CFD analiz prgramıdır. Çözüme "esas (case)" dsyasının yapılanması için mdeller, çözüm yöntemi, malzeme ve sınır şartları tanımlanmıştır. Prblemi çözmek için seçilen mdeller aşağıda verilmiştir: 1. Denklem çözücü (slver): FLUENT te iki çözücü mevcuttur; ayrıştırılmış (segregated) ve birleştirilmiş (cupled). Bu çalışmada ayrıştırılmış (segregated) çözücü kullanılmıştır. Şener YILMAZ ın yapmış lduğu çalışmada zamana bağlı ve zamandan bağımsız haller için çözümler yapılmış ve aynı snuçlar zamandan bağımsız halde daha çabuk çözümler vermiştir. Bu nedenle biz de Çağrı ESER [42] gibi prttip ve fiziksel mdele ait çözümler zamandan bağımsız halde yapılmaya devam ettik. 2. Enerji Denklemi: Sıcak akış çözümlemesinde enerji denklemini çözebilmek için aktif hale getirilmiştir. 3. Viskz mdel: Mdelde türbülanslı akışı çözümliyebilmek için standart k-epsiln mdeli kullanılmıştır. Bu mdel için kullanılan diğer sabit katsayılar FLUENT in içinde yer alan katsayılar alınmıştır. Sğuk akış çözümünde, tplam dört adet süreklilik, mmentum denklemlerinin yanı sıra, k-ε türbülans mdeli için iki ilave transprt denklemi lmak üzere, tplam altı adet diferansiyel denklem çözülmektedir. Sıcak akış için ise 6 denkleme ek larak bir de enerji denklemi çözülmektedir. 9. civarındaki hücrenin her birinde ayrıklaştırılarak lineerleştirilen bu denklemler büyük bir denklem seti luşturmaktadır. Şener YILMAZ ın ve Çağrı ESER in yapmış lduğu çalışmada aynı hız prfillerinin yakınsamış snuçları, ikinci derece hassasiyetle çözümde daha kısa sürede elde edilebilmiştir. Bu nedenle ikinci mertebe akış yukarı şeması ile ayrıklaştırma işlemi gerçekleştirilmektedir. Basınç ve hız arasındaki ilişki, SIMPLE algritması ile ele alınmaktadır. Denklem takımının çözümünde, ardışık iki iterasyn arasındaki bağıl hatanın azalmasıyla birlikte çözümler yakınsamaktadır. Her bir denklem için ideal halde sıfır lması gereken bu hata değerlerinin, yakınsama kriterleri adı verilen değerlerin altına düşmesiyle birlikte çözümün yakınsamış lduğu kabul edilmektedir. Bu çalışmada yakınsama kriterleri larak, bütün 61

76 denklemler için 1-3 değeri alınmaktadır. azaltma katsayıları (Under-relaxatin) başlangıçta en fazla 1 alınmakta ve çözümün yakınsaması için, ileriki aşamalarda azaltılmaktadır. Sğuk akış çözümünde, çalışma şartları için 1 atmsfer basınç, 288 K sıcaklık, 1,225 kg/m3 lük hava yğunluğu ve 9,81 m/s2 lik yerçekimi ivmesi alınmıştır. Oda içersinde sğuk akış çözümünde malzeme bilgisi kullanılmamıştır. Sıcak akış çözümünde sınırlar duvar yüzeyi larak alınmış ve bu duvarlardan 2 W/m² lik bir ısı kaybı lduğu varsayılmıştır. 6.3 Deneysel Çalışma Deney tesisat düzeneği, daha fazla nktadan daha kısa sürede ölçümler alabilmek için, 4,5 x 3 x 3 m3 byutlarındaki kapalı fis hacmi yerine ölçek faktörünün (S) 3 alınmasıyla elde edilen 1,5 x 1 x 1 m3 byutlarındaki fiziksel mdel larak kurulmuştur. Bu çalışmada, deney düzeneği içinden çeşitli düzlemler byunca sıcak tel anemmetresi ile hız ölçümleri gerçekleştirilmiştir. İçersinde hız ölçümleri yapılan kapalı bir fis hacmini temsil eden deney düzeneği Şekil 6.2 de gösterilmektedir. Gözleme imkanı vermesi açısından, ön duvarın rta kısmına bir cam knulmuştur. Bunun dışında kalan bütün duvarların yüzeyleri ile egzz kanalları ahşap malzemeden yapılmıştır. Sıcak akışta, dadan ısı kaybını karşılamak amacıyla da etrafına strafr döşenmiş, üfleme çıkışı larak Şekil 6.3 deki çıkış ağzı kullanılmıştır. Ortama üflenecek gerekli hava debisini sağlayan eksenel fan da içersinde luşan basınç kayıplarını karşılayabilmektedir. Fiziksel mdelde, deney sırasında kanal içersinde hava çıkış hızı Şekil 6.4 deki hız anahtarlı, rezistanslı fan ile1,44±,1 m/s larak ayarlanmıştır. Fanın, vltaj dalgalanmalarından etkilenmemesi için vltaj regülatörü kullanılmış ve sabit bir vltaj ile gerilim beslenmiştir. Sıcak akış deneyinde hava rezistanslar ile ısıtılarak da içersine 26,2 ºC de gönderilmiştir. 62

77 Şekil 6.2: Deney amaçlı kullanılan kapalı hacim Şekil 6.3: Yarık tipli hava giriş ağzı 63

78 Şekil 6.4: Hava giriş düzeneği Oda içersindeki hız dağılımının ölçülmesi Şekil 6.5 e görülen sıcak tel anemmetresi ve knfr seviyesi ölçüm prbu ile yapılmıştır. Sıcak tel anemmetresi uzun yıllar kullanılan bir hız ölçüm yöntemidir. Hızdaki tüm değişimler analg larak sıcak tel anemmetresinden rahatlıkla kunabilmektedir. Sıcak tel anemmetresinin ölçüm ucu, elektrikle ısıtılan bir telden ibarettir. Akışkan akımı telin sğumasına, dlayısı ile direncinin azalmasına neden lur. Telin sıcaklığını sabit tutabilmek için gerekli akım ölçülerek hava hızı tayin edilir. Kullanılan sıcak tel anemmetresi ile yapılan hız ölçümleri DANTEC marka kalibrasyn ünitesi ile kalibre edilmiştir. Şekil 6.6 da iki faklı hız aralığı için elde edilen kalibrasyn eğrileri görülmektedir. Hız ölçümleri bu eğrilerden elde edilen denklemlere göre düzeltilmiştir. Knfr seviyesi ölçüm prbunun hız ölçme aralığı 5 m/s, sıcaklık ölçme aralığı 5 C dır. 2 m/s için kalibrasyn dğruluğu ±,3 m/s dir. Sıcaklık ölçme aralığı için cihazın dğruluğu ±,3 C dir. 64

79 (a) (b) Şekil 6.5: Sıcak tel anemmetreleri Gerçek hız (m/s).5 y =.8697x Ölçülen hız (m/s) Gerçek hız (m/s) y =.8548x Ölçülen hız (m/s) (a) (b) Şekil 6.6: a..2.5 m/s, b..5 5 m/s hızları için kalibrasyn eğrisi Bu deney çalışmasında sıcak ve sğuk besleme havası için ayrı ayrı yapılmış ve iki mdel için de egzz menfezi çıkışı döşemeden 2 cm yukarıdan, 2 cm byundaki kanal vasıtasıyla yapılmaktadır. Ar sayısının eşitliğinden, prttip hacimde 2,5 m/s lan üfleme kanalındaki hava hızı, mdel hacmi için 1,44 m/s lması gerekmektedir. Fanın, kanal içersindeki bu istenilen hızı sağlaması amacıyla, eksenel fana bir hız anahtarı takılmıştır, hız istenilen değere ayarlanmıştır. 65

80 Şekil 6.7: Deney hacmi içindeki hız ölçüm nktaları Şekil 6.7 de görülen a, b ve c düzlemleri byunca a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, c1, c2, c3, c4 ve c5 nktalarında döşemeden 25 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm ve 95 cm yüksekliklerde hız değerleri kunmuştur. Burada prbun ucuyla merkezdeki çubuk arasındaki mesafe 2 cm dir. Bu nedenle X dğrultusunda hız ölçümleri yapılırken tam merkezde, Z dğrultusunda hız ölçümleri yapılırken ise merkezden 2 cm kaçık larak yapılmıştır. c düzleminde c1 1 cm den başlayarak 2 cm aralıklarla devam etmektedir. a ve b düzlemleri ise 15 cm den başlayarak 2 cm aralıklarla devam etmektedir. 66

81 7. SAYISAL VE DENEYSEL SONUÇLARIN KARŞILAŞTIRILMASI Bu tez çalışmasında kapalı hacimler içersindeki hava hareketlerinin ve sıcaklık dağılımlarının belirlenmesinde fiziksel mdel ile yapılan deneylerin yanı sıra fiziksel mdel için CFD yöntemi kullanılarak hem sğuk hem de sıcak akış için snuçlar bulunmuş ve deneysel çalışma ile sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Öte yandan yarık tipli menfez çalışması ile daha önce yapılmış lan kare menfezli çalışma karşılaştırılarak snuçlar irdelenmiştir [38]. Burada, saatteki hava değişim sayısının 4 ve hava üfleme hızının 2,5 m/s alınmasıyla bulunan prttipe eşdeğer fiziksel mdel için 1,44 ±.1 m/s hava hızında elde edilen deney snuçlarının CFD çözümleriyle karşılaştırmaları verilmiştir. Hız ölçümleri, Şekil 6.7 de görüldüğü gibi üç düzlem üzerinde alınan a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7, c1, c2, c3,c4 ve c5 dğruları byunca döşemeden 25 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm ve 95 cm yüksekliklerde yapılmıştır. Burada Literatür Araştırması kısmında ve Knfr Şartları kısmında verilen bilgileri özetleyerek, kritik yüksekliklerin döşemeden; ayak bileği mesafesi,1 m, turan bir insanın byun hizası 1,1 m ve ayakta bulunan bir insanın byun hizası,.6 m alınmıştır. Ancak turan ve ayakta bulunan insanları beraber ele alı ve en hassas bölgenin byun hizası lduğunu düşünecek lursak döşemeden,75 m ile 1,5 m arsındaki bölgeyi incelemenin daha dğru lacağı snucuna varabiliriz. Bu bölgelerde hava hızı,1 m/s ile,25 m/s arasında lmalıdır, daha düşük sıcaklıklarda esintisizlik ve bğulma hissi luşacak, daha yüksek hızlar da ise esinti yani hava cereyanı rahatsızlık verecektir, sıcaklık farkı ise 2 C nin üstünde lmamalıdır. Bu bilgiler ışığında hava hızına bağlı larak aşağıdaki knfr alanı tanımlanabilir. Burada knfr hızları Denklem (5.26) yardımıyla bulunmuştur. Burada, S küçültme faktörü bu durum için S=3 larak alınmıştır. Bu durumda fiziksel mdelimizin hız aralığı,6 m/s-,15 alınabilir ve Şekil 7.1 deki grafik luşturulabilir. 67

82 Şekil 7.1: Tanımlanan hava hızına bağlı knfr alanı. Öte yandan bir snraki çalışma knusu lan sıcak akış çalışmasını da düşünülecek lursa, daha önce Bölüm 4. Knfr Şartları kısmında üzerinde değinilen Şekil 7.2 deki grafik knfr şartlarının irdelenmesi knusunda referans larak alınabilir. Şekil 7.2: Hava şartlandırılması yapılmış bir rtamda, hava cereyanına göre hşnut lmayan insanların yüzdesi [9]. 68

83 7.1 Sğuk Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması İlk yapılan çalışmada rtam sıcaklığında herhangi bir ısıtmaya maruz bırakılmamış havanın hız dağılımı incelenmiştir z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.3: A1 dğrusundaki hız prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.4: A3 dğrusundaki hız prfilleri 69

84 sayısal deneysel Şekil 7.5:A5 dğrusundaki hız prfilleri sayısal deneysel Şekil 7.6: A7 dğrusundaki hız prfilleri Buraya kadar lan Şekil grafiklerinde a serisi ölçüm nktalarından alınan deneysel değerler ve sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Grafik eğrilerin bazı nktalar örtüşmemiş lsa dahi genel karakteristiğin uyduğu ve değer farklarının ise ldukça küçük lduğu görülmektedir. Öte yandan a serisi ölçüm nktalarının hava ağızlarıyla aynı eksende lduğunu bu yüzden özellikle üst bölgelerde yüksek hızların lduğu görülmektedir. 7

85 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.7: B1 dğrusundaki hız prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.8: B4 dğrusundaki hız prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.9: B7 dğrusundaki hız prfilleri 71

86 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.1: C1 dğrusundaki hız prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel u (m/s) Şekil 7.11: C5 dğrusundaki hız prfilleri Sğuk akış için yapılan bu çalışmada Şekil 7.3 ile Şekil 7.11 arasında görüldüğü üzere çk düşük hızlarda ölçüm yapıldığı ve ölçüm aletlerinin de tlerans değerleri göz bönüne alındığında yapılan deneylerde ve CFD çözümlerinde hız değişim diyagramlarında a, b ve c düzlemleri byunca fiziksel mdelin CFD çözümü ile elde edilen hız prfillerinin, deneye ait snuçlarla bazı nktalar dışında örtüştüğü ve örtüşmeyen nktalarda da ölçü karakteristiğinin krunduğu görülmektedir. Bunun yanında b ve c düzlemlerinde hava hızların hava ağız eksenlerine lan mesafelerinden dlayı daha düşük lduğu görülmektedir. Yukarıda ki grafiklerin yanında bizim için kritik bölgenin Şekil 7.12 de gösterilen merkezsel düzlem lduğunu söylenebilir ve bu düzlem ve bu düzlemdeki hız vektörlerin dağılımı Şekil 7.13 de görülmektedir. 72

87 Şekil 7.12: Merkez düzlem. Şekil 7.13: Merkez düzlemdeki hız vektörleri 73

88 7.2 Sıcak Akış İçin Deney Snuçlarının CFD Çözümleriyle Karşılaştırılması Sıcak akış çalışmasında, sınır şartları daha önceden belirlendiği şekilde, 1,5 x 1 x 1 m 3 hacmindeki fiziksel mdel için CFD çözümleri ile fiziksel mdel için 1,44 ±.1 m/s hava hızında ve 26,2 ºC de elde edilen deney snuçları karşılaştırılmıştır. Girişte sabit sıcaklık ve sabit hızdaki havayı sağlamak için hız anahtarlı bir fan ile sabit vltajda tutulan bir rezistansdan luşan cihaz kullanılmıştır. Tabl 7.1 de ise, CFD çözümünde alınan sınır şartları verilmektedir. Tabl 7.1: FLUENT çözümünde sınır şartları Bölge adı Açıklama Sınır şartı hava-çıkış Egzz Çıkış basıncı hava-giriş Üfleme Hız giriş üst duvar Taban Duvar (ısı akısı) alt duvar Tavan Duvar (ısı akısı) ön duvar Üflenen kısımdaki duvar Duvar (ısı akısı) arka duvar Egzz edilen duvar Duvar (ısı akısı) yan duvar Yan duvar Duvar (ısı akısı) 1.75 z(m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.14: A1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 74

89 sayısal deneysel Şekil 7.15: A4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.16: A7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri Buraya kadar Şekil 7.14 ile Şekil 7.16 arasında görüldüğü üzere a düzlemindeki ölçüm nktalarından alınan deneysel değerler ve sayısal çalışma karşılaştırılmıştır. Grafik eğrilerin, tüm ölçüm nktalarında, karakteristiğinin uyduğu ve değer farklarının ise ldukça küçük lduğu görülmektedir. Özellikle deney çalışmasında, dış rtam havasının sıcaklığındaki değişimler ve deney dasının izlasyn zrlukları ve benzeri hususlar aradaki ufak farklara neden labilmektedir. 75

90 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.17: B1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.18: B4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.19: B7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 76

91 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7.2: C1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m).5.25 sayısal deneysel T (K) Şekil 7. 21: C5 dğrusundaki sıcaklık prfilleri Sıcak akış için yapılan bu çalışmada sıcaklık prfilini karşılaştırıldığında Şekil Şekil 7.21 de görüldüğü üzere bir uyum söz knusu lup, karakter larak benzemektedirler. Fakat tam bir tutarlılık yktur. Bunun nedeni de danın çk iyi bir şekilde yalıtım yapılamaması, deneyde kullanılan sıcaklık ölçüm elemanlarının tlerans değerlerinden ve fiziksel mdelin ufak lmasından dlayı çevre etkenlerden çabuk etkilenebilmesi labilir. Hız prfilleri incelediğinde ölçüm çizgilerinde sıcak ve sğuk akışa ait hız prfillerinin Şekil 7.22 de görüldüğü üzere örtüştüğü gözlemlenmiştir. Diğer ölçüm çizgilerinde de aynı snuca ulaşıldığından a1 çizgisine ait hız prfillerini örnek 77

92 larak sunmak yeterlidir. Öte taraftan merkez düzlemdeki sıcaklık prfili Şekil 7.23 deki gibidir z (m).5.25 sıcak-sayısal sıcak-deneysel sğuk-sayısal sğuk-deneysel u (m/s) Şekil 7.22: Sğuk ve sıcak akışa ait a1 dğrusundaki hız prfilleri. Şekil 7.23: Merkez düzlemdeki sıcaklık dağılımı. 78

93 7.3 Yarık Tipli Hava Besleme Menfezi İle Kare Hava Besleme Menfezinin Oda İçi Hava Dağılımına Etkilerinin Karşılaştırılması Yukarıdaki bölümlerde yarık tipli menfez için sayısal ve deneysel snuçların karşılaştırılması yapılmıştır. Bu bölümde ise kare menfez için yapılan mevcut bir çalışma ile yukarıdaki bölümlerde knu edilen yarık tipli menfez için yapılan çalışmayı karşılaştırma imkanı dğmuştur. Bu iki çalışmada da hava giriş menfezleri dışında tüm şartlar ve ölçüler bire bir aynıdır z (m).5 z (m).5.25 yarık tipli menfez kare menfez u (m/s) u (m/s) (a) (b) Şekil 7.24: a. Deneysel b. Sayısal a1 dğrusundaki hız prfilleri (a) (b) Şekil 7.25: a. Deneysel b. Sayısal a4 dğrusundaki hız prfilleri 79

94 z (m ).5 z ( m ) u (m/s) u (m/s) (a) (b) Şekil 7.26: a. Deneysel b. Sayısal a7 dğrusundaki hız prfilleri z (m ).5 z (m) u (m/s) u (m/s) (a) (b) Şekil 7.27: a. Deneysel b. Sayısal b5 dğrusundaki hız prfilleri 8

95 z (m ).5 z (m) u (m/s) u (m/s) (a) (b) Şekil 7.28: a. Deneysel b. Sayısal c2 dğrusundaki hız prfilleri Burada hız prfilleri karşılaştırıldığında Şekil 7.24 ile Şekil 7.28 arasında görüldüğü üzere, kare hava girişinin yarık tipli hava girişine ranla danın özellikle rta ve alt kesimlerinde daha yüksek ve daha değişken hızlarda lduğunu söylenebilir. Slt çıkış ağzı daha dar ancak daha yayvan lduğundan girişe yakın yüksekliklerde nispeten daha keskin değişimler görülmektedir. Burada ölçüm aletlerinin slt ağız hizasında ölçüm yapamamasından ötürü bu değişim deneysel çalışmada belirgin lamamaktadır. Sıcaklık prfilleri karşılaştırılırken deneysel çalışma ile sayısal çalışmanın grafik karakteristikleri örtüştüğünden daha belirgin lmasından dlayı sayısal çalışmaların snuçları karşılaştırılmıştır z(m) yarık tipli menfez kare menfez T (K) Şekil 7.29: Sayısal a1 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 81

96 1.75 z (m) yarık tipli menfez kare menfez T (K) Şekil 7.3: Sayısal a4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m) yarık tipli menfez kare menfez T (K) Şekil 7.31: Sayısal a7 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 1.75 z (m) yarık tipli menfez kare menfez T (K) Şekil 7.32: Sayısal b4 dğrusundaki sıcaklık prfilleri 82

97 1.75 z (m) yarık tipli menfez kare menfez T (K) Şekil 7.33: Sayısal c3 dğrusundaki sıcaklık prfilleri Burada yarık tipli hava besleme manfezi ile yapılan çalışmada duvarlardan ısı akısı - 2 W/m² iken, kare açıklık ile yapılan çalışmada ısı akısının-1 W/ m² larak alınmıştır. Bu yüzden sıcaklıkların yaklaşık 4ºC ötelendiği görülmektedir. Bu yüzden sıcaklıkları karşılaştırırken değerlerin değil prfillerin karakteristiğinin karşılaştırılması daha uygundur. Şekil 7.29-Şekil 7.33 de arasında görüldüğü üzere, burada hızda lduğu gibi sıcaklık değerlerinde de kare üfleme ağzı kullanıldığında rta ve alt nktalara değerlerin daha değişken lduğu görülmektedir. Bu değişimler Şekil 7.34-Şekil 7.36 dan da anlaşılmaktadır. Şekil 7.34: Yarık tipli menfez-merkez düzlemdeki hız dağılımı 83

98 Şekil 7.35: Kare menfez-merkez düzlemdeki hız dağılımı Şekil 7.36: Kare menfez-merkez düzlemdeki sıcaklık dağılımı Sayısal çalışmalardan alınan veriler ile luşturulan Şekil 7.34 ile Şekil 7.36 arasında görüldüğü üzere yukarıdaki hız ve sıcaklık dağılımları deneysel ve sayısal grafiklerde görülen eğrileri dğruluyr. Üst nktalarda dğal larak yarık tipli açıklığının daha etkili lduğu, ancak alt nktalarda daha durgun hava hızı ve sıcaklık dağılımı görülmektedir. 84