Özet:
Havalandırma, kapalı bir hacimde bulunan havanın, taze hava beslenerek
yenilenmesi olayıdır. İklimlendirme sistemleri, tanımlanmış öngörü ve standartlara
uygun olarak, talep edilen iç ortam havasının konfor şartlarını sağlamak için
tasarlanır. Günümüzde insanlar yaşamlarının büyük kısmını çalışma ortamı, ofis ya
da alışveriş merkezi gibi kapalı ortamlarda geçirmektedir. Bu sebeple, mahal
iklimlendirmesinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Mahal iklimlendirmesindeki en
önemli şartlardan birisi konfordur. Konfor şartları oluşturulurken, odaya
gönderilen taze havanın miktar ve mahal içerisindeki dağılımı, konforu belirleyen
şartlar olarak öne çıkmaktadır.
Bu çalışmada ele alınmış olan mahal 1,8x1,8x2,85 m boyutlarında, bir yüzeyi ve
tabanı iyice yalıtılmış ve adyabatiktir. Yan yüzeyler ve tavandan ısı alışverişi
olmaktadır. İncelenen kapalı mahal, 30 °C hava sıcaklığındadır ve ışınımla ısı
transferi etkileri de göz önünde bulundurulmuştur. Mahal içerisinde ısı kaynağı
olarak kullanılan bir bilgisayar, mahal içerisinde oturan bir insan ve masa
bulunmaktadır. Mahalde bulunan bilgisayar 25W gücünde, çalışır vaziyettedir ve ısı
kaynağı olarak vaziyet görmektedir, oda ile mahal arasında ısı transferi vardır.
Bilgisayar, ısı transferi ihmal edilmiş bir masa üzerinde durmaktadır. Bilgisayarın
ölçüleri HP ProOne 600 AIO markalı bilgisayarın ölçüleri ve ortalama sıcaklığı firma
kataloğundan alınmıştır. Mahal içerisinde bir kişi, oturur vaziyette bulunmaktadır.
Odada bulunan insanın masada oturur vaziyettedir ve ortalama metabolik aktivitesi
50-70 W arasındadır.
Odada bulunan bilgisayar gibi, insan da ısı kaynağı vazifesi görmektedir, mahal ile
odada bulunan insan arasında ısı transferi vardır. Bu çalışma, 30 °C dış ortam
sıcaklığı olduğu ve üstte belirtildiği ısı geçişi koşullarında, kapalı bir mahalde oturur
vaziyette bulunan insanın, bilgisayar da çalışır vaziyetteyken odanın tabandan,
tavandan ve klima ile soğutulmasını inceler.
Odaya beslenen 15°C hava ve hava değişim katsayısı 1,3,5,10,15 olduğu senaryolar
ayrı ayrı Ansys Fluent aracılığıyla modellenmiştir. Bu değerler hem birbirleri ile hem
de taban, tavan ve klima ile soğutulması durumunda odadaki hız ve sıcaklık
dağılımları incelenmiş, ayrıca insanın bilek mesafesi olan 0,1m ve omuz mesafesi
olan 1,1m kesitlerindeki konfor değerlerini, ASHRAE-55’ e göre incelemiştir. Kapalı
mahalin hacmi 9,234 m3’ dür. Elde edilen sonuçlar hem mahale beslenen ACH
debilerinin sonuçlarının birbirleri arasında karşılaştırılması olarak, hem de ISO7730 ve ASHRAE-55’ e göre termal konfor şartlarına uygunluğu olarak
incelenmiştir. Bu standartlara göre, bilek ve omuz hizasından alınan kesitler ile hız,
sıcaklık, değerleri okunarak konfor parametresi değerleri irdelenmiştir. Odadaki
bağıl nem %50, metabolik aktivite oda içerisinde oturma pozisyonuna denk gelen
1,2 met ve kıyafet etkisi kısa şort ve tişört olarak 0,67 clo’ dur olarak kabul edilmiş
ve analizler bu değerlere göre yapılmıştır.
Bu çalışmanın simülasyon modeli, literatür aracılığı ile doğrulama yöntemi seçilerek
doğrulanmıştır. Literatürden, Çakır’ ın İstanbul Teknik Üniversitesinde, 2009
yılında yapmış olduğu İç Hacim Konfor Şartlarının Sayısal Ve Deneysel Olarak
İncelenmesi adlı çalışması seçilmiş ve bu çalışmada yapılmış olan deneysel veriler
HAD ortamında simüle edilmiştir. Çakır, çalışmasında sabit sıcaklık ortamı
oluşturduğu 1x1x1,5m boyutlarında, 0,05x0,05m besleme ve egzoz kesiti
boyutlarına sahip ve 300K sabit sıcaklıkta tutulan deneysel bir düzenek kurmuş ve
bu düzeneğe besleme kesitinden 1,44 m/s hızında, 288K sıcaklığında taze hava
beslemiştir. Bu deney sonucunda, taban kesitinden olmak üzere 25cm, 40cm, 60cm,
80cm ve 92cm yüksekliklere yerleştirdiği sensörler ile kesitlerde oluşan hız ve
sıcaklık değerlerini ölçmüştür. Aynı zamanda Çakır, yapmış olduğu çalışmasını HAD
ortamında türbülans model kurgulayarak, deneysel düzeneğini de doğrulamıştır. Bu
tez, Çakır’ ın deneysel düzeneğini HAD ortamında simüle edip, deneyindeki
kesitlerde ölçtüğü hız ve sıcaklık sonuçlarını, HAD ortamında kurgulanmış olan
model sonuçları ile kıyaslayıp, simülasyonun doğruluğunu sağlamıştır. Simülasyon
doğrulamasına ek olarak, mesh yapısının da doğrulanması amacıyla, Çakır’ ın
çalışması düşük sayılı (496,491 hücre), ortalama sayılı (1,631,504 adet), yüksek
sayılı (2,906,674 adet) ve çok yüksek sayılı (6,305,847 adet) 4 farklı mesh sayısına
sahip model ile tekrar çözülüp, gerçek sonuçlara en yakın hangi mesh sayısı ile
varılacağının da tespiti yapılmıştır.
Farklı ağ yapılarına sahip modellerin benzer sonuçlar verdiği görülse de yüksek ve
çok yüksek ağ yapılı modellerin deneysel sonuçlara oldukça yakın sonuçlar verdiği
görülmüştür ve bu iki ağ yapısı üzerinde yoğunlaşılmıştır. Doğrulamadan elde
edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak, 3,000,000 civarı mesh adedinin
deneysel sonuçlara yakınsadığı görülmüş ve bu tez için kullanılacak mesh adedi
belirlenmiştir. Çakır’ ın çalışmasının simülasyon ve mesh sayısının doğrulanmasının
ardından, kurgulanan model aynı şekilde bu çalışmanın konusu olan tabandan
soğutma, klima ve tavandan soğutma sistemlerine uygulanmış ve sonuçları
irdelenmiştir. Tabandan soğutma, klima ve tavandan soğutma sistemleri ile yapılan
simülasyon sonuçlarına ek olarak, mahalde gerçekleşen ısı transferi ampirik
formüller ile de çözülüp, simülasyonun doğruluğu ikinci defa teyit edilmiştir.