Döşemeden ısıtma ve soğutma sistemlerinin ısı transferi karakteristiklerinin incelenmesi

Abstract

Döşemeden ısıtma ve soğutma sistemleri düşük enerji tüketimi ve yüksek ısıl konfor sağlamaları bakımından son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Radyant ısıtma ve soğutma sistemleri olarak adlandırılan bu sistemlerin tasarımında ve boyutlandırılmasında ısı transfer karakteristiğinin doğru bir şekilde tayini önem arz etmektedir. İlgili sistemlerin ısı transfer karakteristiği sistemde gerçekleşen ışınım, taşınım ve toplam ısı transferleri ile ışınım, taşınım ve toplam ısı transfer katsayılarını kapsamaktadır. Ayrıca, oda içerisindeki yüzey sıcaklıkları, dikey hava sıcaklıkları, ortalama ışınım sıcaklığı gibi parametreler de sistemin karakteristiğinin belirlenmesinde önemlidir. Bahse konu parametrelerin doğru bir şekilde tayin edilememesi yüksek enerji tüketimine ve düşük ısıl konfora neden olmaktadır. Bu durum dikkate alınarak gerçek oda ölçülerine yakın test odası inşa edilerek radyant taban ısıtma ve soğutma sistemlerinin ısıl karakteristiğinin belirlenmesi için kapsamlı deneysel çalışmalar yapılmıştır. Ayrıca, radyant sistemlerde dolaşım akışkanı olarak suyun kullanılmasına alternatif olarak farklı akışkanların (nanoakışkan) kullanılması halinde sistemin ısıl performansındaki değişimler incelenmiştir. Altı ana bölümden oluşan tezde ilk bölümde radyant ısıtma/soğutma sistemleri ve nanoakışkanlar ile ilgili yapılan çalışma ve değerlendirmeler detaylı bir şekilde aktarılmıştır. İkinci bölümde radyant sistemler ve nanoakışkanlar ile ilgili genel bilgilere yer verilmiş olup belirtilen konular özetlenmiştir. Üçüncü bölümde deneysel çalışmalarda kullanılan ekipmanlar ve deney düzeneği tanıtılmıştır. Ölçüm aletlerinin kalibrasyonu, deneysel yöntem, nanoakışkanların hazırlanması ve ölçülen veriler için hesaplama metodu da bu bölümde yer almıştır. Dördüncü bölümde yapılan deneysel çalışmalar neticesinde elde edilen veriler yorumlanmıştır. Radyant taban ısıtma ve soğutma sistemlerinin ısıl karakteristiklerinin belirlenmeye çalışıldığı bu bölümde yaygın literatürde eksik olduğu görülen deneysel koşullar uygulanmıştır. Test edilen bütün durumlar dikkate alınarak ışınım, taşınım ve toplam ısı akılarının doğru belirlenebilmesi için korelasyonlar türetilmiştir. Çalışma yapılan sistemde ortaya çıkan ısı transfer katsayıları değerlendirilmiş ve sistem tasarımlarında ve bina simülasyon programlarında kullanılmak üzere radyant taban ısıtma sistemleri için ışınım, taşınım ve toplam ısı transfer katsayısı olarak sırasıyla 5,5 W/m2K, 3,3 W/m2K ve 9,5 W/m2K önerilirken radyant taban soğutma sistemleri için de sırasıyla 5,1 W/m2K, 0,6 W/m2K ve 6,3 W/m2K önerilmiştir. Radyant sistemler ile ilgili son bölümde radyant taban ısıtma ve soğutma sistemleri ısı transferi karakteristikleri bakımından karşılaştırılmıştır. Ayrıca, radyant sistemlerde dolaşım akışkanı olarak ısıl özellikleri daha yüksek akışkan kullanılması halinde sistemin ısıl performansı incelenmiştir. Bu amaçla üç farklı nanoakışkanın (Al2O3-su (% 1,26, hacimsel), MWCNT-su (% 0,07, hacimsel), MWCNT-su (% 0,7, hacimsel)) kullanıldığı radyant taban ısıtma deneylerinde ilgili sistemin ısıl performansında su kullanımına göre %1,7-%4,9 aralığında iyileşme gözlemlenmiştir. Beşinci bölümde deneysel çalışma verilerine ait belirsizlik analizi yapılmış ve sonuçlar tablo halinde verilmiştir. Altıncı bölümde yapılan çalışmalar neticesinde elde edilen veriler doğrultusunda genel değerlendirmeler ve önerilerde bulunulmuştur.