Farklı çatı geometrilerinin beton köşk ve benzeriküçük yapıların ısıl performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different roof geometries onthermal performance of concrete mansions and similar smallstructures
Yazar: SERKAN GÜNEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEYNEL ABBİDİN FIRATOĞLU
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde enerjide yaşanan darboğaz ve konvansiyonel enerji kaynaklarının çevreye olası etkilerin
bir sonucu olarak özellikle ülkemiz gibi enerjide dışa bağımlı olan ülkelerdeki genel trend enerjinin
elde edilmesi ve kullanılmasına yönelik yeni araç ve yöntemlerin geliştirmesidir. Yeni araç ve
yöntemler alternatif enerji kaynakları, enerji verimli yeni malzeme arayışı ve ısıtma-soğutma yükünü
minimize edece pasif yenilikçi yöntemlerin geliştirilmesi şeklinde üç başlık altında toplanabilir. Söz
konusu araç ve yöntemlerin geliştirmesine yönelik en büyük kaygı mevcut yöntemler ile maliyet
açısından rekabet edebilme ölçüsünün düşük olmasıdır. Bunun sonucu olarak günümüzdeki diğer bir
trend ise bölgelere özgü yerel malzemelerden veya yapı mimarisinden yararlanarak yeni enerji verimli
yöntem ve malzemelerin geliştirilmesine yöneliktir. Sözü edilen iki trendin de başarısı ancak mevcut
araç ve yöntemlerinin performans ve maliyet ilişkilerinin ölçülebilir parametreler ile tanımlanıp enerji
verimliği açısından yapılacak düzenlemelerin maliyette getireceği iyileştirme veya olumsuzlukların
tespiti ile mümkündür. Bu çalışmada 800kW monoblok bir trafo köşkü seçilerek düz ve konik çatı
geometrilerin akış ve ısı karakteristiklerinin ilişkisi tanımlanarak havalandırma performansı tespit
edilmiştir. Çalışmada deneysel ölçümler yanı sıra 18 tane farklı durum için CFD simülasyonları
yürütülmüştür. İlk altı CFD simülasyonunda gün boyunca farklı üç zaman periyodunda düz ve konik
çatının referans alınan binanın akış ve ısı karakteristiklerine etkisi araştırılmıştır. Sonraki CFD
simülasyonlarında konik çatılı beton köşk referans olmak üzere farklı rüzgar atak açılarının bina
performansına etkisi araştırılmıştır. Yürütülen ölçüm ve CFD simülasyonları sonucunda varılan
bulgular: (i)Konik çatı üzerine düşen ortalama güneş ışınımı şiddeti açısından yaklaşık saat dilimine
göre %10-20 aralığında daha avantajlıdır. (ii) Konik çatının havalandırma açısından öne çıkan avantajı
yapısından dolayı içerisinde meydana gelen akış alanıdır. (iii)Konik çatısının yapısından veya
içerisinde oluşan akış alanından dolayı dış iç ortama daha fazla akışkan girişi olmakta ve akışkan
debisi direkt olarak trafonun ısı taşınım katsayısını yükselmektedir. (iv) Rüzgar atak açısının iç
ortalama giren akışkan debisi üzerinde %400 gibi yüksek oranlarda etkisi söz konusudur. Bundan
dolayı beton köşk veya diğer yapıların kurumunda bölgenin hâkim rüzgar yükü dikkate alınarak
kurulumun yapılması, kritik bir öneme sahiptir.

Abstract:
As a result of the possible bottleneck in energy and the possible effects of conventional energy sources
on the environment, the general trend especially in countries that are dependent on foreign energy
such as our country is the development of new tools and methods for obtaining and using energy. New
tools and methods can be grouped under three eadings: alternative energy sources, the search for
energy efficient new materials and the development of passive innovative methods to minimize the
heating-cooling load. The main concern for the development of these tools and methods is the low
level of competitiveness with the existing methods. As a result, another trend today is the
development of new energy efficient methods and materials by utilizing local materials or building
architectur especific to the region. The success of these two trends is only possible by determining the
performance and cost relations of the existing tools and methods with measurable parameters and
determining the cost improvements or negativities of there gulations to be made in terms of energy
efficiency. In this study, a 800kW monoblock transformer kiosk was chosen, and there lationship
between the flow and heat characteristics of flat and conical roof geometries was defined and
ventilation performance was determined. In addition to experimental measurements, CFD simulations
were performed for 18 different cases. In the first six CFD simulations, the effect of the flat and
conical roof on the flow and temperature characteristics of the referenced building was in vestigated in
three different time periods through out the day. In the subsequent CFD simulations, the effect of
different wind attack angles on the building performance was investigated with reference to conical
roofed concrete kiosk. The results of the measurements and CFD simulationsare as follows: (i) It is
more advantageous in terms of the average solar radiation intensity falling on the conical roof in the
range of 10-20% compared to the time zone. (ii) The main advantage of the conical roof in terms of
ventilation is its flow area due to its structure. (iii) Due to the structure of the conical roof, there is a
greater flow of fluid into the internal environment and the flow rate of the transformer directly
increases the heat transfer coefficient of the transformer. (iv) Wind attack angle has an effect of as
high as 400% on the internal average incoming fluid flow. Therefore, the installation of concrete kiosk
soro ther structures considering the prevailing wind load of the region is of critical importance.