Duvardan ısıtmada konfor şartlarının duvar paneli tasarımına etkisi
Effect of thermal comfort conditions on radiant wall heating panel design
Yazar: CEMİL ÇALIKIRAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. M. HANDAN ÇUBUK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Radyant ısıtma = Radiant heating

Özet:
Bu çalışmada duvardan ısıtmada kullanılan bir sulu (hidronik) radyant panelin ısı transfer özellikleri ve kanatlı yüzey görevi gören alüminyum folyo ile boru aralıklarının farklı kombinasyonları için maliyet analizi yapılmıştır.Sayısal çözümler, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) alanında yaygın olarak kullanılan bir akış modelleme programı olan ANSYS FLUENT yardımı ile yapılmıştır. Öncelikle radyant panelin farklı boru aralıklarına sahip üç boyutlu modelleri oluşturulmuş, sonrasında her bir boru aralığı için alüminyum folyo kalınlıkları değiştirilerek çözümler yapılmıştır. İlk olarak boru aralığı 50, 100, 150 ve 200 mm; folyo kalınlıkları 0.1, 0.3, 0.5 ve 0.7 mm olmak üzere toplamda on altı ayrı panel modeli göz önüne alınmıştır. Her bir folyo kalınlığı ve boru aralığı için su giriş sıcaklığının 30, 35 ve 40 oC olduğu çözümler elde edilmiştir. Çözümlenen modellerin folyo kalınlığı ve boru aralığına karşılık panel ısı akısının değişimi ile birlikte bunun maliyet üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar folyo kalınlığındaki artışın panel yüzeyindeki sıcaklık dağılımını iyileştirdiğini göstermiştir. Fakat sabit bir boru aralığı için, folyo kalınlığının artırılmasının getirdiği maliyet artışının ısı akısındaki artıştan daha yüksek oranda gerçekleştiği görülmüştür. Bu nedenle en ekonomik seçeneğin mümkün olduğunca az kalınlıkta alüminyum folyo kullanılması olduğu görülmüştür.Sonrasında yalıtım kalınlığının ve yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısının birbirinden bağımsız olarak panel ısı transferine etkisi araştırılmıştır. Bunun için ilk çözümlerde 30 mm olan yalıtım kalınlığı 20 ve 40 mm olmak üzere değiştirilerek ısı iletim katsayısının 0.031 ve 0.034 W/mK olduğu farklı panel modelleri ile çözümler tekrarlanmıştır.Son olarak seçilen sabit bir folyo kalınlığında değişen boru aralıkları ve su giriş sıcaklıkları için söz konusu odada genel ve yerel ısıl konfor şartlarının sağlanıp sağlanmadığı araştırılmıştır.

Abstract:
This study investigates heat transfer characteristics of a wall-heating hydronic radiant panel model. A cost analysis has also been studied for a number of variation in thickness of the aluminum foil, which serves as an extended surface, and for different values of pipe spacing.Numerical solutions have been carried out by means of a widely used computational fluid dynamics (CFD) flow modeling software, ANSYS FLUENT. Firstly, 3-D models of the radiant panel having different pipe spacings have been created; then numerical solutions have been obtained for each pipe spacing changing thickness of the aluminum foil. Pipe spacings of 50, 100, 150 and 200 mm and aluminum foil thickness of 0.1, 0.3, 0.5 and 0.7 mm, that is, sixteen models in total have been taken into account. Inlet temperature of water is set to 30, 35 and 40 oC, respectively, for each foil and pipe-spacing combination. Change in panel surface heat flux with respect to different aluminum foil thickness and pipe spacing and their combined effect on cost per unit heat gain is investigated. Results have shown that increasing thickness of the folio enhances the temperature distribution over the panel surface. However, it is found that additional cost of increasing folio thickness is not compensated by the increase in panel heat flux; since rate of increase in cost is larger than that in heat flux for each case. Therefore the most economical option is using aluminum folio of the smallest thickness as possible.Furthermore, effect of insulation thickness and conductive heat transfer coefficient of insulation material on panel heat transfer is investigated. Additional solutions have been obtained for insulation thicknesses of 20 mm and 40 mm and conductive heat transfer coefficients of 0.031 and 0.034 W/mK.Finally, thermal medium in the model room is investigated with respect to predetermined criteria concerning global and local thermal comfort in case of employing radiant panels with various values of pipe-spacing and of water inlet temperature, while foil thickness is held constant.