Bir binanın termal konforunu sağlamak için tasarlanan toprak hava ısı değiştiricisinin bilgisayar destekli analizi
Computer aided analysis of earth-air heat exchanger designed to ensure thermal comfort of a building
Yazar: FATİH TAŞDELEN
Danışman: PROF. DR. İHSAN DAĞTEKİN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada Elazığ'daki (Türkiye) tipik bir konutun, sürekli çalışma koşulları altında toprak hava ısı değiştiricisi (EAHE) kullanılarak termal konforunu sağlamak için pasif jeotermal soğutma teknolojisi kullanılmıştır. EAHE termal performansı Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ANSYS Fluent 12.1 programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. EAHE termal performansının analizi için Elazığ ilinin 2014 yılı Temmuz ayının maksimum ortalama sıcaklık değeri kullanılmıştır.
EAHE'nin termal performansı için PVC ve çelik (%0.5 C) olmak üzere iki farklı malzeme kullanılarak farklı toprak derinlikleri (H = 1 m, 2 m, 3 m) için sayısal analizler yapılmıştır. Türbülanslı akışta Reynolds sayısının farklı değerleri (Re = 5x103, 104, 15x103, 2x104, 4x104, 6x104, 105) kullanılarak, problem kararlı koşul durumunda üç boyutlu olarak çözülmüştür.
Analizler sonucunda en fazla sıcaklık düşüşü 27.67 K ile 3 m derinliğe gömülü çelik (%0.5 C)  boruda, en az sıcaklık düşüşü ise 12.36 K ile 1 m derinliğe gömülü PVC boruda meydana gelmiştir. En iyi termal performansın en küçük hava giriş hızında olduğu ayrıca EAHE malzeme cinsinin termal performansı önemli ölçüde etkilemediği tespit edilmiştir. Farklı toprak derinliklerinde termal analizleri yapılan sayısal model için en iyi termal konfor şartı 1 m toprak derinliğinde elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Toprak Hava Isı Değiştiricisi, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Sıcaklık, Ortalama Nusselt Sayısı

Abstract:
In this study, passive geothermal cooling technology is used to provide thermal comfort of a typical building in Elazığ (Turkey) by using Earth-Air Heat Exchanger under steady state conditions. Thermal performance of EAHE is evaluated in ANSYS Fluent 12.1 program by using Computational Fluid Dynamics. Average of maximum temperature data of Elazığ in July 2014 is used to analyze thermal performance of EAHE. 
Numerical analysis are performed for thermal performance of EAHE at different soil depths (H = 1 m, 2 m, 3 m) using two different materials such as PVC and steel   (%0.5 C).  Problem is solved at steady state in three-dimensional model by using different values of the Reynolds number in turbulent flow (Re = 5x103, 104, 15x103, 2x104, 4x104, 6x104, 105).
In the result of analysis, maximum temperature decrease takes place at 3 m deep buried steel pipe (%0.5 C) by 27.67 K, and minimum temperature decrease occurs at 1 m deep buried PVC pipe by 12.36 K. It has been found that the best thermal performance occurs in the smallest air intake speed and also the type of EAHE material does not affect thermal performance significantly. Best thermal comfort requirement for thermal analysis with numerical models at different soil depths is obtained in 1 m soil depth.

Keywords :Earth Air Heat Exchanger, Computational Fluid Dynamics, Temperature, Average Nusselt Number