Sıvı akışlı pencere sistemlerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of liquid flow window systems
Yazar: HALİL İBRAHİM YAMAÇ
Danışman: PROF. DR. AHMET KOCA
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Sistemler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Faz değişimi = Phase change ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Isı enerjisi = Heat energy

Özet:
Sıvı akışlı pencere sistemleri, pencere camları arasından geçen sıvı dolaşımı ile iç ortamın ısı kazanç veya kayıpları için kullanılmaktadır. Faz değiştiren malzemelerin ısıl enerji depolamada kullanımı tüm güneş enerjisi sistemlerinde olduğu gibi sıvı akışlı pencere sistemleri ile de mümkündür. 
Tez çalışması kapsamında yaklaşık sıfır enerjili binalar yolunda sıvı akışlı pencere sistemleri ve gizli ısıl enerji depolama sistemleri bir araya getirilerek deneysel ve sayısal olarak incelenmesi amaçlanmıştır. 
Şebeke suyu destekli ve faz değiştiren malzeme içeren ısıl enerji depolama tanklı sıvı akışlı pencere sistemi kabinleri ile normal pencerelere sahip kabinlerin ısıtma soğutma enerji tüketimleri kıyaslanmıştır. Sıvı akışlı pencerelerin ve ısıl enerji depolama tanklarının sayısal benzetimi yapılmıştır. 
Yaz mevsiminde, günlük kullanım suyu ön ısıtması için; sonbahar ve kış mevsimlerinde ise dolaşımdaki suyun sıcaklığının gece saatlerinde istenilen değerlerde kalması için hacmi 5.675 litre (%42 su, %46 RT28 HC-RT18 HC, %12 RT35 HC-RT22 HC) olan ısıl enerji depolama tankı ısı değiştirgeci olarak kullanılmıştır. 
Yaz mevsiminde 0,3 m2 pencere yüzey alanına sahip sıvı akışlı pencere ile 6 saatte 2916 kJ enerjinin depolanabileceğini sonucuna ulaşılmıştır. Isıl enerji depolama tankındaki erime-katılaşma işleminin görselleştirilmesi sayısal çalışma ile elde edilmiştir. Bu esnada sıvı akışlı pencere kabini enerji tüketiminin normal pencere kabini enerji tüketimine oranı %84'e kadar düşmüştür. Şebeke suyu kaynaklı sıvı akışlı pencere için tüketim oranı %33'e kadar düşmüştür. Sonbahar mevsiminde ısıl enerji depolama tankına sahip sıvı akışlı pencere kabini ile normal pencere kabini ısıtma sistemleri için gerekli enerji tüketim oranlarının, gündüz depolanan ısı kullanılarak gece saatlerinde %7'ye kadar düştüğü sonucuna ulaşılmıştır. Aynı mevsim gündüz ölçümlerinde soğutma sistemleri için bu oran en fazla %88 olmuştur. Tüketim oranı şebeke suyu destekli sıvı akışlı pencere için gündüz %39'dan, gece %77'den daha az bulunmuştur. Kış mevsiminde ısıl enerji depolama tankına sahip sıvı akışlı pencere kabini ile normal pencere kabini ısıtma sistemleri için gerekli enerji tüketim oranlarının, gündüz depolanan ısı kullanılarak gece saatlerinde %45'e kadar düştüğü sonucuna ulaşılmıştır. Aynı mevsim gündüz ölçümlerinde soğutma sistemleri için bu oran en fazla %60 olmuştur. Tüketim oranı şebeke suyu destekli sıvı akışlı pencere için gündüz %53'ten az, gece %83'ten daha fazla bulunmuştur.
Sonuç olarak, sıvı akışlı pencere sistemlerinin Türkiye ikliminde enerji verimliliğine sahip olduğu, ısıl enerji depolama tankı ile sıvı akışlı pencere sistemlerinin kullanılabilirliği deneysel olarak ortaya konmuştur. Sayısal çalışma sonuçları deneysel çalışmalarla doğrulamıştır, sayısal yöntemlerin farklı varyasyonlar için kullanılabilirliği ortaya konmuştur.

Abstract:
Liquid flow window systems are used for the heat gain or loss of the indoor environment with the circulation of liquid passing between the window glazing. The use of phase change materials in thermal energy storage is possible with Liquid flow window systems as in all solar energy systems.
Within the scope of the thesis, it is aimed to experimentally and numerically investigate liquid flow window systems and latent thermal energy storage systems on the road to nearly zero energy buildings.
The heating and cooling energy consumptions of the liquid flow window system cabinets includes phase change materials in thermal energy storage tank and domestic water supported are compared with cabinet has normal window. Numerical simulation of liquid flow windows and thermal energy storage tanks were made.
In summer, for daily domestic water preheating; In autumn and winter seasons, a thermal energy storage tank with a volume of 5.675 liters (42% water, 46% RT28 HC-RT18 HC, 12% RT35 HC-RT22 HC) was used as a heat exchanger to keep the temperature of the circulating water at the desired values at night..
It has been concluded that 2916 kJ of energy can be stored in 6 hours with a liquid flow window with a window surface area of 0.3 m2 in summer. The visualization of the melting-solidification process in the thermal energy storage tank was obtained by numerical study. Meanwhile, the ratio of liquid flow window cabinet energy consumption to normal window cabinet energy consumption decreased to 84%. The consumption rate for the water flow window sourced from the mains water has decreased to 33%. It has been concluded that the required energy consumption rates for the liquid flow window cabinet and normal window cabinet heating systems in the autumn season decreased down to 7% at night using the stored heat during the day. In the same season, this rate was at most 88% for cooling systems in daytime measurements. The consumption rate was found to be less than 39% during the day and less than 77% at night for the domestic water supported liquid flow window. It has been concluded that the required energy consumption rates for the liquid flow window cabinet with thermal energy storage tank and normal window cabinet heating systems in the winter season decrease down to 45% at night using the stored heat during the day. In the same season, this rate was at most 60% for cooling systems in daytime measurements. The consumption rate was found to be less than 53% during the day and more than 83% at night for the domestic water supported liquid flow window.
As a result, it has been experimentally demonstrated that the liquid flow window systems have energy efficiency in the Turkish climate, and the usability of the thermal energy storage tank and liquid flow window systems. Numerical studies have confirmed the results with experimental studies, and the usability of numerical methods for different variations has been demonstrated.