Çift katmanlı termal aktif bina sistemi tasarımı, termal analizi ve optimizasyonu
Design, thermal analysis and optimization of double layered thermally activated building system
Yazar: OĞUZHAN ÇALIŞIR
Danışman: PROF. DR. GAMZE GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mimarlık = Architecture
Dizin: Bilgisayar destekli termal analiz = Computer aided thermal analysis ; Bina tasarımı = Building design ; Doğrusal olmayan optimizasyon = Non-linear optimization ; Düşük sıcaklık = Low temprature ; Isı akışı = Heat flow ; Radyant ısıtma = Radiant heating ; Radyant ısıtma sistemleri = Radiant heating systems ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Yerden ısıtma = Floor heating ; Yerden ısıtma sistemleri = Floor heating systems

Özet:
Son yıllarda yapılan çalışmalarda, sahip olduğu yüksek performans katsayısı değerleri sebebiyle düşük sıcaklıkta (30-50°C) çalışan radyant sistemlerin verimlilik bakımından en çok tercih edilen sistemler olduğu görülmektedir. Bu sistemler, bina kütlesini komple ısıttığı için homojen ve insan vücudu bakımından sağlıklı bir ısıtma sağlarlar. Ancak geç tepkime süresine sahip olmaları bu sistemlerin dezavantajlarıdır. Bu tez çalışması kapsamında düşük sıcaklıkta çalışan ısıtma sistemleri için daha verimli olacak şekilde yeni bir konsept geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda çift katmanlı termal aktif bina sistemi olarak adlandırılan yeni bir sistem tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemin termal performansını ortaya koymak için farklı boru konumları ve besleme suyu sıcaklıklarına göre sayısal analizler yapılmıştır. Sayısal analizler üç boyutlu olarak FLUENT/ANSYS programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, ASHRAE 55 ve ISO 7730 standartlarında belirtilen ısıl konfor sınıflarına ve yüzey sıcaklığına bağlı olarak besleme suyu sıcaklığı optimize edildi. Elde edilen sonuçlara göre düşey eksendeki en iyi konumun 0.05 m, maksimum besleme suyu sıcaklığının 36.58°C, konfor bölgesinde optimum besleme suyu sıcaklığının 26.66°C, optimum yüzey sıcaklığının ise 23.60°C olduğu görülmüştür. Yeni geliştirilen sistemin yerden ısıtma ve klasik termal aktif bina sistemi gibi diğer radyant sistemlere göre daha verimli olduğu görülmüştür.

Abstract:
In recent studies, it is seen that the radiant systems operating at low temperatures (30-50°C) are the most preferred systems in terms of efficiency due to having high performance coefficient. Since these systems heat the building mass completely, they provide homogeneous and healthy heating for the human body. However, late response time is the disadvantage of these systems. Within the scope of this thesis, it is aimed to develop a new concept for heating systems operating at low temperatures, which is more efficient. In line with this aim, a novel system called double layered thermally activated building system was designed. In order to reveal the thermal performance of the designed system, numerical analyzes made for according to different pipe positions and supply water temperatures. Three dimensional numerical analyzes were performed with the help of FLUENT/ANSYS program. In addition, supply water temperature was optimized in accordance with the surface temperature and thermal comfort classes, which are defined ASHRAE 55 and ISO 7730 standards. The obtained results bring out that the best position in the vertical axis is 0.05 m, the maximum supply water temperature is 36.58°C, the optimum supply water temperature in the comfort zone is 26.66°C, and the optimum surface temperature is 23.60°C. It is concluded that the new developed system is more efficient than other radiant systems such as underfloor heating and the classical thermally activated building system.