Üretim hatlarında solunamaz gazların bertarafı ve iç hava kalitesinin artırılması için doğal havalandırma sistemi tasarımı
Design of natural ventilation system for the elimination of inert gases and improvement of indoor air quality in product lines
Yazar: ONUR KAYAPINAR
Danışman: PROF. DR. OĞUZ ARSLAN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışma, endüstriyel binaların havalandırılması için tasarlanmış patentli özgün bir doğal havalandırma modeli için yapılmıştır. Doğal havalandırma sistemi, deneysel olarak bir yıl boyunca elde edilen veriler ile havalandırma performansı ve ekserji verimi yönünden incelenmiştir. Deneysel olarak ele alınan fiziksel modelin optimizasyonu için 45 farklı tasarıma sahip doğal havalandırma modeli deneysel model baz alınarak  oluşturulmuştur. Deneysel ve sayısal analiz validasyonu belirlenen çevre şartları altında  gerçekleştirilmiştir.  FloEFD yazılımı ile   45 tasarımın yaz ve kış koşulları altında sağladığı havalandırma debilerine ulaşılmıştır. Reynolds-ortalama Navier-Stokes yaklaşımı (RANS), FloEFD' de basınç ve yoğunluk temelli bir formülasyon kullanılarak çözümlenmiştir. Modifiye edilmiş k-ε modeli türbülans modeli olarak seçilmiştir. Sayısal analiz içerisinde mesh hassasiyeti çalışması da gerçekleştirilmiştir. Çalışmaya konu olan endüstriyel bina için tasarlanan modellerin gerekli uygulama adetleri ve ilk yatırım maliyetleri belirlenmiş olup, tasarımlar ve optimum fayda sağlayan tasarımların Net bugünkü  değerleri (NBD)  belirlenmiştir.  Tasarlanan 45 tasarım arasından 10 numaralı tasarım en yüksek değer olan 138,437.95 $ NBD değerine , sırası ile yaz koşullarında %98,83, kış koşullarında %99,07 ekserji değerlerine sahip olduğundan optimum tasarım olarak kabul edilmiştir. Buna ek olarak, optimum fayda sağlayan doğal havalandırma modelinin kullanılması ile tasarruf edilen enerji ve gaz emisyonları belirlenmiş olup , doğal havalandırma modelinin tekno ekonomik ve çevresel açıdan yatırıma değer olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca optimum tasarım için alternatif malzemeler ,üretim yöntemleri, uygulama adeti artırma önerileri  incelenmiş olup, NBD değerdeki iyileştirmeler belirlenmiştir.

Abstract:
This study has been conducted for a patented innovative natural ventilation model designed for the ventilation of industrial buildings. The natural ventilation system was examined in terms of ventilation performance and exergy efficiency using data obtained experimentally over the course of one year. To optimize the experimental physical model, 45 different designs of natural ventilation models were created based on the experimental model. Experimental and numerical analysis validation was conducted under specified environmental conditions. The ventilation flow rates provided by the 45 designs under summer and winter conditions were determined using the FloEFD software. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach was employed in FloEFD, utilizing a pressure and density-based formulation. The modified k-ε model was selected as the turbulence model. A mesh sensitivity study was also conducted within the numerical analysis. The required quantities and initial investment costs for the models designed for the industrial building under study were determined, and the Net Benefit-to-Cost (NBD) ratios for the designs and designs yielding optimum benefits were determined. Among the designed 45 models, Design 10 was considered the optimum design with the highest NBD value of $138,437.95 and exergy values of 98.83% in summer conditions and 99.07% in winter conditions. In addition, the energy savings and gas emissions resulting from the use of the natural ventilation model providing optimum benefits were determined, leading to the conclusion tHAD the natural ventilation model is economically and environmentally worthwhile. Furthermore, alternative materials, production methods, and recommendations for increasing the application frequency were examined for ncreasing the application frequency were examined for the optimum design, resulting in improvements in the NBD value.