Toprak kaynaklı ısı pompalı radyant ısıtma/soğutma sistemlerinde ısıl konforun deneysel incelenmesi
Experimental investigation of thermal comfort in radiant heating-cooling systems coupled with ground source heat pump
Yazar: AHMET DOĞAN
Danışman: PROF. DR. HAKAN DEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ NURULLAH KAYACI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Deneysel inceleme = Experimental research ; Isı pompası = Heat pump ; Işınım =   ; Radyant sistem = Radiant system

Özet:
Hidronik radyant ısıtma ve soğutma sistemleri, meydana getirdikleri geniş yüzey alanları sayesinde düşük su sıcaklıklarında ısıtma, yüksek su sıcaklıklarında soğutma sağlamakta ve yenilenebilir enerji kaynaklarıyla uyumlu çalışabilmesi sayesinde yüksek enerji tasarrufu imkânı vermektedir. Düşük enerji tüketiminin yanında bu sistemler sağladıkları yüksek ısıl konfor sayesinde son yıllarda farklı bina uygulamalarında sıklıkla tercih edilmektedir. Bu çalışmada, Yıldız Teknik Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi bünyesinde yer alan toprak kaynaklı ısı pompası ile entegre duvar ve tavanda radyant paneller bulunan ofis odası, tam ölçekli bir test sistemine dönüştürülmüş ısıl konfor, enerji performansı ve ısı transfer karakteristiğinin belirlenmesi açısından deneysel çalışmalar yapılmıştır. 
Yapılan tez çalışması dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde radyant sistemlerle ilgili yapılmış çalışma ve değerlendirmeler farklı başlıklar altında detaylı olarak incelenmiştir.
İkinci bölümde; ofis odasının tez çalışması için nasıl tam ölçekli bir test odasına dönüştürüldüğü ve deneylerde kullanılan ölçüm cihazlarının hazırlık aşamaları ve deney sistemindeki rolleri, deneysel yöntem ve hesaplama yöntemi yer almıştır. 
Üçüncü bölümde, deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen bulgular soğutma ve ısıtma sezonu ana başlıkları altında radyant panellerin farklı konfigürasyonları konfor ve enerji performansı bakımından değerlendirilmiştir. Tüm panellerin soğutulduğu deneylerde elde edilen PMV ve PPD değerlerinin önerilen ASHRAE Standart 55 ve ISO 7730 genel konfor kriterlerini değerleri karşıladığı fakat yalnız duvar ve tavan soğutma durumlarında panel yüzey alanlarının yetersiz kaldığı görülmüştür. Ayak bileği ile baş mesafesi arasında düşey sıcaklık dağılımı ortalama 0,9 °C ile 1,4 °C arasında değişkenlik göstermiş ve literatürde önerilen sıcaklık farklarını bütün durumlar için sağladığı görülmüştür. Aydınlatma kontrolü amacıyla pencere yüzeyine yerleştirilen perdelerin iç ortam sıcaklık ve konfora etkisi detaylı olarak incelenmiştir. Stor perde kullanım durumunda ortalama 0,2 PMV ve %6 PPD ile en yüksek konfor standardı karşılanabilirken, perdesiz durumda 0,6 PMV ve %12 PPD değerleri ile ofis konfor koşulları karşılanamamıştır. Isıtma sezonunda, soğutma sezonunun aksine iç ortam ısıl konfor durumu panel yüzeylerinde yoğuşma riski olmamasından dolayı rahatlıkla sağlanabilmiştir.  Düşey sıcaklık farkından kaynaklanan konforsuzluk bütün senaryolarda duvar kenarında ve pencere kenarında 4 °C üzerinde gerçekleşmiş ve hedeflenen ısıl konfor değerlerinin sağlanamadığı görülmüştür. Ortalama ışınım sıcaklığı (OIS), küre termometre kullanılarak odanın farklı noktalarında ölçülmüş ve çevre yüzeylerin sıcaklıklarına ve görüş faktörüne dayalı bir OIS hesaplama yöntemi seçilerek hesaplama yönteminin güvenilirliği araştırılmıştır. Hesaplanan ve ölçülen OIS sonuçlarının ölçüm noktalarının yoğun olduğu duvar kenarında daha iyi eşleştiği, dış pencere yanında en büyük sapmanın gerçekleştiği görülmüştür. Hesaplanan OIS değerinin PMV ve PPD sonuçlarında %1 ile %2 arasında sapmalara neden olduğu görülmüştür.
Dördüncü bölümde yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen bulgular değerlendirilerek önerilerde bulunulmuştur.

Abstract:
Hydronic radiant heating and cooling systems provide heating at low water temperatures, cooling at high water temperatures due to the enormous surface areas they generate, and substantial energy savings due to their compatibility with renewable energy. In addition to their low energy consumption, these systems have gained popularity in a variety of architectural applications in recent years due to their high thermal comfort. In this study, experimental studies were carried out to determine the thermal comfort, energy performance and heat transfer characteristics of the ground source heat pump integrated wall and ceiling radiant panel system in Yıldız Technical University Science and Technology Application and Research Centre. 
This thesis consists of four main sections. In the first section, studies and evaluations on radiant systems are examined in detail under different categories.
In the second section, the experimental system is described in detail under various subheadings such as the preparation stages of the measuring devices used in the experiments and their functions within the experimental system, the experimental method, and the calculating method.
In the third chapter, Comfort and energy performance were evaluated in different configurations of radiant panels in the test room during the cooling and heating seasons. It has been observed that the PMV and PPD values obtained in the experiments where all panels are cooled meet the recommended ASHRAE Standard 55 and ISO 7730 general comfort criteria, but the panel surface areas are insufficient only in wall and ceiling cooling cases. The vertical temperature distribution between the ankle and head distance varied between 0.9 °C and 1.4 °C on average, and it was observed that the temperature differences recommended in the standards were met for all cases. The effect of the blinds placed on the window surface for the purpose of lighting control on the indoor temperature and comfort has been examined in detail. While the comfort values measured in the middle of the room could meet the highest comfort standard with an average of 0.2 PMV and 6% PPD in the case of store curtain usage, office comfort conditions could not be met with 0.6 PMV and 12% PPD values in the case of no blinds. In the heating season indoor comfort condition can be easily achieved since there is no risk of condensation on the panel surfaces. The discomfort caused by the vertical temperature difference occurred above 4 °C on the wall and window side in all scenarios, and it was observed that the targeted thermal comfort values could not be achieved. The mean radiant temperature (MRT) was measured at different points in the test room using a globe thermometer and the reliability of the calculation method was investigated by choosing an MRT calculation method based on the temperatures of the surrounding surfaces and the view factor. It was observed that the calculated and measured MRT results matched better on the wall edge where the measurement points were more, and the biggest deviation occurred near the outer window. It was observed that the calculated MRT value caused deviations between 1% and 2% in PMV and PPD results.
In the fourth section, the results of the studies are discussed and recommendations are provided based on those evaluations.