Doğal havalandırmalı dersliklerde CO2 dağılımının sayısal incelenmesi
Numerical investigation of CO2 distribution in naturally ventilated classrooms
Yazar: ÖZLEM FAZLIOĞLU
Danışman: PROF. DR. ERTAN BAYDAR
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez, Karadeniz Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği binasındaki bir dersliğin iç ortam hava kalitesinin, hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yöntemi kullanılarak farklı senaryolar için yapılan çözümlemelerle incelenmesine yöneliktir. Sayısal yöntem için ANSYS Fluent 2022 R2 yazılımı, istatistiksel yöntem için ise IBM SPSS Statistics 23 yazılımı kullanılmıştır. 
Dersliklerde solunum kaynaklı CO2 birikimi için farklı senaryolara göre çözümlemeler yapılmıştır. Tüm çalışmalarda 11 farklı senaryo içeren 114 farklı durum göz önüne alınmıştır. Kapı ve pencere kapalı dolu derslik, kapı ve pencere açık dolu derslik ve kapı pencere açık boş derslik durumlarında farklı kişi sayısı, pencere açıklık alanı ve hava değişim oranlarının solunum kaynaklı CO2 konsantrasyonu üzerinde zamana bağlı etkileri araştırılmıştır. Ayrıca, sayısal çözümlemeden elde edilen verilerle yapılan regresyon analizi sonucunda, solunum kaynaklı CO2 konsantrasyonunun etken değişkenlerle olan ilişkisini ifade eden denklemler geliştirilmiştir. 
Havalandırma yapılmayan derslikte CO2 konsantrasyonunun, kişi sayısına bağlı olarak, 10 ila 30 dakika içinde standartlarca kabul edilen 1000 ppm kritik değerin üzerine çıktığı, bir saatlik ders süresi sonunda 4000 ppm değerine ulaştığı belirlenmiştir.  Havalandırma yapılan dolu derslikte bir saatlik ders süresince, kişi sayısı ile artan konsantrasyonun 1000 ppm değerinin altında ve biraz üzerinde olduğu görülmüştür.  Havalandırılmayan derslikte ders sonrası boş durumda yapılan havalandırmada, pencere açıklık alanı ve hava akış hızına göre 15 ila 60 dakika aralığında atmosferik CO2 konsantrasyon değeri olan 400 ppm civarına yaklaşılacağı bulunmuştur.

Abstract:
This thesis is aimed at examining the indoor air quality of a classroom in the Mechanical Engineering building of Karadeniz Technical University with solutions made for different scenarios using the computational fluid dynamics (CFD) method. ANSYS Fluent 2022 R2 software was used for the numerical method and IBM SPSS Statistics 23 software was used for the statistical method.
Analysis was made according to different scenarios for CO2 accumulation from respiration in classrooms. In all studies, 114 different situations including 11 different scenarios were considered. The effects of different number of people, window opening area and air exchange rates on the amount of CO2 from respiration were investigated in the cases of occupied classroom with doors and windows closed, occupied classroom with doors and windows open and empty classroom with doors and windows open. In addition, as a result of the regression analysis performed with the data obtained from the numerical solutions, equations expressing the relationship between the CO2 concentration from respiration and the effective variables were developed.
It was determined that in the unventilated classroom, the CO2 concentration exceeded the critical value of 1000 ppm accepted by standards within 10 to 30 minutes, depending on the number of people, and reached 4000 ppm at the end of a 1-hour lesson. In the occupied classroom with ventilation, the concentration increased with the number of people during a 1-hour lesson, and was found to be below and slightly above 1000 ppm. In the unventilated classroom, it was found that in the ventilation performed after the lesson in the empty condition, the atmospheric CO2 concentration value of 400 ppm would be approached within 15 to 60 minutes, depending on the window opening area and airflow rate.