Camilerde rüzgar kulesi ile doğal havalandırmanın sayısal analizi
Numerical analysis of natural ventilation with wind tower in mosques
Yazar: EMRE DEMİRBİLEK
Danışman: PROF. DR. ABUZER ÖZSUNAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gerçekleştirilen bu çalışmada; camilerde doğal havalandırma için kullanılan ve çoğu zaman
yetersiz kalan pencerelere alternatif olarak; Ortadoğu ve İran'da yaygın olarak kullanılan
rüzgar kulesi (Badgir) örnek alınmıştır. Cami minaresi rüzgar kulesi olarak tasarlanarak,
camilerdeki doğal havalandırma verimini artırmak ve termal konforun iyileştirilmesi
hedeflenmiştir. Cami mimarisinde bazı değişiklikler yapılmıştır. Kubbe kenarlarında ve
kubbe tepesinde değişken sayılarda ve ölçülerde açıklıklar bırakılarak havalandırmaya
etkileri gözlemlenmiştir. Ayrıca bu boşlukların açık-kapalı olduğu senaryolar
modellenmiştir. Bununla beraber farklı rüzgar hava hızları ve sıcaklıkları çalışılarak termal
konfor seviyeleri araştırılmıştır. Farklı sayılarda minareye (rüzgar kulesine) sahip cami
modelleri oluşturularak kıyaslamalar yapılmıştır. Minare ile pencereler kombine edilerek
alternatif modeller oluşturulmuş ve performansları incelenmiştir. Mevsim hava şartları göz
önünde bulundurulduğunda; yaz ve kış senaryoları oluşturulmuş, toplamda 42 adet çalışma
yapılmıştır. Çalışmalar Solidworks programında üç boyutlu olarak tasarlanmış, Ansys
Fluent programında da modellenerek analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan çalışmalarda
referans olarak ayak, bel ve baş hizalarındaki termal konfor gözlemlenmiştir. Ashrae 55
(Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy) Standartı'na uygun olarak
yapılan hesaplamalarda PMV (Termal Konfor) ve PPD (Memnuniyetsizlik Yüzdesi)
değerleri belirlenerek, hangi senaryoların termal konfora ve doğal havalandırmaya katkı
sunduğu tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, minarenin rüzgar kulesi olarak
kullanılmasının; doğal havalandırmaya çok önemli katkılar sunduğu gözlemlenmiştir.
Özellikle de kış aylarında, havalandırma amaçlı pencerelerin uzun süreli açılamadığı
düşünüldüğünde, bu sistemin çok ciddi bir termal konfor artışı sağladığı görülmüştür. Yaz
aylarında ise bu sistemin tek başına yeterli olabileceği veya pencerelerle uyum içinde
kullanıldığında doğal havalandırmayı iyileştirdiği ve termal konforu artırdığı tespit
edilmiştir.

Abstract:
In this study carried out; As an alternative to windows used for natural ventilation in
mosques, which are often insufficient; The wind tower (Badgir), which is widely used in the
Middle East and Iran, was taken as an example. By designing the mosque minaret as a wind
tower, it was aimed to increase the natural ventilation efficiency in mosques and improve
thermal comfort. Some changes were made in the mosque architecture. Openings of varying
numbers and sizes were left on the edges of the dome and at the top of the dome, and their
effects on ventilation were observed. Additionally, scenarios in which these gaps are open
and closed simultaneously or at separate times have been modelled. In addition, thermal
comfort levels were investigated by studying different wind air speeds and different air
temperatures. Comparisons were made by creating mosque models with different numbers
of minarets (wind towers). Alternative models were created by combining minaret and
windows and their performance was examined. Considering seasonal weather conditions;
Summer and winter scenarios were created and a total of 42 studies were conducted. The
designs in question were designed in three dimensions in the Solidworks program, were
modeled and analyzed in the Ansys Fluent program. In the studies conducted, thermal
comfort at foot, waist and head levels was observed as a reference. In calculations made in
accordance with the Ashrae 55 (Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy)
Standard, PMV (Thermal Comfort) and PPD (Dissatisfaction Percentage) values were
determined, and it was determined which scenarios contributed to thermal comfort and
natural ventilation. According to the results obtained, the use of the minaret as a wind tower;
It has been observed that it makes significant contributions to natural ventilation. It has been
observed that this system provides a significant increase in thermal comfort, especially in
winter months when windows for ventilation cannot be opened for long periods of time. It
has been determined that in summer months, this system may be sufficient alone or when
used in harmony with windows, it improves natural ventilation and increases thermal
comfort.