Bir yüzeyine radyant soğutma uygulanan kapalı bir hacimde cebri havalandırmanın ısı geçişi karakteristiklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of ventilation on heat transfer characteristics of a radiant cooled surface in an enclosure
Yazar: MUHAMMET CAMCI
Danışman: PROF. DR. AHMET SELİM DALKILIÇ ; DOÇ. DR. ÖZGEN AÇIKGÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Binalar = Buildings ; Havalandırma sistemleri = Ventilating systems ; Isı geçişi = Heat transfer ; Radyant soğutma = Radiant cooling ; Taşınım = Convection

Özet:
Düşük sıcaklıklarda çalışabilme özellikleri sayesinde sağladığı yüksek ısıl konfor ve enerji verimlilikleri gibi avantajlar sebebiyle gün geçtikçe kullanımı artmakta olan binalarda radyant ısıtma ve soğutma sistemleri üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmada, radyant yüzeyden soğutma yapılan kapalı bir mahalde havalandırmanın oda içi sıcaklık değişimlerine ve ısı geçişi karakteristiklerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Sistemin ısıl karakteristikleri, radyant duvar ve oda arasında oluşan ışınım, taşınım ve toplam ısı akıları, ortalama ışınım, taşınım ve toplam ısı geçiş katsayıları ve yerel ısı taşım katsayısını kapsamaktadır. Deneylerde kullanılan test odası 1.8x1.8 m2 taban alanına ve 2.7 m yüksekliğe sahiptir. Beş yüzeyi hidronik devre ile kaplı olup, üç duvara bitişik süpürgelik hizasından 15x15 cm2 kesit alanına sahip hava kanalına sahiptir. Soğutulan duvar içindeki hidronik radyant devresinde dolaşan sudan aktarılan ısı geçişi hesaplanmasında değerlendirilen bir debi metre ve PT100 sıcaklık ölçerler mevcuttur. Bunun dışında, PLC sistemine bağlı 50 adet T tipi ısıl çift ile oda içerisindeki sıcaklıklar izlenebilmektedir. Hava kanalları üzerinde bulunan açıklıktan odaya gönderilen havanın hızı uzak bağlantılı hava hız ölçer yardımıyla ölçülebilmektedir. Özel üretim klima cihazı ile hava girişi öncesi, hava, sıcaklık açısından şartlandırılabilmektedir. Test odası boyutları itibariyle güvenlik kabinleri, bilet satış noktaları, kısa süreli veri giriş kabinlerine benzerlik göstermektedir. Deneylerde belirtilen koşullar dikkate alınarak, radyant soğutma ve havalandırmanın aynı duvara ve karşıt duvara bitişik kanaldan uygulandığı durumlar için özgün korelasyonlar üretilmiştir. Radyant soğuk duvar boyunca oluşan taşınım ve toplam ısı geçiş katsayıları, sırasıyla en düşük 2.02 ve 7.29 W/m2K ve en yüksek 9.13 ve 13.88 W/m2K olarak hesaplanmıştır. Isıl konfor ve ısıl asimetri çalışmalarının ihtiyaç duyduğu düşey sıcaklık değişimleri de ayrıca deney sonuçlarında verilmiştir.

Abstract:
Usage of radiant heating and cooling systems in buildings along with studies is increasing day by day due to the advantages such as high thermal comfort and energy efficiency thanks to their ability to work at low temperatures. In this study, it is aimed to examine the effect of ventilation on indoor temperature changes and heat transfer characteristics in an enclosure with a radiant surface cooling application. The thermal characteristics of the system consist of radiative, convective, and total heat fluxes between the radiant wall and the room, average radiative, convective and total heat transfer coefficients, and local convective heat transfer coefficients. The test room used in the experiments has a floor area of 1.8x1.8 m2 and a height of 2.7 m. Its five surfaces are equipped with hydronic circuits and it has an air duct of cross-section area 15x15 cm2 at the baseboard level adjacent to three walls. It has a flowmeter and PT100 temperature sensors which have been utilized in calculation of the heat transfer rate to the circulated water in the hydronic radiant circuit in the cooled wall. In addition, the room temperatures can be monitored with fifty T type thermocouples connected to the PLC system. The velocity of the air blown into the room from the slot diffuser through the air ducts can be measured with the help of a remote anemometer. With the special production air conditioning unit, the temperature of air can be adjusted before the air intake. In terms of test room dimensions, security cabins, ticket sales points, and short-term data entry cabins are similar to the test room. Novel correlations have been produced for the conditions where radiant cooling and ventilation are applied through the air ducts located next to the cooled wall and the opposite wall, in turn. Consequently, the lowest and the highest convection and total heat transfer coefficients over the investigated radiant cooled wall are calculated as 2.02-7.29 W/m2K and 9.13-13.88 W/m2K, respectively. Vertical temperature gradients, which are needed by thermal comfort and thermal asymmetry studies, are also given in the test results.