Yükseköğretim kurumu öğrencilerinin başarılarına ısıl konforun etkisinin deneysel ve nümerik incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the effect of thermal comfort on higher education institution students's performance
Yazar: KADİR AYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRİN YILMAZ
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hava kalitesi = Air quality ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic ; Termal konfor = Thermal comfort

Özet:
Bu çalışmada Edirne ilinde bulunan Trakya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'ndeki sınıfların ısıl konfor ve iç hava kalitesi değerleri deneysel bir çalışma ile ölçülmüştür. 2019-2020 güz döneminin sınav zamanlarını kapsayacak şekilde seçilen üç farklı sınıfın konfor ölçümleri yapılmıştır. Ölçümlerin sonunda öğrencilere ısıl konfor, iç hava kalitesi ve başarı ile ilgili sorular içeren bir konfor anketi yapılmıştır. Anket çalışmasından elde edilen sübjektif sonuçlar ölçüm verileri ile kıyaslanmıştır. Deneylere ve öğrencilerin yaptıkları geri dönüşlere göre sınıfların belirlenen konforsuzlukları; iç ortam bağıl neminin kontrol edilme zorluğu, ısıl konforun değişimi, karbondioksit (CO2) oranının yüksekliği ile oluşan iç hava kalitesindeki kötüleşmedir. Bu konforsuz durumların iyileştirilmesi amacıyla istatistiksel ve nümerik analiz yöntemleri kullanılarak, seçilen sınıfın genel ve lokal ısıl konforu ile iç hava kalitesinin optimum duruma getirilmesi amaçlanmıştır. Öncelikle genel ısıl konfor için PMV, lokal ısıl konfor için DR, iç hava kalitesi için CO2 seviyesi hedef fonksiyonlar olarak seçilmiştir. Hedef fonksiyonlarını etkileyebilecek parametreler olarak dış ortam sıcaklığı, ısıtma ve havalandırma sistemi, dış duvar yalıtım kalınlığı, sınıfta bulunabilecek kişi sayısı ve giysi faktörü düşünülmüştür. Parametrelerin ve seviyelerinin seçiminden sonra ortogonal dizi kullanılarak oluşturulan analizler HAD yardımıyla nümerik olarak gerçekleştirilmiştir. HAD analizleri için UFAD, klima ve radyatör sistemlerinden birine sahip olan sınıfın kişi sayısına bağlı olarak dokuz farklı modeli oluşturulmuştur. HAD analizi sonuçlarına göre hedef fonksiyonlarına etki eden parametrelerin önem sırası Taguchi metodu ile hesaplanmıştır. ANOVA metodu kullanılarak parametrelerin etki yüzdeleri belirlenmiştir. Daha sonra çoklu optimizasyon tekniği olan GRA metodu ile tüm hedef fonksiyonları birlikte optimize edilmiştir. Sınıfın genel ve lokal ısıl konforları ile iç hava kalitesini en iyi duruma getiren koşul belirlenmiştir. En iyi koşul, UFAD sistemine sahip ve kişi sayısının seyreltildiği sınıfta elde edilmiştir. Sonuçlar Covid-19 salgın dönemi dikkate alınarak değerlendirildiğinde, bu koşulun öğrencilere konforlu ve sağlıklı bir ortam sağlayacağı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, thermal comfort and indoor air quality values of the classrooms in Trakya University Faculty of Engineering in Edirne province were measured with an experimental study. Comfort measurements of selected three different classes were made to cover the exam times of the 2019-2020 fall semester. At the end of the measurements, a comfort questionnaire containing questions about thermal comfort, indoor air quality and success was made to the students. The subjective results obtained from the questionnaire study were compared with the measurement data. The discomfort of the classes determined according to the experiments and students' feedback; difficulty of controlling the indoor relative humidity, variation of thermal comfort, and deterioration in air quality caused by the high of the carbon dioxide. In order to improve these uncomfortable conditions, it is aimed to optimize the general and local thermal comfort and indoor air quality of the selected class by using statistical and numerical analysis methods. First of all, PMV for general thermal comfort, DR for local thermal comfort, CO2 level for indoor air quality were selected as target functions. Outdoor temperature, heating and ventilation system, exterior wall insulation thickness, number of people in the class and clothing factor are considered as parameters that can affect target functions. After the selection of the parameters and levels that will affect the target functions, the analyzes created using the orthogonal array were performed numerically by using CFD. Nine different models of the class, which has one of UFAD, air conditioning and radiator systems, were created for CFD analysis depending on the number of people. According to the results of the CFD analysis, the order of importance of the parameters affecting the target functions was calculated by the Taguchi method. The effect percentages of the parameters were determined using the ANOVA method. Then, with the GRA method, which is a multiple optimization technique, all target functions are optimized together. The case that optimizes the general and local thermal comfort and indoor air quality of the classroom has been determined. The best case was obtained in the classroom which has UFAD system and reduced number of people. When the results were evaluated considering the Covid-19 pandemic period, it was determined that this condition would provide students with a comfortable and healthy environment.