Yüzeyden ısıtma sistemli modüler hibrit duvar panelindeki alüminyum folyonun ölçülerinin belirlenmesi
The estimation of aluminium foil dimensions in the modular hybrid wall heating panel system
Yazar: MEVLÜT GÜRSEL ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. ŞEVKET ÖZGÜR ATAYILMAZ ; DR. ZAFER GEMİCİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada binalarda ısıtma-soğutma, yalıtım ve yapısal problemleri beraber çözecek modüler hibrid duvar yapısı geliştirilmiştir. Tez kapsamında radyant ısıtma-soğutma panellerinin duvar yapı elemanlarıyla uyumu geliştirilecek ve hibrid duvar yapısı ısı transferi açısından incelenecek ve geliştirilecektir.
Günümüzde yaygın olarak ısıtma için yüksek sıcaklıklarda çalışan radyatörlü sistemler, soğutma için ise zorlanmış taşınım esasına göre çalışan klima sistemleri tercih edilmektedir. Bu sistemlerin kullanılması durumunda ortamda düşey yönde dengesiz sıcaklık dağılımı, hava hareketi ve radyant asimetri meydana gelmektedir. Bu da mahal içerisinde konforsuz ve insan sağlığı için uygun olmayan bir ortam oluşmaktadır. Bu sistemlere alternatif olarak radyant duvardan ısıtma-soğutma sistemleri son yıllarda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Duvardan ısıtma sistemi uygulamalarında ilk etapta boruların duvara belli aralıklarda döşenmesi sonrasında üzerine şap ve sıva atılması şeklinde uygulanıyordu. Son yıllarda ise yalıtımı, ısıyı taşıyan boruları, yüzey dolgu malzemesinin bir arada olduğu modüler paneller geliştirilmiştir. Tez kapsamında geliştirilecek duvar yapısı; yalıtımıyla, ısıyı taşıyan borularıyla, ısı iletimini iyileştiren alüminyum folyo plakasıyla, iç ve dış duvar olmak üzere bitmiş yüzeyiyle kompakt ve modüler bir yapı oluşturarak mevcut radyant ısıtma-soğutma panellerine göre üstünlük sağlamaktadır.
Bu tezde, radyant ısıtma-soğutma paneli tasarımcıları tarafından dikkate alınan 3 parametre olan ısıl kapasite, yüzey sıcaklık dağılımının uniformluğu ve panel maliyeti değerlendirilerek optimum bir tasarım elde edilmiştir. Tezde farklı boru mesafesi için folyo genişliği ile kullanılan alüminyum folyonun kalınlığı değerlendirilmiştir. Tez kapsamında sıralı iki boru arasındaki mesafesinin orta noktası ısıl simetri olarak kabul edilerek iki boyutlu numerik modelleme yapılarak sisteme verilen sudan iç mahale ve dış mahale olan ısı transferi çözülmüştür. Farklı sınır şartları için ve panel tasarımları değiştirilerek nümerik olarak duvar yapısının ısıl performansı incelenmiştir.
Sayısal analiz çalışmalarının tamamı sayısal modelleme amaçlı bir ticari paket program olan ve içerisinde modelleme işleminin farklı aşamaları için özel modüller bulunduran ANSYS 15 kullanılarak yapılmıştır. İki boyutlu duvar geometrisi Design Modeler programında oluşturulduktan sonra, Meshing modülünde sonlu hacimler metodu kullanılarak ayrıklaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. Sayısal çözümler yaygın olarak kullanılan bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan Fluent programında yapılmıştır. Son işlemci program olarak da CFD Post yazılımı kullanılarak sonuçlar görsel olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar deneysel çalışma ile desteklenerek doğrulanmıştır. 
Ayrıca, duvar yapısının yatırım ve işletme maliyetleri dikkate alınarak ekonomik analizi yapılmıştır. Yapılan ekonomik analiz ve elde edilen ısıl performans sonuçları ile folyo genişliği ve kalınlığı termo-ekonomik olarak optimize edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Duvardan ısıtma, hibrid duvar, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, deneysel doğrulama, termoekonomik analiz

Abstract:
In this study, a modular hybrid wall panel has been developed for the aim of to solve both heating-cooling, insulation and structural problems in the buildings. Within the scope of this thesis, the harmony of radiant heating panels with the wall structure will be developed and hybrid wall structure will be examined in terms of heat transfer.
Nowadays, it is commonly preffered high temperature radiator systems for heating season and air conditioning units which was operated based on forced convection for cooling season. In case of using these systems, nonuniform temperature distribution in vertical direction, air movement and radiant asymmetry occur in the room air. And this causes uncomfortable and unhealthy environment in the room air. As an alternative to these systems, radiant wall heating-cooling systems have begun to be widely used in recent years. In the first applications of the wall heating system, the pipes were laid out at certain intervals to the wall and after that the slab and plaster were applied. In recent years, modular panels have been developed that include insulation, pipes transferring the heat, and surface filling materials. Wall structure to be developed within the thesis; it provides superiority over the existing radiant heating-cooling panels by creating a compact and modular structure with the insulation, the heat-transferring pipes, the aluminum foil plate that improves heat conduction, and the finished surface, both inside and outside. 
In this thesis, an optimum design was obtained by evaluating the thermal capacity, the uniformity of the surface temperature distribution and the panel cost, which are considered by the radiant heating-cooling panel designers. The thickness and the width of the aluminum foil use for different pipe distances were evaluated. In the scope of the thesis, the center point of the distance between the two pipes in the line is assumed as thermal symmetry and the heat transfer from the water to the inner and outer air is solved by performing two dimensional numerical modeling. Numerical thermal performance of the wall structure has been investigated for different boundary conditions and panel designs.
All of the numerical analysis studies were carried out using ANSYS 15, which is a commercial package program for numerical modeling and which contains special modules for different stages of the modeling process. After the two-dimensional wall geometry was created in the Design Modeler program, the meshing was performed using the finite volume method. Numerical solutions have been made in Fluent, which is a computational fluid dynamics software widely used by engineers. The results were visually inspected using CFD Post software as the final processor program. The results obtained by numerical studies were validated with experimental study. 
In addition, economic analysis was carried out taking into consideration the investment and operation costs of the wall structure. The thermo-economical optimization of the foil width and thickness is made by the cost calculations and the obtained thermal performance results.

Keywords: Wall heating, hybrid wall, computational fluid dynamics, experimental validation, thermoeconomic analysiS