Bu çalışmada, iki katlı müstakil mini bir ev modeli üzerinde petekli ve zeminden ısıtma sistemlerinin iç ortam sıcaklık dağılımına, ısınma hızına ve sıcaklık katmanlaşmasına etkisi CFD yöntemiyle incelenmiştir.
Bina dış yüzeylerinin doğrudan dış ortama açık olduğu kabul edilmiş, dış ortam hava sıcaklığının yapı malzemeleri üzerindeki etkisi ve dış yüzeylerden gerçekleşen ısı kayıpları analize dahil edilmiştir. Başlangıç koşulunda iç hava, dış hava ve solid yapı elemanlarının tamamı 15 °C olarak tanımlanmış; böylece ısıtmanın, yapının en soğuk başlangıç koşulundan itibaren gerçekleşmesi sağlanmıştır.
Bu yaklaşım sayesinde yalnızca iç havanın değil, aynı zamanda duvar, cam ve diğer yapı elemanlarının ısıl ataleti de hesaba katılmıştır.
Modelde giriş kat ve üst katta ayrı ayrı 7000 W ısı girdisi uygulanmış, toplam ısıtma gücü 14000 W olarak belirlenmiştir. Dış yüzeylerde 25 W/m²K taşınım katsayısı kullanılarak dış ortamla olan konvektif ısı kayıpları hesaba katılmıştır. Zemin yüzeyi toprakla temas ettiği ve toprak hacmi ayrıca modellenmediği için karşılaştırmalı analizlerde zemin sınır şartı adyabatik olarak kabul edilmiştir.
Modelde ayrıca giriş kısmında ve üst katta bulunan havalandırma ventleri yer almakta; bu sayede doğal taşınım, katlar arası sıcak hava hareketi, merdiven etkisi ve havalandırma kaynaklı ısı kayıpları da değerlendirmeye dahil edilmiştir.
Analizlerde dört farklı ısıtma senaryosu incelenmiştir:
- Senaryo 1: Giriş kat zeminden ısıtma, üst kat petekli ısıtma
Giriş katta geniş yüzeyden yayılan daha homojen bir ısı dağılımı beklenirken, üst katta petek etkisiyle daha belirgin sıcak hava yükselmesi ve sıcaklık katmanlaşması oluşması beklenmektedir. - Senaryo 2: Giriş kat zeminden ısıtma, üst kat zeminden ısıtma
Her iki katta da ısı zeminden geniş bir yüzey alanı üzerinden aktarıldığı için sıcaklık dağılımının daha dengeli olması beklenir. Ancak döşeme ve yapı kütlesinin ısıl ataleti nedeniyle ilk ısınma süreci daha yavaş gerçekleşebilir. - Senaryo 3: Giriş kat petekli ısıtma, üst kat zeminden ısıtma
Giriş katta petek kaynaklı güçlü doğal taşınım ve daha hızlı hava ısınması oluşurken, üst katta zeminden ısıtma etkisiyle daha dengeli bir sıcaklık dağılımı beklenmektedir. Bu senaryo, özellikle alt kattan üst kata sıcak hava taşınımının etkisini incelemek için önemlidir. - Senaryo 4: Giriş kat petekli ısıtma, üst kat petekli ısıtma
Her iki katta da radyatörlerden yükselen sıcak hava akımları belirginleşir. Bu senaryoda iç hava sıcaklığının daha hızlı artması beklenirken, tavan bölgelerinde sıcak hava birikimi ve düşey sıcaklık katmanlaşması daha güçlü şekilde gözlemlenebilir.
Her senaryo için eş zamanlı olarak kaydedilen analiz videosunu görüntülemek için:
Sonuç: Analiz sonunda sistemleri ayıran ana fark, ısıtma gücünden çok ısıyı hacme verme biçimi oldu.
Analiz sonuçlarında, ısıtma sisteminin tipine bağlı olarak iç hacimde belirgin sıcaklık katmanlaşması oluştuğu görülmüştür. Özellikle petekli ısıtma kullanılan senaryolarda, radyatör yüzeylerinden yükselen sıcak hava akımları nedeniyle sıcak hava üst kotlara ve tavan bölgelerine taşınma eğilimi göstermiştir. Bu durum, yaşam bölgesi ile tavan seviyesi arasında sıcaklık farkı oluşmasına neden olmuştur.
Zeminden ısıtma kullanılan senaryolarda ise ısı daha geniş bir yüzeyden ve daha düşük hızlarla ortama aktarıldığı için sıcaklık dağılımı daha homojen gerçekleşmiş, ancak yapı elemanlarının başlangıçta soğuk olması ve ısıl ataleti nedeniyle ortam sıcaklığının yükselmesi daha yavaş ilerlemiştir. Bu nedenle çalışmada yalnızca ortalama sıcaklık değeri değil; düşey sıcaklık profili, katlar arası sıcak hava hareketi, yaşam bölgesindeki sıcaklık homojenliği ve ısıtma sistemlerinin ilk kalkış davranışı da karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
