A numerical investigation of thermal comfort with different air diffusers at enclosed office space

Abstract

People spend most of their time in indoor environments, which highlights the significance of heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems in these spaces. While ensuring the comfort of occupants in indoor spaces, it is also essential to maintain the efficient operation of these systems. Studies related to this topic are ongoing in the present day. HVAC should not only be seen as individual devices within it, but rather as a whole system. By doing so, the efficiency of each component can be enhanced. HVAC systems consist of various components, including heating and cooling units, ventilation units, dampers, air terminals, louvers, ducts, and pipes, among others. One of the most crucial elements that interact with the indoor environment is the air terminal. In this thesis, the interaction of air terminals with occupants in indoor spaces was observed and visualized using Computational Fluid Dynamics (CFD). Three types of diffusers were used in the study: square diffuser, four-way swirl diffuser, and a hexagonal diffuser designed by Cem Keskin. The interaction of these diffusers with the air inside the room, their airflow characteristics, and their impact on thermal comfort were investigated. The Fanger method's six variables were discussed in this context. Based on the findings, it was observed that the airflow characteristics of the hexagonal diffuser varied based on the openings, while the four-way swirl diffuser was found unsuitable for providing thermal comfort in an office environment. Additionally, when aiming for even air distribution, there is no energy difference among the diffusers. However, if only a specific area require conditioning, it's noticeable that the hexagonal diffuser consumes less energy compared to the other types of diffusers.

İnsanlar çoğu zamanını kapalı ortamlarda geçirdiğinden dolayı bu alanların ısıtma, soğutma ve havalandırması (HVAC) büyük önem arz etmektedir. Kapalı alanda bulunun sakinlerin konforu sağlanırken aynı zamanda bu sistemlerin verimli çalışabilmesi sağlanmalıdır. Bu konuyla ilgili çalışmalar günümüzde devam etmektedir. HVAC sadece içerisindeki ana cihazlarla alınmamalı aksine bir bütün olarak gözler önüne serilmelidir. Böylelikle, içerisindeki her bir yapı taşının verimi arttırılabilir. HVAC sistemleri birçok komponentten oluşmaktadır. Bunlar içerisinde ısıtma soğutma üniteleri, havalandırma üniteleri, damperler, hava terminalleri, panjurlar, kanallar, borular gibi birçok element sıralanabilir. Kapalı alan içerisinde onunla etkileşime geçen en önemli unsur ise hava terminalleridir. Bu tez çalışmasında hava terminallerinin kapalı alandaki sakinler ile nasıl bir etkileşim içerisinde oldukları Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) kullanılarak gözlemlenip görselleştirilmiştir. Tezde kara difüzör, dört yön üflemeli swirl difüzör ve Cem Keskin tarafından tasarımı yapılan altıgen bir difüzör kullanılmıştır. Bu difüzörlerin oda içerisindeki hava ile etkileşimi, hava karakteristikleri ve ısıl konfora etkisi gözlemlenmiştir. Fanger tarafından bulunan methodun 6 değişkeni hakkında bahsedilmiştir. Bunlar ışığında, altıgen difüzörün hava karakteristiği açıklıklarına göre değiştiği sonucuna varılmış, dört yön üflemeli swirl difüzörün ise ofis ortamında ısıl konforu sağlamak için uygun olmadığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca eşit hava dağılımı hedeflendiğinde difüzörler arasında enerji farkı oluşmamamıştır. Ancak yalnızca belirli bir alanın şartlandırılması gerekiyorsa, altıgen difüzörün diğer difüzör türlerine göre daha az enerji tükettiği fark edilmiştir.