Investigation of thermal comfort parameters in bus design
Otobüs tasarımında ısıl konfor değişkenlerinin incelenmesi
- Tez No: 382774
- Danışmanlar: PROF. DR. HALİL RIDVAN ÖZ, PROF. DR. NADER NADA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Fatih Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 223
Özet
Isıl konfor konusu, insan vücudu ile çevresi arasındaki ısı ve kütle transferi ve ergonomi bağlamında, ev ve ofis gibi binalar ve araç kabinleri gibi insanların belli sürelerle bulunmak zorunda oldukları bütün iç ortamlarla ilgili olup, zamanla daha fazla önem kazanmaktadır. Özellikle araç yolcu kabinleri gibi ortamlarda hacmin çok küçük olmasından dolayı iklimlendirme sırasında çevresel şartlar çok hızlı değişmekte ve içerideki yolcular ve şoförler araç kabininin iklimlendirilmesi esnasında, tipik bir insan-araç etkileşim örneği olarak, oldukça değişken hava akımlarına maruz kalmaktadırlar. Isıl konfor alanında genelde çok sayıda çalışma yapılmış olmasına karşın bunların çok büyük çoğunluğu binalarla ilgili olup, sadece çok az kısmı araçlardaki ısıl konfor ile ilgilidir ve araçlarla ilgili yapılmış çalışmaların çoğu da otomobiller ile alakalıdır. Tez çalışmaları sırasında yapılan literatür araştırmalarında genelde otobüs ve özelde ise şehirlerarası seyehat otobüsleriyle ilgili olarak gerek yurt içinde ve gerekse de yurt dışında hem teorik ve hem de deneysel olarak yolcuların ısıl konfor durumlarını sistematik olarak inceleyen herhangi başka bir çalışmaya rastlanmamıştır. Özellikle direkt otobüsler için iklimlendirme temel elemanlarının tasarım, test ve ısıl konfor değerlendirme adımlarını sırasıyla açıklayan doktora düzeyinde bir çalışmaya literatürde rastlanmamıştır. Bu sebeple, bu tez çalışmasının, kullandığı metodolojinin de genel ve esasen tüm araçlara uygulanabilir olması nedeniyle, ileride otomotiv endüstrisi için araçların ısıl konfor parametrelerinin belirlenmesinde çok iyi bir referans olabileceği rahatlıkla söylenebilir. Bu çalışmada analiz için yurt dışındaki özel bir klimatik kabinde 7 saat boyunca sabit -20 altında bırakılan bir şehirlerarası otobüsün mevcut tam performans ısıtma testi verileri kullanılmıştır. Çalışma sırasında uygulanan yaklaşım ve kullanılan matematiksel model, benzer şekilde soğutma ve regülasyon eğrilerinin veri toplama sistemleri ve sensörler aracılığıyla deneysel olarak çıkarılması kaydıyla, aynı zamanda soğutma ve regülasyon testleri için de geçerlidir. Geri kalan işlem adımları oldukça benzer olacaktır. Tam performans ısıtma sürecinin insan fizyolojisi ve ısıl konfora etkilerinin hesaplanabilmesi için otobüs içerisindeki dinamik ve değişken ısıl şartların hassas bir şekilde tesbit edilmesi şarttır. Bunun için vaktiyle bizzat kendi sorumlu olduğum ve şehirlerarası otobüs iklimlendirme (HVAC) geliştirme çalışmaları kapsamında özel bir klimatik kabin içinde kaydedilmiş mevcut test veri seti kullanılmıştır. Bu veri setinde otobüs içerisindeki 30 noktada hava sıcaklığı, bir noktada bağıl nem ve 216 noktada ise hava hızları ölçüm verileri mevcuttur. Hava hız ölçümleri herbir yolcu için baş, göğüs, diz ve ayak hizalarında yapılmış ve bütün değerlerin önce kendi aralarında ortalamaları alınmış ve daha sonra ortalama baş, göğüs, diz ve ayak değerleri hesaplanmıştır. Son olarak bu ortalama değerlerin de tekrar ortalamaları alınarak geri kalan tüm hesaplamalarda kullanılmak üzere bütün araç için tek bir ortalama hava hızı değeri tesbit edilmiş ve bu değer analiz sırasında ana değişkenlerden biri olarak dikkate alınmıştır. Hesaplamalar sırasında gerekli olan yolcu-koltuk ve yolcu-sırtlık ara yüzey sıcaklıklarını ifade eden matematiksel ifadeler, Burch ve ark. çalışmasından alınmıştır. Çünkü pratikte böyle bir testi sırf bu verileri ilaveten toplayabilmek için tekrar etmek oldukça maliyetlidir ve 90 dakika boyunca birisinin -20 de 1,5clo giyimle araç içinde bulunmasını gerektirmektedir ki; bu da pratikte oldukça zordur. Benzer şekilde deri ve vücut iç bölme sıcaklıkları da, -20 altında yapılacak direkt ölçümlerin zorluğundan dolayı, direkt ölçüm yerine ilk nötral sıcaklıklardan başlayarak bilinen matematiksel denklemler kullanılmak suretiyle hesaplanarak tesbit edilmiştir. Yapılan analizlerde otobüs içerisinde çok sayıda yolcu olması sebebiyle, pratik sebeplerden dolayı, yerel konforsuzluklar göz ardı edilmiş ve insan vücudu diğer bazı çalışmalarda olduğu gibi 16 parça olarak değil de, yekpare tek bir parça olarak kabul edilmiş ve hesaplamalar ona göre yapılmıştır. Çalışmada ısıl konfor uygulamalarında genel olarak kullanılan çeşitli Enerji Denge Modelleri açıklanmıştır. Bununla beraber, insan vücudu ile çevresi arasındaki ısı ve kütle transfer hesapları ve insan vücudunun fizyolojik ısıl ayar kontrol mekanizmasını açıklayan matematiksel model olarak Gagge ve ark. (1971) tarafından geliştirilen İki Bölmeli Anlık Enerji Dengesi Modeli kullanılmıştır. Matematiksel hesaplamalar bu çalışma için özel olarak yazılmış bir Matlab kodu ile gerçekleştirilmiştir. Bu kod vasıtasıyla önemli ana giriş değişkenlerini değiştirerek bunların direkt olarak araç içerisindeki yolcuların ısıl konforuna etkilerini gözlemlemek mümkün olabilmektedir. Bu tez çalışmasında, -ısıtma periyodu sırasındaki hızlı değişken şartlarda- vücuttan olan duyulur ve gizli ısı geçişleri, deri ve iç bölme sıcaklıkları, solunumla olan kayıplar, deri ıslaklığı, vücut ısıl ayar kontrol sinyalleri, kan akış debisi, derinin vücut ağırlığına oranı, ısıl duyum, ısıl konfor ve ısıl konforsuzluk üzerindeki etkileri detaylı olarak incelenmiş ve elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Bu tez çalışması ile otomotiv sahasında bir otobüsün iklimlendirme tasarımı sonrasında yolcuların ısıl konforun düzeyinin tesbiti amacıyla, genel bir test ve ısıl konfor hesaplama modelinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Böylelikle araç kabini ortam sıcaklığı ve bağıl nemi, araç içi ısıtma elemanlarının toplam kapasitesi ve dağılımları, yolcuları etkileyen ortalama hava hızı ve giysi yalıtımı, vb. gibi değişkenlerin yolcuların ısıl konforu üzerindeki etkilerini anlamak, karşılaştırmak ve araç tasarımını ona göre şekillendirmek mümkün olabilecektir.
Özet (Çeviri)
The subject of thermal comfort becomes more and more important by the time in the field of heat and mass transfer and ergonomics since it concerns all indoor environments such as buildings, offices and all vehicle compartments. The ambient conditions specifically inside vehicle compartments vary rapidly due to relatively very limited spaces and as a typical example of human-vehicle interactions, the passengers and drivers face with dynamic and transient air flows during air conditioning of vehicle compartments. Although there are so many studies on thermal comfort in general, most of them are related with buildings and only a very small amount of them investigate thermal comfort in vehicles and vehicle related studies are mainly on cars. No any study was met in the literature either abroad or in our country which investigates both theoretically and experimentally the thermal comfort of passengers inside a bus and in particular inside a coach. Especially a study at a doctorate of philosophy level directly for busses, such as this current study explaining related basic steps during bus HVAC design, testing and thermal comfort evaluation was not met in the literature. Therefore, it is believed that this PhD Thesis work will be a good reference for automotive industry for thermal comfort assessment of busses and also other vehicles in the future. A special experimental work was included in the current thesis by means of a full-performance heating test of a coach left under -20 for more than 7 hours within a climatic chamber. The approach and the model given here are valid also for cooling and regulation tests as long as the cooling and regulation curves data is obtained by testing through data acquisition. The rest of the procedure is very similar. Dynamic and variable thermal conditions of the bus interior during heating period for instance must be precisely determined in order to calculate their effects on human physiology and thermal comfort at the end. To achieve that an existing previous test data set acquired within a climatic chamber for AC development purposes under my responsibility was used. In this data set air temperatures at 30 points, relative humidity at one point and air velocities at 216 points were measured respectively in a coach. The air velocity measurements were performed for each passenger in all seats at head, chest, knee and foot levels and then all values were averaged within their self and then the averaged head, chest, knee and foot levels were calculated. These averaged values were again averaged and at the end a key air velocity parameter value was determined for the complete bus to use during all calculations. The mathematical relations for interface temperatures between passenger-seat and between passenger-back support were taken from Burch et al. study. Because in practice it is very difficult to repeat such a test due to very high cost of instrumentation and climatic chamber rental and to acquire this data by placing a passenger with 1,5clo clothing under -20 for at least 90minutes. Skin temperatures were determined through calculation rather than measurement starting from initial neutral skin temperature and known mathematical relations due to impracticality of skin temperature measurement under -20 . Due to high number of passengers inside local discomfort was ignored due to practical reasons and instead of dividing the human body into 16 sedentary segments as in some other studies, human body was taken as one complete piece through the analysis. Various Energy Balance Models commonly used for human body in the thermal comfort applications were explained in the study. But for the mathematical model of heat and mass transfer between the human body and its environment and physiological thermoregulatory control mechanisms of the human body, only the Transient Energy Balance Model given by Gagge et al. in 1971 was used to calculate the changes in thermal parameters. Mathematical calculations were conducted by means of a specially written Matlab code. Through this code it is possible to change main important input parameters and see their effects directly on thermal comfort inside the vehicle. A detailed investigation of the effects of fast transient conditions during heating period on the sensible and latent heat transfer from the body, core and skin temperatures, respiratory losses, skin wettedness, control signal values, blood flow relations, skin to body weight ratio, thermal sensation, thermal comfort and thermal discomfort was carried out and all results were discussed. By this study, it was aimed to describe a testing and thermal comfort calculation model for the thermal comfort assessment of a bus HVAC design in automotive business to compare the effects of changing parameters such as ambient temperature, overall capacity of heating components inside the vehicle and their distribution in the cabin, average air velocity over passengers, relative humidity and clothing ensemble, etc.
Benzer Tezler
- Otomobillerde ısıl konfor parametrelerinin incelenmesi
İnvestigation of thermal comfort parameters in an automobiles
ÖMER KAYNAKLI
Doktora
Türkçe
2004
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. RECEP YAMANKARADENİZ
- Isıl konfor parametrelerinin insan üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of thermal comfort parameters on human body
İBRAHİM ATMACA
Doktora
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULVAHAP YİĞİT
- Çay fabrikasında gürültü, titreşim ve termal konfor parametreleri'nin araştırılması
Investigation of noise, vibration thermal comfort parameters in A TEA factory
HÜSEYİN YAMAÇ YILDIZLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Sağlık EğitimiAvrasya Üniversitesiİş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TÜFEKÇİ
- Ofis yapılarında iç mekan konforunun değerlendirilmesi
Evoluation of interior comfort in office buildings
MELEK ÖZDAMAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
MimarlıkTrakya ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİLİZ UMAROĞULLARI
- Denim kumaşların tekrarlı aşındırma işlemleriyle mekanik ve termal özelliklerindeki değişimin incelenmesi
Investigation of changes in mechanical and thermal properties of denim fabrics by repeated abrasion processes
ESRA KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ DEMİRYÜREK