Investigation of Tricklevent Innovative Passive Facade Ventilation System in Terms of Thermal Comfort and Energy Saving

Öz

In our study, the effects of the Tricklevent passive ventilation system with the international patent application number 2013/08326 on thermal comfort and energy saving were examined. Tricklevent innovative passive ventilation system is a ventilation system placed on the facade and controlled by an automation system designed vertically or horizontally. In our study, a 14 m2 prototype room with Tricklevent system was built and measurements were taken from places determined by thermocouples as the system was closed-open. The tests were conducted at 11:00 am during the hottest hours of the day on August 15-16, 2021. The system was also analyzed with computational fluid mechanics software. For numerical analysis, the Re number was calculated and it was determined that the flow was turbulent. The k-Ɛ turbulence model was used in the analyses. In the analysis, independence from the network was studied. The Discrete Transfer model was used as the radiation model. 1009 W/m2 solar load is defined. The velocity of the ambient air is calculated as 1.94 m/s, the pressure difference is 2.19 Pa and the air flow to be taken from the system is calculated as 0.024 m3/s. According to the results obtained in the tests, it has been determined that when the Tricklevent system is turned off, the indoor temperature exceeds the ambient temperature within 16 minutes with the effect of radiation, and the indoor temperature reaches a maximum of 30 °C in 16 minutes and 34.5 °C after 24 minutes when the system is on. It has been determined that a temperature drop of 2-3 oC is sufficient when Tricklevent Y.P.H.S is on, while the air conditioner should provide a temperature drop of approximately 6.5-7.5 oC when the system is off. It has been observed that the compressor operating time will be longer when the system is off. As a result of the study, it was seen that 14 kWh energy saving was achieved in the prototype room. According to the power of the air conditioner, as a result of not operating the air conditioner for 16 minutes, 16% savings were achieved in a 1-hour period. Depending on the height of the building, the operating time of the air conditioner can be up to 34 minutes with the advantage provided in air flow and temperature. This showed that the energy savings to be made can be between 16-50% in 1 hour time.

Anahtar Kelimeler

• Passive ventilation
• energy saving
• energy
• thermal comfort
• Tricklevent
• ventilation
• computational fluid mechanics
• Building facade systems

Proje Numarası

3191144

Tricklevent Yenilikçi Pasif Cephe Havalandırma Sisteminin Isıl Konfor ve Enerji Tasarrufu Açısından İncelenmesi

Öz

Çalışmamızda 2013/08326 başvuru numaralı uluslararası patent numaralı Tricklevent pasif havalandırma sisteminin ısıl konfora etkilerini ve enerji tasarrufunu incelenmiştir. Tricklevent yenilikçi pasif havalandırma sistemi, cepheye yerleştirilen ve dikey veya yatay olarak tasarlanmış bir otomasyon sistemi ile kontrol edilen bir havalandırma sistemidir. Çalışmamızda Tricklevent sistemli 14 m2'lik bir prototip odası inşa edilmiş ve sistem kapalı-açık olarak termokupllarla belirlenen yerlerden ölçümler alınmıştır. Testler, 15-16 Ağustos 2021 tarihinde günün en sıcak saatlerinde saat 11:00'de gerçekleştirildi. Sistem ayrıca hesaplamalı akışkanlar mekaniği yazılımı ile analiz edilmiştir. Sayısal analiz için Re sayısı hesaplanmış ve akışın türbülanslı olduğu belirlenmiştir. Analizlerde k-Ɛ türbülans modeli kullanılmıştır. Analizde ağdan bağımsızlık çalışması yapılmıştır. Radyasyon modeli olarak Ayrık Transfer modeli kullanılmıştır. 1009 W/m2 güneş yükü tanımı yapılmıştır. Ortam havasının hızı 1,94 m/s, basınç farkı 2,19 Pa ve sistemden alınacak hava debisi 0,024 m3/s olarak hesaplanmıştır. Testlerde elde edilen sonuçlara göre Tricklevent sistemi kapatıldığında iç ortam sıcaklığınnın radyasyon etkisiyle 16 dk içinde ortam sıcaklığını aştığı, sistem açıkken iç ortam sıcaklığının 16 dakikada maksimum 30 °C'ye, 24 dakika sonra ise 34,5 °C'ye ulaştığı tespit edilmiştir.. Tricklevent Y.P.H.S açıkken ortamda 2-3 oC'lik bir sıcaklık düşmesinin yeterli olduğu, sistem kapalıyken ise klimanın yaklaşık 6,5-7,5 oC'lik bir sıcaklık düşüşü sağlaması gerektiği belirlenmiştir. Kompresör çalışma süresi sistem kapalıyken daha fazla olacağı görülmüştür. Çalışma sonucunda prototip odasında 14 kwh enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür. Klimanın gücüne göre klimanın 16 dakika çalıştırılmaması sonucunda 1 saatlik sürede %16 tasarruf sağlanmıştır. Binanın yüksekliğine bağlı olarak hava akışı ve sıcaklıkta sağlanan avantaj ile klimanın çalışma süresi 34 dakikaya kadar çıkabilmektedir. Bu, yapılacak enerji tasarrufunun 1 saatlik zaman içinde %16-50 arasında olabileceğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Pasif havalandırma
• enerji tasarrufu
• enerji
• ısıl konfor
• Tricklevent
• havalandırma
• hesaplamalı akışkanlar meknaiği
• Bina cephe sistemleri

Destekleyen Kurum

Tübitak

Proje Numarası

3191144

Teşekkür

Projemizi destekleyen Tübitak Yönetimine teşekkür ederiz.

Kaynakça

1. Ansi/Ashrae. (2004). ANSI/ASHRAE 55:2004 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Ashrae, 2004, 30. https://doi.org/10.1007/s11926-011-0203-9.
2. Coussirat, M., Guardo, A., Jou, E., Egusquiza, E., Cuerva, E., & Alavedra, P. (2008). Performance and influence of numerical sub-models on the CFD simulation of free and forced convection in double-glazed ventilated façades. Energy and Buildings, 40(10), 1781–1789. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2008.03.009.
3. Erkenel, A. (2006). YÜKSEK BİNA STRÜKTÜREL VE KABUK ALT SİSTEMLERİNİN İLİŞKİSİ VE GELİŞİMİ.
4. Hien, W. N., Liping, W., Chandra, A. N., Pandey, A. R., & Xiaolin, W. (2005). Effects of double glazed facade on energy consumption, thermal comfort and condensation for a typical office building in Singapore. Energy and Buildings, 37(6), 563–572. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.08.004.
5. Hoyt, A., Lee, T., Ho Zhang, K., Hoyt, T., Ho Lee, K., Zhang, H., & Arens, E. (2009). Publication Date ENERGY SAVINGS FROM EXTENDED AIR TEMPERATURE SETPOINTS AND REDUCTIONS IN ROOM AIR MIXING. Environmental Ergonomics. https://escholarship.org/uc/item/28x9d7xj.
6. Jubran, A., & Peter, B. (2019). Reducing high energy demand associated with air-conditioning needs in Saudi Arabia. Energies, 12(1). https://doi.org/10.3390/en12010087.
7. Lakot, E. (2007). Ekolojik ve sürdürülebilir mimarlık bağlamında enerji etkin çift kabuklu bina cephe tasarımlarının günümüz mimarisindeki yeri ve performansı üzerine analiz çalışması. Karadeniz Teknik Üniversitesi.
8. Sathyajith Mathew. (2006). Wind Energy: Fundamentals, Resource Analysis and Economics. Wiley. Shameri, M. A., Alghoul, M. A., Sopian, K., Zain, M. F. M., & Elayeb, O. (2011). Perspectives of double skin façade systems in buildings and energy saving. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(3), 1468–1475. https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.10.016.

9. Sunardi, C., Hikmat, Y. P., Margana, A. S., Sumeru, K., & Sukri, M. F. bin. (2020). Effect of room temperature set points on energy consumption in a residential air conditioning. AIP Conference Proceedings, 2248(July). https://doi.org/10.1063/5.0018806.
10. Ünal, M. (2006). ÇİFT KABUK CEPHELERİN SİSTEMATİK ANALİZİ VE UYGULAMA ÖRNEKLERİNİN İNCELENMESİ. MİMAR SİNAN GÜZEL SANATLAR ÜNİVERSİTESİ.
11. Yilmaz, Z. (2006). Akıllı Binalar ve Yenilenebilir Enerji. Tesisat Mühendisliği Dergisi, 91, 7–15.
12. Yilmaz, Z., & Çetintaş, F. (2005). Double skin façade’s effects on heat losses of office buildings in Istanbul. Energy and Buildings, 37(7), 691–697. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2004.07.010.
13. Zhou, J., & Chen, Y. (2010). A review on applying ventilated double-skin facade to buildings in hot-summer and cold-winter zone in China. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(4), 1321–1328. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2009.11.017.