Çift camlı pencerede ısı transferinin sayısal olarak incelenmesi

Yıl 2014, Cilt: 30 Sayı: 3, 184 - 192, 01.06.2014

Evrim Özrahat Sebahattin Ünalan

Öz

Bu çalışmada, çift camlı pencerenin iki camı arasındaki gaz tabaka kalınlığının ısı transferi üzerindeki etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Farklı kalınlılardaki (6, 9, 12, 15, 18, 24 ve 30 mm) gaz katmanı değerleri için hesaplamalar atmosferik basınçta (101325 Pa) kuru hava ve argon, vakum basınçta (50663 Pa) kuru hava için gerçekleştirilmişti r. Hesaplamalarda, çift camlı pencerenin dış yüzeyinde 6 W/m 2 K taşınım katsayısı ve 258 K ortam sıcaklığı ile zorlanmış taşınım ve iç tarafta ise 293 K ortam sıcaklığında doğal taşınım kabul edilmiştir. Gaz tabaka içinde ısı transferi mekanizması olarak sa dece doğal taşınım ve iletim düşünülmüş radyasyon etkisi ihmal edilmiştir. Asıl hesaplamalardan önce sabit sıcaklıklı (343 K) düşey yüzeylerde, sayısal doğal taşınım hesaplamaları için en uygun türbülans modeli ve duvar fonksiyonu araştırılmıştır. Sayısal sonuçların literatürdeki deneysel sonuçlarla mukayesesi en uygun model olarak RNG (Renormalization group) k - ε türbülans modeli ve iyileştirilmiş duvar fonksiyonunu (enhanced wall treatment) işaret etmiştir. Tüm sayısal hesaplamalar FLUENT bilgisayar kodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesaplamalara göre gaz tabaka kalınlığının artışına bağlı olarak, kritik bir değere kadar, tüm çift camlı pencere üzerinden dışarıya kaçan ısı akısı azalmıştır. Kritik kalınlık değerinden sonra ise ısı akısı hemen hemen s abit kalmıştır. Kritik kalınlık değerleri, atmosferik basınçtaki hava ve argon için 12 mm, vakum basınçtaki kuru hava (vakum) için 24 mm’dir. Ulaşılan ısı tasarruf oranları hava ile %55 lik düşük değerde iken, vakumlu hava ile % 63 lük yüksek bir değer ola rak tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Çift Camlı Pencere, Bileşik Isı Transferi

Numerical modeling of double pane window

Öz

In this study, the effects of the gas layer thickness between the two panes of the double - pane window on the heat transfer is numerically investigated. Calculations with different values of the gas layer thickness (6, 9, 12, 15, 18, 24, 27 and 30 mm) are realized for dry air and argon at atmospheric pressure of 101325 Pa, dry air at vacu um pressure of 50663 Pa. In the calculations, on the outer surface facing outside forced convection with 6 W/m 2 K at 258 K, on the outer surface facing inside natural convection at 293 K is applied. Only natural convection and conduction is considered by ne glecting radiation heat transfer as heat transfer mechanism. Before the main calculations, the most reasonable turbulence and wall function model for numerical natural convection calculations for the vertical faces with 343 K constant temperature is search ed. The comparison of numerical results with experimental results of the literatüre indicated that the most acceptable model and wall function is RNG (Renormalization Group) k - e turbulence model and enhanced wall treatment. . All the calculations are perfo rmed by a commercial CFD code FLUENT. The results for different thickness of the gas layer exhibited that the heat loss through the double pane window is decreased up to the critical value. The thickness values more than critical value caused constant heat transfer. Critical gas layer thickness is 12 mm for dry air and argon at 1 atm pressure, 24 mm for dry air at vacuum pressure (vacuum). Heat saving rates achived are determined as 55% with air as minimum value and as 63% with argon as maximum value.

Anahtar Kelimeler

Computational Fluid Dynamics, Double Pane Window, Conjugate Heat Transfer

Kaynakça

• Aydın, O., Conjugate heat transfer analysis of double pane windows, Building and Environment,, vol. 41, pp. 109- , 2005.
• Aydın, O., Determination of optimum air-layer thickness in double pane windows, Energy and Buildings, 32, 303- , 2000
• Arıcı, M., Karabay, H., Energy and Buildings, vol.42, pp. 1778, 2010.
• Abodahab, N., Muneer, T., Free convection analysis of a window cavity and its longitudional temperature profile, Energy Conversion Management, 39, 257-267, 1998.
• Weir, G., Muneer, T., Energy and environmental impact analysis of double-glazed Windows, Energy Conversions Management, 39, 243-256, 1998
• Garvin, S. L., Wilson. J., Environmental conditions in window frames with double-glazing units, Construction and Building Materials, 12, 289-302, 1998
• D’Orazio, M. C., Cianfirini, C., Corcione, M., Rayleigh- Benard convection in tall rectangular enclosures, Int. Journal of Thermal Sciences, 43, 135-144, 2004.
• Kimura, S., Okajima, A., Kiwata, T., Conjugate natural convection from a vertical heated slab, Int. Journal of Heat and Mass Transfer, 41, 3203-3211, 1998
• Eriksson , T., Granqvist, C., Karlsson, J., Transparent thermal insulation with infrared absorbing gases, Solar Energy Mater, 16, 243-253, 1987
• Incropera, F. P., DeWitt D. P., Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, Literatür Yayıncılık, İstanbul, Şubat 2001.