Investigations of indoor thermal and air flow conditions in a tobacco warehouse

Abstract

Bu çalışma, doğal ve hibrit havalandırmalı endüstriyel binaların ısıl performansınıve iç ortam koşullarını araştırmaktadır. Sayısal analizler ve deneysel ölçümler İzmir'debulunan bir tütün deposunda gerçekleştirilmiştir. Üç farklı yaklaşımla parametrikanalizler yapılmıştır: i) 15 mimari tasarım stratejisi duyarlılık analizleri kullanılarakdeğerlendirilmiştir. Çatı yalıtım kalınlığı, gölgeleme projeksiyon faktörü ve gölgelemeaçısının ısıtma ve soğutma gereksinimlerini önemli ölçüde etkilediği bulunmuştur. Ayrıcaişletme CO2 emisyonlarını en çok etkileyen faktörler yalıtım malzemesi kalınlığı ve ısıyalıtım malzemesinin iletkenliğidir. ii) Depolanan ürün kalitesi için çok önemli olandikey ve hacimsel sıcaklık gradyanları, saha ölçümleri ve CFD simülasyonları aracılığıyladeğerlendirilmiştir. Tavana monte radyant soğutma sistemleri, iç ortam sıcaklıklarını 3°Cdüşürürken, yerden ısıtma sistemleri sıcaklıkları 7°C artırarak, 21-25°C'lik tutarlı; tanımlıiç ortam sıcaklık değerlerinde bir aralık sağlamaktadır. Maksimum yükler soğutma için12,9W/m2, ısıtma için 39,6W/m2 olarak belirlenmiştir. iii) Farklı havalandırmakoşullarının hava değişim etkisi analiz edilmiştir. Dört ek fan, hava değişim kalitesiniiyileştirmiş ve havanın ortalama yaşını 1230 saniyeden 525 saniyeye düşürmüştür. Ekfanlar havanın ortalama yaşını düşürebilirken, artan hava değişim etkinliği elde etmekiçin fan çalışma kapasitelerinin maksimize edilmesinin zorunlu olmadığı ortaya çıkmıştır.Ayrıca, çeşitli fan çalışma senaryolarının analizi, iç ortam koşullarının ve enerjiverimliliğinin iyileştirilmesinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu tez, iç ortam koşullarını veenerji tüketimini etkilemede tasarım parametrelerinin önemini vurgulamaktadır. Termalhava karıştırma ve şartlandırma stratejilerinin araştırılması, birleşik bir deneysel vesayısal yaklaşıma duyulan ihtiyacın altını çizmektedir. Bulgular, sıcaklığa duyarlıürünleri depolayan ambarlar için etkili çözümlere katkıda bulunurken, optimumdepolama koşulları sağlamakta ve lojistik operasyonlar sırasında oluşan sıcaklıkdeğişimlerini azaltmaktadır.

This study investigates the thermal performance and indoor environmentconditions of naturally and hybrid ventilated industrial buildings. Numerical analyses andexperimental measurements were conducted in a tobacco warehouse in İzmir, Turkey.Parametric analyses were performed with three different approaches: i) 15 architecturaldesign strategies are evaluated by using a sensitivity analysis. It is found that roofinsulation thickness, shading projection factor, and shading angle have significant impacton heating and cooling requirements. In addition, the most influential factors onoperational CO2 emissions are thickness of insulation material and conductivity ofthermal insulation material. ii) Vertical and volumetric temperature gradients, crucial forstored product quality, are assessed through field measurements and CFD simulations.Ceiling-mounted radiant cooling systems reduced indoor temperatures by 3°C, whilefloor heating systems increased temperatures by 7°C, ensuring a consistent range of 21-25°C by providing a range at defined indoor temperature values. Maximum loads aredetermined as 12.9W/m2 for cooling and 39.6W/m2 for heating. iii) The air changeeffectivenesses of different ventilation conditions are analysed. Four additional fansimproved air exchange quality and decreased the volumetric mean age of air (AoA) from1230 to 525 seconds. It is indicated that, while additional fans may decrease the meanAoA, maximizing the fan operation capacities is not obligatory to achieve increased airchange effectiveness. Besides, the analysis of various fan operation scenariossignificantly improves indoor environment conditions and energy efficiency. This thesisemphasizes the importance of design parameters in influencing indoor environmentalconditions and energy consumption. The investigation of thermal air mixing andconditioning strategies underscores the need for a combined experimental and numericalapproach. The findings contribute to effective solutions for warehouses storingtemperature-sensitive products, ensuring optimal storage conditions and mitigatingtemperature variations during logistics operations.