Araç Kabini Termal Konfor Simülasyonu

Bu çalışmada, araç kabininin termal analizi gerçekleştirilip kabin içerisindeki yolcunun termal konforu incelenmiştir. Sistemin termal modeli Simcenter Amesim yazılımının Termal Kütüphanesindeki komponentler ile oluşturulmuştur.
Beyaz ve siyah olmak üzere 2 farklı araç rengi için 1 saatlik güneş ışığına maruz kalma durumu analiz edilip araç içerisindeki yolcunun termal konforunu, termal konfor göstergesi sayesinde değerlendirilmiştir.
Bu örnekte araç kabininin termal modelinin temel elemanlar ile nasıl sade bir şekilde modelleneceği gösterilmiştir. Termal modelde, kabin için sadece nemli hava hacmi (Moist air volume) ile iç ve dış ısı değiştiricileri için kabinin aşağıdaki yüzeyleri dikkate alınır;

Şekil 1 : Dış Yüzeyler
Şekil 2 : İç Yüzeyler

Firewall (Bölme duvarı), zemin döşemeleri ve arka paneller gibi dış yüzeyler eklenmelidir.
İç ve dış ısı değiştiricileri, güneş ışınları ve diğer sınır koşulları aşağıdaki gibi tanımlanmıştır.

Güneş Işınları
Güneş ışınları modelin dış yüzeyine uygulanır,

 

Çevre Koşulları ayarları ve hesaplamaları;

Her panel ya da panel seti için çevre koşulları kullanılarak güneş enerjisi belirlenir.
Bu modelde, tüm paneller için 1000W / m² ‘lik dikey güneş ışını yayıldığı kabul edilmiştir.

 

Saydam bir yüzey üzerinde güneş ışıması;

Güneş enerjisinin bir kısmı cam tarafından yutulur, bir kısmı camdan içeri aktarılır ve bir kısmı da çevreye yansıtılır. Bu durumda, aktarılan enerji kabin içerisindeki (panelleri ve koltukları) ısıtır.

 

Opak bir yüzey üzerinde güneş ışıması;

Güneş enerjisinin bir kısmı opak yüzey tarafından absorbe edilir ve diğer kalan kısmını yansıtır.

 

İç ve dış yüzeylerdeki ısı değiştiriciler;

 

Doğal ve zorlanmış taşınım, dış yüzey;

Dış yüzeydeki sıcaklık değişimi, aracın hızına bağlı olarak değişen ortamdaki havanın hızı (Ortam havası) sonucunda oluşan zorlanmış taşınım ile gerçekleşir. Bu durumda, Araç hızı aracın tüm dış yüzeyleri için dikkate alındı. (Ön, arka, yan camlar, yan paneller ve tavan)

 

Doğal ve zorlanmış taşınım, iç yüzey;

İç yüzey ile kabinindeki sıcaklık değişimi ise kabin içi havanın değişen kütlesel debisinden kaynaklı zorlanmış taşınım ile gerçekleşir. Hava hızı V[m/s], akışın gerçekleştiği kesit alanı ve bilinen sıcaklıktaki nemli hava yoğunluğu kullanılarak hesaplanır

Panel Katmanları
Panel katmanlarını (tavan ve yan paneller) modellemek için, 3 katmanlı termal duvar kullanılır.

Kabin ve HVAC Hava Akışı

Nemli Hava Hacmi (Moist air volume);

Araç kabinini modellemek için tek bir nemli hava hacmi kullanıldı.

Nemli Hava Kaynağı;

HVAC sisteminden gelen hava akışını modellemek için nemli hava kaynağını kullanıldı.

Yolcunun Termal Konfor Göstergesi

Termal konfor göstergesinden PMV* ve PPD* parametre çıktıları alınır.
Yolcunun pozisyonu ve kabinin şekli çevrelenen yüzeylerin radyant sıcaklığını hesaplamak için önemlidir. Tavan içindeki sıcaklık radyant sıcaklık gibi düşünülmesi, tavanın geniş yüzeye sahip olması ve yolcuya yakın olması gibi basitleştirilmiş yaklaşımlar kullanılmaktadır.

 

Şekil 5 : Simcenter Amesim ile Araba Kabinin Modellenmesi

Çevre koşulları, Sürüş Çevrimi ve HVAC Hava akışı;
Araç, başlangıç şartı olarak 60 dakika boyunca 1000 W/m²’lik güneş enerjisine maruz bırakılır. Daha sonra sürücü, araç motorunu ve klimayı çalıştırır. Aracın hız grafiği, şehir içinde ve şehir dışındaki sürüşü temsil etmektedir. HVAC* hava sıcaklığı da klima performansı gibi araç hızına bağlı olarak değişiyor.

*HVAC(Heating Ventilating Air Conditioning); Isıtma soğutma havalandırma

Parametre Değer
Ortam Sıcaklığı 35°C
Ortamdaki Bağıl Nem 20%
Güneş Işını ( Dikey ) 1000 W/m²
Arabanın Hızı
HVAC Hava Bağıl Nem 40%
HVAC Hava Debisi
HVAC Hava Sıcaklığı

Aynı parametre için farklı değerler kullanılarak yapılan karşılaştırmanın simülasyonu ve sonuçları;
Siyah ve beyaz olmak üzere farklı 2 rengin kabin sıcaklıklarını karşılaştırmak için toplu/yığın çalıştırma (Batch Run) işlemi gerçekleştiriyoruz.

Renk Absorbe Katsayısı
Siyah 0.9
Beyaz 0.2

 

Şekil 6 : Kabin içerisindeki sıcaklıklar

Araç rengi kabin sıcaklığının davranışında büyük etkiye sahiptir. Yolcunun termal konforuna PMV* parametresi sayesinde ulaşıldı. Zamana göre ve siyah, beyaz renk araçlara göre araç için termal konforu Şekil 7 ve 8’de gösterilmektedir.
– PMV: Isıl konfora etkiyen kişisel ve çevresel faktörlerin bileşenlerinin matematiksel olarak ifade edildiği değerdir. Bir ortamda bulunan insanların ortamı nasıl algıladığı ile ilgili bir parametredir.
– PPD: PMV değeri kullanılarak ortamdaki insanların yüzde kaçının ısıl ortamdan memnuniyetsizlik duyduğunun oranını ortaya koyan indekstir.

Şekil 7 : Yolcunun Termal Konfor Göstergesi – Siyah Renk
Şekil 8 : Yolcunun Termal Konfor Göstergesi – Beyaz Renk

Burada – 0.5 ve + 0.5 aralıkları termal konfor alanıdır.
Araç renginin yutum katsayısı dışındaki diğer tüm parametreler eşit kabul edilir, beyaz aracın yolcu termal konforu yaz boyunca siyah araçtan daha yüksek olacağı da analiz sonuçların kolaylıkla görünmektedir.

Simcenter Amesim yazılımı ve diğer hizmetlerimiz hakkında detaylı bilgi için lütfen DTA Mühendislik Nümerik Analizler Bölümü mühendisleriyle iletişime geçiniz.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *