Otomobil kabinlerinin ısıtılmasında farklı hava yönlendiricileri kullanımının ısıl konfora etkisi

Isıl konforu etkileyen çevresel parametreler; iç ortam sıcaklığı, bağıl nemi, ortalama ışınım sıcaklığı ve kişi üzerindeki hava hızlarıdır. Bu çalışmada otomobillerin ısıtma sürecinde farklı hava yönlendiricileri seçimlerinde (konsol üzerindeki 4 hareketli menfezin açık tutulması, ön cam altındaki ve ayak hizasındaki sabit menfezlerin birlikte açık tutulması) sürekli değişen ve kabin içinde düzensiz bir dağılım gösteren ısıl konfor parametrelerinin değişimi deneysel olarak test edilmiş, hazırlanan simülasyon modeli kullanılarak sürücünün çevresi ile ısıl etkileşimi, fizyolojik tepkileri (deri yüzey sıcaklıklarının değişimi) ve ısıl konfor algıları hesaplanmıştır. Deneysel çalışmalarda sürücü üzerinden 11 noktadan ortam hava sıcaklığı, 17 noktadan hava hızı, sürücü koltuğu üzerinde tabandan 0.6 m yükseklikteki noktadan ortalama ışınım sıcaklığı ve sürücü nefes hizasından da bağıl nem ölçümleri alınmıştır. Teorik çalışmada anlık enerji dengesi modeli kullanılarak insan vücudunun 16 bölmeli modeli Matlab-Simulink ortamında hazırlanmıştır. Hazırlanan model literatürden alınan deneysel ölçümlerle karşılaştırılmış ve uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Otomobillerin ısıtma sürecinde yalnız konsol menfezlerinin açık tutulması ile sürücünün ayakları ve baldırları etrafındaki ortam havası yeterince ısınmamıştır. Vücudun menfez çıkış havası ile doğrudan temas eden bölmeleri üzerinde yüksek hava hareketleri oluşmaktadır. Deney başlangıcında düşük ortam sıcaklıklarında yüksek hava hızlarının sürücü üzerinde etkili olması ile özellikle konsol menfez seçiminde sol elden ve sağ koldan taşınımla ısı kayıpları artmış ve bu vücut bölmelerinin deri yüzey sıcaklıkları önemli oranda düşmüştür.

The effects of using different ventilation modes during heating periods of an automobile

Environmental parameters affecting the thermal comfort are; air temperature, relative humidity, mean radiant temperature and air velocities on human body segments. At this study, the effects of nonuniform and highly transient thermal comfort parameters were tested experimentally for two ventilation modes (panel vents, windshield and foot vents). With prepared simulation model thermal behavior, physiological reactions (skin temperatures) and thermal sensations of the driver were predicted. In the experiments air temperatures and velocities around the human body segments were measured at 11 and 17 different points respectively. Relative humidity measurements were performed from the head region of the driver. In the theoretical studies, dynamic and close loop Matlab-Simulink model of the human body was developed. In the simulation, the human body separated to 16 body segments to predict local dissatisfactions. The model was justified with the obtained experimental data from the literature. Studies revealed that heating the automobile compartment with panel vents mode air temperature at foot level could not reached desired values. For panel vents mode high air velocities affect driver body segments especially arms and hands owing to exposed vent air directly. This causes considerable temperature decline and low thermal sensations at skin surfaces.

PDF

___

Akyol, M. ve Kılıç, M., Otomobillerde Isıtma Sürecinde Sürücünün Fizyolojik Tepkilerinin Dinamik Olarak Modellenmesi, U.Ü Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi (yayınlanması kabul edilmiştir), BURSA, 19 s., 2008.
ASHRAE Handbook – Fundamentals, Chapter 8: Thermal Comfort, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Atlanta, Georgia, USA, 1997.
Burch, S. D., Ramadhyani, S., Pearson, J. T., Experimental Study of Passenger Thermal Comfort in an Automobile under Severe Winter Conditions, ASHRAE Transaction, 97: 239-246, 1991(a).
Burch, S. D., Ramadhyani, S., Pearson, J. T., Analysis of Passenger Thermal Comfort in an Automobile under Severe Winter Conditions, ASHRAE Transaction, 97: 247-257, 1991(b).
Dear, R. J., Arens, E., Hui, Z., Convective and Radiative Heat Transfer Coefficients for Individual Human Body Segments. International Journal of Biometeorol, 40: 141-156, 1997.
Gagge, A. P., Stolwijk, J. A. J., Nishi, Y., An Effective Temperature Scale Based on a Simple Model of Human Physiological Response, ASHRAE Transactions, 77, Part-1: 247-262, 1971.
Guan, Y., Hosni, M. H., Jones, B. W., Gielda, T. P., Investigation of Human Thermal Comfort Under Highly Transient Conditions for Automotive Applications-Part 1: Experimental Design and Human Subject Testing Implementation, ASHRAE Transactions, 109: 885-897, 2003(a).
Guan, Y., Hosni, M. H., Jones, B. W., Gielda, T. P., Investigation of Human Thermal Comfort Under Highly Transient Conditions for Automotive Applications-Part 2: Thermal Sensation Modeling, ASHRAE Transactions, 109: 898-907, 2003(b).
ISO 7730, Determination of the PMV and PPD Indices and the Specifications of the Conditions for Thermal Comfort, Moderate Thermal Environments, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 1994.
Kaynaklı, O. and Kılıç, M., An Investigation of Thermal Comfort Inside an Automobile During the Heating Period, Applied Ergonomics, 36: 301-312, 2005.
Kaynaklı, O., Pulat, E., Kılıç, M., Thermal Comfort During Heating and Cooling Periods in an Automobile. Heat and Mass Transfer, 41: 449-458, 2005.
Lee, S. J. and Yoon, J. H., Temperature Field Measurement of Heated Ventilation Flow in a Vehicle Interior. International Journal of Vehicle Design, 19(2): 228-243, 1998.
Moffat, R. J., Describing the Uncertainties in Experimental Results. Experimental Thermal Fluid Science, 1: 3-17, 1988.
Stolwijk, J. A. J. and Hardy, J. D., Temperature Regulation in Man Therotical Study. Pflugers Archiv Ges. Physiol, 291: 129-162, 1966.
Tanabe, S., Kobayashi, K., Nakano, J., Ozeki, Y. and Konishi, M., Evaluation of Thermal Comfort Using Combined Multi-Node Thermoregulation (65MN) and Radiation Models and Computational Fluid Dynamics (CFD), Energy and Buildings, 34: 637-646, 2002.
Ueda, M., Taniguchi, Y., Asano, A., Mochizuki, M., Ikegami, T., Kawai, T., An Automobile Heating, Ventilating and Air Conditioning (HVAC) System with a Neural Network for Controlling the Thermal Sensations Felt by a Passenger, J.S.M.E International Journal Series B, 40(3): 469-477, 1997.
Yiğit, A., Kış ve Yaz Şartlarında Otomobil İçindeki Isıl Konfor, TTMD, 3. Uluslar arası Yapıda Tesisat Bilimi ve Teknolojisi Sempozyumu, 98 sayfa, 109-120, 1998.