Yıl: 2009 Cilt: 8 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 28 - 40 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri

Öz:
Binaların pasif olarak en etkin biçimde soğutulması amaçlandığında; güneş ışınımı engeli olarak tasarlanacak kontrol elemanlarının (GE), tasarım aşamasında rüzgar etkileri bakımından irdelenerek performanslarının optimize edilmesi zorunludur. Yukarıdaki gerekçeye dayanarak yapılacak çalışmanın amacı; özellikle rüzgar konusunda sayısal yöntemler yeterli olamayacağından, GE’lerin basınç ve taşınım katsayıları üzerindeki etkilerinin rüzgar tünelinde deneysel yolla ortaya konmasıdır. GE’lerin cepheye paralel, dikey ve 45 derece açılı konumlandırılışlarıyla ana üç seçenek, kanatlarının 0 – 45 - 90° kanat açılarıyla oluşturulmuş almaşıklar ve referans (BOŞ) durum da dahil olmak üzere toplam 19 adet farklı durum üretilmiştir. Seçenek ve almaşıkların her birinde tünel içi hızı (GH) 2.5 ms-1, 5.0 ms-1 ve 8.3 ms-1’de rüzgar üstü yüzeyde basınç ölçümleri yapılmıştır. Bina yüzeyinde oluşan basınç katsayılarının (Cp) GE seçeneklerine bağlı olarak referans duruma (BOŞ) göre ne kadar farklılık gösterdiği incelendiğinde; % 95 güven aralığında, en dikkate değer fark referans durum ile (GE- CP- YK 0) yatay kanatlardan oluşan gölgeleme elemanının cepheye paralel konumlandırıldığı, 0 derece kanat açısında (t = 4.745, p =.0000 düzeyinde) ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmanın sonuçları pasif soğutma sisteminde rüzgar basıncıyla iç mekanlardaki hava hareketi hızının uygun düzeylerde sağlanıp sağlanamayacağının kestirilebilmesinde kullanılabilecektir. BOŞ durumda orta aksta cephenin tümünde Cp ort = ~ 0.80 düzeyinde elde edilen basınç katsayısı (Cp) değeri birçok ülkenin rüzgar yüklerine ilişkin yönetmeliklerine uyum göstermesine rağmen zemine yakın noktalarda mevcut benzer çalışmalardan ~ %10 daha büyük miktarlar ortaya koymuştur.
Anahtar Kelime:

Konular: Mimarlık İnşaat Mühendisliği

Effect of shading devices on external pressure coefficients' of windvard surfaces of buildings

Öz:
Solar shading devices prohibit the passage of direct component of solar radiation at the same time decrease the chilling effect of winds on buildings by forming insulative air pockets in summer season. External solar shading devices vary as a function building crust orientation. In other words they should be designed as auxiliary architectural parts. These parts may be manufactured from materials such as glass, wood, plastic, concrete or metal. Typologically their form resembles shield forms which are either parallel or perpendicular to the building façade. Wind imposed pressure variations have major influence on building thermal comfort through temperature, humidity and air circulation speed. These entities vary as a function of wind direction, wind speed, building orientation, roof and façade shapes, building height and openings on winward and leeward façades. Air mass flow rate that passes through the building may be calculated as a function of average inlet and outlet pressures In order to obtain the effect of solar shading devices on the wind pressure field over the building surface, an experimental campaign is conducted in a wind tunnel which has a test cross section of 1x1 meter. The 4 mm thick Plexiglas building model which is 50 cm. in width, 30 cm in height and 50 cm in depth simulates 5x3x5 m full scale building forming one zone. Solar shading devices are made of aluminum and of two type wings that are placed parallel to border longitudinal or transversal. The wings make 0, 45 and 90 degrees with the device plane. The position of the shading devices that holds the wings together also makes 0, 45 and 90 degrees with respect to the vertical windward façade of the model. Thus, including the baseline - situation unless shading device is mounted - case, 19 different configurations; are investigated throughout the campaign. There are a total number of 105 pressure measurement points clustered around the edges on the windward face of the model. The measurements were made at 2.5 m/s, 5 m/s and 8.3 m/s average wind speeds. For the case in which solar shading devices are not attached to the façade, the Cp distributions stay in a very narrow band no matter what the wind tunnel speed is. The minimum Cp values are recorded as 0.42, 0.38 and 0.40 for the three speeds: 2.5, 5.0 and 8.3 m/s respectively. The maximum difference between the Cp values happens to be 0.04. The pressure coefficients (Cp) data obtained for different configurations of shading devices are compared with the baseline configuration by Paired Samples Test. They are found significant difference in 95% confidence level, between basline case (BOS ) and configuration that is the shading device parallel to building surface and its wings closed (they make 0 degree with respect to the self plane ) (GECP- YK 0 ). The average Cp value along the central axis (Cpave ~ 0.80) obtained for basline case (BOS) is in good agreement with wind load regulations of many other countries. According to the positioning and shading intensity of opaque shading devices on the windward face, the Cp values vary between 130 % and 40% with the respect to baseline case. The correlation coefficients obtained along the C1 axis are calculated as 0.74 and 0.84 for the horizontal and vertical wing configurations respectively. The measurement points corresponding to the opening on the windward face give an average correlation coefficient of 0.73 for all configurations. The effect of Solar shading devices on building façade pressure coefficient distribution has been considered only by a few numbers of researchers in the field. Therefore, excluding the baseline case, the results obtained in the present investigation are original data introduced to the building aerodynamics field. Air mass flow rate that passes through the building may be calculated as a function of average inlet and outlet pressures. In order to assess the usage of the results in the design of natural ventilation systems and cooling load calculations, different pressure and velocity measurement programs are being undertaken.
Anahtar Kelime:

Konular: Mimarlık İnşaat Mühendisliği
Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Allard, F., (1998). Natural ventilation in buildingsdesign handbook, Altener,. ASHRAE (1989). Airflow Around Buildings-Chapter 14-sf5.
  • ASHRAE (2005). Airflow Around Buildings- Chapter16-sf5.
  • Aynsley, R.M., Melbourne, W., Vickery, B.J., (1977). Architectural Aerodynamics, Applied Science Publishers LTD, London.
  • Bailey,A., (1933). Wind Pressure on buildings, Institution of civil engineers, Selected Engineering Papers, No.139, London,.
  • Cheung, J.C.K., Holmes, J.D., Melbourne, W.H., Lakshmanan, N., (1997). Pressures on a scale model of the Texas Tech Building, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 69-71, 529-538 .
  • Belakehal, A., Aoul, K.T., (1996). Shading and shadowing: Concepts for an interactive strategy between solar control and aesthetics in the design of the façade, Reference to arid zones, Renewable Energy.
  • Endo,T., Kurabuchi, T., Ishii, M. and Komamura, K., (2005). Study on the numerical predictive accuracy of wind pressure distribution and air flow characteristics. Part 1: Optimization of turbulence models for practical use, International Conference “Passive and Low Energy Cooling for the Built Environment”, Santorini, Greece.
  • Holmes, J., D., (2007). Wind Loading of Structures, 2. Edition, Taylor & Francis, London,.
  • Holmes, J., D., (1986). Wind Loads on Low-Rise Buildings: The Structural and Environmental Effects of Wind on Buildings and Structures, Monash University, Melbourne.
  • Khanduri, A.C., Stathopoulos T., and Bédard, C. , (1998). Wind-induced interference effects on buildings-a review of the state-of-the-art, Engineering Sructures, 20, 7, Elsevier Science Ltd., 617-630.
  • Murakami,S., Mochida, A., Hayashi, Y., Sakamato ,S., (1992), Numerical study on velocity-pressure field and wind forces for bluff bodies by ke, ASM and LES, Journal of Wind Engineering and Industrrial Aerodynamic, 41-44.
  • Murakami, S., Mochida,A., (1987). Three dimensional numerical simulation of turbulent flow around buildings using the k-ε turbulent model, Building and Environment, 24, 51-64,.
  • Richards, P.J. Hoxey, R.P. Short, L.J., (2001). Wind pressures on a 6m cube, Journal of Wind Engi neering and Industrial Aerodynamics, 89, 1553- 1564.
  • Scruton, C., Rogers, E. W.,E., (1971). II. Wind effects on buildings and other structures - steady and unsteady wind loading of buildings and structures, Phil. Trans. Roy. Soc. London, A.269.
  • Simiu, E., Scanlan, H.P., (1986). Wind effects on structures – an introduction to wind engineering, II. Edition, Jhon Willey & Sons,.
  • Smith, G.E.,(1951). Research report, No 26, Texas Eng. Exp. Station, Texas A&M.
  • Tsangarassoulis, A., Santamuris, M., Asimakopoulos, N., (1997). On the airflow and radiation transfer through partly covered external building openings, Solar Energy, 61, 355-367.
  • Sharples, S., Chilengwe, N., (2006). Performance of ventilator components for natural ventilation applications, Building and Environment, 41, 1821– 1830.
APA OK V, ÇAKAN M, OZGÜNLER M, KAVURMACIOĞLU L (2009). Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. , 28 - 40.
Chicago OK Vildan,ÇAKAN Mehmet,OZGÜNLER MUSTAFA,KAVURMACIOĞLU LEVENT ALİ Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. (2009): 28 - 40.
MLA OK Vildan,ÇAKAN Mehmet,OZGÜNLER MUSTAFA,KAVURMACIOĞLU LEVENT ALİ Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. , 2009, ss.28 - 40.
AMA OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. . 2009; 28 - 40.
Vancouver OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. . 2009; 28 - 40.
IEEE OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L "Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri." , ss.28 - 40, 2009.
ISNAD OK, Vildan vd. "Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri". (2009), 28-40.
APA OK V, ÇAKAN M, OZGÜNLER M, KAVURMACIOĞLU L (2009). Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım, 8(1), 28 - 40.
Chicago OK Vildan,ÇAKAN Mehmet,OZGÜNLER MUSTAFA,KAVURMACIOĞLU LEVENT ALİ Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım 8, no.1 (2009): 28 - 40.
MLA OK Vildan,ÇAKAN Mehmet,OZGÜNLER MUSTAFA,KAVURMACIOĞLU LEVENT ALİ Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım, vol.8, no.1, 2009, ss.28 - 40.
AMA OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım. 2009; 8(1): 28 - 40.
Vancouver OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri. İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım. 2009; 8(1): 28 - 40.
IEEE OK V,ÇAKAN M,OZGÜNLER M,KAVURMACIOĞLU L "Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri." İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım, 8, ss.28 - 40, 2009.
ISNAD OK, Vildan vd. "Gölgeleme elemanlarının rüzgar üstü bina yüzeyindeki basınç katsayılarına etkileri". İTÜ Dergisi Seri A: Mimarlık, Planlama, Tasarım 8/1 (2009), 28-40.