Faz değişim malzemelerinin ısıl enerji depolama amacıyla yapı elemanlarında kullanılması

Abstract

Günümüzde, yapıların yaşam döngüsü boyunca harcadıkları enerjinin büyük kısmı ısıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılmaktadır. Ancak, sadece pasif sistemlerin kullanılmasıyla yapıların yılın büyük kısmında iç ortam konfor koşullarına ulaşılabilmesi olanaklı değildir. Bu amaçla, arasında faz değişim malzemelerinin (FDM) de olduğu, yeni malzeme ve yapı bileşenlerinin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada, FDM'lerin yeni yapı malzemesi olarak ısıl depolama amacıyla yapı bileşeni üretiminde ve dolayısıyla yapı mimarisinde kullanımının getirebileceği olası enerji kazanımını irdeleyebilecek bir yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır.Başlangıçta sorun tanımı, çalışmanın amacı, kapsamı ve yöntemi açıklanmıştır. Daha sonra; ısıl enerji depolama (IED) ve FDM ile ilgili temel kavram ve terimler aktarılmıştır. Buna ek olarak FDM'lerin seçim ölçütleri, FDM kullanılarak tasarlanmış yapı elemanları ve mimari uygulamaları ile ilgili çalışmalar verilmiştir.Bunu takiben, kurgulanan yaklaşım açıklanmıştır. Yaklaşım dört adımdan oluşmaktadır. Bunlar:(1) Kullanılacak FDM ve yapı elemanı detayının belirlenmesi,(2) FDM'nin ve FDM içeren yapı bileşeninin ısıl depolama davranışını ölçmek amacıyla kurgulanan deneysel çalışma,(3) Ticari bir modelleme programı yardımıyla elemanın ısıl davranışının değerlendirilmesi için yapılan sayısal çalışma, ve(4) Gerçekleştirilen simülasyon çalışmaları ışığında yapı elemanı kullanımının sağladığı enerji tasarrufunun hesaplanması ile sonucun değerlendirilmesidir.Kurgulanan yöntem bir örnek üzerinde uygulanarak tartışılmıştır. Seçilen örnek, gizli ısıl depolama sistemine sahip FDM'li bir düz çatının ülkemizdeki dört farklı iklim bölgesinde, sabit sıcaklık kontrollü binaların soğutma yükünü azaltmak amacına ne derecede katkıda bulunabileceğinin incelenmesidir.Sonuçta, FDM ile geliştirilen yeni yapı bileşenlerinin mimaride kullanımına yardımcı olabilecek aktarılan yöntemin sonuçları, çizilen kavramsal çerçeveye ve örnek uygulamalarından elde edilen verilere dayanarak tartışılmış ve konu ile ilgili daha sonraki araştırmalar için önerilerde bulunulmuştur. For most of the year, only the use of only passive systems is not usually enough to achieve indoor comfort conditions, therefore most of the energy that is consumed throughout the life cycle of buildings is consumed by heating and cooling systems. The development of new materials -including phase change materials (PCM)- and building elements, show promise in reaching better indoor comfort with less energy. This study aims to develop a methodology that can be used to evaluate possible energy gains from the incorporation of PCM into new building elements.First the problem, purpose, limits and methodology are described. Later, the main concepts and literature that deal with thermal energy storage (TES) and PCM are presented. Later the methodology, which consists of four main steps, is proposed:(1)Determination of the PCM and building element detailing,(2)The experimental work that is constructed to measure the thermal behavior of both the PCM and the building element containing PCM,(3)The validation of numerical work with experimental data, and(4)Calculation of energy savings in light of simulations and evaluation of results.Afterwards, the proposed methodology is used on an example. The example discusses to what degree can a PCM incorporated flat roof with latent energy storage contribute to reducing the cooling load of thermostatically controlled buildings in four climatic regions of Turkey.In conclusion, the results from the example are discussed within the plotted conceptual framework. Also suggestions on further studies are given.