Farklı nem ve gözeneklilik değerleriyle eps yalıtım malzemesinin ısıl iletkenliğinin deneysel ve sayısal incelenmesi
Investigation of thermal conductivity of eps insulation materials as experimental and numerical in diffirent moisture content and porosity
Yazar: HÜSAMETTİN TAN
Danışman: DR. BATTAL DOĞAN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Isı dağılımı = Heat distribution ; Isı geçişi katsayısı = Heat transfer coefficient ; Isı iletim denklemi = Heat conduction equation ; Isı iletimi = Heat conduction ; Isı transferi =

Özet:
Enerji tasarrufu son yıllarda enerji kaynaklarının tükenmesi ile oldukça önemli bir hale gelmiştir. Enerji kayıplarının azaltılması ve enerjinin verimli kullanılması amacıyla yalıtım malzemelerinin performanslarının arttırılması gerekmektedir. Bu çalışmada son yıllarda oldukça çok tercih edilen EPS yalıtım malzemesinin ısıl iletkenlik değeri deneysel ve sayısal olarak belirlenip, ayrıca ısıl iletkenliğe nemin etkisi araştırılmıştır. Sayısal çözümler için sonlu hacim metoduna göre çözüm yapan bilgisayar programı kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar için kararlı rejimde ısı akış metro metoduna göre ölçüm yapan ısıl iletkenlik cihazı kullanılmıştır. Isıl iletkenliğin nem içeriği ile ilişkisi TS EN 12087 standardına göre belirlenmiştir. Isıl iletkenlik ölçümleri farklı nem içeriklerinde deneysel ölçümler ile belirlenmiştir.
Sayısal çalışmalar gerçekleştirilirken öncelikli olarak iç yapısındaki faz yapısını belirlemek için elektron mikroskop görüntüleri alınmıştır. SEM görüntüleri kullanılarak iç yapı geometrisi sonlu eleman esaslı bilgisayar programına aktarıldıktan sonra malzeme özellikleri ve sınır şartları tanımlanarak tek boyutta iki farklı doğrultuda sayısal çözümler yapılmıştır. Deneysel çalışmalar yapılırken kuru duruma getirilmiş farklı yoğunluktaki EPS malzemesi uygun ölçülerde kesilerek ölçüme hazır hale getirilmiştir. Isıl iletkenlik ölçümleri deneysel ve sayısal çalışmalar için ortalama 10oC, 20oC, 30oC ve 40oC sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Yapılan hesaplama ve ölçümler neticesinde elde edilen sonuçlar karşılaştırılmalı olarak verilmiştir. EPS'nin ısıl iletkenliğin nem içeriği ile ilişkisi 14 gün boyunca tamamen daldırma sonucunda belirlenen doymuş nem içeriğinin farklı yoğunluktaki numunelerin kontrollü bir şekilde kurutması yapılarak deneysel olarak belirlenmiştir.
Sonuç olarak EPS malzemesinin ısıl iletkenliğinin hangi parametrelere bağlı olarak değiştiği, farklı yoğunluk ve nem içeriklerinin ısıl iletkenliğe etkisi belirlenmiştir. Deneysel ve sayısal sonuçlar karşılaştırılmış olup 1-4% değerler arasında hata oranı ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmalar neticesinde farklı yoğunlukta yalıtım malzemesi kullanmanın enerji kayıplarını azalttığı, yüksek yoğunluktaki EPS malzemesinin neme dayanıklı olduğu, sayısal yöntemlerin ısıl iletkenliğin tahmin edilmesinde kullanılabildiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The energy saving in recent years has become very important with depletion of energy resources. It is necessary to increase of performance of insulation materials in order to reduce energy consumption and use energy efficiently. In this study, the thermal conductivity value of EPS insulation materials, which is preferred in recent years, have been determined as experimentally and numerically, also the effect of moisture content on the thermal conductivity has been investigated. Computer program, which is solve according to finite element method, was used for numerical solution. The thermal conductivity instrument that measures according to heat flow meter in steady condition was used for experimental studies. Relation of the thermal conductivity with moisture content was determined in accordance with TS EN 12087.
While numerical studies were carried out, electron microscope images were taken in order to determine phase structure in the internal structure. After transferring the internal structure geometry by using SEM images to computer programme that is based on finite element, numerical solution were made by defining the necessary boundary condition and material properties. EPS material in different density, which is made dry, was prepared by cutting at appropriate dimensions for measurement in experimental studies. Thermal conductivity measurements were carried out at average temperature that is 10oC, 20oC, 30oC and 40oC for experimental and numerical studies. The results obtained from calculation and measurements have been given comparatively. When the relation of the thermal conductivity of EPS with moisture content was determined, the saturated moisture content was determined for different density samples as a result of total immersion during 14 days and the thermal conductivity measurements were made experimentally by drying in a controlled manner.
As a result, thermal conductivity of EPS material change as depending on which parameter and the effect on thermal conductivity of different density and moisture content has been determined. Experimental and numerical results were compared and error rates were found between 1-4% values. As a result of the studies, it has been seen that using insulating material in different density decreases energy losses and high density EPS material is resistant to moisture, numerical methods can be used to determine thermal conductivity.