Bina yapı elemanlarında kullanıma uygun faz değiştiren dolgulu mikrokapsüllerin sentezi
Synthesis of phase changing filled microcapsules suitable for use in building construction elements
Yazar: ESRA MİRMAHMUTOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ÇAYLI ; DOÇ. DR. ALİİHSAN KOCA
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Mühendislik Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Faz değişimi = Phase change ; Isı depolama = Heat storage ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Termal enerji = Thermal energy

Özet:
Binaların işletme aşamasındaki enerji verimliliğinin iyileştirilmesi, aktif bir araştırma alanıdır. Enerji tüketiminin azaltılması ve enerji tasarrufunun iyileştirilmesi, enerji verimliliğini teşvik etmek ve binaların sürdürülebilirliği gün geçtikçe önem kazanan konulardır.
Yenilenebilir enerji kaynaklarının, enerji arz ve talebinin verimli bir şekilde eşleştirilmesine katkıda bulunması hedeflenmektedir. Piyasalar, binaların fosil yakıtlara olan bağımlılığını azaltmak için kullanılabilecek, termal enerji depolama sistemleri gibi yeni teknolojiler aramaktadır.
Termal enerjiyi depolamanın en etkili yolu faz değiştiren malzemeleri (FDM'ler) kullanılması ile gerçekleşen gizli ısı depolama yöntemidir. Gizli ısıyı depolamak, yüksek enerjili bir depolama sağlar. Mikrokapsüle edilmiş faz değiştiren malzemeler (MFDM)'ler iklimlendirme sistemlerinin ve yapıların ısıtma-soğutma maliyetini enerjiden tasarruf sağlayarak azaltmaktadır. Mikro kapsülleme, yalnızca kendi kendini destekleyen bir FDM yapısı sağlamakla kalmaz aynı zamanda 
Mevcut çalışma, katı-sıvı faz değişiminden yararlanarak düşük maliyetli kapsüllemenin çeşitli kavramlarının incelenmesini içerir. Buna yönelik, maliyet, termal depolama kapasitesi ve proses hızı parametrelerince optimize bir proses üzerinde çalışılmış ve yapılan deneyler arasında en verimli (kapsüllenme verimliliği) MFDM kapsülü belirlenmiştir. 5 ayrı deney gerçekleştirilmiş olup FDM olarak, organik FDM'lerden; parafin mumu, parafin mumu ile palmitik asit, hegzadekan, oktadekan ve hindistan cevizi yağıyla çalışılmıştır. Kabuk malzemesi olarak, arap zamkı ile jelatin, kitosan ile PVA (polivinil alkol) kabuklarıyla çalışılmıştır.
Elde edilen MFDM'lere (Deney-1 numunesi, Deney-2 numunesi, Deney-3 numunesi, Deney-4 numunesi ve Deney-5 numunesi) karakterizasyon testleri uygulanmıştır. Numunelerin tümüne, mikrokapsüllerin duvar oluşumu ve çekirdek madde varlığının tespit edilebilmesi için FT‐IR (Fouirer Transform Infrared Spektrofotometresi) analizi yapılmıştır. İlk 3 deneye ait numunenin kapsüllenmediği görülmüştür. Deney-4 ve Deney-5 numunelerinin FT-IR sonuçları ve bunu destekleyen Stereo mikroskop, DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre) ve TGA (Termogravimetrik Analiz) analizlerine göre kapsüllenme başarıyla gerçekleşmiştir. Yapılan tüm bu analiz sonuçları değerlendirildiğinde geliştirilen Deney-4'e ait MFDM'nin gizli ısı depolama kapasitesinin 95,0023 J/g mikrokapsülleme oranının ise %44,7 olduğu görülmüştür. Analiz sonuçları değerlendirildiğinde geliştirilen Deney-5'e ait MFDM'nin gizli ısı depolama kapasitesinin 59,64 J/g mikrokapsüllenme oranının ise %72 olduğu görülmüştür. 
Yapılan deneylerde maliyet, erime sıcaklığı, entalpi ve kapsüllenme verimliliği gibi ticari ürün vasfı taşıyan bir ürün elde edilmesi için önem arz eden parametrelere dikkat edilmiştir. 
Çalışmanın yüksek enerji performanslı sürdürülebilir konutların ve iklimlendirme sistemlerinin geliştirilmesine olumlu katkı sağlayacağı görülmektedir.

Abstract:
It is an active research area for planning the operation of buildings. Developments in energy consumption.
Renewable energy sources are aimed to contribute to the efficient matching of energy supply and demand. Markets are looking for new technologies, such as thermal energy storage systems, that can be used to reduce buildings' dependence on fossil fuels.
The most effective way to store thermal energy is the latent heat storage method using phase change materials (PCMs). Storing latent heat provides high-energy storage. Microencapsulated phase change materials (MPCM) reduce the heating-cooling cost of air conditioning systems and buildings by saving energy. Micro-encapsulation not only provides a self-supporting PCM structure, but also separates the core material from thermal fluids and increases the heat transfer rate.
The current work includes examining various concepts of low-cost encapsulation by utilizing solid-liquid phase change. For this purpose, an optimized process was studied in terms of cost, thermal storage capacity and process speed parameters, and the most efficient (encapsulation efficiency) MPCM capsule was determined among the experiments. 5 separate experiments were carried out and as PCM, organic PCMs; paraffin wax, paraffin wax and palmitic acid, hexadecane, octadecane and coconut oil. As shell material, gum arabic and gelatin, chitosan and PVA (polyvinyl alcohol) shells were studied.
Characterization tests were applied to the obtained MPCMs (Experiment-1 sample, Experiment-2 sample, Experiment-3 sample, Experiment-4 sample and Experiment-5 sample). FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer) analysis was performed on all samples to determine the wall formation of the microcapsules and the presence of core material. It was observed that the samples of the first 3 experiments were not encapsulated. According to the FT-IR results of Experiment-4 and Experiment-5 samples and the Stereo microscope, DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TGA (Thermogravimetric Analysis) analyzes supporting this, encapsulation was successfully achieved. When the results of all these analyzes were evaluated, it was seen that the latent heat storage capacity of the MPCM belonging to the Experiment-4 developed was 95.0023 J/g microencapsulation rate of 44.7%. When the analysis results were evaluated, it was seen that the latent heat storage capacity of the MPCM of Experiment-5 was 59.64 J/g, and the microencapsulation rate was 72%.
In the experiments, attention was paid to the parameters that are important for obtaining a commercial product such as cost, melting temperature, enthalpy and encapsulation efficiency.
It is seen that the study will contribute positively to the development of sustainable houses with high energy performance and air conditioning systems.