Bir ısıtıcı ve bir termal enerji deposu olarak 
beton kolonların termal ve mekanik performansının araştırılması
Investigation of thermal and mechanical performance of the concrete columns as a thermal energy storage medi̇um and a heater
Yazar: EVRİM ÖZRAHAT
Danışman: PROF. DR. SEBAHATTİN ÜNALAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
BİR ISITICI VE BİR TERMAL ENERJİ DEPOSU OLARAK BETON
KOLONLARIN TERMAL VE MEKANİK PERFORMANSININ
ARAŞTIRILMASI
Evrim ÖZRAHAT
Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Doktora Tezi, Temmuz 2017
Danışman: Prof. Dr. Sebahattin ÜNALAN
ÖZET
Günümüzde binaların enerji tüketiminin büyük kısmını kış mevsiminde bina içinin
ısıtılması ve yaz mevsiminde ise soğutulması oluşturmaktadır. Bu nedenle binalarda enerji
tüketimini azaltmaya yönelik çalışmalar önem kazanmıştır. Araştırmacılar özellikle
yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını destekleyen yenilikçi çözümlere yönelmiştir.
Aynı zamanda termal enerjinin bina bünyesinde veya ayrı bir şekilde depolanması ile de
binanın enerji verimliliğinin artırılması düşünülmüştür. Bu tezde termal enerjinin binayı
taşıyan mevcut kolonlar üzerinde duyulur enerji olarak depolanması ve bu kolonların aynı
zamanda ısıtıcı olarak kullanılması araştırılmıştır. Duyulur ısının, kolon ortasına açılacak
küçük çaplı bir kanal veya yerleştirilecek bir boru içerisinde sıcak hava dolaştırarak
depolanması düşünülmüştür. Böyle bir sistemin çalışma prensipleri ile termal ve mekanik
performansı araştırılmıştır. Bu amaçla önce teorik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Teorik
çalışmalar ile sistemde çalışma sıcaklığı, hava akış hızı ve ısıtma performansı ile sıcaklık
dağılımının sebep olacağı termal gerilmeler belirlenmiş ve değerlendirilmiştir. Elde edilen
sonuçlar beton için kritik sıcaklık olan 200 °C değerinin epey altındaki sıcaklık değerlerinde
yeterli ısıtmanın sağlanabileceğini ortaya koymuştur. Elde edilen olumlu sonuçlar
neticesinde ikinci aşama olan deney kolonu üzerinde termal ve mekanik çalışmalar
yürütülmüştür. Bu deneysel sonuçlar, önerilen sistemin termal ve mekanik problemler
oluşturmayacağını göstermiştir. Termal ve mekanik deneylerden elde edilen olumlu
sonuçlardan sonra sayısal çalışma aşaması gerçekleştirilmiştir. Deneysel ve sayısal verilerin
kıyaslanması ile deneysel olarak çalışılması zor ve maliyetli olan çok katlı bina
uygulamaları için en uygun sayısal metodoloji tespit edilmiştir. k-ε türbülans modeli ile en
fazla %5 sapma ile hesaplamaların mümkün olduğu belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Beton kolon; termal enerji depolama; ısıtma.

Abstract:
INVESTIGATION OF THERMAL AND MECHANICAL
PERFORMANCE OF THE CONCRETE COLUMNS AS A THERMAL
ENERGY STORAGE MEDİUM AND A HEATER
Evrim ÖZRAHAT
Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences
Ph.D. Thesis, July 2017
Thesis Supervisor: Prof. Dr. Sebahattin ÜNALAN
ABSTRACT
Nowadays, building's heating load in winter and cooling load in summer constitutes the
most part of the energy consumption of the building. Thus, the studies aiming to
decrease the total energy consumption of the building is very popular. Researchers are
tended to the solutions using renewable energy sources. At the same time by storing the
thermal energy in the building structure, it was considered to increase the energy
efficiency of the building. In this thesis, storing the thermal energy in the columns
carrying the buildings and using these columns as heaters was investigated. It was
considered to store the sensible heat by a small duct or a small pipe placed throughout
the column. The working principles and the thermal and mechanical performance of
such a system were investigated. For this purpose, first the theoretical studies were
realized. With the theoretical studies the working temperature, fluid flow velocity,
heating performance and thermal stress values caused by temperature distribution were
determined and evaluated. Obtained results exhibited that with the temperature values
below the value of 200 °C stated as critical temperature value for concrete in literature,
sufficient heating can be achieved. After the positive results of theoretical study,
thermal end mechanical studies on an experimental column. Experimental results
showed that the proposed system would not cause thermal or mechanical problems.
After the positive results of experimental thermal and mechanical studies, numerical
study was conducted. With the comparison of experimental thermal and numerical
thermal results the most suitable methodology for multistory building which are hard
and expensive to study was determined. It was conclude that with k- ε turbulence
model, the calculations can be realized with maximum 5% deviation.
Keywords: Concrete column; thermal energy storage; heating.