Binalarda ısıl enerji depolama amaçlı kompozit faz değişim malzemelerinin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve laboratuvar ölçekli uygulamaları
Development, characterization and laboratory scale applications of composite phase change materials for thermal energy storage in buildings
Yazar: GÖKHAN HEKİMOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET SARI
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji depolama = Energy storage ; Faz değişimi = Phase change ; Kompozit malzemeler = Composite materials ; Silis dumanı = Silica fume ; Termal iletkenlik = Thermal conductivity ; Uçucu kül = Fly ash ; Çimento karışımları = Cement mixtures

Özet:
Faz değişim malzemelerinden (FDM) faydalanılan gizli ısı depolama yönteminin, enerji tüketiminde önemli bir paya sahip olan binalarda kullanılmasıyla ısıtma ve soğutma yüklerinde önemli bir azalmayla beraber bina içerisindeki sıcaklık dalgalanmaları minimize edilebilir. Bu amaç doğrultusunda farklı tür FDM'ler geleneksel yapı malzemelerine dahil edilerek ısı depolama-salıverme özelliğine sahip yeni nesil kompozit malzemeler elde edilir. Bu tez çalışmasında, öncelikle binalarda ısıl enerji depolama-salıverme kabiliyetine sahip bir seri özgün formca-kararlı kompozit FDM (FKK-FDM) hazırlanmıştır. FKK-FDM'lerin üretiminde FDM olarak PEG 600 (PEG) ve Kaprik-Stearik Asit ötektik karışımı (KA-SA); gözenekli destek malzemesi olarak ise Uçucu kül (UK) ve Silis dumanı (SD) kullanılmıştır. Ayrıca, üretilen FKK-FDM'ler, ısı depolama-salıverme performanslarını iyileştirmek için ultra-yüksek ısıl iletkenliğe sahip CNT, CNF ve GnP ile ayrı ayrı takviye edilmişlerdir. Hazırlanan kompozitler FTIR ve XRD analiz teknikleriyle kimyasal olarak, SEM tekniği ile morfolojik, DSC ve TGA analiz metotlarıyla termal olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında, gözenekli destek malzemesi ve FDM'den oluşan FKK-FDM'lerin, standart çimento harcına belirli oranlarda dahil edilmesi ile ısıl enerji depolama özellikli özgün kompozit harçlar da üretilmiştir. Termoregülasyon performans testi, üretilen FKK-FDM içerikli çimento harçlarının, iç ortam sıcaklık dalgalanmalarını minimize ederek termal konfor sağlayabildiğini ve böylece binalardaki ısıtma-soğutma yüklerini azaltarak enerji tasarrufuna önemli bir katkı sunma potansiyelini ortaya koymuştur.

Abstract:
In buildings that have a significant share in energy consumption, indoor temperature fluctuations can be minimized and thus a significant reduction in heating and cooling loads can be achieved by using the latent heat storage method that exploits phase change materials (PCM). For this purpose, new kind composite materials with heat storage-releasing ability are obtained by incorporating different types of PCMs into traditional building materials. In this thesis, first of all, a series of novel form-stable composite PCMs (FSC-PCM) with thermal energy storage-releasing capability were prepared for building applications. In the production of FSC-PCMs, PEG 600 (PEG) and Capric-Stearic Acid eutectic mixture (CA-SA) as PCM; Fly ash (FA) and Silica fume (SF) as porous supporting materials were used. In addition, the produced FSC-PCMs were doped separately with ultra-high thermal conductivity CNT, CNF and GnP to improve their heat storage-releasing performance. The produced composites were analyzed by using FTIR and XRD analysis techniques as chemically, by SEM morphologically and by DSC and TGA thermally. Within the scope of the study, novel cementitious composite mortars with thermal energy storage properties were also fabricated by incorporating FSC-PCMs, which is composed of porous supporting material and PCM, into the standard cement mortar at certain ratios. The thermoregulation performance test showed that the produced cement mortars with FSC-PCM can provide thermal comfort by minimizing indoor temperature fluctuations and thus make a significant contribution to energy saving by reducing the heating-cooling loads in buildings.