Yapı bileşenlerinde kullanılan faz değiştiren malzemelerin bina ısıtma ve soğutma yükü üzerindeki etkisi
Effect of phase change materials used in building components on building heating and cooling loads
Yazar: MUSTAFA ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. AYÇA GÜLTEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Günümüzde tüketilen enerjinin büyük bir kısmı binalarda kullanılmaktadır. Binalarda kullanılan enerjinin büyük çoğunluğunu ise ısıtma ve soğutmada kullanılan enerji oluşturmaktadır. Enerji tüketim miktarını düşürmek ve enerjiyi verimli bir şekilde kullanarak konfor şartlarını yükseltmek amacıyla yalıtım malzemesi ve ısıl depolama özelliğine sahip malzemeler kullanılarak enerji tüketim miktarında azalma sağlanabilir. Ayrıca yenilenebilir bir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden elde edilen ısı enerjisinin kullanımı yenilenemez enerji kaynaklarının tüketimini de azaltarak enerjiyi ithal eden ülkelerin dışa bağımlılık oranının azalması mümkün olabilir.
Bu çalışmada örnek bir bina üzerinden, 3 adet ana malzeme (tuğla, beton blok, gazbeton) ve 3 adet farklı yalıtım malzemesinin farklı kombinasyonlarla kullanıldığı duvar tipleri için FDM'nin olduğu ve olmadığı durumlar da dikkate alınarak enerji analizleri yapılmıştır. Bu şekilde türetilen 39 farklı senaryo için bina ısıtma ve soğutma yükleri, yılın en soğuk ve en sıcak günleri dikkate alınarak ve aynı zamanda yıl içinde toplam enerji ihtiyacı olarak belirlenmiştir. Analizler Design Builder programı ile yapılmış olup, sonuçlar tablolar ve grafikler ile sunulmuştur. 39 farklı senaryo için oluşturulan duvar örneklerinin yıl içinde ki toplam enerji yükleri karşılaştırılıp sınıflandırılarak daha olumlu sonuçlar veren duvar türleri tespit edilmiştir. Analizlerde 21 °C, 23 °C ve 29 °C erime sıcaklığına sahip üç farklı FDM türü kullanılmıştır. Duvarın ana malzemesi baz alınarak ilk başta kendi ana malzemeleri içinde en iyi performansa sahip 3 duvar belirlenmiştir. Daha sonra bu 3 ana malzemeden oluşan (tuğla, beton blok, gaz beton) duvar tiplerinin içinde, yalıtım malzemesi ve FDM nin de eklenmesiyle oluşturulan kombinasyonlar içinden en iyi performansı gösteren duvarlar belirlenmiştir.Simüsmülasyonların sonuçlarına göre yapı kabuğunda sadece yalıtım malzemeleri (XPS, EPS, Taş Yünü)  kullanıldığında %25 enerji tasarrufu, sadece FDM kullanıldığında %9 enerji tasarrufu sağlanmıştır. FDM ve yalıtım malzemelerinin (XPS, EPS, Taş Yünü) birlikte kullanımı ile %30 enerji tassarufu elde edilmiştir.

Abstract:
Today, most of the energy consumed is used in buildings. The majority of the energy used in buildings consists of the energy used in heating and cooling. In order to reduce the amount of energy consumption and increase the comfort conditions by using energy efficiently, the amount of energy consumption can be reduced by using insulation materials and materials with thermal storage properties. In addition, the use of heat energy obtained from solar energy, which is a renewable energy source, may reduce the consumption of non-renewable energy sources and reduce the foreign dependency of countries that import energy.
In this study, energy analyzes were carried out on a sample building for wall types where 3 main materials (brick, concrete block, aerated concrete) and 3 different insulation materials were used in different combinations, taking into account the situations with and without PCM. Building heating and cooling loads for 39 different scenarios derived in this way were determined by taking into account the coldest and hottest days of the year and also as the total energy need during the year. Analyzes were made with the Design Builder program and the results are presented with tables and graphs. By comparing and classifying the total energy loads of wall samples created for 39 different scenarios during the year, wall types that gave more positive results were determined. Three different PCM types with melting temperatures of 21 °C, 23 °C and 29 °C were used in the analyses. Based on the main material of the wall, three walls with the best performance among their main materials were initially determined. Then, among the wall types consisting of these 3 main materials (brick, concrete block, aerated concrete), the walls that showed the best performance were determined among the combinations created with the addition of insulation material and PCM. According to the results of the simulations, 25% energy savings were achieved when only insulation materials (XPS, EPS, Rock Wool) were used in the building envelope, and 9% energy savings were achieved when only FDM was used. By using PCM and insulation materials (XPS, EPS, Rock Wool) together, 30% energy savings were achieved.