Yalıtım özelliği yüksek yapı malzemelerinin geliştirilmesi ve ısıl performanslarının incelenmesi
Development of structural materials with high insulation properties and investigation of their thermal performances
Yazar: HASAN OKTAY
Danışman: DOÇ. DR. ZEKİ ARGUNHAN ; PROF. DR. RECEP YUMRUTAŞ
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Beton = Concrete ; Isı yalıtımı = Heat insulation ; Ses yalıtımı = Sound insulation ; Yangın yalıtımı = Fire insulation

Özet:
Binaların ısıtılması ve soğutulmasında harcan enerji ile birlikte artan endişeler, bina yapılarının ısıl performanslarının iyileştirilmesine yönelik bir talebin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Binalarda uygulanacak yalıtım malzemesi, sağlayacağı ekonomik faydanın yanı sıra çevre kirliliğine etkisi ve binanın yangın yalıtımına katkısı gibi hususlarda dikkate alınarak seçilmelidir. Bununla birlikte ülkemizde yaygın olarak kullanılan çoğunluğu petrol ürünü ve yanıcı olan strafor ve poliüretan gibi yalıtım ürünlerine muadil olabilecek ve ülkemizin kaynaklarını kullanılarak elde edilecek ürünlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bununla birlikte, binalarda enerji verimliliğinin yüksek olması ve enerji israfının yapılmaması için, yalıtım malzemelerin kullanılmasının yanında, ısıtma ve soğutma sistemlerinin kapasitelerinin doğru bir şekilde hesaplanması da önemli bir etkendir. Bu sayede olması gereken kapasitelerden daha büyük kapasitelerde cihaz seçilmeyerek enerji israfının önüne geçilecektir.
Bu çalışmada bahsedilen ihtiyaçlara cevap verebilecek perlit ve bor gibi ülkemizin kaynak bakımından büyük rezervlere sahip olduğu malzemelerle, dayanım, ısı, ses ve yangın yalıtımı yüksek olan yalıtım malzemelerinin üretilmesi hedeflenmiştir. Bu hedefi gerçekleştirmek amacıyla birçok deneysel ve teorik araştırmalar yapılmıştır. Bu tez kapsamında yapılacak çalışmalar üç aşamada gerçekleştirilmiş olup şu şekilde özetlenebilir;
1.	 Literatürden farklı olarak yüksek mukavemet, ısı ve ses yalıtımı daha iyi olan yeni yalıtım malzemesi, duvar ve beton tipleri üretmek için farklı katkı maddeleri ve bunların farklı oranlarda karıştırılması ile ısıl iletkenlik katsayısı taşıyıcı beton için ısıl iletkenlik katsayısının 1 W/mK'in altında olduğu (λ ≤ 1 W/mK), duvar için ısıl iletkenlik katsayısının 0.2 W/mK'in altında olduğu (λ ≤ 0.2 W/mK) ve dış cephe mantolamada kullanılacak yalıtım malzemeleri için ısı iletim katsayısının 0.05 W/mK'nin altında olduğu (λ ≤ 0.05 W/mK) çok sayıda numune üretilmiştir, 
2.	Üretim yöntemleri uygulamalı bir şekilde yapılarak, üretilen yalıtım, duvar ve beton numunelerinin üretim şekilleri, içerikleri, oranları ve özellikleri ile termofiziksel ve mekanik özelliklerin birbiriyle olan değişimini veren grafik ve denklemlerin elde edilerek literatüre kazandırılmıştır,
3.	Binaların ısıtma ve soğutma sistemlerinin kapasitelerini doğru bir şekilde hesaplamak ve aynı zamanda termofiziksel özelliklerin bina yapılarının ısı kazancına ve ısıl performanslarına olan etkisini incelemek amacıyla, Kompleks Sonlu Fourier dönüşümü (Complex Finite Fourier Transform, CFFT) tekniğinin uygulanması için MATLAB tabanlı ve arayüzlü bir paket program hazırlanmış ve bu program kullanılarak halihazırda üretilen numuneler ile piyasada yaygın olarak kullanılan yapı malzemelerinin aynı klimatik şartlarda ısı kayıp ve kazançları karşılaştırılmıştır.
Böylece ısıl performansları (ısı kazancı) Türkiye'de yaygın olarak kullanılan yalıtım malzemelerine yakın, üstün mekanik özellik ve yangın direncine sahip, içerdiği bileşenler bakımından maliyeti düşük ve işçiliği kolay olan perlit esaslı yalıtım malzemelerinin endüstride ve inşaat sektöründe kullanılması ile hem ülkemizin enerji israfı ve dışa bağımlılığı azalacak hem de yangın oluşumundan kaynaklanan can ve mal kayıpları en aza inecektir.

Abstract:
The growing concern about energy consumption of heating and cooling of buildings has led to a demand for improved thermal performances of building structures. The insulation material applied to the buildings should be selected by taking into consideration the economic and the environmental benefit as well as contribution to the building's fireproofing. However, in our country, the majority of the widespread use is likely to be equivalent to insulation products such as petroleum products and inflammable styrofoam and polyurethane, and products that are to be obtained using the resources of our country are needed. However, in addition to the use of insulation materials, the correct calculation of the capacities of the heating and cooling systems is also an important factor in ensuring that energy efficiency is high in buildings and that energy is not wasted. The devices will not be selected at the capacities larger than the capacities that should be on this point and energy wastage will be prevented.
In this study, it is aimed to produce insulating materials with high material, strength, heat, sound and fire insulation which have great reserves in terms of source such as perlite and boron which can meet the needs mentioned in this study. Many experimental and theoretical investigations have been carried out to achieve this goal. The studies to be carried out in this thesis have been carried out in three stages and can be summarized as follows;
1.	Unlike the literature, the thermal conductivity of a new insulation material, which has better heat resistance and sound insulation, different additive materials to produce wall and concrete types and their coefficient of thermal conductivity with different ratios are lower than 1 W/mK, the coefficient of thermal conductivity for the wall is less than 0.2 W/mK and the coefficient of thermal conductivity for insulation materials is less than 0.05 W/mK a large number of samples were produced,
2.	The production methods are applied in a practical way and the literature, walls and concrete specimens of the production forms, contents, ratios and properties of the produced samples and thermophysical and mechanical properties are obtained,
3.	A MATLAB-based and interfaced package program for the application of the Complex Finite Fourier Transform (CFFT) technique were prepared in order to accurately calculate the capacities of heating and cooling systems of buildings and to examine the effect of thermophysical properties on heat gain and thermal performances of buildings. By the way, the heat losses and gains of building materials commonly used in the market have been compared in the same climatic conditions by using this program.
Consequently, with the use of perlite-based insulation materials, which are close to insulation materials commonly used in Turkey, which have superior mechanical properties and fire resistance, low cost and low labor costs, and which are used in industrial and construction sectors, both our country's energy expenditure and external the dependence will be reduced and the loss of life and property caused by the fire will be minimized.