Binalarda termal enerji depolamak amacıyla faz değiştiren maddelerin odun kompozitlerinde kullanımı
The use of phase change materials in wood composites for thermal energy storage in buildings
Yazar: GÜLİZ ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. ALİ TEMİZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyokompozit substrat = Biocomposite substrates ; Emprenyeli odun = Impregnated wood ; Faz değişimi = Phase change ; Isı enerjisi = Heat energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, ısıl enerji depolama ve salınım kabiliyetine sahip faz değiştiren maddeler (FDM) kullanılarak formca kararlı odun kompozitleri (FKK-FDM) üretilmiştir. Üretimde, FDM olarak kaprik asit, lauril alkol ve metil palmitat; gözenekli destek malzemesi olarak odun lifi; bağlayıcı olarak ise nişasta bazlı tutkal kullanılmıştır. Hazırlanan odun kompozitlerin fiziksel özellikleri, sızıntı testi, kalınlık, su alma oranı ve yoğunluk profili ölçümleriyle belirlenmiş; kimyasal özellikleri FTIR analizi, morfolojik yapıları SEM analizi, termal özellikleri TGA, DSC ve IDT analizleriyle incelenmiştir. Akustik performans empedans tüpü deneyiyle, biyolojik dayanım ise termit ve küf mantarlarına maruz bırakılma ile değerlendirilmiştir. Mekanik özellikler ise levha yüzeyine dik çekme ve basınç direnci testleriyle analiz edilmiştir. Sızıntı testleri sonucunda, %40 FDM yükleme oranının sızıntısız en yüksek FDM oranı olduğu belirlenmiştir. FDM katkılı levhalar, düşük su alma oranı ve minimal kalınlık artışıyla yüksek boyutsal stabilite sergilemiştir. Termal iletkenlik katsayıları 0,0943–0,1384 W/m°K arasında ölçülmüş, metil palmitat katkılı kompozitler ise yüksek gizli ısı depolama kapasiteleriyle öne çıkmıştır. Laboratuvar ve dış ortamda gerçekleştirilen termal regülasyon performans deneyleri, üretilen FKK-FDM odun kompozitlerinin iç ortam sıcaklık dalgalanmalarını azaltarak termal konfor sağlama potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. Bu durum, binalarda ısıtma ve soğutma yüklerini düşürerek enerji tasarrufuna önemli bir katkı sunabileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
In this thesis study, form-stable wood composites (FSWC-PCMs) were produced using phase change materials (PCMs) with thermal energy storage and release capabilities. In the production process, capric acid, lauryl alcohol, and methyl palmitate were used as PCMs; wood fiber served as the porous supporting material, and a starch-based adhesive was employed as the binder. The physical properties of the prepared wood composites were evaluated through leakage tests, thickness swelling, water absorption, and density profile measurements. Chemical properties were analyzed using FTIR spectroscopy, morphological characteristics were examined by SEM analysis, and thermal properties were assessed using TGA, DSC, and IDT analyses. Acoustic performance was measured using impedance tube tests, and biological resistance was evaluated through termite and mold fungi tests. Mechanical properties were determined by internal bond strength and compression resistance tests. Leakage tests revealed that a PCM loading ratio of 40% by mass was the maximum achievable without leakage. PCM-enhanced panels demonstrated high dimensional stability, with low water absorption and minimal thickness swelling. Thermal conductivity values ranged from 0.0943 to 0.1384 W/m°K, with methyl palmitate-enhanced composites exhibiting superior latent heat storage capacities. Thermal regulation performance tests conducted under laboratory and outdoor conditions indicated that the FSWC-PCMs effectively reduced indoor temperature fluctuations and improved thermal comfort. These results highlight the potential of the developed composites to decrease heating and cooling loads in buildings, thereby contributing to significant energy savings.