Binalarda enerji tasarrufu için güneş enerjisini faz değiştiren maddede pasif depolayan yeni beton karışımların geliştirilmesi ve uygulanması
Development and application of novel concrete mixtures storing solar energy with phase change materials for energy savings in buildings
Yazar: KEMAL CELLAT
Danışman: PROF. DR. HALİME ÖMÜR PAKSOY
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada, faz değiştiren madde (FDM) içeren yeni nesil beton karışımları geliştirilerek, betonun termal depolama özelliklerinin arttırılması ve binalarda güneş enerjisinden pasif olarak daha fazla yararlanma imkânları araştırılmıştır. İlk aşamada, konfor sıcaklığına uygun, beton için kullanılan kimyasal katkılara benzer yapıda FDM adayları belirlenmiştir. FDM eklenmesiyle beton yapısında meydana gelebilecek değişimler hidratasyon sıcaklığı takibi, XRD, SEM ve basınç dayanım testleri ile incelenmiştir. FDM adaylarının beton içerisinde doğrudan karıştırılarak veya kapsüllenerek uygulanması ile elde edilecek termal kazanımlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Kullanılan FDM'lerin betonarme çeliğine olası korozif ya da korozyon koruyucu etkisi Elektrokimyasal İmpedans Spektroskopisi yöntemi ile bir yıl boyunca incelenmiştir. FDM'lerin, betonun termal özelliklerini geliştirirken betonarme çeliği üzerinde korozif etki göstermediği görülmüştür. Geliştirilen FDM'li beton karışımları kullanılarak iki katmanlı kompozit beton paneller üretilmiş ve bu paneller kullanılarak test kulübeleri inşaa edilmiştir. Adana, İncirlik'teki test sahasında, gerçek iklim koşulları altında, FDM'li ve FDM'siz test kulüblerinden elde edilen sıcaklık, iklim ve güneş ışınımı verileri 2 yıl boyunca kaydedilmiştir. Çalışmanın son aşamasında binalarda FDM kullanımı ile sağlanacak ekonomik ve çevresel yararlar hesaplanarak elde edilecek fayda ve sağlanacak tasarruf değerleri belirlenmiştir. Sonuçlar, FDM'li beton ile inşaa edilen binalarda mevsime göre, ısıtma yükünün %13'e kadar azaltılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this study, new generation concrete mixtures with phase chance material (PCM) have been developed. Improving thermal density of concrete and possibility of more efficient solar gain in passive buildings were studied. In the first stage; PCM candidates were selected based on suitable comfort temperatures and similar structure with concrete additives. Possible changes on concrete structure were investigated using XRD, SEM and compressive strength tests. Thermal energy gains via direct and microencapsulated mixing of PCMs candidates were studied comparatively. Corrosive behaviour of PCM on reinforced steel was monitored using Electrochemical Impedance Spectroscopy technique for one year. Results show that PCMs are enhanced the termal properties of concrete while not affected on corrosion rate of reinforcement steel. Two layered composit panels were fabricated using novel concrete mixtures containing PCM. Test cabins were built using these composit panels. Indoor and wall surface temperatures of reference and PCM cabins, weather and solar irradiation data  have been collected on field for two years. In the last stage of the study, economical and environmental gains with using of PCM in buildings were calculated. Results showed that heating loads can be reduced up to 13% by using novel PCM-concrete mixtures in buildings.