Faz değiştiren maddelerin ısıl konfor amaçlı kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of phase-changing materi̇al for thermal comfort purpose
Yazar: ECE YILMAZ YİĞİT
Danışman: PROF. DR. AHMET KABUL
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Faz değiştiren maddeler konutlarda ısıtma ve soğutma ihtiyaçlarının en aza indirilmesi ve gün içerisinde konutta bulunan fazla ısı enerjisinin depolanmasında kullanılabilir. FDM'lerin konutların ısıtma ve soğutma ihtiyacının en aza indirilmesi amacıyla kullanımı fosil kaynakların tüketimini azaltırken aynı zamanda çevreye sera gazı salınımın önüne geçer. Bu bağlamda farklı tür FDM'lerin konutlarda ısıl konfor amacıyla kullanımının incelenmesi ve yaygınlaştırılması enerji verimliliği açısından faydalı olabilecektir.

Yapılan bu tez çalışmasında ısıl konfor şartlarının sağlanmasında harcanan enerji miktarını azaltmak için faz değiştiren maddelerden faydalanılmıştır. Çalışmada inceleme amacıyla insanların ısıl konfor şartı sıcaklığı olarak kabul edilen yaklaşık 22 ℃'ye yakın sıcaklıklarda faz değiştiren maddeler Polyehtilene Gylocol-600 ve Calcium Cloride Hexahydrade (PEG-600 ve CCH) seçilmiştir. Tez çalışması kapsamında hazırlanan deney düzeneği, karton kaplı ve kalınlığı 15 mm olan alçıpan (2,3 W/m.K) birbirine eş dört küçük odadan oluşmaktadır Birbirine eş bu dört odadan bir tanesi piyasada yalıtım amaçlı yaygın olarak kullanılan Ekspande Polistiren köpük (ısıl iletkenliği 0,032 W/m.K) ile tamamen yalıtılmıştır. Diğer üç odanın ise sadece taban ve tavan yüzeyleri aynı yalıtım malzemesi ile kaplanmıştır. Sadece taban ve tavan yüzeyi yalıtılan üç odadan bir tanesi boş bırakılmış diğer kutulara, iç çapı 9 mm, dış çapı 12 mm olan silikon hortumların içerisine PEG-600 ve CCH olmak üzere iki farklı faz değiştiren malzeme konulmuştur. Başlangıçta deneyler için test odalarında birer kilogram sonrasında ise ikişer kilogram FDM yerleştirilmiştir ve Faz değiştiren maddelerin ısıl konfor üzerindeki etkilerini görebilmek adına FDM'ler boş oda ve yalıtımlı oda ile kıyaslanmıştır.

Elde edilen sonuçlara göre FDM'ler ile boş oda kıyaslandığında gün içerisinde test odasında meydana sıcaklık değişimlerinin boş odaya göre FDM bulunan odada daha az olduğu ortaya koyulmuştur. Ayrıca Faz değişim sıcaklıklarının konfor şartlarına yakın sıcaklıklarda olması günün belirli saatlerinde (FDM'lerin faz değiştiridiği süreler içerisinde) ısıtma yada soğutma ihtiyacının olmadığı bu durumunda konfor şartlarının sağlanması için enerji harcanmasının önüne geçtiğini göstermektedir.

1 kg PEG-600'ün bulunduğu test odası ile boş oda kıyaslandığında ortalama gece sıcaklıklarının %4, PEG- 600 miktarı 2 kg çıkarıldığında ortalama gece sıcaklıkları farkı %7 olduğu gözlemlenmiştir. 1 kg CCH'nin bulunduğu test odası ile boş oda kıyaslandığında ortalama gece sıcaklıklarının %3, CCH miktarı 2 kg çıkarıldığında ortalama gece sıcaklıkları farkı %6 olduğu ortaya koyulmuştur. Ayrıca PEG-600 bulunan test odası ile yalıtımlı odanın kıyaslamasında ortalama gece sıcaklıkları açısından madde miktarının iki katına çıkarılması ile başlangıçta %10 olan ortalama gece sıcaklığı farkı %4'e gerilemiştir. Benzer şekilde CCH bulunan oda ile yalıtımlı oda için yapılan deney sonuçları incelendiğinde başlangıçta %10 olan ortalama gece sıcaklıkları farkının madde miktarının arttırılması ile %5'e kadar düştüğü gözlemlenmiştir. Böylelikle FDM'lerin test odası içerisindeki madde miktarlarının arttırılması ile yalıtımlı test odasının verilerine daha yakın veriler ortaya koyduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Phase-changing materials can be used to minimize the heating and cooling needs of the houses and to store the excess heat energy in the house during the day. The use of FDMs in order to minimize the heating and cooling needs of the houses reduces the consumption of fossil resources and prevents greenhouse gas emissions to the environment. In this context, examining and disseminating the use of different types of FDMs for thermal comfort in houses may be beneficial for energy efficiency.

In this study, phase changing materials were used to reduce the amount of energy spent in providing thermal comfort conditions. Polyehtilene Gylocol-600 and Calcium Cloride Hexahydrade (PEG-600 and CCH) were selected for the purpose of the study. The test apparatus prepared within the scope of the thesis consists of four small chambers with cardboard covered and 15 mm thick plasterboard (2.3 W / mK). / mK). Only the floor and ceiling surfaces of the other three rooms are covered with the same insulation material. Only one of the three rooms whose base and ceiling surfaces were insulated was left empty, and two different phase-changing materials, PEG-600 and CCH, were placed in silicone hoses with an inner diameter of 9 mm and an outer diameter of 12 mm. Initially, one kilogram was placed in the test rooms and then two kilograms of FDM were placed in the test rooms for the experiments and FDMs were compared with the empty room and the insulated room in order to see the effects of phase-changing substances on thermal comfort.

According to the results obtained, when the FDMs were compared with the empty room, it was found that the temperature changes in the test room during the day were less in the room with FDM than the empty room. In addition, the fact that phase change temperatures are close to the comfort conditions indicates that there is no need for heating or cooling at certain times of the day (during the periods when the FDMs change phase) and in this case, energy consumption is prevented in order to provide comfort conditions.

When the test room with 1 kg PEG-600 was compared with the empty room, average night temperatures were observed to be 4% and when the amount of PEG-600 was removed 2 kg, the difference in average night temperatures was 7%. When the test room containing 1 kg of CCH and the empty room were compared, the average night temperatures were 3% and the difference of the average night temperatures was 6% when the CCH amount was subtracted 2 kg. In addition, in comparison with the test room with PEG-600 and the insulated room, the average night temperature difference, which was initially 10%, was reduced to 4% by doubling the amount of material in terms of average night temperatures. Similarly, when the test results for the room with CCH and the insulated room were examined, it was observed that the average night temperature difference which was initially 10% decreased to 5% by increasing the amount of the substance. Thus, it was observed that FDMs produced data closer to the insulated test chamber by increasing the amount of substance in the test chamber.