Boşluklu yapı elemanlarında geometrik optimizasyon ile ısıl direncin iyileştirilmesi için termal stratejilerin geliştirilmesi
Development of thermal strategies to improve thermal resistance with geometric optimization in hollow structural elements
Yazar: AHMET BURHANEDDİN BEŞİR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM CÜCE ; DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE PINAR MERT CÜCE
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Enerji sarfiyatı, özellikle 20. yüzyılın son çeyreğinden itibaren tüm dünyada önemli ölçüde artış göstermektedir Toplam enerji kullanımının% 40'ının binalar tarafından kullanıldığını ve dünya genelindeki sera gazı emisyonlarının yaklaşık üçte birinin binalara ait olduğu bildirtilmektedir. Ayrıca, söz konusu kullanım bina dış kabuğuyla ilişkilidir. Bu bağlamda, pencereler, çatılar, zeminler ve duvarlar gibi ana yapı elemanlarının termal direncini artırarak binaların termal performansının iyileşmesi için yoğun çaba sarf edilmektedir. Duvarlara ait ısı kayıp / kazanç miktarı, toplam bina enerji kayıplarının yaklaşık %30'unu oluşturmaktadır. Briketler, binaların duvarlarında yaygın olarak kullanılan yapı malzemelerindedir. Bu nedenle mevcut çalışmada, boşluklu hafif beton briketlerin termal direncini HAD tabanlı sayısal analiz yöntemiyle optimize edilmesi amaçlamaktadır. Optimizasyon, boşluk geometrisi ve tasarımına, ısı transfer yolunda yer alan boşluk sıra sayısına ve boşluk içindeki doğal konveksiyonu etkileyen boşluk derinliği gibi bağımsız değişkenlere dayanmaktadır. Araştırmada HAD yazılımı olarak ANSYS FLUENT 18.1 kullanılmıştır. HAD sonuçlarının doğruluğu önce referans model briketi (RMB) ile doğrulanmıştır. RMB'nin toplam ısı transfer katsayısı (U değeri) 0.916 W/m2K olarak belirlenmiştir ve üreticinin veri raporuyla (0.9 W / m2K) uyumludur. Bunu takiben, briketin kütlesinin bir fonksiyonu olarak U değerini optimize etmek için çeşitli senaryolar için parametrik araştırmalar yapılmıştır. Analizlerin sonuncunda, U-değerindeki maksimum iyileşme yaklaşık olarak %53 ile h/H oranı 1 olan (kısaca yukarıdan aşağıya doğru sürekli oyuk) B48'e (U-değeri 0,43W/m2K) konfigürasyonuyla sağlanmıştır. Ayrıca, h-oranındaki artışa bağlı olarak, briketlerin termal performansının da orantılı olarak arttığı görülmüştür. Briket tasarımları arasında minimum ağırlık 7.645 kg (B45) olarak bulunmuştur ve B45'in U-değeri 0.44 W/m2K olarak belirlenmiştir

Abstract:
Throughout the last quarter of the 20th century, energy consumption has increased significantly worldwide. It is reported that %40 of the total energy consumption is attributed to buildings and they account for nearly one third of the greenhouse gas emissions worldwide. In addition, this consumption is related to the building envelopes. In this context, great efforts are made to improve the thermal performance of the buildings by increasing the thermal resistance of the main construction elements such as windows, roofs, floors and walls. The amount of heat loss / gain of the walls accounts for about %30 of the total building energy losses. Bricks that are known as one of building materials are commonly used in the walls of buildings. For this reason, in the current study, it aims to optimize the thermal resistance of corrugated lightweight concrete bricks with the CFD-based numerical analysis method. Optimization is based on hollow-geometry and design, independent variables such as the number of hollow rows in the heat transfer path and hollow depth that affects natural convection within the air gaps. ANSYS FLUENT 18.1 was used as the CFD software in the research. The accuracy of the CFD results is first verified by the reference model bricks (RMB). The total heat transfer coefficient (U value) of RMB is determined to be 0.916 W/m2K and complies with the manufacturer's data report (0.9 W/m2K). Following this, parametric studies are conducted for various scenarios to optimize the U value as a function of the mass of the bricks. At the end of the analysis, the maximum improvement in U-value was achieved in B48 (U-value 0.43W / m2K) configuration with a h / H ratio of 1 (briefly continuous hollow from top to bottom). In addition, it is seen that the thermal performance of the bricks increases proportionally with the increase in the h-ratio. Among the brick designs, the minimum weight was found to be 7.645 kg (B45) and the U-value of B45 was determined as 0.44 W/m2K.