Termal enerji depolama için termal iletkenliği arttırılmış diatomit tabanlı yapıca kararlı kompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of diatomite-based form-stable composites with enhanced thermal conductivity for thermal energy storage
Yazar: MİYASE BULUT
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KARAİPEKLİ
Çankırı Karatekin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Isı enerjisi = Heat energy ; Termal enerji = Thermal energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Faz değiştiren maddeler (FDM'ler) termal enerjinin depolanması ve enerji verimliliğinin arttırılması için kullanılabilir. FDM'lerin binalara entegrasyonu ile bina içerisindeki fazla ısı depolanabilir ve böylece iklimlendirme sistemlerinin elektrik tüketimi büyük oranda azaltılarak elektrik tasarrufu sağlanabilir. Bu çalışmada binalarda termal enerji depolama için parafin ötektik karışımı (n-eikosan-n-heptadekan) ve diatomitten oluşan yapıca kararlı kompozit FDM hazırlandı. Kompozit FDM diatomit içerisine parafin ötektik karışımı doğrudan emdirme yöntemiyle katılarak hazırlandı. n-eikosan-n-heptadekan/diatomit kompozitinin morfolojisi,  kimyasal yapısı, kimyasal uyumluluğu, termal özellikleri ve termal kararlılığı, SEM, FT-IR spektroskopisi, DSC ve TG analizleri ile kapsamlı bir şekilde araştırıldı. FT-IR sonuçları, kompozit FDM'de n-eikosan-n-heptadekan ötektik karışımı ve diatomit arasında yalnızca fiziksel etkileşimler olduğunu gösterdi. DSC sonuçları, yapıca kararlı kompozitin parafin ötektik karışımı ile benzer faz değişim karakteristikleri sergilediğini gösterdi. TG analiz sonuçları hazırlanan kompozit FDM'nin 100 oC'ye kadar bozunmadığını ve iyi termal kararlılığa sahip gösterdi. Kompozit FDM'nin termal iletkenliğini arttırmak için kompozite farklı kütle oranlarında (%0,5, 1,5 ve 2,5) bor nitrür (BN) ilave edildi ve kompozit FDM'nin termal iletkenliğinin ilave edilen BN oranıyla arttığı bulundu. Ayrıca, hazırlanan kompozit alçı sıva içerisine katılarak enerji depolayıcı kompozit bir sıva hazırlandı ve termal performansı laboratuvar ölçekli bir hücrede test edildi. Termal performans testleri, kompozitin enerji depolamasından dolayı oda içi sıcaklık dalgalanmalarını azaltabileceğini ve enerji tasarrufu sağlamak için büyük bir kullanım potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Phase change materials (PCMs) can be used to store thermal energy and improve energy efficiency. By integrating PCMs into buildings, excess heat inside the building can be stored, and thus electricity consumption of air conditioning systems can be greatly reduced and electricity can be saved. In this study, a form-stable composite PCM consisting of paraffin eutectic mixture (n-eicosane-n-heptadecane) and diatomite was prepared for thermal energy storage in buildings. The composite PCM was prepared by adding paraffin eutectic mixture into diatomite by direct impregnation method. The morphology, chemical structure, chemical compatibility, thermal properties and thermal stability of the n-eicosan-n-heptadecane/diatomite composite was extensively investigated by SEM, FT-IR spectroscopy, DSC, and TG analysis. FT-IR results showed that there are only physical interactions between n-eicosan-n-heptadecane eutectic mixture and diatomite. DSC results showed that the composite exhibited similar phase change characteristics with the paraffin eutectic mixture. TG analysis results showed that the prepared composite PCM does not decompose up to 100 oC and has good thermal stability. Boron nitride (BN) was added to the composite at different mass ratios (0.5, 1.5, and 2.5%) to increase the thermal conductivity of the composite PCM, and it was found that the thermal conductivity of the composite PCM increased with the added BN amount. In addition, an energy-storing composite plaster was prepared by adding the prepared composite PCM to the gypsum plaster and its thermal performance was tested in a laboratory scale cell. Thermal performance tests showed that the composite could reduce in-room temperature fluctuations due to energy storage and had great potential for energy savings.