Yenilikçi ısı depolama sistemi faz değiştiren malzemelerin bina enerji verimliliği üzerindeki etkisinin analizine yönelik yaklaşım: Diyarbakır ve Erzurum örnekleri

Günümüzde enerji kaynaklarının azalması fakat enerji ihtiyacının artarak sürmesi, fosil yakıtların çevreye verdiği ciddi zararlar, enerji tüketim maliyetlerinin artması, sürdürülebilirlik ve enerji verimliliği kavramlarını öne çıkaran belli başlı etmenlerdir. Binalarda enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik kavramları, bina enerji tüketimini en az düzeyde tutmayı amaçlayan yaklaşımlardır. Günümüz yapıları hangi iklim koşulunda yer alırsa alsın, aynı yapım sistemiyle inşa edilmekte, iklim unsuru bir tasarım parametresi olarak ele alınmamaktadır. Bu iklime duyarlı olmayan tasarım kararları binalardaki enerji tüketim oranını arttırmaktadır. Bina enerji tüketim miktarının azaltılması, büyük ölçüde ilk tasarım kararlarıyla mümkün olmaktadır. Tasarım aşamasında iklim değerleri dikkate alınarak alınan mimari kararlar, bina enerji tüketim optimizasyonunun sağlanması için oldukça önemlidir. Bina kabuk tasarımının belirlenmesi, tasarım aşamasında karar verilmesi gereken ve binanın enerji tüketim değerlerini doğrudan etkileyen en önemli unsurlardandır. Kabuk tasarımında enerji verimliliğini sağlayan en önemli tasarım kararlarından biri ısı depolama sistemleridir. Faz değiştiren malzemeler, bu bağlamda bir yeni dönem ısı depolama sistemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Geleneksel mimaride olduğu gibi kalın ısıl kütleler, günümüz mimarisinde hem geniş duvarlar olması hem de yerel malzeme temin sıkıntısı gibi sorunlardan dolayı uygulanamamaktadır. Isıl kütleye enerji etkin bir alternatif olarak faz değiştiren malzemeler düşünülmelidir. Bu çalışmada, bir kabuk elemanı olarak, dış duvar ele alınmış ve içinde faz değiştiren malzemenin de yer aldığı çeşitli duvar alternatifleri oluşturularak, faz değiştiren malzemelerin farklı kullanım koşullarında enerji verimliliğine olan etkisinin analizi gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında; birinci bölümde; Türkiye ve dünyadaki enerji problemine dikkat çekilmiş, bu problem sonucunda ortaya çıkan enerji verimliliği ve enerji korunumu kavramlarının öneminden bahsedilmiştir. Enerji verimliliği kavramının öneminden referans alınarak çalışmanın amacı anlatılmıştır. İkinci bölümde; binalarda enerji kullanımından ve bu tüketimin toplam enerji tüketimindeki payından bahsedilmiştir. Bina enerji tüketim miktarlarındaki bu yüksek oranın, enerji etkin bina tasarımının önemini vurguladığından bahsedilerek, enerji etkin bina tasarımını etkileyen parametreler açıklanmıştır. Enerji etkin bina tasarımını etkileyen parametreler açıklanırken, iklim, topoğrafya ve bitki örtüsü gibi dış çevreye ait tasarım parametrelerinden ve bina konumu, aralıkları, yönlendiriliş durumu, formu, güneş kontrolü ve doğal havalandırma sistemleri, bina kabuğu optik ve termofiziksel özellikleri gibi binaya ait tasarım parametrelerinden bahsedilmiştir. Bina kabuğu optik ve termofiziksel özelliklerin binaya ait tasarım kararları arasında önemli bir yeri olduğundan, binadaki ısı geçişlerinin büyük oranda bina kabuğunda meydana geldiğinden bahsedilmiştir. Bu çalışmada bina kabuğunun önemli özelliklerinden olan ısı depolama üzerine çalışmalar yapılacağı anlatılmıştır. Üçüncü bölümde; bina kabuğunda ısı depolama sistemleri tanımlanmış ve geleneksel mimaride ısı depolama sistemlerinin değerlendirilmesi yapılmıştır. Öncelikle bina kabuğunun ısı depolamadaki önemi vurgulanmış, daha sonra ısıl kütlenin de bir ısı depolama sistemi olarak yer aldığı güneş enerjisinden yararlanmak için uygulanan temel sistemler konusu kısaca açıklanmıştır. Geleneksel mimaride ısı depolama sistemlerinin değerlendirilmesi yapılırken, ısıl kütlenin iklimle ilişkisi açıklanmış, Türkiye'de görülen beş iklim tipine göre ısıl kütle sistemlerinin değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir. Dördüncü bölümde; bir yeni dönem ısı depolama sistemi olarak faz değiştiren malzemelerin tanımı yapılmış ve kısaca özelliklerinden bahsedilmiştir. Faz değiştiren malzemelerin ısıl performansa ve enerji verimliliğine etkisinin tespitine yönelik yapılan çalışmalar yurtdışı, yurtiçi ve diğer çalışmalar başlıkları altında toplanmıştır. Bu çalışmalarla birlikte faz değiştiren malzemenin kullanım yeri, kalınlığı ve erime noktasının enerji verimliliğine yönelik performansını etkilediği ortaya çıkmıştır. Yapılan çalışmalardan referans alınarak, özgün çalışma bölümü olan beşinci bölüme geçiş yapılmıştır. Beşinci bölümde; yenilikçi bir ısı depolama sistemi olan faz değiştiren malzemelerin enerji verimliliği üzerindeki etkisinin analizine yönelik yapılan çalışma, Diyarbakır ve Erzurum örnekleri olarak bu bölümde açıklanmıştır. Öncelikle DesignBuilder model verileri belirtilmiş, elde edilen kütle, dış çevre koşulları, iklim verileri ve bina kabuğu katmanlaşma tipleri tek tek detaylandırılmıştır. Döşeme, çatı ve duvar katmanları tablolarla ifade edilmiştir. Çalışmada kullanılan uygulama yönteminin tarifi tapılmıştır. Daha sonra Diyarbakır ve Erzurum örnekleri üzerinden, pasif ve aktif koşullar altında yapılan ısıl değerlendirmeler grafikselleştirilmiştir. Pasif ve aktif koşullar altında, yaz ve kış dönemleri için iç hava sıcaklık ve operatif sıcaklık değerlerine göre ısıl değerlendirmeler yapılmıştır. Aktif koşullar altında yıllık ısıtma, soğutma ve toplam enerji tüketimleri hesaplanmıştır. Erzurum ve Diyarbakır iklim koşulları için tespit edilen iç hava sıcaklık, operatif sıcaklık ve yıllık enerji tüketim değerleri tüm duvar alternatifleri için değerlendirilmiştir. Faz değiştiren malzemenin yerinin, kalınlığının ve erime noktasının her iklim tipi için de değerlendirilmesi yapılmıştır. Altıncı yani sonuç bölümünde, enerji tüketiminin öneminden ve yol açacağı sorunlardan kısaca bahsederek, ısı depolama sistemlerinin enerji verimliliğine yapacağı olumlu etkilerden söz edilmiştir. Bir yeni dönem ısı depolama sistemi olarak ortaya çıkan faz değiştiren malemelerin irdelenmesi gereken yenilikçi bir sistem olacağından bahsedilmiştir. Faz değiştiren malzeme kullanımının bina enerji verimliliğine etkisinin tespiti amacıyla ortaya konan çalışmanın sebebinden ve genel aşamalarından bahsedilmiştir. Beşinci bölümde bahsedilen çalışmanın gövdesi kısaca özetlenmiş ve sonuçlar ana hatlarıyla aktarılmıştır. Ayrıca faz değiştiren malzemenin enerji verimliliğini etkileyeceği düşünülen ve bu çalışmada yer almayan bazı noktalar aktarılmış ve gelecek çalışmalar için bir hatırlatma notu bırakılmıştır. Bu tez ile, sıcak-kuru iklim bölgesini temsilen Diyarbakır şehri, soğuk iklim bölgesini temsilen Erzurum şehri iklim verileri baz alınarak, içinde faz değiştiren malzemenin de yer aldığı çeşitli dış duvar alternatifleriyle, enerji verimliliği değerlendirmesi yapılmış ve yenilikçi bir ısı depolama sistemi olan faz değiştiren malzemelerin bina enerji verimliliği üzerindeki etkisinin analizine yönelik bir çalışma gerçekleştirilmiştir.