Faz değiştiren malzemelerin sıcak-kuru ve soğuk iklim bölgelerindeki yapı kabuğu enerji performansının karşılaştırmalı analizi

Günümüzde sürdürülebilirlik, enerji verimliliği, enerji etkin bina tasarımı gibi kavramlar; enerji kaynaklarının azalması ve buna bağlı olarak da enerji tüketim maliyetlerinin artmasıyla ilişkili olarak önem kazanmıştır. İnşaat sektörünün enerji tüketimi konusunda lokomotif kabul edilmesi gerekçesiyle, bina tasarım aşamasında iklim değerleri dikkate alınarak alınan mimari kararlar, bina enerji tüketim performansı açısından oldukça önemlidir. Bu bağlamda yapı kabuğu tasarımında yenilikçi bir yaklaşım olan faz değiştiren malzemeler ile ısı depolama sistemleri bina enerji tüketim değerlerini etkileyen önemli bir etken kabul edilmektedir. Bu yeni nesil sistemler, geleneksel mimari sonucunda ortaya çıkmış kalın ısıl kütlelere yeni bir alternatif olarak son dönemde çokça araştırılmıştır. Kalın duvarlar hem malzeme temini açısından hem de özellikle hafif yüksek yapılarda kullanılamaması açısından yeni alternatiflerin geliştirilmesine sebep olmuştur. Bu nedenle faz değiştiren malzemeler farklı yerlerde, farklı miktarlarda, farklı tür ve sıcaklıklarda kullanılabilme imkanlarınlarıyla bahsedilen alternatiflere örnek gösterilmektedir. Bu tez çalışması kapsamında; birinci bölümde; Dünya'daki ve Türkiye'deki enerji talebi sorunsalına dikkat çekilmiş olup özellikle yapı sektöründe sürdürülebilirlik ve enerji verimliliği kapsamında temel eğilim ve hedeflerin üzerinde durulmuştur. Bu bağlamda günümüzde kullanılan yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynaklarından detaylıca bahsedilmiş ve özellikle ikinci bölümde; yenilenebilir enerjilerden olan güneş enerjisinin, binalarda ısıtma ve soğutma amaçlı faydalanma yöntemlerine değinilmiştir. Öncelikle pasif ve aktif şekilde güneş enerjisi sistemlerinden faydalanılan enerji etkin bina kabuğu tasarımının ısı depolamadaki önemi vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde; ısıl kütle tanımlanmış, termal kütlenin ısı depolama sistemlerinde uygulanma yöntemleri ve yapı bünyesine entegrasyonuna değinilmiştir. Enerji verimliliği ve enerjinin sürdürülebilirliği açısından yeni bir depolama yöntemi olarak tanımlanan 'Faz Değiştiren Malzemeler ile Depolama' konusu yine bu bölümde araştırılmış olup uygulama alanlarında kullanım olanaklarına değinilmiştir. Bu depolama sisteminin çalışma prensibi, 'Faz Değiştiren Malzemelerin Sınıflandırılması', türlerin özellikleri, yapılarda kullanımında karşılaştırmalı avantajları-dezavantajları ve yapı elemanlarında kullanılma yöntemleri detaylıca açıklanmıştır. Yapı elemanı olarak piyasada en çok kullanılan alçıFDM Panolar ve panellerin özelliklerinden bahsedilmiştir. Yapı elemanlarında dış ortam ile doğrudan ilişkili bina kabuğunu oluşturan yapı bileşenleri duvar ve çatılardır. Bu yüzden dördüncü bölümde; özellikle duvar ve çatı yüzeylerine FDM katmanı eklenerek çeşitli hesaplamalar yapılmıştır. Dördüncü bölümde; genel olarak yapı kabuğu bileşenlerinden dış duvar elemanlarında FDM'nin çalışma performansı incelenmiştir ve bu bölüm iki kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda, yurtdışı ve yurtiçi kaynaklı yaklaşık 100 adet makale incelenmiş olup makalelerde yer alan dış duvar katmanları katman dizilişlerine göre gruplandırılmış ve kodlandırılmıştır. Bu sınıfladırmalarda kaynak isimleri, duvarda kullanılan FDM türleri, yalıtıma göre FDM'nin konumu, kaynakların çalışıldığı iklim bölgeleri ve duvar katmanları detaylandırılmıştır. Tüm duvar tipleri lejandlarıyla 'Ekler' kısmında tariflenmiştir. Araştırma çalışması kapsamında en fazla tekrar eden duvar tiplerinin çekirdekli geleneksel mantolama tipi dış duvarların ve çekirdeksiz sandviç sistemlerin olduğu tespit edilmiştir. Türkiye'de görülen beş iklim bölgesinden, mevsimler arası ve gece-gündüz sıcaklık farkları en ekstrem olan sıcak-kuru ve soğuk iklim bölgesi kullanımı uygun görülmüştür. TS 825'te belirtilen U değerini sağlamayan yalıtımsız ve yalıtımlı dış duvarlara ek yalıtım katmanı eklenerek hesaplamalara katılmıştır. Beşinci bölümde; DesignBuilder simülasyon programı aracılığıyla yapılan hesaplarda, her duvar grubunun en iyi performans gösteren tipi belirlenmiştir. Daha sonra bu duvar tiplerinin FDM malzeme türü ve FDM konumu sabit tutulmak üzere farklı erime sıcaklıklarına ve kalınlıklarına sahip FDM alternatifleriyle günlük ortalama operatif sıcaklık hesapları pasif ve aktif koşullarda hesaplanmıştır. 5. bölümün devamında; yalıtımsız, yalıtımlı FDM'siz ve FDM'li alternatiflerin karşılaştırmalı değerleri, tablo ve grafiksel anlatımlar ile ifade edilmiştir. Ayrıca, her grubun en iyi performans gösterdiği başlıca duvar tipleri, pasif koşullar altında çalışılmış; bölgelere göre en sıcak gün kabul edilen; 21 Temmuz ve en soğuk gün kabul edilen 21 Ocak'taki operatif günlük ortalama sıcaklık değerleri hesaplanmıştır.6. bölüm sonuç ve öneriler kısmında; ısı depolama sistemlerinden FDM ile ısı depolama sisteminin ileriki yıllarda daha çok inovasyon ve araştırma çalışmalarında yer almasıyla yenilikçi bir sistem olacağı tahmin edilmiştir. Bu bağlamda faz değiştiren malzeme kullanımının yapı kabuğunda kullanımı ile bina enerji verimliliğine etkileri özetlenmiştir. Ek olarak faz değiştiren malzemenin enerji verimliliğini etkileyebilecek fakat bu çalışmada yer almayan ve gelecek çalışmalarda kullanılabilecek farklı alternatiflerden bahsedilmiştir