Geri Dön

Yüksek performanslı ısı yalıtım malzemesi olan vakum yalıtım panellerinin bina uygulamaları için kullanımının karşılaştırmalı olarak incelenmesi

Comparative investigation of high performance thermal insulation material vacuum insulation panels for building applications

PDF İndir

  1. Tez No: 557136
  2. Yazar: EZGİ EREN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mimarlık, Architecture
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 135

Özet

Günümüzde enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Avrupa Birliği'nin resmi verilerine göre 1997 yılında, Avrupa ülkelerinde toplam enerji tüketiminin %40,7'lik kısmı konutlarda ve ticari binalarda olmuştur ve bu toplam enerji tüketiminin yaklaşık %25'lik bölümü binalardaki ısı yalıtımı ile ilgilidir. Bu veriler doğrultusunda ülkeler yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri üzerinde çalışmayı yoğunlaştırmıştır. Vakum yalıtım panelleri yarın için umut verici kabul edilen yüksek performanslı termal yalıtım çözümlerinden biridir. Vakum yalıtım panellerinin çekirdek malzemesine bağlı olrak termal iletkenlik değerleri 0,004 W/(mK) kadar düşük olabilmektedir. Bu değer yaygın kullanılan ısı yalıtım malzemelerine göre, vakum yalıtım panellerinin performansının 8-10 kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Vakum yalıtım panelleri hem yeni yapılan binalarda hem de iyileştirme çalışması yapılan binalarda kullanılmaktadır. Özellikle çeşitli tasarım kısıtlamaları bulunduran iyileştirilmesi yapılacak binalarda ısı yalıtım yönünden vakum yalıtım panellerinin çözüm sağlaması, panellere olan ilgiyi arttırmıştır. Sağladığı faydalara rağmen, vakum yalıtım panellerinin kullanımının bina sektöründe yaygınlaşamamasının sebeplerinin başında; maliyetinin yüksek oluşu ve kalite güvencesi, resmi belgelendirme eksikliği gelmektedir. Panel kullanıcılarına daha iyi bir kalite güvencesi sağlanması, panel zarf teknolojisinin ilerletilip ve çekirdek malzemesinin geliştirilip maliyetinin düşürülmesiyle vakum yalıtım panellerinin binalar için rekabetçi bir ısı yalıtım malzemesi olması sağlanabilir. Tez çalışmasının ilk bölümünde çalışmanın konusu, amacı, kapsamı ve yöntemleri belirtilmiştir. İkinci bölümde, ısı yalıtım malzemelerine dair genel bilgiler verilmiştir. Isı yalıtım malzemesinin tanımı yapılmış ve ısı yalıtım malzemesi seçiminde dikkat edilmesi gereken özellikler açıklamalarla sıralanmıştır. Yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemelerinin görseller ile açıklamaları yapılmıştır. Bunlar: mineral yünler (cam yünü ve taş yünü), genleştirilmiş polistren köpük (EPS), ekstrüde polistren köpük (XPS), selüloz, mantar yalıtım levhaları ve poliüretandır (PUR). Ardından, yalıtım standartları ve binalarda kullanılan enerji miktarları belirtilerek yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin gerekliliği vurgulanmıştır. Günümüz yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin tanımlamaları yapılmıştır. Bunlar: vakum yalıtım panelleri, aerojeller, gaz dolu paneller ve faz değiştiren malzemelerdir. Çalışmanın üçüncü bölümünde ise, günümüz için bina uygulamalarında en umut verici yüksek performanlı ısı yalıtım malzemesi olan vakum yalıtım panelleri detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Vakum yalıtım panellerinin tarihçesine ait bilgiler paylaşılmıştır. Sonrasında, vakum yalıtım panellerinin yapısını oluşturan elemanların tanımı yapılmıştır. Bunlar: çekirdek malzemesi, zarf, gaz gidericiler, kurutucular ve opaklaştırıcılardır. Vakum yalıtım panelin çekirdek malzemesinin sahip olması gereken özellikler sıralanmıştır. Farklı vakum yalıtım panel çekirdek malzemelerinin tanımları yapılmış ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu malzemeler : silis dumanı, aerojeller, poliüretan köpük ve cam lifidir. Bunların arasından bina uygulamaları için en uygun olanı silis dumanıdır. Sonrasında, vakum yalıtım panel zarf malzemesinin özellikleri açıklanmıştır. Vakum yalıtım panellerinde kullanılan zarf çeşitleri belirtilmiştir. Bunlar: metal laminant film ve metalize çok katmanlı polimer laminant filmdir. Metalize çok katmanlı polimer laminant film, günümüzde bina uygulamaları için en yaygın olanıdır. Vakum yalıtım panellerin özellikleri üç alt başlık altında incelenmiştir: termal köprü etkisi, servis ömrü ve panelin sandviç panel olarak kullanımıdır. Termal köprüler, yapı boyunca yapı bütününe göre yüksek bölgesel ısı akışına veya düşük iç yüzey sıcaklığına sahip olan alan veya noktalardır. Termal köprüler, bina zarfında ısı kaybının artmasına neden olur ve bina zarfının iç yüzeyinde yoğuşma riskini arttırır. Vakum yalıtım panellerindeki termal köprünün nedenleri şunlardır: çekirdek malzemeyi saran ince film bariyeri nedeniyle termal köprü, bitişik iki panel arasındaki küçük hava boşluğu nedeniyle termal köprü ve yapısal düzensizlikler nedeniyle termal köprü etkisidir. Çalışmada vakum yalıtım panel zarfının yarattığı termal köprülerin incelenmesine ait araştırmalardan bahsedilmiştir. Yaşlanma ve dayanıklılık vakum yalıtım panelinin hizmet ömrünü etkileyen iki ana faktördür. Yaşlanma sürecinde vakum yalıtım panelinin termal performansı zamanla şu şekilde azalmaktadır: iç gaz basıncının artmasıyla ve iç su miktarının artmasıyladır. Dayanıklılık, bir vakum yalıtım panelinin bariyer zarfının bozulmasına neden olacak etkilere dayanma gücüdür. Bina uygulamaları için vakum yalıtım panellerinin hizmet ömrü önemli bir etkendir. Binalar için en az 50 yıl tercihen 100 yıla kadar bir kullanım ömrüne sahip olunmaları istenmektedir. Günümüzde binalar için uygulanan vakum yalıtım panellerinin 25-50 yıl arasında bir hizmet ömrüne sahip olduğu söylenebilir. Servis ömrü başlığı altında ortalama sıcaklığın vakum yalıtım panellerinin performansını nasıl etkilediği, yapılan örnek çalışmalarla belirtilmiştir. Vakum yalıtım panellerinin performansı, bulundukları ortamın sıcaklığından etkilenmektedir. Vakum yalıtım panelleri başka malzemeler ile örtülerek sandviç panel olarak kullanılabilir. Böylelikle, hem yapım esnasında hem de kullanımda panelleri korumak mümkün olur ve panelin zarar görme riski azaltılabilir. Üçüncü bölümde daha sonra, vakum yalıtım panellerinin uygulanması ve fizibilite çalışmalarına ait veriler açıklanmıştır. Bu çalışma, 1999-2002 yıllarında ABD Konut ve Kentsel Gelişim Bakanlığı tarafından, ABD'deki konut binalarında vakum yalıtım panellerinin piyasa potansiyelini değerlendirmek için gerçekleştirilmiştir. Vakum yalıtım panelleri ile yapılan fizibilite çalışmasında İngiltere'de örnek bir ofis binası kullanılarak vakum yalıtım panelleri ile EPS'nin yalıtım senaryoları ve kendilerini geri ödeme süreleri kıyaslanmıştır. Bu geri ödeme sürelerinde vakum yalıtım paneli kullanılarak elde edilen kiralanabilir alandan, elde edilebilir ilave gelirler dikkate alındığında vakum yalıtım panellerinin kendilerini geri ödeme süresi önemli ölçüde azaldığı belirtilmiştir. Ardından vakumyalıtım panellerin binalarda uygulandığı yerler sıralanmıştır:  Vakum yalıtım panellerin zeminde kullanımı,  Vakum yalıtım panellerinin kapılarda kullanımı,  Vakum yalıtım panelinin cephe ve duvarda kullanımı,  Vakum yalıtım panellerinin teras ve çatılarda kullanımı,  Vakum yalıtım panellerinin cam cephelerde kullanımı,  Vakum yalıtım panellerinin çatı katı merdivenlerinde kullanımı. Ardından, vakum yalıtım panellerinin uygulandığı örnek bina uygulamalarına yer verilmiştir. ECBCS'de analiz edilmiş ve belgelenmiş 20 yapı karakterize edilerek tabloları sunulmuştur. Sonrasında, vakum yalıtım panellerinin yaşam döngüsüne etkileri konusuna değinilmiştir. Vakum yalıtım panellerinin üretiminde, sonrasında kazanılan enerjiden daha çok enerji tüketmesi durumu ve vakum yalıtım panel kullanımıyla elde edilen faydalardan daha fazla ekolojik hasara neden olup olmadığının araştırıldığı çalışmadan bahsedilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünün sonunda gelecekte olası bina ısı yalıtım malzemelerine değinilmiştir. Öncelikle, gelecekte yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri için önerilen gereksinimler tablo halinde sunulmuştur. Ardından vakum yalıtım panel malzemesinin gereksinimlerinden bahsedilerek bu gereksinimlerin çekirdek ve zarf malzemesinde ne gibi değişimler yapılarak karşılanabileceği anlatılmıştır. Gelecekte olası yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinden bahsedilmiştir. Bunlar: vakum yalıtım malzemesi, gaz yalıtım malzemesi, nano yalıtım malzemesi, dinamik yalıtım malzemesi ve NanoCon'dur. Çalışmanın dördüncü bölümünde değerlendirme çalışması yer almaktadır. Vakum yalıtım panelleri genel bir bakış açısıyla anlatılmıştır ve yaygın kullanımını engelleyen faktörlerden bahsedilmiştir. Bunlar: yüksek fiyat, vakum yalıtım panel teknolojisine ve panelin bina uygulamalarına düşük güvendir. Panel maliyetlerinin nasıl azaltılabileceği açıklanmıştır. Kalite güvencesi ve resmi belgelendirmeler ile kullanıcıların güvenini kazanıp kullanımının artacağından bahsedilmiştir. Vakum yalıtım panelinin avantaj ve dezavantajları bir tablo halinde sunulmuştur. Yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ve yüksek performasnlı ısı yalıtım malzemelerinin teknik özellikleri bir tabloda sunulmuştur. Gelecekteki olası ısı yalıtım malzemelerinin kısa tanımlaması yapılarak avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir ve günümüz, gelecekteki olası yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin yarının yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri ve çözümleri olma potansiyelleri bir tabloda belirtilerek karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son bölümünde ise sonuç kısmı yer almaktadır. Yapılan literatür araştırmaları tekrar gözden geçirilerek çalışma özetlenmiştir. Bu çalışmanın hangi konularla bağlantı sağlanarak geliştirilip ilerletilebileceği açıklanmıştır.

Özet (Çeviri)

Today, energy resources are rapidly depleted. According to official data from the European Union, in 1997, 40,7% of total energy consumption in European countries was in residential and commercial buildings, and about 25% of this total energy consumption was related to thermal insulation in buildings. In line with this data, countries have increased their work on high performance thermal insulation materials. Vacuum insulation panels are one of the high performance thermal insulation solutions that are considered promising for tomorrow.The thermal conductivity values of the vacuum insulation panels depending on the core material can be as low as 0,004 W / (mK). This value shows that the performance of the vacuum insulation panels is 8 to 10 times higher than the common thermal insulation materials. Vacuum insulation panels are used both in new buildings and in retrofit buildings. Particularly with the help of various design constraints, the improvement of the thermal insulation panels in terms of thermal insulation has increased the interest in panels. Despite the benefits, the use of vacuum insulation panels is not common in the building sector due to the reasons; high costs and the lack of quality assurance and formal certification. By providing better quality assurance to panel users, advancing panel envelope technology and reducing the cost of the core material, vacuum insulation panels can be ensured to be a competitive thermal insulation material for buildings. In the first part of the thesis study, the subject, purpose, scope and methods of the study are stated. In the second chapter, general information about thermal insulation materials is given. The definition of thermal insulation material is done and the properties to be considered in the selection of thermal insulation material are listed with explanations. Commonly used thermal insulation materials are explained with visuals. These are: mineral wools (glass wool and rock wool), expanded polystyrene foam (EPS), extruded polystyrene foam (XPS), cellulose, cork insulation boards and polyurethane (PUR). Then, it was emphasized the necessity of high performance thermal insulation materials by specifying the insulation standards and the energy used in the buildings. Today's high performance thermal insulation materials are defined. These are: vacuum insulation panels, aerogels, gas filled panels and phase-changing materials. In the third part of the study, vacuum insulation panels which are the most promising high performance thermal insulation materials in building applications are explained in detail. Information on the history of vacuum insulation panels is shared. Then, the elements of the structure of the vacuum insulation panels are defined. These include: core material, envelopes, getter, dryers and opacifiers. The specifications of the core material of the vacuum insulation panel are listed. Definitions of different vacuum insulation panel core materials were made and compared with each other. These materials are: fumed silica, aerogels, polyurethane foam and glass fiber. Among these, the most suitable for building applications is fumed silica. Next, the properties of the vacuum insulation panel envelope material are described. Types of envelopes used in vacuum insulation panels are indicated. These are: metal laminated film and metallized multilayer polymer laminate film. The metallized multilayer polymer laminate film is the most common for building applications today. The properties of vacuum insulation panels are examined under three subheadings: thermal bridge effect, service life and use of panel as sandwich panel. Thermal bridges are areas or points that have a high regional heat flow or low internal surface temperature throughout the structure. Thermal bridges increase the heat loss in the building envelope and increase the risk of condensation on the inner surface of the building envelope. The reasons for the thermal bridge in the vacuum insulation panels are as follows: the thermal bridge effect due to the thermal bridge and the structural irregularities due to the small air gap between the two adjacent panels due to the thin bridge barrier surrounding the core material. In this study, the investigation of the thermal bridges created by the vacuum insulation panel envelope is mentioned. Aging and durability are the two main factors affecting the service life of the vacuum insulation panel. In the aging process, the thermal performance of the vacuum insulation panel decreases as time goes by: increasing the internal gas pressure and increasing the internal water content. Durability is the ability of a vacuum insulation panel to withstand the effects that will cause the barrier envelope to deteriorate. The service life of the vacuum insulation panels is an important factor for building applications. It is desirable for buildings to have a service life of at least 50 years, preferably up to 100 years. It can be said that the vacuum insulation panels applied for buildings today have a service life of 25-50 years. How the average temperature affects the performance of the vacuum insulation panels under the service life title is indicated by the case studies. The performance of the vacuum insulation panels is influenced by the temperature of their environment. Vacuum insulation panels can be used as sandwich panels by covering with other materials. Thus, it is possible to protect the panels both during construction and in use, and the risk of damage to the panel can be reduced. In the third chapter, the data on the application of vacuum insulation panels and feasibility studies are explained. This study was carried out by the US Department of Housing and Urban Development in 1999-2002 to evaluate the market potential of vacuum insulation panels in residential buildings in the USA. In the feasibility study with vacuum insulation panels, insulation scenarios and the repayment periods of EPS were compared with vacuum insulation panels using an example office building in the UK. In these payback periods, the leasable area obtained by using the vacuum insulation panel is considered to have significantly reduced the payback period of the vacuum insulation panels considering the additional revenues that can be obtained. Then the places where vacuuming panels are applied in buildings are listed: ● Use of vacuum insulation panels on the floor, ● Use of vacuum insulation panels in doors, ● Use of vacuum insulation panel on facade and wall ● Use of vacuum insulation panels on terraces and roofs ● Use of vacuum insulation panels on glass facades ● Use of vacuum insulation panels in the attic staircase Then, sample building applications where vacuum insulation panels are applied are given. In ECBCS, 20 buildings that were analyzed and documented were presented and their tables were presented. Then, the effects of the vacuum insulation panels on the life cycle have been mentioned. In the production of vacuum insulating panels, it is mentioned that the energy consumed more than the energy gained after the investigation and whether it causes more ecological damage than the benefits obtained with the use of vacuum insulation panels is mentioned. At the end of the third part of the study, possible building thermal insulation materials are mentioned in the future. Firstly, the recommended requirements for future high performance thermal insulation materials are presented in a table. Then, the requirements of vacuum insulation panel material are mentioned and it is explained that these requirements can be met by making changes in core and envelope material. Possible high performance thermal insulation materials are mentioned in the future. These are: vacuum insulation material, gas insulation material, nano insulation material, dynamic insulation material and NanoCon. In the fourth part of the study, evaluation is included. Vacuum insulation panels are described from a general point of view and the factors that prevent their widespread use are mentioned. These are: high price, low insulation to vacuum insulation panel technology and panel building applications. How panel costs can be reduced is clarified. Quality assurance and official certifications are used to gain the trust of users and increase their use. The advantages and disadvantages of the vacuum insulation panel are presented in a table. The specifications of the widely used thermal insulation materials and high performance thermal insulation materials are presented in a table. Advantages and disadvantages of possible future thermal insulation materials are given by defining them briefly and the potential for high performance thermal insulation materials and solutions of tomorrow and today's high performance thermal insulation materials is compared with a table. In the last part of the study, the conclusion part is included. Literature researches are reviewed and the study is summarized. It is explained which topics can be developed and improved by linking this study.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    363498

    Silika esaslı üstün yalıtım performansına sahip malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    Development and characterization of silica based super insulation materials

    CEREN ÖNEY KIROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR

  2. Tez No

    486916

    Ev tipi soğutma cihazlarında, yalıtım malzemelerine bağlı enerji verimliliğinin teorik ve deneysel incelenmesi

    Theoretical and experimental investigation of energy efficiency on insulation materials in home type cooling devices

    MEHMET EFE KANAT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Mühendislik BilimleriSüleyman Demirel Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. MURAT KORU

  3. Tez No

    469028

    The evaluation of innovative insulation materials for energy efficiency in civil engineering

    İnşaat mühendisliğinde inovatif yalıtım malzemelerinin enerji verimliliği açısından incelenmesi

    NEZİH SERDAR YASDIMAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    İnşaat Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFULLAH GÜNDÜZ

  4. Tez No

    636883

    Termoelektrik modül içi ileri mühendislik malzemelerinin termoelektrik modülün termal davranışına etkisinin deneysel ve sayısal analizi

    Experimental and numerical analysis for the effect of embedded advanced engineering materials on thermal behavior of thermoelectric module

    BAHADIR BOZKURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine Mühendisliğiİstanbul Gedik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SAVAŞ DİLİBAL

  5. Tez No

    645068

    Isı yalıtımı açısından konvansiyonel malzemelerle nanoteknolojik malzemelerin karşılaştırılması

    Comparison of conventional materials and nanotechnologies in terms of thermal insulation

    FIRAT ÇÖL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Mimarlıkİstanbul Aydın Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UFUK FATİH KÜÇÜKALİ

Geri Dön