Analysis of energy-saving potential of sunspaces incorporating phase change material in different climatic regions of Turkey
Türkiye'nin değişik iklim bölgelerinde faz değişim malzemesi içeren güneş mekanlarının enerji tasarruf potansiyeli
- Tez No: 765537
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜSLÜM ARICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Energy, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Enerji analizi, Enerji tasarrufu, Faz değişimi, Karbon emisyonu, Energy analysis, Energy saving, Phase change, Carbon emission
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Güneş mekanları, basit olmasina rağmen etkin sistemlerdir. Güneş mekanına gelen güneş ışınlarındaki enerji, binayı oluşturan yapılarda (duvar, taban vs.) ve de güneş mekanının içindeki hava yardımıyla depo edilip gerektiği zaman kullanılır. Depo edilen ısıyı arttırmak için, termal depolama sistemleri kullanılabilir. Bu tez çalışmasında, güneş mekanı ile oturma odasının arasındaki duvarın içine faz değişim malzemesi (FDM) eklenerek, güneş mekanının ısıyı tutma kapasitesi arttırılmıştır. Aynı zamanda faz değişimi sırasında sıcaklık neredeyse sabit kaldığı için konfor şartlarının daha uzun süre sağlanması amaçlanıp, ısıtma ve soğutma sistemindeki ekipmanların devreye giriş-çıkış sayılarının minimuma indirilmesi amaçlanmıştır. Bu etkileri incelemek amacıyla, Türkiye'nin beş farklı iklim bölgesindeki beş şehir seçilip, müstakil bir bina tasarlanmıştır. Daha sonra, bu binaya güneş mekanı eklenerek, ve bu güneş mekanının parametreleri değiştirilerek, EnergyPlus™ programı yardımıyla aylık ve yıllık enerji ihtiyaçları bulunmuştur. Aktif gölgeleme sistemi, bölme duvarının içinde üç farklı faz değişim malzemesi konumu, altı farklı faz değişim sıcaklığı, ve altı farklı cam tipi incelenen parametreleri oluşturmaktadır. Ayrıca, analizler, faz değiştiren malzemenin gizli ısısının etkisini görmek amacıyla ayrıca FDM özelliklerine sahip ancak faz değişiminin olmadığı (faz stabil malzeme, PSM) bir malzeme için de gerçekleştirilmiştir. Aktif gölgeleme sistemi, 31 Mart-30 Eylül arasında bu perde her gün saat 6:00 ile 18:00 arasında otomatik bir sistemle kapalı olarak tutulmuştur. Diğer günlerde ise aktif gölgeleme sistemi, inaktif duruma gecirilerek gölgeleme yapması engellenmiştir. Faz değişim malzemesinin, bölme duvarının ön, orta ve arka konumlarına yerleştirildiği durumlar için analizler yapılmıştır. Aktif gölgeleme ve faz değişim malzemesi konumu İstanbul iklim koşullarında araştırılmış olup, aktif gölgelemenin tüm konfigürasyonlarda yararlı olduğunun görülmesi ve konumunun ciddi bir etki yapmadığı göz önüne alınarak diğer konfigürasyonlarda aktif gölgeleme sistemi açık ve faz değişim malzemesinin de duvarın orta konumuna yerleştirildiği durumlar dikkate alınarak analizlere devam edilmiştir. Faz değişim sıcaklığı olarak, 19 °C'den 29 °C'ye kadar 2 °C aralıklarla altı farklı sıcaklık seçilmiştir ve tüm iklim bölgeleri için optimum faz değişim sıcaklıkları araştırılmıştır. Faz değişim sıcaklıkları ve faz stabilize malzemenin etkisini görmek için berrak tek cam (single clear glass – SG-1) içeren 1 m derinlikte güneş mekanı seçilmiştir. Optimum faz değişim sıcaklığı bulunduktan sonra, cam tipi değiştirilerek farklı iklim tipleri için optimum cam tipi tespit edilmiştir. Farklı ısıtma ve soğutma sistemlerinin işletme maliyetleri arasında fark oluşacağından ve bu farkı en aza indirmek amacıyla binanın ısıtma ve soğutma ihtiyacını karşılamak için yüksek verimli bir ısı pompası sisteme dahil edilmiştir ve böylece yapının ısıtma ve soğutma için harcadığı yıllık elektirik enerjisi ortaya çıkarılmıştır. Daha sonra bu enerjiye, kayıp kaçak oranı kadar bir pay eklenip, eşdeğer CO2 salınımı bulunmuştur. Yapılan yıllık analizler sonucunda, güneş mekanının ısıtma ve soğutma ihtiyacını azaltmada önemli miktarda katkı sağladığı görülmüştür, bu da daha az enerji tüketimi ve CO2 salınımını sağlamıştır. Kullanılan konfigürasyona göre, gerekli toplam enerjinin 629 kWh kadar azaltılabildiği ve aynı zamanda 168 kg/yıl daha az CO2 emisyonu üretilebildiği görülmüştür. Aynı zamanda, faz değişim malzemesi ilave edilmiş güneş mekanlarının ısıtma ve soğutma yükünden yıllık %20,86'ya kadar enerji tasarrufu sağlayabildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Sunspace integration is an effective yet simple solar system application to improve the energy efficiency of buildings. However, numerous factors can affect their effectiveness. They should be evaluated regarding different design parameters and climatic conditions to achieve the most appropriate implementation. From this point of view, the impacts of sunspace integration to a detached house located in five different climate zones in Turkey were numerically investigated. The effect of the active shading and location of the phase change material (PCM) inside the partition wall were investigated. Also, various PCMs introduced sunspace configurations considering six phase transition temperatures from 19 °C to 29 °C, a phase stabilized material (PSM), and six different glazing unit structures including single, double and triple pane glass, were examined to reveal the most effective designs. The analysis was performed for different climatic conditions in Turkey (namely, for the cities of Ankara, Antalya, Erzurum, Istanbul, and Sivas). By the annual analysis, it was revealed that sunspace attachment is significantly beneficial for the reduction of cooling and heating demands, which leads to lower energy consumption and CO2 emission, for the majority of considered sunspace configurations. Depending on the configuration, it was seen that the total required energy can be reduced by up to 629 kWh while the CO2 emission was reduced by 168 kg/year. It is also seen that a PCM incorporated sunspace can attain a yearly energy saving of up to 20.86%.
Benzer Tezler
- Performans tabanlı parametrik ve adaptif bina kabuğu tasarım önerisi
Performance based parametric and adaptive building facade design proposal
BÜŞRA YAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT TURGAY ARPACIOĞLU
- Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için ilköğretim dersliklerinin doğal aydınlatma sistemi tasarımına ilişkin bir yaklaşım
An approach to the natural lighting system design of primary school classrooms for different climate regions in Türkiye
GÖKÇE ERDEMİR ŞENDUR
Doktora
Türkçe
2025
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. ALPİN KÖKNEL YENER
- Olasılıkçıl evrim kuramı ile çok nesnecikli dizgelerin deviniminin incelenişi ve Padé oranlarıyla da yaklaştırım
Analysis of the motion of many particle problem by using probabilistic evolution theory and approximation with Padé approximants
ELİF TATAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Matematikİstanbul Teknik ÜniversitesiHesaplamalı Bilim ve Mühendislik Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. METİN DEMİRALP
- Bir üniversite yerleşke binasında elektrik enerjisi tasarruf potansiyelinin incelenmesi
Investigation of electrical energy saving potential in a university campus building
ENGİN AKYÜREK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERTAÇ GÖRGÜLÜ