Fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanlarının enerji performansının değerlendirilmesi
Evaluation of energy performance of photovoltaic integrated solar control elements
- Tez No: 930787
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 173
Özet
Günümüzde küresel ısınma ve iklim değişikliği çok farklı disiplinlerde ele alınarak çözüm üretilmeye çalışılan önemli bir sorun haline gelmiştir. Kullanıcının ısıl konfor koşullarının sağlanması için tüketilen enerji, kaynakların sonsuz olmaması nedeniyle ulusal ve uluslararası alanda sorunlara yol açmaktadır. Ek olarak; harcanan enerji nedeniyle oluşan sera gazı emisyonları hem küresel iklim değişikliğine hem de dış iklimsel koşulların değişmesine ve ekstrem değerlerin oluşmasına neden olmaktadır. Dış iklimde ekstrem koşullar oluştukça, kullanıcının konfor koşullarının sağlanması için harcanan enerji miktarları da artmaktadır. Bu durumun düzeltilmesi, bina tasarımında pasif stratejilerin kullanılmasıyla olanaklıdır. Küresel ısınma nedeniyle binalarda soğutma enerjisi harcamaları öncelikli hale gelmiştir. Bu nedenle, binaların soğutma yüklerini azaltacak ve minimum enerji harcaması ile ısıl konfor koşullarını sağlayacak ve binanın enerji etkinliğini artıracak pasif tasarım stratejileriyle planlama yaklaşımlarının üretilmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanları binaların soğutulmasında ve gerekli olması halinde soğutma enerjisi harcamalarının alternatif bir enerji ile karşılanmasında etkili bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Güneş kontrol elemanları, güneş ışınımlarının saydam bileşen ile temasını engelleyerek binalarda oluşan aşırı ısınmaya engel olur ve böylece soğutma harcamalarına duyulan ihtiyacı azaltır. Ayrıca, üzerlerinde bulunan fotovoltaik paneller, güneş ışınımını doğrudan elektriğe dönüştürerek gerekli olması halinde binaların enerji ihtiyaçlarını karşılamada önemli bir rol oynar. Bu iki işlevi bir arada sunan fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanları, binaların enerji verimliliğini artırırken aynı zamanda karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olur. Bu çalışma kapsamında, farklı tasarım değişkenlerine sahip fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanlarının bina enerji performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma, Afyonkarahisar'da yer alan bir ahşap atölyesinin toplantı odasında gerçekleştirilmiş ve çalışma 6 ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, binalardaki enerji yüklerinden bahsedilmiş ve soğutma gereksinimi için yapılan enerji harcamalarını azaltmak için hem pasif hem de aktif sistem bulunduran fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanlarının binalarda kullanılması açıklanmıştır. İkinci bölümde, güneş kontrol elemanları ve fotovoltaik sistemler tanıtılarak binalardaki kullanım tipleri açıklanmıştır. Güneş kontrol elemanları biçimsel özelliklerine göre, fotovoltaik sistemler ise binalardaki işlevlerine göre sınıflandırılmıştır. Üçüncü bölümde, fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanlarının ısıl, görsel konfor üzerindeki etkileri ve enerji performansını etkileyen tasarım değişkenleri açıklanmıştır. Dördüncü bölümde, Afyonkarahisar'da yer alan bir ahşap atölyesinin toplantı odasına tasarlanan, üretilen yatay ve düşey güneş kontrol elemanları saydam bileşenlere monte edilerek iç hava sıcaklık ve nem değerleri ölçüm yoluyla değerlendirilmiştir. Ölçümlerin gerçekleştirildiği tarih ve koşullar simülasyon programına entegre edilerek modelleme yapılmıştır. Ölçüm sonuçları ve simülasyon çıktıları karşılaştırılarak kalibrasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Simülasyon programının doğruluğu ve güvenilirliğinin sağlanmasıyla güneş kontrol elemanlarına fotovoltaik sistemler entegre edilmiştir. Farklı tasarım değişkenleri dikkate alınarak alternatif tasarımlar oluşturulmuş ve simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Beşinci bölümde çalışmadan elde edilen bulgular değerlendirilmiş ve tartışılmıştır. Yapılan çalışmanın sonuçları, simülasyon sonuçlarının ayrı ayrı değerlendirilmesi ve karşılaştırmalı değerlendirmeler şeklinde ele alınmıştır. Farklı yönlendiriliş durumu, farklı kanat genişliği, farklı kanat açısı ve bina cephesi ile arasındaki farklı mesafelere bağlı olarak üretilen fotovoltaik entegreli güneş kontrol elemanı seçeneklerinin, toplam enerji yüklerine (toplam soğutma yükü ve toplam aydınlatma yükü) ve toplam enerji kazançlarına etkisi karşılaştırmalı olacak şekilde incelenmiştir. Altıncı bölümde, yapılan çalışmadan elde edilen sonuçlar verilmiştir.
Özet (Çeviri)
In the contemporary era, global warming and climate change have emerged as multifaceted challenges that necessitate interdisciplinary approaches for the development of effective mitigation and adaptation strategies. The energy consumption required to maintain indoor thermal comfort has become a critical concern, given the finite nature of global energy resources and the increasing environmental burdens associated with their depletion. Furthermore, greenhouse gas emissions resulting from extensive energy usage not only exacerbate global climate change but also contribute to alterations in external climatic conditions, leading to the intensification of extreme meteorological events such as heatwaves, storms, and unpredictable temperature fluctuations. As these extreme climatic phenomena become more frequent and severe, the energy demand for maintaining acceptable indoor comfort levels increases proportionally, further amplifying environmental challenges. Addressing this issue necessitates the integration of passive design strategies in architectural planning, which offer sustainable solutions for reducing energy consumption while ensuring thermal comfort. The escalating effects of global warming have underscored the necessity of prioritizing cooling energy demand in buildings, particularly in regions experiencing rising ambient temperatures. Conventional cooling systems, predominantly reliant on non-renewable energy sources, contribute substantially to carbon emissions and energy resource depletion. Consequently, adopting urban planning and architectural approaches that incorporate passive design strategies has become imperative in order to mitigate cooling loads, ensure thermal comfort with minimal energy consumption, and enhance overall building energy efficiency. These strategies encompass a range of design interventions, including optimal building orientation, natural ventilation, high-performance glazing systems, and innovative solar control elements, all of which contribute to a reduction in energy demand. Among these strategies, photovoltaic-integrated solar control elements represent an advanced and multifunctional approach to improving building energy performance. These elements function by impeding the accumulation of heat within buildings through the obstruction of direct solar radiation on transparent façade components, thereby reducing cooling energy demand. Additionally, the integration of photovoltaic panels within these shading elements enables the direct conversion of solar radiation into electrical energy, facilitating an autonomous and renewable energy supply. The synergy between solar shading and photovoltaic energy generation enhances overall energy efficiency, reduces dependence on conventional energy sources, and contributes to carbon footprint reduction in the built environment. The implementation of such innovative technologies aligns with global sustainability objectives, supporting the transition towards climate-responsive and energy-efficient architectural practices. The adoption of photovoltaic-integrated solar control elements presents a viable pathway towards reducing energy consumption in the building sector, which is a major contributor to global carbon emissions. As climate change continues to pose significant environmental and socio-economic challenges, the integration of passive design solutions, coupled with renewable energy technologies, emerges as a fundamental strategy for achieving long-term energy sustainability. Further research and practical applications in this field can contribute to the advancement of resilient and low-carbon urban environments, reinforcing the role of architecture in climate change mitigation and adaptation. This study examines the impact of photovoltaic-integrated solar control elements, designed with varying design variables, on building energy performance. The research was conducted in the meeting room of a wooden workshop located in Afyonkarahisar and is structured into six main sections. Section 1 outlines energy loads in buildings and introduces the application of photovoltaic-integrated solar control elements, incorporating both passive and active systems, to reduce energy consumption for cooling requirements. Section 2 introduces solar control elements and photovoltaic systems, detailing their application types in buildings. Solar control elements are classified based on their formal characteristics, while photovoltaic systems are categorized according to their functional roles in buildings. Section 3 discusses the effects of photovoltaic-integrated solar control elements on thermal and visual comfort and elaborates on the design variables influencing energy performance. Section 4 focuses on the design and production of horizontal and vertical solar control elements for the meeting room of a wooden workshop in Afyonkarahisar. These elements were installed on transparent components, and their effects on indoor air temperature and humidity were evaluated through measurements. The data and conditions during the measurement period were integrated into a simulation program for modeling purposes. A calibration process was performed by comparing measurement results with simulation outputs. After ensuring the accuracy and reliability of the simulation program, photovoltaic systems were integrated into the solar control elements. Alternative designs were created by considering various design variables, followed by additional simulation studies. Section 5 presents and discusses the findings of the study. The results were analyzed both individually and comparatively. The impacts of different orientations, blade widths, blade angles, and distances from the building façade on the total energy loads (including total cooling and lighting loads) and total energy gains were examined in a comparative manner. Section 6 concludes with the results obtained from the study.
Benzer Tezler
- Fotovoltaik termal (PV/T) - peltier hibrit bir sistemin bal peteği ısı alıcı kullanılarak termal ve elektriksel performansının incelenmesi
Investigation of thermal and electrical performance of a photovoltaic thermal (PV/T)- peltier hybrid system using a honeycomb heat sink
ABDULSAMET ÇOBAN
- Fotovoltaik entegre edilmiş güneş kırıcıların enerji etkinlik ve görsel konfora etkilerinin irdelenmesi
Investigating the effects of photovoltaic integrated shading devices on energy efficiency and visual comfort
BAHRAM AMANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
MimarlıkEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAŞAK GÜÇYETER
- Modeling and simulation of a hybrid electric grid for reliablity and power quality enhancement
Güvenilirlik ve güç kalitesinin artırılması için hibrit elektrik şebekesinin modellenmesi ve simülasyonu
YAHYA MOHAMMED JASIM AL MASHHADANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN
- Bina entegreli fotovoltaik sistemlerde farklı maksimum güç noktası izleme mimarilerinin enerji üretim performanslarının parçalı gölgelenme durumları için incelenmesi
Analyzes of energy generation performances of different maximum power point tracking architectures in building integrated photovoltaic systems for partial shading cases
TUĞBA DURMUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGümüşhane ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ENGİN BAŞOĞLU
- Termoelektrik destekli fotovoltaik termal sisteminde metal köpük ile soğutmanın deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of cooling with metal foam in thermoelectricly supported photovoltaic thermal system
FURKAN ERCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET NUMAN ÖZAKIN