Geri Dön

Sıfır enerji bina tasarımı ve optimizasyonu

Design and optimization of zero energy building

  1. Tez No: 956029
  2. Yazar: ABDULLAH DÜZCAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ALİ KARA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Energy
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 131

Özet

Bu çalışmada, Türkiye koşullarında sıfır enerji bina (ZEB) hedefi doğrultusunda, yıllık toplam ısıtma ve soğutma talebini azaltmak amacıyla güney duvarında faz değişim malzemesi (PCM) entegre edilmiş Trombe duvarı olan 120 m2'lik müstakil bir binanın termal performans analizi ve ekonomik optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla hem ısıtma hem de soğutma gereksinimi için toprak kaynaklı ısı pompası (GSHP) kullanılmaktadır. Türkiye'nin üç farklı iklim bölgesi için üç farklı bina konfigürasyonu TRNSYS programında incelenmiştir. Bu konfigürasyonlar arasında, PCM-entegre Trombe duvar binası (TWB), standart binaya (SB) kıyasla en düşük yıllık enerji tüketimine sahiptir. Şebekeye bağlı fotovoltaik-termal (PV/T) sistem ve rüzgar türbini (WT) ile binanın yıllık elektrik tüketiminin tamamı karşılanarak, net sıfır enerji bina (ZEB) elde edilmiştir. GenOpt yazılımındaki parçacık sürüsü optimizasyonu (PSO) algoritması ile binanın yıllık enerji ihtiyacı ve kullanım sıcak suyu (DHW) gereksinimlerini karşılayan PV/T ve WT sisteminin boyutu ekonomik olarak optimize edilmiştir. Buna göre, PCM-entegre TWB'nin, SB'ye kıyasla yıllık elektrik enerjisi azaltım oranı Bursa, Ankara ve Erzurum illeri için doğal taşınımlı da sırasıyla %11,9, %18 ve %34,3 iken, zorlanmış taşınımlı da ise %9,8, %12,8 ve %33,3'tür. PV/T ve WT sistemlerinin saatlik seviyelendirilmiş toplam sermaye yatırım maliyeti oranı Bursa, Ankara ve Erzurum'da doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de 0,35 $/h, 0,42 $/h ve 0,40 $/h iken, zorlanmış olanda ise 0,35 $/h, 0,46 $/h ve 0,39 $/h olarak hesaplanmıştır. Doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de Seviyelendirilmiş Enerji Maliyeti (LCOE), 0,05 $/kWh, 0,07 $/kWh ve 0,03 $/kWh olarak hesaplanırken, zorlanmış taşınımlı da ise 0,06 $/kWh, 0,1 $/kWh ve 0,03 $/kWh olarak Bursa, Ankara ve Erzurum için sırasıyla hesaplanmıştır. Geri ödeme süresi (PBP), doğal taşınımlı PCM-entegre TWB de 11,6 yıl, 13,7 yıl ve 8,4 yıl iken zorlanmış taşınımlı da ise 13,02 yıl, 16,48 yıl ve 8,64 yıl olarak Bursa, Ankara ve Erzurum için sırasıyla hesaplanmıştır. Yıl boyunca birkaç gün hariç hem zorlanmış hem de doğal taşınımlı PCM-entegre TWB'de PMV indeksi -0,5 ile 0,5 arasında kalırken, PPD indeksi %10'un altında kalmakta ve tüm illerde kabul edilebilir termal konfor koşullarına işaret etmektedir.

Özet (Çeviri)

In this study, thermal performance analysis and economic optimization of a 120 m² detached building with phase change material (PCM) integrated Trombe wall on the south wall is carried out to reduce the total annual heating and cooling demand in line with the zero energy building (ZEB) target under Turkish conditions. For this purpose, a ground source heat pump (GSHP) is used for both heating and cooling requirements. Three different building configurations for three different climatic zones of Turkey are investigated in TRNSYS. Among these configurations, the PCM-integrated Trombe wall building (TWB) has the lowest annual energy consumption compared to the standard building (SB). A grid-connected photovoltaic-thermal (PV/T) system and a wind turbine (WT) cover the entire annual electricity consumption of the building, resulting in a net zero energy building (ZEB). The particle swarm optimization (PSO) algorithm in GenOpt software is used to economically optimize the size of the PV/T and WT system to meet the annual energy and domestic hot water (DHW) requirements of the building. Accordingly, the annual electricity energy reduction rate of PCM-integrated TWB compared to SB is 11.9%, 18%, and 34.3% for Bursa, Ankara, and Erzurum provinces for natural convection, while it is 9.8%, 12.8%, and 33.3% for forced convection, respectively. The hourly levelized total capital investment cost ratios of PV/T and WT systems are 0.35 $/h, 0.42 $/h, and 0.40 $/h for the natural convection PCM-integrated TWB in Bursa, Ankara, and Erzurum, while they are 0.35 $/h, 0.46 $/h, and 0.39 $/h for the forced convection. Levelized Cost of Energy (LCOE) is calculated as 0.05 $/kWh, 0.07 $/kWh and 0.03 $/kWh for the natural convection PCM-integrated TWB and 0.06 $/kWh, 0.1 $/kWh and 0.03 $/kWh for forced convection for Bursa, Ankara and Erzurum respectively. Payback period (PBP) is calculated as 11.6 years, 13.7 years and 8.4 years for the natural convection PCM-integrated TWB and 13.02 years, 16.48 years and 8.64 years for forced convection for Bursa, Ankara and Erzurum respectively. Except for a few days throughout the year, the PMV index in both forced and natural convection PCM-integrated TWB remains between -0.5 and 0.5, while the PPD index remains below 10%, indicating acceptable thermal comfort conditions in all cities.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    826576

    Neredeyse sıfır enerjili bina tasarımı ve optimizasyonu: Bir konut binası uygulaması

    Nearly zero energy building design and optimization: An exemplary nearly zero energy residential building

    AZRA ŞENTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    EnerjiKocaeli Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZCAN

  2. Tez No

    574054

    Building performance optimization through design decision process with a holistic approach

    Bütünsel bir yaklaşımla tasarım süreci boyunca bina performans optimizasyonu

    DUYGU UTKUCU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HATİCE SÖZER

  3. Tez No

    632901

    Redefining building envelope based on different urban texture for the goal of achieving near-zero energy residential building

    Yaklaşık sıfır enerjili konut binası hedefi bağlamında yapı kabuğunun kent dokusuna bağlı olarak yeniden tanımlanması

    HALİT BEYAZTAŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL

  4. Tez No

    831532

    Konutlarda ısıl ve görsel konfor koşullarının sağlanmasına yönelik enerji optimizasyonu üzerine bir tasarım destek modeli

    A design support model to provide thermal and visual comfort conditions for energy optimization in residential buildings

    EGEMEN KAYMAZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    MimarlıkBursa Uludağ Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİLİZ ŞENKAL SEZER

    PROF. DR. BANU MANAV

  5. Tez No

    860654

    Optimum yenilenebilir enerji sistemlerinin tasarımı için yazılım geliştirme

    Software development for the design of optimum renewable energy systems

    BURAK BEHLÜL ÖLMEZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSelçuk Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜL NİHAL GÜĞÜL

Geri Dön