Binaya entegre sabit fotovoltaik gölgeleme sisteminin bina enerji performansına etkisi
The effect of building integrated fixed photovoltaic shading system on building energy performance
- Tez No: 958086
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET ÇAĞLAR, PROF. DR. İBRAHİM ATMACA, PROF. DR. AHMET COŞKUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Günümüzde artan enerji ihtiyacı, fosil yakıt kaynaklarının hızla tükenmesi ve iklim değişikliğine bağlı çevresel kaygılar, binalarda enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji entegrasyonu konularını ön plana çıkarmıştır. Bu çalışma, Antalya Kepez ilçesinde yer alan çok katlı bir konut yapısında, binaya entegre edilen sabit fotovoltaik (PV) gölgeleme sisteminin bina enerji performansına ve iç mekân enerji tüketimine etkisini kapsamlı bir biçimde incelemektedir. Çalışmada, yapı cephesine sabit olarak entegre edilen ve her pencerenin üstüne yerleştirilen yüksek verimli PV panellerin; hem pasif gölgeleme sağlayarak bina iç ortamının termal ve görsel konforunu artırma, hem de aktif olarak elektrik enerjisi üretme potansiyeli detaylı şekilde araştırılmıştır. Panel yerleşimi ve boyutları, literatürde tanımlı optimum eğim açıları, yönelimi ve cephe koşulları dikkate alınarak optimize edilmiştir. Özellikle panelin en uygun boyutunun ve pencere üzerinde oluşturduğu gölge uzunluğunun elde edilmesinde, matematiksel algoritmalar ve parametrik analizler geliştirilmiştir. Böylece panel boyu ve konumunun binanın toplam enerji kazancına en fazla katkı sağlayacak şekilde belirlenmesi sağlanmıştır. Analizler kapsamında, MATLAB tabanlı hesaplama algoritmaları ve Autodesk Ecotect Analysis simülasyonları kullanılarak, her ayın ortalama günü için panelin oluşturduğu gölgeleme etkisi, pencereye gelen toplam ışınım ve iç mekân enerji tüketimi üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Panel eğim açılarının belirlenmesinde ise hem maksimum elektrik üretimini sağlayacak hem de gölgeleme verimini en üst düzeye çıkaracak optimum açı değerleri, aylık ve mevsimsel olarak karşılaştırmalı şekilde hesaplanmıştır. PVGIS veri tabanından elde edilen aylık güneş ışınımı değerleri temel alınarak, sistemin aylık ve yıllık elektrik üretim kapasitesi belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, sabit PV gölgeleme panellerinin yalnızca elektrik üretimi ile sınırlı kalmayıp, aynı zamanda iç mekânın ısıtma ve soğutma yüklerinde anlamlı azalma sağladığını, toplam enerji tüketiminde ve karbon emisyonunda dikkate değer bir iyileşme oluşturduğunu göstermiştir. Güney, doğu ve batı cephelerinde uygulanan bu sistem sayesinde, konvansiyonel sabit güneş kırıcıların ötesine geçilerek, pasif ve aktif enerji kazanımlarının bütünleşik ve yenilikçi bir modelle elde edildiği ortaya konmuştur. Sonuç olarak, bu tez çalışması; panel boyutunun, gölge uzunluğunun ve eğim açısının algoritmik olarak optimize edilmesinin, sıcak iklim kuşağındaki binalarda enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik açısından yüksek fayda sağladığını göstermektedir. Literatürdeki benzerlerinden farklı olarak hem kapsamlı analiz yaklaşımı hem de uygulama ölçeğiyle örnek teşkil eden özgün bir katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The ever-increasing global demand for energy, the rapid depletion of fossil fuel resources, and rising environmental concerns due to climate change have brought energy efficiency and renewable energy integration in buildings to the forefront. This study comprehensively investigates the impact of a building-integrated fixed photovoltaic (PV) shading system on the energy performance and indoor energy consumption of a multi- story residential building located in the Kepez district of Antalya, Turkey. Within the scope of the research, high-efficiency PV panels fixed above each window on the building façade were evaluated in terms of their dual function: providing passive shading to enhance indoor thermal and visual comfort, and actively generating electricity. The placement and dimensions of the panels were optimized considering literature-based optimum tilt angles, façade orientation, and building envelope conditions. Notably, mathematical algorithms and parametric analyses were developed to determine the optimum panel size and the resulting shadow length above the windows, ensuring the system achieves maximum energy savings for the building. The analyses utilized MATLAB-based calculation algorithms and Autodesk Ecotect Analysis simulations to evaluate, The shading effect created by the panel, the total radiation coming to the window and the effects on indoor energy consumption were evaluated in detail for the average day of each month. For tilt angle determination, monthly and seasonal comparisons were performed to identify values that maximize both electricity production and shading efficiency. Based on monthly solar irradiation data obtained from the PVGIS database, the monthly and annual electricity generation capacities of the system were determined. The results demonstrate that fixed PV shading panels not only produce significant amounts of electricity but also meaningfully reduce heating and cooling loads, leading to a marked improvement in total energy consumption and carbon emissions. The implementation of this system on the south, east, and west façades of the building surpassed the performance of conventional fixed sun-shading devices by providing both passive and active energy benefits within an innovative, integrated model. In conclusion, this thesis proves that the algorithmic optimization of panel size, shadow length, and tilt angle yields substantial benefits in energy efficiency and sustainability for buildings located in hot climate zones. Distinct from similar works in the literature, this study presents an original contribution with its comprehensive analytical approach and application scale, offering a model example for future building- integrated PV shading designs.
Benzer Tezler
- Çatı tip güneş enerjisi santrali ile beslenen elektrikli araç şarj istasyonu
Rooftop solar power plant based electric vehicle charging station
TAHSİN BOYEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL KIYAK
- An approach for simulation-based multi-objective optimization of dynamic shading devices
Dinamik gölgeleme elemanlarının simülasyon tabanlı çok amaçlı optimizasyonuna yönelik bir yaklaşım
AYÇA KIRIMTAT
Doktora
İngilizce
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
- Thermal comfort optimization with occupant interaction in dynamic HVAC control
Kullanıcı etkileşimli dinamik iklimlendirme sistemi kontrolü ile ısıl konfor optimizasyonu
TUĞÇE AKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Theoretical modeling of the energy efficiency of a shopping mall
Bir alışveriş merkezinin enerji verimliliğinin teorik modellenmesi
HAMZA ABUALESS
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR BİLEN
- Evaluating the LCA of two buildings with close embodied energy which have different functions
Farklı işlevlere sahip olan iki binanın üç tür duvar kullanarak yaşam döngüsünün değerlendirilmesi
POOYA PAKMEHR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER