Bina ısı yalıtım uygulamalarında kullanılacak alternatif ısı yalıtım malzemesi önerisi
Proposal for an alternative thermal insulation material to be used in building thermal insulation applications
- Tez No: 959698
- Danışmanlar: PROF. DR. HACER MUTLU DANACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Küresel anlamda önemi her geçen gün daha da artan çevre sorunları, enerji etkin kullanımına olan ilgiyi arttırmaktadır. Enerji tüketiminde önde gelen sektörlerden biri inşaat sektörü olmakla birlikte binalardaki enerji kullanımının çoğu ısıtma ve soğutma kaynaklıdır. Kullanılan ısı yalıtım malzemelerindeyse tüm yaşam döngüsü boyunca kaynak tüketimini ve atık üretimini en aza indiren, sürdürülebilir, olumsuz çevre etkileri sınırlandırılmış ve insan sağlığı üzerinde risk oluşturmayan ürünlerin kullanımı ön planda olmalıdır. Buradan hareketle alternatif ısı yalıtım malzemeleri üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmaları mevcuttur. Alternatif ısı yalıtım malzemelerine olan yaklaşımlardan biri doğal içerikli, yöresel mimaride kendini kanıtlamış ürünlerin tekrar yapı uygulamalarına kazandırılması iken, bir diğeri ise ileri teknolojilerle geliştirilen üstün performanslı ürünlerin kullanımıdır. Bu çalışmanın amacı yöresel mimaride kullanılan doğal lifleri ve nanoteknoloji ürünü aerojeli kullanarak alternatif ısı yalıtım malzemesi önerisinde bulunmaktır. Çimento yapı uygulamalarında yaygın kullanım alanına sahip olmasının yanında çevre etkileri bakımından kullanımının azaltılması olumlu sonuçlar getirdiğinden çalışma kapsamında seçilmiştir. Keçi kılı yöresel mimaride kıl çadırlarda ve çulda geniş kullanım bulduğu için, keten ve kenevir lifleri ise üretimi kolay erişilebilir, geri dönüştürülebilir ve çevre dostu olduğundan çalışma kapsamına alınmıştır. Nanoteknoloji üretimi aerojel ise erişilebilir ve bu alanda üstün performansa sahip olduğu bilindiğinden tercih edilmiştir. Çalışma çimento karışımlarına liflerin ve aerojelin belirli oranlarda ilavesiyle üretilmiş 16 adet numune serisi ile sınırlandırılmıştır. Çalışmada üretilen numuneler agregalı ve agregasız, aerojel ilaveli ve ilavesiz olmasına göre 4 grupta incelenmiştir. Tüm karışımlarda su bağlayıcı oranı 0,5 olarak belirlenmiş, bağlayıcı hacminin %30'u kadar doğal lif ilavesi yapılmıştır. Aerojel ise agregadan ikame agrega hacminin %2 si olacak şekilde karışımlarda yer almıştır. Hazırlanan numuneler fiziksel, mekanik ve termal testlere tabii tutulmuş ve morfolojik değerlendirme için dijital mikroskop görüntüleri incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda, en düşük termal iletkenlik değerini 0,126 W/mK ile agregasız ve aerojel katkılı keten lifi içerikli numune gösterirken en yüksek değer ise 0,655 W/mK Ç kontrol numunesinde izlenmiştir. Çalışmada aerojel katkısı ile toplam porozitenin yükseldiği ve bununla ilintili olarak termal iletkenliğin düştüğü görülmüştür. Basınç dayanımında ise olumsuz etkiye sebep olduğu tespit edilmiştir. Doğal lif katkılarında ise üç lif tipinin de çimento matrisinde homojen dağılamadığı, ancak keçi kılının diğerlerine göre daha iyi matris bağı kurduğu görülmüştür. Tüm lif tiplerinde termal iletkenlikte olumlu etki gözlenirken gözeneklilikle birlikte su emme oranı artmıştır. Keten ve kenevir lifleri arasında fiziksel, mekanik ve termal özellikler arasında önemli bir fark bulunamamıştır. Agrega kullanımıyla basınç dayanımı artmış, daha düşük gözeneklilikle birlikte daha yüksek termal iletkenlik değeri ölçülmüştür. Bu çalışma hem doğal liflerin hem de aerojel kullanımının bir araya getirilerek çevre dostu alternatif ürün ortaya çıkarılması ve bu alanda mimarlara ürün seçiminde farkındalık yaratması özelinde önemlidir. Sonuç olarak bu çalışma çimento esaslı doğal lif ve aerojel içeren harç karışımlarının alternatif ısı yalıtım malzemesi olarak kullanımı ile ilgili araştırmaların devam edebileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Environmental problems, whose importance is increasing day by day in the global sense, increase the interest in energy efficient use. While one of the leading sectors in energy consumption is the construction sector, most of the energy use in buildings is due to heating and cooling. Therefore, thermal insulation materials should prioritize products that minimize resource consumption and waste production throughout their entire life cycle, are sustainable, have limited adverse environmental impacts, and pose no risks to human health. Based on this approach, research and development efforts on alternative thermal insulation materials are ongoing. While one of the approaches to alternative heat insulation materials is to reintroduce products with natural content and proven themselves in vernacular architecture to building applications, another is to use high performance products developed with advanced technologies. The aim of this study is to propose an alternative thermal insulation material that combines natural fibers used in vernacular architecture with nanotechnology based product aerogel. Cement, although widely used in building applications, has significant environmental impacts; thus, reducing its usage is considered beneficial and forms the basis for its selection in this study. Goat hair was included due to its historical use in traditional tents and mats, while flax and hemp fibers were selected for their ease of production, recyclability, and eco-friendliness. Aerogel, a nanotechnology product, was chosen for its high performance and accessibility in the insulation field. The study was limited to 16 sample series produced by adding varying proportions of fibers and aerogel to cementitious mixtures. The samples were categorized into four groups based on the presence or absence of aggregates and aerogel. A consistent water-to-binder ratio of 0.5 was used across all mixtures, and natural fibers were added at a volume ratio of 30% of the binder. Aerogel was included at 2% of the aggregate volume as a replacement. The prepared samples underwent physical, mechanical, and thermal testing, and digital microscopy was used for morphological evaluations. The lowest thermal conductivity value (0.126 W/mK) was observed in the flax fiber sample without aggregate but with aerogel, while the highest (0.655 W/mK) was recorded in the control sample (Ç). Aerogel addition increased total porosity, resulting in reduced thermal conductivity but negatively impacting compressive strength. Among the fiber types, none achieved homogeneous distribution within the cement matrix, though goat hair demonstrated better matrix bonding than the others. All fiber types contributed positively to thermal insulation, albeit increasing water absorption due to higher porosity. No significant differences were observed between flax and hemp in terms of physical, mechanical, and thermal properties. The use of aggregates improved compressive strength but also led to higher thermal conductivity due to reduced porosity. This study is significant in combining natural fibers and aerogel to create an environmentally friendly alternative insulation product and in raising awareness among architects about sustainable material choices. In conclusion, the research demonstrates that cement-based mortars incorporating natural fibers and aerogel have potential for continued development as alternative thermal insulation materials.
Benzer Tezler
- Improving the thermal conductivity of fiber-reinforced concrete panels for exterior facades with phase change materials
Diş cepheler için elyaf takviyeli beton panellerin ısı ı̇letkenliğinin faz değiştiren malzemelerle ı̇yileştirilmesi
YALDA SAFARALIPOUR
Doktora
İngilizce
2023
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Duvar ve çatı elemanlarında faz değiştiren malzeme kullanımına dayalı ısıl performansın farklı iklim koşullarına bağlı olarak değerlendirilmesi
Evaluation of the thermal performance based on the use of phase change materials in wall and roof components depending on different climate conditions
MERVE ANAYURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İKBAL ÇETİNER
- A performance based decision-making approach for insulation material selection: A social housing case
Yalıtım malzemesi seçiminde performans odaklı bir karar verme yöntemi: Sosyal konut örneği
BURCU ÇİĞDEM ÇELİK
Doktora
İngilizce
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEDEN ACUN ÖZGÜNLER
- Binalarda güneş ısısı kazanç faktörü ve yüzey sıcaklıklarının saydam ve opak yüzey tasarımına etkisinin deneysel olarak araştırılması
Experimental investigation of solar heat gain factor in buildings and the effects of surface temperatures on transparent and opaque surface design
BETÜL BEKTAŞ EKİCİ
- Konutlarda akıllı oda termostatı kullanımı ile sağlanacak enerji tasarruf potansiyelinin belirlenmesi
Determining the energy saving potential to be provided by using smart room thermostat in residences
FATİH BUĞRA GÜRKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERMİN ONAYGİL