Sürdürülebilir yapılaşma için yüksek ısıl dirençli ve düşük karbon salınımlı cephe teknolojileri
High thermal resistance and low-carbon emission façade technologies for sustainable construction
- Tez No: 964915
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AYŞE PINAR MERT CÜCE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Günümüzde yapı sektörünün enerji tüketiminde %40'lara varan paya sahip olması, sürdürülebilir kalkınma hedefleri (SKH) doğrultusunda düşük karbon salınımlı ve yüksek ısıl dirençli cephe teknolojilerinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu tez, farklı yönlerden değerlendirilmiş beş özgün çalışma aracılığıyla sürdürülebilir yapı kabuğu çözümlerini çok yönlü bir yaklaşımla ele almaktadır. Tezin ilk bölümünde, termal süper yalıtım teknolojileri olan vakum yalıtım panelleri (VIP) ve aerojel battaniyeler ile güçlendirilmiş yapı kabuklarının performansları değerlendirilmiştir. Her iki malzemenin de olağanüstü düşük ısı iletkenlik değerleriyle (k-değeri) (VIP için 0.005-0.008 W/mK, aerojel için 0.013-0.018 W/mK) geleneksel yalıtım çözümlerine kıyasla çok daha yüksek ısıl direnç sunduğu gösterilmiştir. Ancak bu sistemlerin saha uygulamalarında karşılaştığı temel zorluklar, termodinamik süreksizlikler (sıcak-soğuk noktalar), termal köprülenme, montaj hassasiyeti ve maliyet, sürdürülebilir yapılaşma için dikkatle ele alınması gereken konular arasında yer almaktadır. Tez kapsamında yapılan saha performans analizleri, bu teknolojilerin etkin şekilde entegre edilmesiyle bina enerji kayıplarında %37 ila %64 arasında iyileşme sağlanabileceğini ortaya koymuştur. İkinci aşamada, bina bilgi modellemesi (BIM) süreçlerinin mevcut binaların enerji verimliliğini artırmadaki rolü araştırılmıştır. Sonuçlar, BIM tabanlı dijital ikizlerin enerji tüketim senaryolarını doğru şekilde öngördüğünü ve yapıların %15-22 arasında enerji verimliliği potansiyeli taşıdığını göstermiştir. Ayrıca BIM, yenilikçi cephe çözümlerinin modelleme, simülasyon ve optimizasyon süreçlerine önemli ölçüde katkı sağlamaktadır. Tezin üçüncü çalışması, yenilikçi yalıtım sıvasının (YYS) konvansiyonel briketler üzerine uygulanarak oluşturduğu termal performans iyileştirmesini incelemektedir. YYS uygulamasının 20-20 kalınlık konfigürasyonunda geleneksel briketlerde ölçülen 5.5 W/m2K'lik toplam ısı geçiş katsayısını (U-değeri) 2.86 W/m2K'ye düşürdüğü ve bu bağlamda %47.9 oranında bir iyileştirme sağladığı gözlenmiştir. Dördüncü çalışma kapsamında, YYS'nin yangın koşulları altındaki performansı deneysel olarak test edilmiştir. Farklı kalınlıklarda uygulanan kaba sıva (RP) ve YYS, 300°C-600°C sıcaklık aralıklarında ve 60-120 dakika süreyle fırın koşullarına maruz bırakılmıştır. Deneysel düzende ayrıca referans amaçlı olarak sıvasız yüzeyler de değerlendirilmiş; böylece kaplama uygulanmayan yapı elemanlarının yangın dayanımı ile kaplamalı örnekler karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sonuçlar, 30 mm kalınlığındaki YYS uygulamasının 600°C'de 120 dakika sonrasında dahi >30 MPa'lık basınç dayanımı koruyabildiğini göstermiştir. HAD analizleri ve regresyon modellemeleri, bu sıvanın 173 dakikaya kadar 600°C'ye direnç gösterebileceğini; 120 dakikalık maruziyet süresinde maksimum sıcaklık ise 861°C'ye kadar ulaşabileceğini ortaya koymuştur. Son olarak beşinci çalışmada, bambu lifi katkılı briketlerin ısıl performansı coheating testi yöntemiyle değerlendirilmiştir. %2, %4 ve %6 oranlarında bambu katkısı ile hazırlanan numunelerde sırasıyla 4.698, 3.94 ve 2.77 W/m2K değerlerinde U-değeri elde edilmiştir. %6 katkılı örnek, geleneksel brikete kıyasla yaklaşık %49.9 oranında ısı geçirgenlikte iyileşme göstermiştir. Bu sonuç, termal olarak YYS ile benzer seviyeye ulaşılabileceğini gösterse de yangın dayanımı açısından YYS kadar koruma sağlamadığı için kompozit çözümler önerilmiştir. Sonuç olarak bu tez, geleneksel yalıtım anlayışının ötesine geçerek malzeme mühendisliği, enerji sistemleri ve dijital yapı tasarımı bileşenlerini bir araya getiren bütüncül bir yaklaşım sunmaktadır. YYS'den doğal katkılı briketlere, süper yalıtım malzemelerinden dijital modellemeye kadar tüm bileşenler, sürdürülebilir yapı kabuğunun sadece enerji verimliliği değil, aynı zamanda güvenlik, çevresel etki ve ekonomik uygulanabilirlik açısından da nasıl geliştirilebileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Given that the building sector currently accounts for up to 40% of global energy consumption, the development of low-carbon and high-thermal-resistance facade technologies has become imperative in line with the Sustainable Development Goals (SDGs). This thesis addresses sustainable building envelope solutions through a multi-dimensional approach, based on six original studies evaluated from various perspectives. In the first part of the thesis, the performance of building envelopes enhanced with thermal super-insulation technologies, vacuum insulation panels (VIPs) and aerogel blankets, has been assessed. Both materials demonstrate significantly higher thermal resistance compared to conventional insulation solutions due to their exceptionally low thermal conductivity values (0.005-0.008 W/mK for VIPs and 0.013-0.018 W/mK for aerogels). However, key challenges in field applications, including thermal discontinuities (hot-cold spots), thermal bridging, installation precision, and cost, must be carefully addressed to ensure sustainable implementation. Field performance analyses within the scope of the thesis indicate that effective integration of these technologies can reduce building energy losses by 37% to 64%. In the second phase, the role of Building Information Modelling (BIM) processes in enhancing the energy efficiency of existing buildings has been investigated. Findings reveal that BIM-based digital twins can accurately predict energy consumption scenarios and offer energy efficiency potential in the range of 15% to 22%. Furthermore, BIM significantly contributes to the modelling, simulation, and optimisation of innovative facade solutions. The third study explores the thermal performance improvements achieved by applying an innovative insulation plaster (IIP) onto a conventional briquette. It was observed that the U-value of traditional briquettes, initially measured at 5.5 W/m2K, decreased to 2.86 W/m2K with the use of a 20-20 thickness configuration of IIP, indicating a 47.9% improvement. The fourth study experimentally evaluates the performance of this insulation plaster under fire conditions. Coarse and IIP layers applied in different thicknesses were exposed to temperatures between 300°C and 600°C for durations of 60-120 minutes in furnace conditions. Additionally, uncoated reference specimens were evaluated for comparison, allowing an assessment of the fire resistance of coated versus uncoated building elements. The results demonstrated that the IIP with a thickness of 30 mm could maintain compressive strength above 30 MPa even after 120 minutes at 600°C. CFD and regression modelling suggested that this plaster could withstand up to 600°C for 173 minutes and reach maximum exposure temperatures of up to 861°C within 120 minutes. Finally, the sixth study assessed the thermal performance of briquettes incorporating bamboo fibre using the coheating test method. Specimens prepared with 2%, 4%, and 6% bamboo content showed U-values of 4.698, 3.94, and 2.77 W/m2K, respectively. The sample with 6% bamboo demonstrated an approximate 49.9% improvement in thermal transmittance compared to conventional briquettes. Whilst this indicates a thermal performance level comparable to IIP, it offers less fire protection, thereby warranting composite solutions. In conclusion, this thesis presents an integrated approach that transcends conventional insulation strategies by bringing together material engineering, energy systems, and digital building design. From IIP to natural-fibre briquettes, from super-insulation materials to digital modelling, all components reveal how the sustainable building envelope can be enhanced not only in terms of energy efficiency, but also regarding safety, environmental impact, and economic feasibility.
Benzer Tezler
- Edirne geleneksel konut mimarisinin sürdürülebilirlik bağlamında enerji verimliliği ve ısıl analiz açısından değerlendirilmesi
The evaluation of traditional Edirne housing architecture in terms of energy efficiency and thermal analysis in the context of sustainability
HÜRGÜN TEMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
MimarlıkTrakya ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ESMA MIHLAYANLAR
- Konut ve yerleşmelerde güneş enerjisinin etkin kullanımı açısından imar mevzuatının irdelenmesine yönelik bir çalışma
A study for the analysis of development legislation in terms of efficient use of solar energy in residential buildings and settlements
IŞIL KALPKIRMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
- Sıcak-kuru iklim bölgelerinde enerji korunumu-yerleşme dokusu-form etkileşimi: Geleneksel Diyarbakır evleri örneği
Energy conservation-settlement pattern–form interaction in hot-arid climate zone: Traditional Diyarbakır houses
İDİL ERDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
- Miselyum esaslı biyokompozit üretimi ve ısı yalıtım malzemesi olarak kullanım olanaklarının deneysel çalışmalarla irdelenmesi
Production of mycelium based biocomposite and examination of usage opportunities as a thermal insulation material with experimental studies
SEBAHAT SEVDE SAĞLAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDEN ACUN ÖZGÜNLER
- Thermal and mechanical performance of cementitious PCM composites
Çimentolu FDM kompozitlerinin ısıl ve mekanik performansları
ERMAN YİĞİT TUNCEL
Doktora
İngilizce
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BEKİR YILMAZ PEKMEZCİ