Isı kayıplarının azaltılmasını hedefleyen bina kabuğunun bina formuna bağlı olarak belirlenmesi

Determination of the building envelope which provides minimum heat loss depending on the building from

Tez No: 98506
Yazar: AYÇA KUTLU
Danışmanlar: DOÇ. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Mimarlık, Architecture
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 1999
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 142

Özet

ISI KAYIPLARININ AZALTILMASINI HEDEFLEYEN BİNA KABUĞUNUN BİNA FORMUNA BAĞLI OLARAK BELİRLENMESİ ÖZET Bu çalışmada, bina kabuğunun toplam ısı geçirme katsayısı değerinin bina formuna bağlı olarak belirlenebilmesi amaç edinilmiştir. Binalarda, enerji korunumu sağlamak, yapma ısıtma sistemlerinden minimum yararlanmak,dolayısıyla, ısı kayıplarım en aza indirmekle mümkündür. Bina dış kabuğundan kaybedilen ısı miktarları, bina formuna bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir. Bu çalışma 6 bölümden oluşmaktadır. Bölüm l'de, binalarda enerji korunumunu zorunlu kılan faktörler ve ısı kayıplarında bina formunun önemi ele alınmıştır. Binalar öncelikle termal konfor koşullarım gerçekleştirmelidir. Yılın her döneminde termal konfor koşullan pasif yollarla sağlanamamaktadır. Dolayısıyla, yapma ısıtma sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Isı kayıplarının önlenmesi için binalar, pasif ısıtma sistemleri olarak tasarlanmalıdırlar. Bina formu da, ısı kayıplarının azaltılmasını sağlayan binaların tasarlanmasında ele alınması gereken önemli bir tasarım parametresidir. Bölüm 2 'de, binalarda ısı kayıplarının azaltılmasında etkili olan binaya ilişkin tasarım parametreleri ele alınmaktadır. Binaya ilişkin başlıca tasarım parametreleri olarak,. Binanın bulunduğu yer. Bina Aralıkları. Binanın Yönlendiriliş Durumu. Bina Formu. Bina Dış Kabuğu Optik ve Termofiziksel Özellikleri ele alınabilir. Güneş ışınımı ve rüzgar gibi dış iklim elemanları yöne göre değişim gösterdiğinden, binaların yönlendiriliş durumu önemli bir tasarım parametresi olarak ele alınmaktadır. Bina kabuğunun güneş ışmnnma ilişkin özellikleri;. Yutuculuk. Geçirgenlik - vıı-. Yansıtıcılıktır. Opak kabuk bileşeni için geçirgenlik özelliği geçerli değildir. Bina kabuğunun en önemli termofiziksel özellikleri olarak,. Toplam ısı geçirme katsayısı,. Saydamlık oram,. Zaman geciktirmesi ve. Genlik küçültme faktörü ele alınmaktadır. Bina formu; biçim faktörü, bina yüksekliği, çatı türü, çatı eğimi, cephe eğimi gibi binaya ilişkin geometrik değişkenlere bağlı olarak tanımlandığından, bu değişkenlerin de en az ısı kaybma yol açacak şekilde ele alınması ve bina formunun oluşturulması gereklidir. Aynı hacimli, farklı dış kontura, yani farklı dış cephe alanına sahip birden fazla bina formu belirlemek mümkündür. Buna bağlı olarak farklı formlardaki binaların kabuğundan kaybedilen ısı miktarları da farklı olacaktır. Bu noktada, binanın ısı kayıplarına karşı korunmuş hacmi (V) ile toplam ısı kayıp alam (A) arasındaki oranın ele alınması ve V/A ile Q ( tüm bina kabuğundan kaybedilen ısı kaybı) arasındaki ilişkinin incelenmesi zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Bölüm 3 'de, ülkemizde binalarda ısı kayıplarının azaltılmasına yönelik yönetmelik ve standartların değerlendirilmesi yer almaktadır. Bölüm 4 'de, binalarda ısı kayıplarının azaltılmasını olanaklı kılan bina dış kabuğunu tanımlayan toplam ısı geçirme katsayısının, bina formuna (V/A' ya ) bağlı olarak belirlenmesinde kullanılan yöntem açıklanmaktadır. Bu yöntem altı adımda gerçekleşmektedir. 1. Bina kabuğu termofiziksel özellikleri için optimum değerler saptanır. Opak kabuk bileşeni için optimum değerlerin saptanması aşağıdaki adımları içermektedir. - Dış Dizayn Koşullarının Belirlenmesi - Dizayn Güıüerinin Seçilmesi Her yöre için ısıtmanın istendiği dönemi karakterize eden dizayn günü seçilmeli ve hesaplamalar bu güne ait meteorolojik verilere dayandırılmalıdır. - İç Dizayn Koşullarının Belirlenmesi İç dizayn koşullan ısısal konfor koşullarına bağlı olarak belirlenir. İç iklim elemanları olarak; hava sıcaklığı, nemlilik, hava hareketi hızı ve iç yüzey sıcaklığı ele alınmaktadır.. vııı-Kabuk iç yüzey sıcaklığı günlük ortalamasının, ısısal konfor açısından belirli bir değere sahip olması gerektiği bilinmektedir ve izin verilebilir sınır değeri; tiyo=ti±3 (1) bağıntısıyla hesaplanabilir. - Isısal Konforu Etkileyen ve Kabuk Dizaynında Rol Oynayan Binaya İlişkin Tasarım Parametrelerinin Değerlerinin Belirlenmesi - Opak ve Saydam Bileşeni Etkileyen Sol-Air Sıcaklıklarının Hesaplanması Sol-air sıcaklıkların değeri, hava sıcaklığı ve güneş ışınımı yeğinlikleri yanısıra, kabuk bileşeninin optik özelliklerine ve bileşenin saydam olması durumunda toplam ısı geçirme katsayısına da bağlıdır. Güneş ışınımı yeğinliğinin yöne göre değişim göstermesi nedeniyle, kabuk bileşenlerini etkileyen sol-air sıcaklıklar da, bileşenin yönlendiriliş durumuna bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. - Opak Bileşenin İç Yüzey Sıcaklığının Isısal Konfor Açısından İzin Verilebilir Sınır Değerinin Hesaplanması Bina kabuğu, opak ve saydam bileşenlerden oluştuğuna göre bu bileşenlerin ve bileşenlerin oluşturduğu kabuk elemanının günlük ortalama iç yüzey sıcaklıkları, saydamlık oranına bağlı olarak Myo - toio. (,İ“XJ - tcio.X ( Z ) bağıntısını gerçekleştirecek değerlerde olmalıdır. tjyo : kabuk elemanına ait ( ağırlıklı ortalama) günlük ortalama iç yüzey sıcaklığı, °C x : saydamlık oram Saydam bileşenlerin iç yüzey sıcaklıkları cam türüne bağlı olarak aşağıdaki gibi hesaplanabilir. tci=ti + [kc(tec-ti) -(Fs.Io.TD + Iy.y)] /«i (3) ti : iç hava sıcaklığı konfor değeri, °C tCi : saydam bileşenin herhangi bir andaki iç yüzey sıcaklığı, °C kc : saydam bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2°C, Kcal/ m2h°C t^ : saydam bileşeni etkileyen sol-air sıcaklık, °C İd, Iy : saydam bileşeni ele alman anda etkileyen direkt ve yaygm güneş ışınımı yeğinlikleri, W/m2, Kcal/ m2h td, ty : camın direkt ve yaygm güneş ışınımına karşı geçirgenlikleri, boyutsuz Fs : canım engeller tarafından gölgelenmemiş alanının tüm cam alanına oram Saydam bileşenin günlük ortalama iç yüzey sıcaklığı ise, hesap yapılan saatlerdeki sıcaklıkların aritmetik ortalamasıdır. -ix-- Opak Bileşenin îstenen Toplam Isı Geçirme Katsayısının Belirlenmesi Opak bileşenin istenen toplam ısı geçirme katsayısı, ısısal konfor açısından izin verilebilir opak bileşen iç yüzey sıcaklığına bağlı olarak «i ( t”io " ti ) ko= (4) (teoo-ti) bağıntısıyla hesaplanabilir. ko : opak bileşenin toplam ısı geçirme katsayısının ısısal konfor enerji korunumu açısından izin verilebilir maksimum değeri, W/m2oC, Kcal/ m2h°C teoo : opak bileşeni ele alman yönlendiriliş durumunda etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C t, : iç hava sıcaklığı konfor değeri, °C 2. Taban alam ve V/A değişim aralıklarının belirlenmesi ve bina alternatiflerinin oluşturulması 3. Bina dış kabuğunun birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarlarının hesaplanması Gerçek atmosfer koşullan için, ısıtmanın istendiği dönemde kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, ko, x, kc değerlerine bağlı olarak ve günlük ortalama sol-air sıcaklıkların dış dizayn sıcaklıkları olarak alındığı koşullarda aşağıdaki bağıntı aracılığıyla hesaplanabilir. q = ko (t; - teoo ) ( 1-X ) + kc (ti - teco) x ( 5 ) q : kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, W/m2, Kcal/ m2h ko : opak bileşene ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2oC, Kcal/ m2h°C kc : saydam bileşene ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2°C, Kcal/ m2h°C tj : iç hava sıcaklığı konfor değeri, °C teoo : opak bileşeni etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C teco : saydam bileşeni etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C 4. Tüm bina dış kabuğundan kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır. Q = ( qı.Aı ) + (q2.A2 ) + + ( qn.An ) + (qç.At ) ( 6 ) qı, qz,, qn : binanın farklı yönlere bakan her bir cephesi için kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, W/m2,Kcal/m2h Aı, A2,..., An : binanın farklı yönlere bakan her bir cephesine ait yüzey alanları, m2 qç : çatı elemanının ( dam+tavan ) birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarı, W/m2, Kcal/ m2h At : tavan alam, m25. En az ısı kaybını sağlayan referans bina formlarının belirlenmesi Tüm bina dış kabuğundan kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları değişim eğrileri aracılığıyla, seçilen her bir taban alanı için en az ısı kaybım sağlayan bina formları referans bina formları kabul edilmektedir. Referans bina formlarım tanımlayan V/A oranlan da referans V/A oranlan olarak ele alınmaktadır. 6. Bina dış kabuğunun toplam ısı geçirme katsayısının referans bina formuna bağlı olarak belirlenmesi Başlangıçta ısıtma enerjisi korunumu açısından uygun olarak belirlenen bina kabuğu toplam ısı geçirme katsayısı değerlerine bağlı olarak, minimum ısı kaybım sağlamayı olanaklı kılacak bir düzeltmiş toplam ısı geçirme katsayısı değerleri belirlenmektedir. Belirlenen bu değerler ısı kayıplarının azaltılmasına yönelik binaların tasarımında kullanılması açısından grafikler şeklinde derlenmelidir. Bölüm 5 'de, binalarda ısı kayıplarının azaltılmasını olanaklı kılan bina dış kabuğunu tanımlayan toplam ısı geçirme katsayısının, bina formuna (V/A' ya ) bağlı olarak belirlenmesinde önerilen yöntemin seçilen bina alternatifleri için İstanbul yöresine uygulaması ve uygulama sonuçları yer almaktadır. Bölüm 6'da, bu tez çalışmasında vanlan sonuçlar ve bu sonuçlara bağlı olarak öneriler yer almaktadır. Bu çalışmada, kullanılan yöntem sonucunda ortaya çıkan bina formuna (V/A 'ya) bağlı olarak bina kabuğu toplam ısı geçirme katsayısına getirilen düzeltme değerlerine ilişkin grafikler, binalarda ısıtma enerjisi korunumu açısından bina formuna bağlı olarak uygun bina kabuğu seçimini olanaklı kılacaktır..XI-

Özet (Çeviri)

DETERMINATION OF THE BUILDING ENVELOPE WHICH PROVIDES MINIMUM HEAT LOSS DEPENDING ON THE BUILDING FORM SUMMARY The aim of this study is to determine overall heat transfer coefficient of building envelope (U-value) depending on the building form. Buildings should be designed as passive heating systems which consume mechanical heating energy at the minimum level during the occupancy period. Also building form is an important design parameter which is necessary to realise minimum heat loss. This study consists of six main chapters. In the first chapter, the importance of the heating energy conservation in buildings and the importance of building form on heat loss through the whole building envelope are discussed. One of the primary functions of a buildings is to provide the thermal comfort conditions. Provision of the thermal comfort conditions in certain periods of the year can be achieved through mechanical heating systems that are being actived by various energy resources. In order to prevent excess heat loss, buildings should be designed as passive heating systems. As the most important component of the passive heating systems, external walls have to be mentioned. As the building form is one of the most important components with respect to total heat loss of whole building, it has been taken into consideration in detail. In the second chapter, climatic factors effective on the determination of optimal values of design parameters which are used in the definition of the built environment as passive heating system are classified. A group of primary design parameters which are related to built environment and affective on energy conservation are as follows.. The selection of area. Distance between buildings. Orientation of building. Building forms. Solar radiation and thermophysical properties of the building envelope. Orientation of building is one of the most important factors effecting indoor climate, the solar radiation intensity on the internal surface of building elements varies with orientation. ?Xll-Solar radiation properties of the building envelope are;. Absorbtivity,. Transmissivity,. Reflectivity. For opaque components transmissivity is not valid. The main thermophysical properties of the building envelope are;. Overall heat transfer coefficient,. Transparency ratio,. Time lag and. Decrement factor. Total heat loss or heat gain change with building form. Building form can be defined basing on the shape factor of the building, building height, roof type and roof slope. It is possible to determine a lot of building forms which yield same volume, but different facade area. Therefore, different building forms will have different heat loss. From this point of view, the relation between total heat loss (Q) and the proportion of building volume (V) and heat loss area (A), has been examined. Buildings work as wind and sun obstructions for each other. The optimum value of the distance between buildings, changes with slope angle of the site, slope orientation, orientation of buildings and building heights. In the third chapter, regulations and standards on the heat energy conservation in Turkey has been evaluated and compared. In the fourth chapter, a method is proposed, in order to determine the overall heat transfer coefficient of building envelope depending on building form. This method comprises six main steps: 1. Optimum values of the thermophysical properties are determined. Determination of the optimum values of the overall heat transfer coefficient for the opaque component comprises the following steps: - Gathering The Regional Climatic Data - Selection Of The Design Days To minimise the supplementary mechanical energy demand, the optimum value of the overall heat transfer coefficient for the opaque components should be determined according to the climatic conditions of the predominant period of the region. Instead of the repeating the calculations for each day of the chosen predominant period it is convenient to choose a representative design day. ?Xlll-- Determination Of The Indoor Design Conditions Indoor design conditions can be derived from the comfort conditions. The indoor climatic elements are air temperature, relative humidity, air velocity and inner surface temperatures. The comfort values of the air temperature can be estimated by using the relationship between required value of the inner surface temperature ( tiy0 ) and the comfort value of the indoor air temperatures, since it is proper to set the relationship between thermal comfort and building envelope. tiyo=ti±3 (1) - Selection of Variation Range and Intervals of The Design Parameters Affection Indoor Climate - Computation of The Sol-Air Temperatures for Opaque and Transparent Components Hourly values of sol-air temperatures influencing the variously orientated opaque components and windows ( te0 and t^ respectively ) should be calculated separately. Daily average sol-air temperature for opaque components ( teoo ) and windows ( teco ) are arithmetic mean of hourly values. - Calculating The Required Values of The Inner Surface Temperature of The Opaque Components The weighted average inner surface temperature of the opaque and transparent components relevant to the transparency ratio, should be equal to ( t, - 3 ) for the design days of underheated period. This can be expressed by the following formula: tiyo = Kiio. (,I~X) - tcio. X \ ^ ) where, tjyo : required value of the inner surface temperature of building envelope, °C x : transparency ratio Hourly values of the inner surface temperature for the transparent component can be calculated by means of the following formula: tci =tj + [ Uwindow (tec“ ti ) - ( FS. Id ? TD+ Iy. Ty )] / Oti ( 3 ) where, tj : required value of the inner surface temperature of the building envelope, °C tci : hourly values of the inner surface temperature for the transparent component,°C.XIV-Uwindow : overall heat transfer coefficient of the transparent component, W/m2°C, Kcal/m2h°C tec : sol-air temperature for window, °C Id, Iy : direct and diffuse solar radiation intensities on the surface, W/m2, Kcal/ m2h Td, Ty : transmissivity of the glass for direct and diffuse solar radiation, respectively Fs : sunlit fraction of the transparent component surface The daily average value ( tci0 ) is the arithmetic mean of the hourly values. - Determination of The Optimum Values of The Overall Heat Transfer Coefficient for The Opaque Component The optimum value of the overall heat transfer coefficient can be calculated by using the following equation; Oti ( toio - ti ) U0= (4) \ teoo ”tj ) U0 : overall heat transfer coefficient of the opaque component, W/m2°C, Kcal/m2h°C teoo :daily average sol-air temperature for the opaque components, °C tj : comfort value for indoor air temperature, °C 2. Building alternatives are constituted depending on chosen floor area and V/A values 3. Hourly heat loss Per unit area of building envelope is calculated. Under the“real sky”conditions, the amounts of the hourly heat loss Per unit area of building envelope can be calculated by basing on the sol-air temperature. This can be expressed by following formula: q = U0 (tj - te0o ) ( 1-X ) + Uwindow (ti - Uco) X ( 5 ) q : hourly heat loss Per unit area of building envelope, W/m2, Kcal/ m2h U0 : overall heat transfer coefficient of the opaque components, W/m °C, Kcal/ m2h°C Uwindow : overall heat transfer coefficient of the transparent components, W/m2oC, Kcal/m2h°C tj : comfort value for indoor air temperature, °C teoo :daily average sol-air temperature for the opaque components, °C teco :daily average sol-air temperature for the transparent components, °C 4. Total heat loss through the whole building envelope for varies building alternatives are calculated. This can be express by the following formula:.XV-Q = ( q, Aı ) + (q2A2 ) + + ( qnAn ) + (qfAt ) ( 6 ) qi, q2v-j qn : hourly heat loss per unit area of building envelope for different orientations of building, W/m2, Kcal/ m2h Aı, A2,.-, An : facade areas for different orientations of building, m2 q9 : hourly heat loss per unit area of roof component, W/m2, Kcal/ m2h Aç : ceiling area, m2 A graphical heat loss through the whole building envelope for varies building alternatives are calculated. 5. Determination of the building forms which provide minimum heat loss ( reference building form) In order to determine reference building form for each floor area, the total heat loss the whole building envelope must be compared. By means of graphic systems. As a result of the comparison, the building form which provides minimum total heat loss is qualified as reference building form. ö.Determination of the revised overall heat transfer coefficients values of the opaque components The revised overall heat transfer coefficient values are determined by basing on total heat loss which is provided by the reference building form. These values are introduced by means of graphic systems in the study. In the fifth chapter, the methods, described in previous chapters are applied for Istanbul region, in order to determine the overall heat transfer coefficient values which provides minimum heat loss. Finally, the method which will be used for determination of overall heat transfer coefficient of building envelope depending on the building form which is represented by the V/A ratio, besides the other design parameters affecting indoor climate such as transparent component type and transparency ratio. Thus, it will be possible to revise the limit ko which is determined independently from building form and it is assumed that they are valid for reference V/A ratio which represents the minimum facade area surrounding the certain building volume. As a result of the application of the method for different V/A ratios and for different climatic regions of Turkey limit ko proposed by the existent building regulation for energy conservation will be revised in order to consider the building form..XVI-

Benzer Tezler

Tez No
126654
Soğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım
An Approach for the determination of the facade texture which aims cooling energy conservation
ŞULE FİLİZ AKŞİT
Doktora
Türkçe
2002
Mimarlık İstanbul Teknik Üniversitesi
Yapı Bilgisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
Tez No
859172
Konut binaları enerji performansının cephe tasarım parametreleri açısından değerlendirilmesine yönelik bir karar destek modeli
A decision support model for the evaluation of residential buildings energy performance in terms of facade design parameters
HİLAL PARLAK ARSLAN
Doktora
Türkçe
2024
Mimarlık İstanbul Teknik Üniversitesi
Mimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
Tez No
467120
Beyaz eşya uygulamalarında enerji tasarrufu amacıyla faz değiştiren malzeme hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of phase change materials for energy efficiency in white good applications
ÖYKÜ GÜNGÖR
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Bilim ve Teknoloji İstanbul Teknik Üniversitesi
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CEVAT FAHİR ARISOY
Tez No
450969
Organik rankine sistemi ve türbininin tasarımı
Organic rankine system and turbine design
NURİYE ANIL GÜRLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Enerji İstanbul Teknik Üniversitesi
Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS
Tez No
878968
Çelik profil üretimi yapan bir firmada yalın dönüşüm ve otonom bakım uygulaması
Lean transformation and autonomous maintenance implementation in a steel profile production company
BETÜL HALK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Endüstri ve Endüstri Mühendisliği Sakarya Üniversitesi
Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET RIZA ADALI

Geri Dön