Bina çatısına entegre makrokapsüllenmiş faz değiştiren malzemenin kullanımının bina ısıl performansı ve CO2 emisyonu üzerine etkisinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında, DesignBuilder yazılımı kullanılarak teras, kullanılan ve kullanılmayan çatı arası olmak üzere üç farklı bina projeleri modellenmiştir. İstanbul için 2024 yılına ait iklim verilerine göre konut binaları EnergyPlus programında simüle edilmiştir. Faz değiştiren malzeme olarak organik RT18HC, RT21HC, RT24HC, RT25HC, RT28HC ve inorganik RPCM18C, RPCM21C, RPCM23C, RPCM25C ve RPCM29 ticari ürünleri farklı kalınlıklarda kullanılmıştır. FDM entegre çatı tipli bina projelerinin çatı yapı bileşenleri farklı kombinasyonlar denenerek tasarlanmış ve enerji tasarrufunu maksimuma çıkaracak en verimli kombinasyonları seçilmiştir. Kombinasyonların FDM’li ve FDM’siz yapı bileşenleri karşılaştırılarak faz değiştiren malzemenin bina ısıl performansına katkısı ve yıllık ısıtma ve soğutma enerji ihtiyaçlarına etkisi malzeme tipi, kalınlığı ve konuma bağlı olarak araştırılmıştır. Mahal içi ısıl konfor değerlendirilmesinde kullanılan saatlik PMV ve PPD indeksleri ile toplam yıllık konfor saatleri FDM’li ve FDM’siz kombinasyonlar için elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. HVAC sisteminde kullanılan kömür, doğalgaz, fuel-oil, elektrik gibi yakıt tipleri için faz değiştiren malzemenin sağlayacağı CO2 emisyon azalım miktarları hesaplanmıştır. Kullanılan çatı aralı bina modeli için en yüksek ısıtma sezonu enerji kazancı % 31.80 ile Tip 2, 70 mm RT18HC, en yüksek soğutma sezonu enerji kazancı % 17.41 ile Tip 2, 60 mm RPCM21C kombinasyonlarında elde edilmiştir. Ayrıca, 70 mm RT18HC kombinasyonuna ait iç ortam yıllık konfor saatleri, teras çatı tipinde 3680 saat, kullanılmayan çatı aralı tipte 3729 saat ve kullanılan çatı aralı tipte 4078 saat olarak hesaplanmıştır. HVAC sisteminde kullanılan farklı yakıt tipleri ve tasarlanan FDM’li farklı çatı kombinasyonlarına bağlı olarak CO2 emisyon azalım miktarları 1694.83-12667.3 kg CO2/yıl arasında değişmektedir.

In this thesis, three residential building models with flat, inhabited attic, and uninhabited attic roof configurations were developed using DesignBuilder and simulated in EnergyPlus based on 2024 climate data for Istanbul. Commercial organic PCMs (RT18HC, RT21HC, RT24HC, RT25HC, and RT28HC) and inorganic PCMs (RPCM18C, RPCM21C, RPCM23C, RPCM25C, and RPCM29) were evaluated at different thicknesses. Various PCM-integrated roof configurations were designed, and the optimum combinations providing the highest energy savings were identified. Their thermal performance was assessed by comparing annual heating and cooling energy demands with and without PCM. The effects of PCM type, thickness, and installation location on building energy performance were investigated. Indoor thermal comfort was evaluated using hourly Predicted Mean Vote (PMV), Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), and annual thermal comfort hours. Annual CO₂ emission reductions were also calculated for HVAC systems using coal, natural gas, fuel oil, and electricity. Among the inhabited attic roof configurations, the highest heating energy reduction was achieved with the Type 2 roof incorporating 70 mm RT18HC, providing 31.80% energy savings, while the greatest cooling energy reduction was obtained with the Type 2 roof incorporating 60 mm RPCM21C, achieving 17.41% savings. The annual thermal comfort hours for the 70 mm RT18HC configuration were 3680, 3729, and 4078 hours for the flat, uninhabited attic, and inhabited attic roof models, respectively. Annual CO₂ emission reductions ranged from 1694.83 to 12667.30 kg CO2/year, depending on the PCM configuration and HVAC fuel type.