Numerical Investigation of the Effect of Thermal Insulation on Different Exterior Wall Models

Year 2024, Volume: 11 Issue: 2, 385 - 393, 29.11.2024

Mehmet Kan

https://doi.org/10.35193/bseufbd.1379760

Abstract

As energy resources diminish, the need for energy increases rapidly from day to day. Various energy sources are being sought worldwide to meet energy needs, and efforts to reduce current consumption continue. In our country, a significant part of energy consumption is spent on heating buildings. For this reason, thermal insulation applications are increasingly used to save energy and reduce the consumption of waste fuels. Determining the insulation thickness and selecting the appropriate insulation material is very important from both efficiency and economy points of view. In this study, the thermal behavior of an exterior wall with polyurethane insulation material was investigated according to different wall models. The analyzes were carried out using Ansys software for four different wall models: insulated (polyurethane) and sandwich walls, as well as brick and aerated concrete as building materials. Wall models: 2 cm interior plaster, 13.5 cm brick/15 cm aerated concrete and 3 cm exterior plaster, 2 cm interior plaster on the sandwich wall, 8 cm brick/8 cm aerated concrete on the inside, 13.5 cm brick/15 on the outside It consists of 2 cm aerated concrete and 3 cm exterior plaster and insulation material (polyurethane). Considering Ankara, which is in the 3rd climate zone, the temperature and heat flux data obtained from the analyzes for these wall models were compared with the optimum insulation thicknesses and payback periods obtained because of the calculations. In conclusion the analyzes and calculations, it was found that the sandwich wall model gave better results.

Keywords

Optimum insulation thickness, thermal insulation, CFD analysis

Isı Yalıtımının Farklı Dış Duvar Modellerindeki Etkisinin Nümerik Olarak İncelenmesi

Abstract

Enerji kaynaklarının azalması ile enerji ihtiyacı her geçen gün hızla artmaktadır. Enerji ihtiyacını karşılamak amacıyla Dünyada farklı enerji arayışlarına gidilmekte var olan tüketimin de azaltılmasına yönelik uğraşlar devam etmektedir. Ülkemizde, enerji tüketiminin önemli bir kısmını binaların ısıtılmasına harcanmaktadır. Bunun için enerji tasarrufu ve yok olan yakıtların tüketiminin azaltılmasına yönelik ısı yalıtımı uygulamaları daha fazla yer almaktadır. Yalıtım malzemesi kalınlığının belirlenmesi ve uygun yalıtım malzemesinin seçilmesi hem verim açısından hem de ekonomiklik açısından oldukça önemlidir. Bu çalışmada, bir dış duvarın farklı duvar modellerine göre poliüretan yalıtım malzemesi kullanılarak termal davranışları irdelenmiştir. Yapı malzemesi olarak tuğla ve gaz beton kullanılan yalıtımlı (poliüretan) ve sandviç duvar olmak üzere 4 farklı duvar modelleri için Ansys yazılımı kullanılarak analizler yapılmıştır. Duvar modelleri 2 cm iç sıva, 13,5 cm tuğla/15 cm gaz beton ve 3 cm dış sıva, sandviç duvarda 2 cm iç sıva, iç tarafta 8 cm tuğla/8 cm gaz beton, dış tarafta 13,5 cm tuğla/15 cm gaz beton ve 3 cm dış sıvadan ve yalıtım malzemesinden (poliüretan) oluşmaktadır. 3. iklim bölgesinde bulunan Ankara ili ele alınarak bu duvar modelleri için analizlerden elde edilen sıcaklık ve ısı akısı verileri ile hesaplamalar sonucunda elde edilen optimum yalıtım kalınlıkları ve geri ödeme süreleri karşılaştırılmıştır. Analizler ve yapılan hesaplamalar sonucunda sandviç duvar modelinde daha iyi sonuçlar elde edildiği gözlemlenmiştir.

Keywords

Optimum yalıtım kalınlığı, ısı yalıtımı, HAD analizi

References

• Karadayı, T. T. ve Yüksek, İ. (2016). Yapılarda Isı Yalıtım Malzemeleri Seçimi Üzerine Bir Araştırma. Tesisat Dergisi, 242, 90-102.
• Kaynakli, A. G. Ö. ve Yamankaradeniz, R. (2007). Isıtma Süreci ve Optimum Yalıtım Kalınlığı Hesabı. VII. Ulusal Tesı̇s. Müh. Kongresı̇, 187-195.
• Ogulata R.G. (2002). Sectoral energy consumption in Turkey. Renewable and Sustainable Energy Reviews 6, 471-480.
• Kaygusuz, K. ve Kaygusuz, A. (2004). Energy and sustainable development. Part II: Environmental impacts of energy use. Energy Sources 26, 1071-1082.
• Demirbaş, A. (2001). Energy balance, energy sources, energy policy, future developments and energy investments in Turkey. Energy Conversion and Management 42, 1239-1258.
• Bektaş, V. Çerçevik, A. E. Kandemir, S. Y. (2017). Binalarda Isı Yalıtımının Önemi ve Isı Yalıtım Malzemesi Kalınlığının Yalıtıma Etkisi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4(1), 36-42.
• Soğukoğlu, M. ve Vatan, M. (2014). Mevcut betonarme konut binalarında enerji verimliliğinin artırılması için mimari çözüm önerileri. İstanbul Aydın Üniversitesi Dergisi, 21, 13-22.
• Kibici, İ. (2006). Bina yöneticileri. İzodergi, 118, 60-62.
• Kozak, M. ve Kozak, Ş. (2005). Su ve Isı yalıtımının Yapılarda Emniyet ve Ekonomi Açısından Önemi. SDU Teknik Bilimler Dergisi, 5(1), 38-47.
• Topçuoğlu, K. (2017). Yalıtım Teknolojisi, 2. basım, Nobel Akademik Yayıncılık Eğitim Danışmanlık Tic. Ltd. Şti.
• Özel, M. ve Şengür, S. (2012). Farklı yakıt türü ve yalıtım malzemelerine göre optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi, Tesisat Mühendisliği Dergisi, 132, 5-11.
• Özer, N. Özgünler, S. A. (2019). Yapilarda Yaygin Kullanilan Isi Yalitim Malzemelerinin Performans Özelliklerinin Duvar Kesitleri Üzerinde Değerlendirilmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 24(2), 25-48.
• Gürel, A. E., Cingiz, Z. (2011). Farklı dış duvar yapıları için optimum ısı yalıtım kalınlığı tespitinin ekonomik analizi. Sakarya University Journal of Science, 15(1), 75-81.
• Kandemir, Y. Bektaş, S. Açikkalp, E. (2019). Dıştan yalıtım uygulamalarında farklı duvar modelleri için optimum yalıtım kalınlıklarının belirlenmesi ve ekonomik analizleri. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 10(1), 275-288.
• Öztuna, S. Dereli, E. (2009). Edirne İlinde Optimum Duvar Yalitim Kalinliğinin Enerji Tasarrufuna Etkisi. Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 10(2), 139-147.
• Kürekci, N. Bayrakçı, A. T. Çubuk, M. Emanet, Ö. (2012). Türkiye’nin Tüm İlleri İçin Optimum Yalıtım Kalınlığı. Tesisat mühendisliği, 131, 5-21.
• Ertürk, M. (2016). Bina dış duvarlarında farklı yalıtım malzemesi ve hava boşluğu kullanımının, birim alandaki enerji tasarrufu ve kişi başı emisyon hesaplamalarında yeni bir yaklaşım. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(2), 395-406.
• Yu, J. Yang, C. Tian, L. Liao, D. (2009). A study on optimum insulation thicknesses of external walls in hot summer and cold winter zone of China, Applied Energy, 86, 2520-2529.
• Gölcü, M. Dombaycı, A, Ö. Abalı, S. (2006). Denizli İçin Optimum Yalıtım Kalınlığının Enerji Tasarrufuna Etkisi ve Sonuçları. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21(4), 639-644.
• Yavuz Ç. Yetkin S. El E. (2017). Dıştan Farklı Yalıtım Malzemeleriyle Kaplı Bir Duvar Modelinin Isıl Analizi. International Conference on Multidisciplinary, Science, Engineering and Technology (IMESET’17 Bitlis).
• Uçar, A. ve Balo, F. (2010). Determination of the energy savings and the optimum insulation thickness in the four different insulated exterior walls. Renewable Energy, 35(1), 88-94.
• Liu, X. Chen, Y. Ge, H. Fazio, P. Chen, G. (2015). Determination of optimum insulation thickness of exterior wall with moisture transfer in hot summer and cold winter zone of China. Procedia Engineering, 121, 1008-1015.
• Aktemur, C. ve Atikol, U. (2017). Optimum Insulation Thickness for the Exterior Walls of Buildings in Turkey Based on Different Materials, Energy Sources and Climate Regions, International Journal of Engineering Technologies, 3(2) 72-82.
• TS 825, (2008). Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardı, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
• Sezer, F. Ş. (2005). Türkiye’de Isı Yalıtımının Gelişimi ve Konutlarda Uygulanan Dış Duvar Isı Yalıtım Sistemleri. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 10, 2-8.
• Hasan A. (1999). Optimizing insulation thickness for buildings using life cycle cost. Applied Energy, 63, 115-124.
• Meteoroloji Genel Müdürlüğü. (2023). Ankara ili için Isıtma derece-gün değeri ve soğutma derece-gün değeri. https://www.mgm.gov.tr/veridegerlendirme/gun-derece.aspx?g=merkez&m=06-00&y=2023&a=01