EFFECT OF HEAT BARRIER AND INSULATION MATERIAL PROPERTIES ON THERMAL PERFORMANCE

Öz

In this study, optimization efforts have been conducted to improve the thermal conductivity performance of the DS90 aluminum framing system, designed by Çuhadaroğlu. The analysis was performed using the finite element method in the computer-based Flixo software, according to the ISO 10077-2 standard. In the initial analysis, the gaps between the thermal barriers, which are used to reduce heat conduction in the aluminum material, were filled with phenolic foam, polyurethane foam, polyethylene foam, and aerogel. The thermal conductivity coefficients of these insulation materials were examined. In the second stage of the analysis, the effects of the width and material changes of the thermal barriers on thermal conductivity were analyzed. The purpose of the study is to determine the optimal combination of thermal barrier width, thermal barrier material, and insulation material placed in the gaps between the thermal barriers that provides the highest performance based on the data obtained from the analyses, thereby improving the thermal transmittance value of the profile and ensuring compliance with passive house standards. The results showed that multiple variables need to be considered to improve the thermal transmittance value of the profile. As a result of the analyses, the best thermal transmittance performance was achieved with a value of 0.87 W/m².K. The optimal combination that provided this value was aerogel insulation material placed between thermal barriers made of 54 mm wide LLPA66 GF25 material. This value indicates that the DS90 framing system is compliant with passive house certification standards. The scope of the study was limited to the DS90 framing system, and changes in thermal performance characteristics were examined. For future studies, it is recommended to investigate the effects of the DS90 framing system on the thermal performance at the building level.

Anahtar Kelimeler

• Window frames
• Thermal conductivity
• Thermal break
• Insulation materials
• Passive house
• Flixo

Alüminyum Doğrama Sisteminde Isı Bariyeri ve Yalıtım Malzemesi Özelliklerinin Isıl Performansa Etkisi

Öz

Bu çalışmada, Çuhadaroğlu Metal Sanayi ve Pazarlama A.Ş. tarafından tasarlanan DS90 alüminyum doğrama sisteminin ısıl iletim performansını artırmaya yönelik en iyileme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Yöntemsel çerçeve olarak sonlu elemanlar metodu kullanılarak bilgisayar tabanlı Flixo yazılımında TS EN ISO 10077-2 standardına göre analizler yapılmıştır. İlk analizde, alüminyum malzemede ısı iletimini azaltmak amacıyla kullanılan ısı bariyerleri arasındaki boşluklar; fenolik köpük, poliüretan köpük, polietilen köpük ve aerojel ile doldurulmuştur. Bu yalıtım malzemelerinin ısı iletim katsayıları incelenmiştir. İkinci analiz aşamasında ise, ısı bariyerlerinin genişlik ve malzeme değişikliklerinin ısıl iletkenlik üzerindeki etkileri analiz edilmiştir. Çalışmanın amacı, analizlerden elde edilen veriler sayesinde en iyi performansı sağlayan ısı bariyeri genişliği, ısı bariyeri malzemesi ve ısı bariyerleri arasındaki boşluklara yerleştirilen yalıtım malzemesi kombinasyonunu belirleyerek profilin ısıl geçirgenlik değerini iyileştirmek ve pasif ev standartlarına uygun hale getirmektir. Elde edilen sonuçlar, alüminyum profilin ısıl geçirgenlik değerini iyileştirmek için birden fazla değişkenin dikkate alınması gerektiğini göstermiştir. Analizler sonucunda, en iyi ısıl geçirgenlik değeri 0.87 W/m².K olarak elde edilmiştir. Bu değeri sağlayan en uygun kombinasyon, 54 mm genişliğindeki “%25 cam elyafı ile güçlendirilen düşük ısı iletkenliğine sahip poliamid (LLPA66 GF25)” malzemeden üretilen ısı bariyerleri arasına yerleştirilmiş aerojel yalıtım malzemesi olmuştur. Bu değer DS90 alüminyum doğrama sisteminin pasif ev sertifikası standartlarına uyumlu olduğunu göstermektedir. Çalışmanın kapsamı DS90 doğrama sistemi olarak sınırlandırılarak ısıl performans özelliklerinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Sonraki çalışmalar için DS90 doğrama sisteminin, yapı düzeyinde ısıl performansa etkilerinin incelenmesi önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Pencere çerçevesi
• Isı iletkenliği
• Isı bariyeri
• Yalıtım malzemeleri
• Pasif ev
• Flixo

Kaynakça

1. Altınışık, K. (2006). Isı Yalıtımı. Nobel Yayınevi. Basım 1, Yayın no: 954.
2. Arslan, M.A., & Aktaş, M. (2018). İnşaat Sektöründe Kullanılan Yalıtım Malzemelerinin Isı ve Ses Yalıtımı Açısından Değerlendirilmesi. Politeknik Dergisi, 21(2): 299-320s.
3. Aşıkoğlu, A. (2022). Pasif Ev Standartları Doğrultusunda Mevcut Binaların İyileştirilmesi Amaçlı Bir İstatistiksel Yaklaşım Önerisi. Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İzmir, 40s.
4. Bayer, G. (2006). Binalarda Uygulanan Isı Yalıtım Sistemleri ve Örnek Bir Projede Isı Yalıtım Maliyet Analizi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya, 90s.
5. Breidenichet, C. (2015). The Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change Published by:American Society of International Law. American Society of International Law, vol. 92, no. 2, pp. 315–331.
6. Bossche, N., Buffel, L., & Janssens, A. (2015). Thermal optimization of window frames. Energy Procedia, vol. 78, pp. 2500–2505 DOI: 10.1016/j.egypro.2015.11.251.
7. Cannavale, A., Martellotta, F., Berardi, U., Rubino, C., Liuzzi, S., Carlo, V., & Ayr, U. (2020). Modeling of an Aerogel-Based “Thermal Break” for Super-Insulated Window Frames. Buildings.
8. Coşkun, M. (2019). Örnek Bir Alüminyum Ekstrüzyon İmalat Tesisinde Enerji Verimliliğinin İncelenmesi. Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya, 89s.

9. Cuce, E. (2018). Accurate and Reliable U-Value Assessment of Argon-Filled Double Glazed Windows: A Numerical and Experimental İnvestigation. Energy and Buildings, vol. 171, pp. 100–106. DOI: 10.1016/j.enbuild.2018.04.036.
10. Çengel, Y.A. (2004). Heat Transference a Practical Approach. Mac Graw-Hill,vol. 4, no. 9, 874s. Erişim: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-20279-7_5
11. Çengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2014). Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Education.
12. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı. (2020). Ankara. Erişim: https://webdosya.csb.gov.tr/db/meslekihizmetler/icerikler/nseb_rehber-- 20201117075919.pdf, Erişim Tarihi: 27.08.2024.
13. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. (2022). Sayı: 31755, Resmi Gazete. Erişim: https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2022/02/20220219-2.htm, Erişim Tarihi: 27.08.2024.
14. Fokaides, P.A., & Soteris A.K. (2011). Application of Infrared Thermography for the Determination of the Overall Heat Transfer Coefficient (U-Value) In Building Envelopes. Applied Energy 88.12, 4358-4365.
15. Gökçen, G. (2019). Improvement of theThermal Performance of an Aluminium Window. İzmir Institute of Technology, Master Thesis, İzmir, 70s.
16. Lechowska, A. (2016). A CFD study and measurements of double glazing thermal transmittance under downward heat flow conditions, Energy and Buildings, vol. 122, pp. 107–119. DOI: 10.1016/j.enbuild.2016.04.023.
17. Özüpak, Ö.Ş. (2008). Ticari Binalarda Enerji Performans Kriterlerinin Belirlenmesi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, 86s.
18. Paulos, J., Berardi, U. (2020). Optimizing the thermal performance of window frames through aerogel-enhancements. Applied Energy 266, DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114776.
19. Pérez-Lombard, L., Ortiz, J., Pout, C. (2007). A review on buildings energy consumption in formation, Energy and Buildings, vol. 40, no. 3, pp. 394–398. DOI: 10.1016/j.enbuild.2007.03.007.
20. Santos, Paulo., Gonçalves, M., Martins, Claudio., Soare, Nelson., & Costa, J.J. (2019). Thermal transmittance of lightweight steel framed walls: Experimental versus numerical and analytical approaches. Journal of Building Engineering 25: 100776, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100776
21. Sezer, F.Ş. (2005). Türkiye’de Isı Yalıtımının Gelişimi ve Konutlarda Uygulanan Dış Duvar Isı Yalıtım Sistemleri, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 10, Sayı 2.
22. Tamer, O.M. (2003). Pencere imalatı, Aka Ofset A.Ş., İstanbul. Türk Standartları Enstitüsü. (2017). TS EN ISO 10077-2. Kapılar, pencereler ve panjurların ısıl performansı - Isıl iletimin hesaplanması, Ankara.
23. Vicedo, J.B. (2013). Analysis of Thermal Bridges.Universitat Politecnica De Valencia, Master Thesis, 93s, Valencia.
24. URL1:https://intweb.tse.org.tr/Standard/Standard/Standard.aspx?08111805111510805110411911010405504710510212008811104311310407308610906712208907204808911 3053047
25. URL2: https://www.flixo.com/products/flixo-energy/ (Erişim Tarihi: 21.08.2024).
26. URL3:https://www.yapikatalogu.com/kapi-ve-kapi-donanimi/isi-yalitim- bariyeri/technoform-bio-polyamid-isi-yalitim-bariyeri_24395 (Erişim Tarihi: 21.08.2024).