An Evaluation Study On The Effect Of Solar Control Devices Onto Cooling Energy Loads In Buildings

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012Giriş bölümünde, yaşanan enerji sıkıntısına zemin hazırlayan gelişmeler özetlenmiştir. Sanayi devrimi etkisiyle gerçekleşen hızlı kentleşme ve nüfus artışı ile birlikte enerji gereksinimindeki artış, enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılan fosil yakıtların çevreye verdiği zarar ve küresel ısınma hakkında bilgi verilmiştir. Binaların enerji etkinliğinin önemi ve bina kabuğunun soğutma yükleri üzerindeki etkisi açıklanmıştır. İkinci bölümde, enerji yükleri üzerinde etkili olan enerji etkin pasif tasarım değişkenleri açıklanmıştır. Bu değişkenler; -Yerleşme -Bina aralıkları -Binanın yönlendiriliş durumu -Bina formu -Bina kabuğunun ıoptik ve termofiziksel özellikleri olarak sayılabilir. Bina kabuğunun, soğutma yükleri üzerinde etkili olan en önemli değişken olması nedeniyle bu ölçekte çeşitli önlemler alınması gerektiği vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde, direkt, yaygın ve yansımış güneş ışınımı, güneş ışınımının etkileri, geleneksel güneş kontrol elemanları ve cephelerdeki güneş kontrol elemanlarının etkilerinden bahsedilmiştir. Güneş kontrol elemanları, iç güneş kontrol elemanı, dış güneş kontrol elemanı ve pencere arası güneş kontrol elemanı olarak üç farklı başlıkta incelenmiştir. Dördüncü bölümde, güneş kontrol elemanlarının soğutma enerjisi yüklerine etkisinin değerlendirildiği bir çalışma sunulmuştur. Bu çalışmada öncelikle, çalışmanın uygulanacağı binanın sahip olması gereken özellikler tanımlanmaktadır. Daha sonra referans binanın bulunduğu yer, diğer binalara göre konumu, bina formu ve , binanın yönlendiriliş durumu, bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri belirlenmelidir. İklimsel koşullar için ise, çalışmada kullanılan hesaplama için hem ısıtmanın istenmediği döneme ilişkin dış iklimsel veriler hem de iç hava sıcaklığı gibi iç iklimsel verilerin gözönünde tutulmasına ihtiyaç vardır. Son olarak dış güneş kontrol elemanlarının farklı biçimlerde yerleştirilmelerine bağlı olarak farklı soğutma yükü hesaplama alternatifleri belirlenmelidir. Bu alternatifler; -Binanın mevcut durumu (güneş kontrol elmanı yok) -Doğu ve batı yönlerinde düşey güneş kontrol elemanı kullanılması -Güney yönünde yatay güneş kontrol elemanı kullanılması -Doğu ve batı yönlerinde düşey, güney yönünde ise yatay güneş kontrol elemanı kullanılması şeklinde sıralanabilir. Mevcut bina ile ilgili özellikler belirlendikten sonra, seçilen bir simülasyon programı (Designbuilder) ile binanın tüm hesaplama alternatifleri için iç hava sıcaklıkları, direkt güneş ışınımı kazançları ve soğutma enerjisi harcamaları hesaplanmıştır. Sonuçlar grafiklerle ifade edilmiştir. Son olarak, beşinci bölümde ise, yapılan çalışmanın sonuçlarının değerlendirmesi yer almaktadır. Simülasyon sonuçlarına göre, ılımlı ve sıcak iklim bölgelerinde, tasarım aşamasında cephede sadece güneş kontrol elemanı uygulamasıyla önlemler alınarak soğutma enerjisi harcamalarında %28-42’lere varan tasarruf sağlanabildiği görülmüştür.In introduction, developments causing current energy crisis are summarized. The increasing energy requirement with the effect of industry revolution, urbanization and population growth and the environmental results of burning fossil fuels and global warming are mentioned. The importance of building energy efficiency and the role of building envelope specially on cooling energy consumption are explained. In second chapter, energy efficient design parameters effective on energy loads of building are explaned. These parameters are -Site -Distance between building -Orientation of building -Building form -Optical and thermophysical properties of building envelope Since building envelope is the most important components wich effect the cooling load of the whole building, the precautions taken on this scale should be investigated. In the third chapter; direct, diffuse and reflected sun radiations, the effect of sun radiation, traditional sun control devices and shading devices effects on sun control of a facade are explaned. Sun control devices types are examined under three headings such as; external sun control systems, mid pane sun control systems and internal sun control systems. In forth chapter, the approach to evaluate the effect of solar control devices onto cooling energy loads in buildings is introduced. Firstly, the essential properties of the selected building to be used in cooling energy consumption calculations are defined. Afterwards, building site, orientation of building, location of building according to the other buildings, building form and orientation, optical and thermophysical properties of building envelope should be determined. For climatic conditions, outdoor climatic data for cooling period and indoor climatic data such as indoor air temperature should be taken into consideration. Finally, different cooling loads calculation alternatives related to different positions of externalle sun control devices should be specified. These alternatives may be listed as;  Current state of selected building (without sun control devices)  Application of vertical sun control devices on west and east directions  Application of horizontal sun control devices on south direction  Application of horizontal sun control devices on south and vertical sun control devices on west and east directions After determining the properties related to selected building, indoor air temperatures, direct solar radiations and cooling energy consumption for all alternatives are calculated by using a simulation programme (Designbuilder). Results are expressed with charts. Finally, in sixth chapter, results of the study are evaluated. According to the simulation results, it is seen that during the cooling period, in the temperate and hot climatic regions, it is possible to accomplish %28-42 improvement in the cooling energy consumption by taking precautions on the facade of building only by using sun control devices.Yüksek LisansM.Sc