Energy and life cycle analysis of HVAC applications in historical and modern buildings

Abstract

Bu tezde, tarihi ve modern binalardaki ısıtma, soğutma ve havalandırma (HVAC) uygulamalarının enerji ve yaşam döngü (LCA) analizleri gerçekleştirilmiştir. Termodinamik analiz ve yaşam döngü değerlendirmesi için geliştirilen ilişkiler ve metodoloji, Gaziantep'te bulunan tarihi bir camiye (Kurtuluş Camii) ve modern bir aile konutuna uygulanmak üzere önerilen HVAC modellerine uygulanmıştır. Hem tarihi yapının ve hem de modern konutun mimari dizaynları, yapı malzemeleri, ısıl özellikleri, ve ısıtma, soğutma işletme periyotları ve binaların ısıtma ve soğutma yüklerini hesaplayan termal simülasyon programı detaylı bir şekilde sunulmuştur. Her iki binanın yapısal özellikleri ve ısıl ihtiyaçları gözönüne alınarak alternatif HVAC modelleri geliştirilmiştir. Bu modellere uygulanmak üzere öncelikle alt sistemler düzeyinde, daha sonra da paket HVAC sistemleri düzeyinde detaylı matematiksel ifadeler geliştirilmiştir. Her iki binaya uygulanmak üzere önerilen HVAC sistemlerinin termodinamik analizleri EES programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu tezde kullanılan yaşam döngü değerlendirmesi (LCA), ISO 14040 talimatları çerçevesinde yapılmıştır. Geliştirilen HVAC sistemlerinin yaşam döngü modellemeleri SimaPro programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Anahtarkelimeler: Enerjianalizi, yaşamdöngüanalizi, tarihibinalar, modern oturmakonutları, HVAC uygulamaları.

In this thesis, we perform energy and life cycle analysis (LCA) of heating, ventilating and air conditioning (HVAC) applications in historical and modern buildings. The procedure and formulation of thermodynamic and life cycle analysis are provided for developed HVAC models and they are applied to a historical mosque located in Gaziantep, Turkey (Kurtulus Mosque) and a modern residential building. The descriptions of architectural designs, construction materials, thermal properties, and operation schedule of selected buildings as well as the thermal simulation program which is used to calculate the heating and cooling loads of the buildings are presented. The alternative HVAC system models are developed and described in detail both for historical and residential buildings. The comprehensive mathematical simulations for these HVAC system models are developed first for subsystem level and then for constructed subsystems of each HVAC system in order to represent the system package. The thermodynamic analyses of the proposed HVAC systems for both case studies are evaluated using a series of simulation programs, which were developed using EES (Engineering Equation Solver) software. The LCA methodology used in this thesis follows the international standard ISO 14040 guidelines. SimaPro software is used to model the life cycles of the developed HVAC systems.Key words: Energy analysis, life cycle analysis, historical buildings, modern residential buildings, HVAC applications.