Thermal and economic analysis of commonly used building walls for cooling applications

Abstract

Bu çalışmada, binalarda en ekonomik dış duvar malzemesini seçmek için binalarda yaygın olarak kullanılan duvarların ısıl ve ekonomik analizi yapılmıştır. Bu nedenle ısıl ve ekonomik analizi gerçekleştirmek için ısıtma ve soğutma yükleri gerekmektedir. Soğutma yükünün büyük bir kısmını dış duvarlardan olan ısı kazanımı oluşturmaktadır. Dış duvarlardan olan toplam ısı kazanımı Toplam Eşdeğer Sıcaklık Farkı (TESF) metodu kullanılarak elde edilmiştir. TESF değerleri matematik metod kullanarak hesaplanmıştır. TESF güneş ışınımının, dış hava ve güneş hava sıcaklığının, faz kayması ve sönüm oranının bir fonksiyonudur. Dikey yüzeye gelen güneş ışınımı, yatay yüzeye etki eden saatlik ışınım değerleri ve dış hava sıcaklıkları kullanılarak hesaplanmıştır. Gaziantep iline ait 10 yıllık (1997-2007), yatay yüzeye etki eden saatlik ışınım değerleri ve dış hava sıcaklıkları meteorolojiden elde edilmiştir. Farklı duvar tipleri ve farklı duvar kalınlıkları için faz kayması ve sönüm oranları hesaplanmıştır. Ekonomik analizi Ömür Döngüsü Maliyet Analizine dayanmaktadır. Tüm bu hesaplamaları gerçekleştirmek için Fortran'da bir program hazırlanmıştır. Bu programda Türkiye'de yaygın olarak kullanılan briket, tuğla, blokbims ve gazbeton malzemeleri kullanılmıştır.Yapılan hesaplamalar sonucunda, sırasıyla briket, tuğla, blokbims ve gazbetona ait optimum duvar kalınlıkları 29.21, 25.61, 15.74 ve 9.84cm olarak elde edilmiştir. 15cm kalınlığındaki briket, tuğla, blokbims ve gazbeton duvarların XPS ile yalıtımının yapıldığı düşünüldüğnde sırasıyla 0.06 , 0.06 , 0.04 ve 0.03m optimum yalıtım kalınlıkları elde edilmiştir.

In this thesis, thermal and economical analysis of commonly used building walls is carried out to determine the most economical wall material to be used in the building exterior walls. For that reason, heating or cooling loads are required to obtain this data. Total heat gain from the exterior walls consists of great amount of cooling load for a building. The total heat gain from exterior walls of a building can be determined by using the Total Equivalent Temperature Difference (TETD) method. The TETD values for the walls are calculated by using the mathematical method. The TETD is functions of solar radiation flux, outside air and sol-air temperature, time lag (TL) and decrement factor (DF). The hourly solar radiation on a tilted surface is computed using hourly measured solar radiation data on horizontal surface. The hourly values of solar radiation flux on horizontal surface and outside air temperatures have been measured in Gaziantep for ten years (1997-2007) and are taken from the Turkish State Meteorological Service. The different values of TL and DF are estimated for different types and thicknesses of walls. The economical analysis is based on a Life Cycle Cost Analysis (LCCA). A computer program is developed to perform these numerical calculations. This program is used for briquette, brick, blokbims, Autoclaved Aerated Concrete(AAC) which are commonly used materials in Turkey. As a result of this work, optimum thickness of briquette, brick, blokbims and AAC are obtained as 29.21, 25.61, 15.74 and 9.84cm, respectively.When briquette, brick, blokbims and AAC walls which are considered 15cm are insulated with XPS, the optimum insulation thickness of briquette, brick, blokbims and AAC are obtained 0.06 , 0.06 , 0.04 and 0.03m , respectively.