Bina Çatılarında Bir Boyutlu Zamana Bağlı Isı Transferinin Türkiye'nin Farklı İklim Koşulları için İncelenmesi

Abstract

Bu tez çalışması, farklı iklim bölgelerinde yer alan konut çatılarında zamana bağlı bir boyutlu ısı iletimini analiz ederek, çatı tipinin, eğim açısının, yönlenmenin ve yalıtım düzeyinin ısı geçişine etkisini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında; Türkiye'de farklı iklimsel özellikleri olan altı şehir, iki betonarme çatı tipi, iki eğim açısı, dört ana yön ve dört farklı yalıtım senaryosu dikkate alınmıştır. Çatı sistemlerindeki yalıtım katmanları, TS825 standardının öngördüğü U-value gereksinimlerini sağlayacak şekilde tanımlanmıştır. Dış hava sıcaklığı, güneş ışınımı ve etkin gökyüzü sıcaklığı zamana bağlı dış ortam koşulları olarak tanımlanırken iç ortam sıcaklığı ise sabit kabul edilmiştir. Bir boyutlu ısı transferi problemi, implicit sonlu farklar temelli bir sayısal yöntemle çözülmüştür. Ocak ve temmuz aylarının ortalamasını yansıtan 24 saatlik periyotlar incelenerek mevsimsel karşılaştırmalar yapılmıştır. Bulgular, yalıtım seviyesi arttıkça hem kış aylarında ısı kayıplarının hem de yaz aylarında ısı kazançlarının belirgin şekilde azaldığını göstermektedir. Yüksek yalıtımlı senaryoda q değerleri yalıtımsız duruma göre 88–92% oranında azalmış, iç mekânda daha kararlı bir sıcaklık dağılımı sağlanmıştır. Yönelime bağlı farklar 4–10 Wh/m²·gün seviyesine kadar düşmüş, mevcut TS825 standardı eski standarda göre 4–10% iyileşme sunmuştur. Doğu ve batı yönlenmeli eğimli çatılar; güneyle benzer değerler gösterirken, kuzey yönündeki 30° eğimli çatı ise diğer üç yönden yaklaşık 6-46% oranında ayrışmaktadır. Bu durum yönelime bağlı optimizasyon stratejilerinin önemini ortaya koymaktadır. Çalışma, iklimsel, yapısal ve yönelime bağlı parametrelerin birlikte değerlendirilmesinin enerji etkin çatı tasarımı açısından kritik olduğunu göstermektedir.This thesis aims to evaluate the effect of roof type, slope angle, orientation and insulation level on heat transfer by analyzing the time-dependent one-dimensional heat transfer in residential roofs located in different climate zones. Within the scope of the study, six cities in Turkey with different climatic characteristics, two reinforced concrete roof types, two slope angles, four main orientations and four different insulation scenarios are considered. Insulation layers in roof systems are defined to provide the U-value requirements specified by the TS825 standard. Outdoor air temperature, solar radiation and effective sky temperature are defined as time-dependent outdoor conditions while indoor temperature is considered constant. The one-dimensional heat transfer problem is solved with an implicit finite difference method-based numerical model. Seasonal comparisons are made by analysing 24-hour periods of monthly-averaged daily data for January and July. The results show that both heat losses in winter and heat gains in summer decrease significantly as the insulation level increases. In the highly insulated scenario, q values decreased by 88-92% and a more stable temperature distribution was achieved indoors. Orientation-dependent differences were reduced to 4-10 Wh/m²-day, and current TS825 standard offered 4-10% improvement compared to old TS825 standard. Values for east and west-oriented sloping roofs are similar to those for south-facing roofs, while north-oriented 30° sloping roof differs from the other three orientations by about 6–46%. This highlights the importance of orientation-dependent optimisation strategies. The study shows that the combined evaluation of climatic, structural and orientation parameters is critical for energy-efficient roof design.