Impact of non-uniform temperature distribution on thermal stress behaviour in energy walls

Enerji kazıkları ve enerji duvarları gibi enerji jeo-yapıları, hem yapısal stabilite sağlama hem de yenilenebilir ısı enerjisi alışverişi işlevi görerek çift amaçlı bir kullanım sunmaktadır. Termo-mekanik davranışları kapsamlı şekilde incelenmiş olsa da, birçok çalışma bu sistemi sabit sıcaklık dağılımları varsayımıyla basitleştirmektedir. Ancak bu varsayım, gömülü boru ağları içerisinden geçen ısı transfer akışkanlarının oluşturduğu gerçekçi ve konumsal olarak değişken sıcaklık alanlarını yansıtamamaktadır. Bu sıcaklık farkları, iç ve dış sınır koşulları tarafından şekillendirilen karmaşık üç boyutlu termal gerilme dağılımlarına yol açmaktadır. Bu çalışma, hem ısıtma hem de soğutma işlemleri sırasında, gerçekçi ve homojen olmayan sıcaklık dağılımlarında enerji duvarlarında oluşan gerilme tepkilerini ele almaktadır. COMSOL Multiphysics yazılımı kullanılarak doğrulanmış, kapsamlı bir üç boyutlu sayısal model yardımıyla, sıcaklık farklarının gerilme gelişimine etkisi simüle edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, sıcaklık gradyanları ve mekanik sınır koşullarına bağlı olarak belirgin çevresel, radyal ve eksensel gerilmelerin ortaya çıktığını göstermektedir. Isı enjeksiyonu sırasında, ısınan boruların çevresinde belirgin basınç gerilmeleri gözlenirken; ısı çekimi uygulamalarında özellikle borulara yakın bölgelerde çekme gerilmeleri oluşmuştur. Ayrıca, çevredeki zemin ile duvar arasındaki arayüz gibi hassas bölgelerde ve binaya bakan yüzeylerde yüksek çekme gerilmeleri kaydedilmiştir. Bu bulgular, enerji jeo-yapılarının tasarım ve analiz süreçlerinde gerçekçi, konumsal olarak değişken sıcaklık dağılımlarının ve uygun mekanik sınır koşullarının dikkate alınmasının kritik önemini ortaya koymaktadır. Bu unsurların göz ardı edilmesi, gerilme tahminlerinde ciddi hatalara yol açabilir ve bu yapıların uzun vadeli dayanıklılığı ile performansını olumsuz yönde etkileyebilir.