T.C.
DÜZCE ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
TS 825’e GÖRE UYGUN YALITIM KALINLIKLARI TAYĠNĠ
VE YALITIM SAĞLANAN YAPI BĠLEġENLERĠNĠN
YALITIMSIZ DURUMA GÖRE KARġILAġTIRILMASI
ġENER SÖĞÜT
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI
DANIġMAN
DOÇ. DR. ARĠF ÖZKAN
ii
T.C.
DÜZCE ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
TS 825’e GÖRE UYGUN YALITIM KALINLIKLARI TAYĠNĠ
VE YALITIM SAĞLANAN YAPI BĠLEġENLERĠNĠN
YALITIMSIZ DURUMA GÖRE KARġILAġTIRILMASI
ġener SÖĞÜT tarafından hazırlanan tez çalıĢması aĢağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı‘nda
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ olarak kabul edilmiĢtir. Tez DanıĢmanı
Doç. Dr. Arif ÖZKAN Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Doç. Dr. Arif ÖZKAN
Düzce Üniversitesi _____________________
Doç. Dr. Levent UĞUR
Amasya Üniversitesi _____________________
Dr. Öğr. Üyesi Nuri ġEN
Düzce Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalıĢmasının kendi çalıĢmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aĢamalarda etik dıĢı davranıĢımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalıĢmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalıĢılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranıĢımın olmadığını beyan ederim.
14 Eylül 2018
ii
TEġEKKÜR
Yüksek lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Doç. Dr. Arif ÖZKAN‘a en içten dileklerimle teĢekkür ederim.
Tez çalıĢmam boyunca değerli katkılarını esirgemeyen SÖĞÜT ĠNġAAT ekibine ve çalıĢma arkadaĢlarıma da Ģükranlarımı sunarım.
Bu çalıĢma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen sevgili aileme ve çalıĢma arkadaĢlarıma sonsuz teĢekkürlerimi sunarım.
iii
ĠÇĠNDEKĠLER
Sayfa No
ġEKĠL LĠSTESĠ ... VIII
ÇĠZELGE LĠSTESĠ ... IX
KISALTMALAR ... XI
SĠMGELER ... XII
ÖZET ... XIII
ABSTRACT ... XIV
1.
GĠRĠġ ... 1
2.
ULUSAL ENERJĠ TASARRUF POLĠTĠKASININ ÖNEMĠ,
BĠREYSEL VE ÜLKE EKONOMĠSĠ YÖNÜNDEN YARARLARI ... 3
2.1. TANIMLAR ... 4 2.1.1. Sıcaklık ... 4 2.1.2. Isı ... 4 2.1.3. Enerji... 4 2.1.4. ĠĢ ... 4 2.1.5. Isı Yalıtımı ... 4
2.1.6. Isıtma Süreci-Isıtma Periyodu ... 5
2.1.7. Günlük Sıcaklık Ortalaması ... 5
2.1.8. Hesap Sıcaklığı ... 5
2.1.9. Senelik Ortalama En DüĢük Minimum Sıcaklık ... 5
2.1.10. Mutlak Maksimum En Büyük ve En Küçük Minimum Sıcaklıklar ... 5
2.1.11. Ortalama En büyük Maksimum ve En Küçük Minimum Sıcaklıklar .. 5
2.1.12. Ortalama Aylık Sıcaklık ... 6
2.1.13. Ortalama Senelik Sıcaklık... 6
2.1.14. Sıcaklığın Yükseklikte DeğiĢimi ... 6
iv
2.1.16. Derece Gün (DG) Sayısı ... 7
3.
TÜRKĠYE’DE DERECE GÜN (DG) SAYILARI ... 8
3.1. TÜRKĠYE’DE ĠLLERE GÖRE DG BÖLGELERĠ ... 9
4.
ISITMA TESĠSATININ PROJELENDĠRĠLMESĠNDE GEREKLĠ
BĠLGĠLER ... 11
5.
ISI GEÇĠġĠ PRENSĠPLERĠ ... 12
5.1. ĠLETĠMLE ISI GEÇĠġĠ (KONDÜKSĠYONLA) ... 12
5.2. TAġINIMLA ISI GEÇĠġĠ (KONVEKSĠYONLA) ... 14
5.3. IġIMA ĠLE ISI GEÇĠġĠ (RADYASYONLA) ... 16
5.4. ISI GEÇĠġĠNĠN BĠRLEġĠK DURUMLARI ... 18
5.5. YAPI ELEMANLARINDAN BUHAR GEÇĠġĠNĠN TAHKĠKĠ VE SINIFLANDIRILMASI ... 19
5.5.1. Yapı Elemanlarının Ġçindeki YoğuĢmanın Hesaplanması ... 20
5.5.2. Yapıların Değerlendirilmesinde Kullanılan Gereken Kriterler ... 20
5.5.2.1. Herhangi Ayda Herhangi Ara Yüzeyde Yoğuşma Olmaması Durumu .... 20
5.5.2.2. Bir ve Daha Çok Ara Yüzeyde Yoğuşma Olması Durumu ... 20
5.5.2.3. Yapı Elemanının İç Yüzeyinde Yoğuşma Meydana Gelmesi Durumu ... 21
5.6. YALITIM MALZEMELERĠ ... 21 5.6.1. Organik Malzemeler ... 24 5.6.2. Ġnorganik Malzemeler ... 25 5.6.2.1. Vermuculit ... 25 5.6.2.2. Perlit ... 25 5.6.2.3. Cam Yünü ... 26 5.6.2.4. Kaya Yünü ... 26 5.6.2.5. Cam köpüğü ... 26 5.6.2.6. Alüminyum Silisi ... 27 5.6.2.7. Kalsiyum Silikat ... 28 5.6.2.8. Asbest ... 28 5.6.3. Sentetik Malzemeler ... 28 5.6.3.1. Polistren ... 28 5.6.3.2. Poliüretan ... 29 5.6.3.3. Poliisosyanat ... 29
v
5.6.3.4. Kauçuk ... 29
5.7. YALITIM UYGULAMALARI ... 30
5.8. KALORĠFER TESĠSATI PROJELENDĠRMESĠNDE ĠZLENĠLECEK YOL ... 31
5.8.1. Radyatör ve Teferruatı Hesabı ... 31
5.8.2. Boru ve Özel Dirençlerin Hesabı ... 31
5.9. ISI KAYBI HESABI ... 32
5.9.1. Isı Kaybına Esas Veri Toplama ... 32
5.9.1.1. Yapı Konumunun Belirlenmesi ... 32
5.9.1.2. Isıtma Sistemi Özellikleri ... 32
5.9.1.3. Hesaba Esas Alınacak Dış Sıcaklık Değerleri ... 33
5.9.1.4. Hesaba Esas Alınacak İç Sıcaklık Değerleri ... 33
5.9.1.5. Yapı Bileşenleri ... 35
5.9.2. Yapı BileĢenleri Isı GeçiĢ Tanımları ... 36
5.9.2.1. Isı İletkenliği (λ) ... 36
5.9.2.2. Isı Geçirgenliği (Ʌ) ... 36
5.9.2.3. Yüzeysel Isı Taşınım Katsayısı (α) ... 37
5.9.2.4. Yüzeysel Isıl İletim Direnci (taşınım) ... 37
5.9.2.5. Isı Geçirme Katsayısı (K) ... 38
5.9.2.6. Isı Geçirme Katsayısının Hesaplanması (K) ... 38
5.9.3. BirleĢtirilmiĢ Artırım Katsayısı (Zd) ... 40
5.9.4. Yön Artırımı (ZH) ... 41
5.9.5. Yüksek Katlar ve Yüksek Kat Artırımı (ZW) ... 41
5.9.6. Hava Sızıntısı Isı Kaybı (QS) ... 42
5.9.7. Oda Durum Katsayısı (R) ... 44
5.9.8. Bina Durum Katsayısı ... 44
5.9.8.1. Birinci Yöntem ... 44
5.9.8.2. İkinci Yöntem ... 45
5.9.9. Toplam Isı Kaybı ... 46
5.9.10. Isı Kaybı Hesap Cetvelinin Kullanımı ... 46
6.
YALITIMLI BĠNA ĠLE YALITIMSIZ BĠNANIN TS 825’E GÖRE
KARġILAġTIRILMASI... 53
vi
6.1. DÜZCE’DE YALITILMAMIġ VE TS 825’E GÖRE YALITILMIġ
BĠNANIN KARġILAġTIRILMASI ... 53
6.1.1. Isıl Geçirgenlik Dirençlerinin Hesabı ... 53
6.1.2. Düzce’deki Yalıtımlı ve Yalıtımsız Bina KarĢılaĢtırması Deneyinden Elde Edilen Sonuçlar ... 57
6.1.3. Toplam Maliyetlerin Değerlendirilmesi... 65
6.1.4. Sonuç ... 66
6.2. ANKARA’DA YALITILMAMIġ VE TS 2164’E GÖRE YALITILMIġ BĠNANIN KARġILAġTIRILMASI ... 67
6.2.1. Binanın Mevcut Durumu ... 67
6.2.2. Binanın Genel Durumunun Değerlendirilmesi ... 68
6.2.3. Binanın ve Tesisatın Yatırım Durumunun Değerlendirilmesi ... 68
6.2.4. ĠĢletme Maliyetlerinin Değerlendirilmesi ... 70
6.2.5. Toplam Maliyetlerin Değerlendirilmesi... 70
6.2.6. Sonuçlar ... 71
7.
SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 72
8.
KAYNAKLAR ... 75
9.
EKLER ... 78
9.1. EK 1: YAPI MALZEME VE BĠLEġENLERĠNĠN BĠRĠM HACĠM KÜTLESĠ, ISIL ĠLETKENLĠK HESAP DEĞERĠ VE SU BUHARI DĠFÜZYON DĠRENÇ FAKTÖRÜ ... 78
viii
ġEKĠL LĠSTESĠ
Sayfa No
ġekil 2.1. Ankara ve Ġstanbul‘da ısıtmada ortalama aylık sıcaklık değiĢimi [46]. ... 6
ġekil 3.1. DG20/15 sayılarının muhtelif Ģehirlerimizdeki 10 yıllık değiĢimleri [46]. ... 9
ġekil 5.1. Tek boyutlu iletimle ısı geçiĢinin gerçekleĢtiği basit bir duvar sistemi. ... 13
ġekil 5.2. DüĢey bir duvar yüzeyinden a) doğal b) zorlanmıĢ ısı taĢınımı. ... 14
ġekil 5.3. Ġki gri yüzey arasında ıĢıma ile ısı geçiĢi. ... 17
ġekil 5.4. Isı geçiĢinin birleĢik durumları. ... 18
ġekil 5.5. Dairesel katmanlardan oluĢan silindirik elemanlarda radyal doğrultuda ısı geçiĢi ... 19
ix
ÇĠZELGE LĠSTESĠ
Sayfa No
Çizelge 3.1. Türkiye‘de ortalama sayıları [46] . ... 8
Çizelge 3.2. Ülkemizde ısı yalıtım bölgeleri sınıflandırması [46]. ... 9
Çizelge 5.1. ÇeĢitli malzemelerin ısı iletim katsayıları. ... 13
Çizelge 5.2. ÇeĢitli durumlardaki ısı taĢınım katsayıları. ... 15
Çizelge 5.3. Piyasada ticari olarak bulunan cam köpüklerinin özellikleri. ... 27
Çizelge 5.4. Alüminyum oksit miktarlarına gör maksimum iĢletme sıcaklıkları. ... 27
Çizelge 5.5. 25 °C‘de ve 130 kg/m³ yoğunluktaki ısıl iletkenlik değerleri. ... 27
Çizelge 5.6. Kalsiyum silikat yalıtım malzemelerinin özellikleri. ... 28
Çizelge 5.7. Kalorifer tesisatı projelendirme iç hava sıcaklık değerleri [46]. ... 33
Çizelge 5.8. Isıtılmayan yerlerin denemelerle belirlenen iç sıcaklık değerleri. ... 34
Çizelge 5.9. Ri ve Re değerleri [1-47]. ... 37
Çizelge 5.10. Farklı kalınlıktaki hava tabakalarının ısı geçirgenlik dirençleri. ... 39
Çizelge 5.11. Kapı ve pencerelerin ortalama ısı geçirme katsayıları. ... 39
Çizelge 5.12. Ġç ve dıĢ hava tarafındaki ısı taĢınım katsayıları (a) değerleri. ... 40
Çizelge 5.13. BirleĢtirilmiĢ artırım katsayı (ZD). ... 41
Çizelge 5.14. ZH yön artırımı. ... 41
Çizelge 5.15. Ze katsayı seçimi. ... 42
Çizelge 5.16. Pencere ve kapı çerçevesinin hava sızdırma katsayısı (a). ... 43
Çizelge 5.17. Pencere veya kapının açılan kısımlarının metre olarak çevre uzunluğu (L). ... 43
Çizelge 5.18. R katsayı seçimi. ... 44
Çizelge 5.19. H değeri seçimi. ... 45
Çizelge 5.20. H değeri için katsayı tayini. ... 45
Çizelge 5.21. Hava değiĢim katsayısı (n). ... 45
Çizelge 5.22. En büyük ve en küçük Atop/Vbrüt oranları için ısıtma enerjisi değerleri. ... 49
Çizelge 5.23. Bölgelere ve ara değer Atop/Vbrüt oranlarına bağlı olarak sınırlandırılan Q‘nun hesaplanması. ... 49
Çizelge 5.24. Bölgelere göre en fazla değer olarak kabul edilmesi tavsiye edilen U değerleri. ... 50
Çizelge 5.25. Bazı pencere sistemlerinin Up değerleri. ... 50
Çizelge 5.26. Farklı amaçlarla kullanılan binalar için hesaplamalarda kullanılacak aylık ortalama iç sıcaklık değerleri. ... 51
Çizelge 5.27. Farklı DG bölgeleri için ısı kaybı ve yoğuĢma hesaplamalarında kullanılacak aylık ortalama dıĢ sıcaklık değerleri. ... 51
Çizelge 5.28. Bütün derece gün bölgeleri için hesaplamalarda kullanılacak olan ortalama aylık güneĢ ıĢınımı Ģiddeti değerleri. ... 52
Çizelge 6.1. Yalıtımlı dıĢ duvarın yapı bileĢenleri. ... 54
Çizelge 6.2. Yalıtımlı kolon ve kiriĢlerin yapı bileĢenleri. ... 54
Çizelge 6.3. Yalıtımsız dıĢ duvarın yapı bileĢenleri. ... 55
x
Çizelge 6.5. Yalıtımlı çatı bileĢenleri. ... 56
Çizelge 6.6. Yalıtımsız çatı bileĢenleri. ... 56
Çizelge 6.7. Yalıtımlı tabanın (ısıtılmayan iç ortama bitiĢik) yapı bileĢeni. ... 57
Çizelge 6.8. Yalıtımsız tabanın (ısıtılmayan iç ortama bitiĢik) yapı bileĢeni. ... 57
Çizelge 6.9. Hesaba esas bina yüzey alanları. ... 58
Çizelge 6.10. Binanın yalıtılmıĢ ve yalıtılmamıĢ durumdaki ısı geçiĢ katsayıları. ... 58
Çizelge 6.11. Binanın yalıtımsız özgül ısı kaybı. ... 59
Çizelge 6.12. Binanın yalıtımlı özgül ısı kaybı. ... 61
Çizelge 6.13. Binanın yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı. ... 62
Çizelge 6.14. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumlar için iĢletme maliyetlerinin özeti. ... 64
Çizelge 6.15. Binanın yalıtılmıĢ ve yalıtılmamıĢ durumdaki kullanılan tesisatın karĢılaĢtırılması. ... 64
Çizelge 6.16. Binanın yalıtılmıĢ ve yalıtılmamıĢ durumundaki tesisatın yatırım maliyetinin karĢılaĢtırılması. ... 64
Çizelge 6.17. Yeni durum için yalıtım ve pencere değiĢikliğinden dolayı oluĢan ek yatırım maliyetler. ... 65
Çizelge 6.18. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumlar için yatırım maliyetlerinin özeti. ... 65
Çizelge 6.19. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumlar için yatırım ve iĢletme maliyetleri. ... 66
Çizelge 6.20. Net maliyet hesapları. ... 66
Çizelge 6.21. Tüm bakım masrafları dahil iĢletme maliyetleri. ... 66
Çizelge 6.22. Hesaba esas bina yüzey alanları. ... 67
Çizelge 6.23. Yalıtımdan önce ve sonra özgül ısı kaybı. ... 68
Çizelge 6.24. Bina için yapılan değiĢiklik sonucu ısı geçiĢ katsayıları. ... 68
Çizelge 6.25. TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumun mevcut duruma göre kazançları. ... 69
Çizelge 6.26. Yeni durum için yalıtım ve pencere değiĢikliğinden dolayı oluĢan ek yatırım maliyetler. ... 69
Çizelge 6.27. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumlar için yatırım maliyetlerinin özeti. ... 69
Çizelge 6.28. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ ve yalıtılmamıĢ durumlar için yakıt sarfiyat özeti. ... 70
Çizelge 6.29. Mevcut ve TS 825‘e göre yalıtılmıĢ durumlar için yatırım ve iĢletme maliyetleri. ... 70
Çizelge 6.30. Net maliyet hesapları. ... 71
Çizelge 6.31. ĠĢletme maliyetleri. ... 71
Çizelge 9.1. Yapı malzeme ve bileĢenlerinin birim hacim kütlesi, ısıl iletkenlik hesap değeri ve su buharı difüzyon direnç faktörü... 79
xi
KISALTMALAR
An Bina kullanım alanı (m2)
Atop Binanın ısı kaybeden yüzeylerinin toplam alanı (m2)
H Binanın özgül ısı kaybı (W/K) HD DöĢeme HDD DıĢ duvar HDK DıĢ kapı HKK Kolon ve kiriĢ HP Pencere
HT Ġletim ve taĢınım yoluyla gerçekleĢen ısı kaybı (W/K)
Hv Havalandırma yoluyla gerçekleĢen ısı kaybı (W/K)
nh Hava değiĢim oranı (h-1)
Qay Aylık ısıtma enerjisi ihtiyacı (Joule)
Qyıl Yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı (Joule)
Vbrüt Binayı çevreleyen dıĢ kabuğun ölçülerine göre
hesaplanan hacim
1/ U Yapı bileĢeninin toplam ısıl geçirgenlik direnci (m2.K/W)
xii
SĠMGELER
c Havanın özgül ısısı (J/kgK)
d Yapı bileĢeninin kalınlığı
Havanın yoğunluğu (kg/m3
) Fanların çalıĢtığı, zaman oranı
Su buharı difüzyon direnç katsayısı
Bağıl nem
Verim, kazanç kullanım faktörü
h Isıl iletkenlik hesap değeri (W/m.K)
s,ay Aylık ortalama güneĢ enerjisi kazancı (W)
i,ay Aylık ortalama iç ısı kazancı (W)
xiii
ÖZET
TS 825’e GÖRE UYGUN YALITIM KALINLIKLARI TAYĠNĠ VE YALITIM SAĞLANAN YAPI BĠLEġENLERĠNĠN YALITIMSIZ DURUMA GÖRE KARġILAġTIRILMASI
ġener SÖĞÜT Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
DanıĢman: Doç. Dr. Arif ÖZKAN Eylül 2018, 92 sayfa
Ülkemiz, kalkınmakta olan ve nüfusu hızla artan bir ülke olması nedeniyle, enerji tüketimi her geçen gün hızla artmaktadır. Söz konusu enerji tüketimi bileĢenleri içerisinde de ısı enerjisi tüketimi oldukça büyük bir paya sahiptir. Ülkemizdeki ve dünyadaki yapıların ısınma ihtiyacının çok büyük bir kısmı doğal gaz ile sağlanmakta olup, ülkemiz doğal gaz açısından da dıĢa bağımlı bir ülkedir. Doğalgaz rezervlerimiz oldukça azdır. Doğal gaz rezervlerimizin azlığı, çevre kirliliği, dünyamızı tehdit eden sera gazı etkisin azaltılması hususları yapılarda ısı yalıtımını çok önemli bir konu olarak karĢımıza çıkarmaktadır. Bu çalıĢma içeriğinde de, Türkiye‘nin genel enerji durumu, enerji tasarrufunun önemi, ısı kaybı yada kazancı olan yapılarda oldukça önemli miktarlarda enerji tasarrufu sağlayacak, enerji tasarrufu yöntemlerinden biri olan ısı yalıtımının detaylı olarak incelenmesi, konu ile ilgili temel bilgiler ele alınması, yalıtım malzemelerinin neler olduğu, özellikleri, hangi malzemelerden oluĢtuğu, yalıtım uygulamalarının neler olduğu ve nerelerde uygulandığı konuları incelenecektir. Ayrıca ısı yalıtımı ile ilgili hesaplamalar ve ekonomik yalıtım kalınlıklarının tespit edilmesi ele alınarak yalıtımlı ve yalıtımsız yapı bileĢenlerinin ısı kaybı miktarları mukayese edilecektir.
Anahtar sözcükler: Değerlendirme, TS 825, Yalıtım, Yalıtım malzemesi boyut
xiv
ABSTRACT
DETERMINATION OF APPROVAL INSULATION THICKNESSES ACCORDING TO TS 825 AND COMPARISON OF CONSTRUCTION
COMPONENTS ACCORDING TO NOT INSULATED CONDITION
ġener SÖĞÜT Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Mechanical Engineering
Master‘s Thesis
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Arif ÖZKAN September 2018, 92 pages
Energy consumption is increasing day by day because our country is a developing country with a rapidly growing population. In the energy consumption components, the consumption of heat energy has a considerable share. A great part of the heating needs of our country and in the world are supplied by natural gas and our country is also a foreign dependent country in terms of natural gas. We have very few natural gas reserves. The lack of our natural gas reserves, the environmental pollution, the reduction of the greenhouse effect that threatens our earth, and the heat insulation is a very important issue. also in this work context, Turkey's general energy situation, the importance of energy saving, heat loss or gain to provide highly energy savings in significant quantities in the structure, examining in detail the thermal insulation is one of the energy saving methods, addressing basic information about the subject, insulation materials what they are, what they are, what materials they are made of, what the insulation applications are and where they are applied. In addition, the calculation of the heat insulation and the determination of the economic insulation thicknesses will be considered and the heat loss amounts of the insulated and non-insulated building components will be compared.
Keywords: Evaluation, Insulation, Insulation material dimension design, Turkish
1
1. GĠRĠġ
GeçmiĢten günümüze soğuk ortamlarda kendini korumak için çeĢitli yollar aramıĢtır. Ġlk çağlarda avladıkları hayvanların kürklerini giysi olarak kullanmıĢtır. Daha sonra ateĢ icat edilmiĢ ve ateĢ yakarak açıkta onun yaydığı ısı ile ısınmaya çalıĢmıĢtır. Mağara içerisinde yaĢamaya baĢlayınca ocaklar yaparak Ģömine gibi onunla ısınmaya çalıĢmıĢtır. YerleĢik düzene geçildiği zaman yakılan ateĢten elde edilen dumanların duvarlar arasından geçirilerek (bu günkü eski hamam gibi) oturdukları yerleri ısıtmaya çalıĢmıĢlardır. Sonraki yıllarda kapalı ortam içerisinde soba kullanılmaya baĢlanmıĢtır [1-20].
Daha sonra kalorifer tesisatı geliĢtirilerek, soba yerine kullanılan kazan ile yanma mekanizması oturulan mekanlardan uzaklaĢtırılmıĢtır. Bugün ki gelinen nokta ise yaklaĢık 10 km yarıçaplı bir bölge bir veya birkaç merkezden ısıtılabilmektedir. Bunun yanı sıra değiĢik yakıtlar ısınmada kullanılabilmekte ve alternatif ısıtma sistemleri (döĢemeden ısıtma, duvardan ısıtma, radyant ısıtma vs.) devreye sokulmuĢtur. Ayrıca klima sistemi geliĢtirilerek, ortamın sıcaklığının kontrol edilmesinin yanında ortamın nemi, temizliği gibi faktörlerde kontrol edilebilmektedir [1-20].
Isı üretme cihazların (kazanlar), yakma sistemlerinde yapılan geliĢtirmeler sonucu, yakıtın yüksek verimle yakılması ve bacadan atılan gazların sıcaklıklarında inilen seviye sonucu, yakıtın üst ısıl değerini değerlendirebilen (yoğuĢturmalı kazanlar) sistemlere varılmıĢtır.
Büyük güçlü ısıtma tesislerinde kojenerasyon teknikleri kullanılarak ısının yanında elektrik enerjisi üretimi de yapılabilmektedir. Ayrıca jeotermal, güneĢ enerjisi ve atık enerjilerde ısıtmada kullanılabilmektedir. Su, toprak ve hava kaynaklı ısı pompaları kullanılarak da ısıtma için ek kaynak oluĢturulabilmektedir.
Isıtma teknolojisinde geliĢen yeniliklerin yanı sıra, yapı teknolojisinde geliĢen yenilikler sayesinde daha hafif ve ısınma için çok az enerji ihtiyacı duyan binaların yapılması sonucu, ısınma için kullandığımız kaynakların boĢa harcanmasını ve çevre kirliliği gibi problemlerin önlenmesinde oldukça mesafe kat edilmiĢtir [1-30].
2
Ülkemizde sarf edilen enerjinin önemli bir kısmı (yaklaĢık %34) ısıtma tesislerinde kullanılmaktadır. Bu enerjinin büyük bir kısmı dıĢ kaynaklardan karĢılanmaktadır. Binalarımızın ve ısıtma sistemlerinin, tasarımından iĢletilmesine kadar her bir aĢamasında mümkün olan enerji tasarrufu tedbirlerini uygulamak kısa ve uzun vadede hem kendimizi hem de ülkemizi kazançlı yapacaktır.
Bu çalıĢma içeriğinde, Türkiye‘nin genel enerji durumu, enerji tasarrufunun önemi, ısı kaybı ya da kazancı olan yapılarda oldukça önemli olmasının yanı sıra, miktarlarda enerji tasarrufu sağlayacak, enerji tasarrufu yöntemlerinden biri olan ısı yalıtımının detaylı olarak incelenmesi, konu ile ilgili temel bilgiler ele alınması, yalıtım malzemelerinin neler olduğu, özellikleri, hangi malzemelerden oluĢtuğu, yalıtım uygulamalarının neler olduğu ve nerelerde uygulandığı konuları incelenecektir. Ayrıca ısı yalıtımı ile ilgili hesaplamalar ve ekonomik yalıtım kalınlıklarının tespit edilmesi ele alınarak yalıtımlı ve yalıtımsız yapı bileĢenlerinin ısı kaybı miktarları mukayese edilmiĢ ve referans değerlendirme kaynağı olarak ilgili standart ilgili standart TS 825 ele alınmıĢtır.
3
2. ULUSAL ENERJĠ TASARRUF POLĠTĠKASININ ÖNEMĠ,
BĠREYSEL VE ÜLKE EKONOMĠSĠ YÖNÜNDEN YARARLARI
Günümüzde enerji ihtiyacımızın %40‘ını yerli kaynaklardan elde edebilmekteyiz. Ülkemize ait yerli yakıt kaynaklarımız (su ve kömür ağırlıklı) güncel enerji ihtiyacımızı karĢılamaya yeterli değildir. Bu durumda enerji ihtiyacının %25‘ten fazlasının tek bir ithal kaynağa, dıĢ ülkelere bağımlı ve fiyat bakımından salınımlar yapan doğal gaz santrallerine, veya Ģu anda karlı olmayan ilk yatırımı pahalı güneĢ santrallerine veya kaynağı kontrol edilemeyen rüzgar santrallerine veya çevreyi kirleten ithal kömür santrallerine bağlanması doğru değildir. Ayrıca doğal gaz, fuel-oil, motorin fiyatları sürekli artmaktadır, bu enerji maliyetleri önümüzdeki dönemlerde daha da artacak demektir [1-46].
Enerji sorununu çözmek,
Ucuz ve bol enerji,
Yüksek yaĢam seviyesi,
Yeni iĢ olanakları,
Rekabet gücü,
Doğal çevrenin daha az kirletilmesi ve sürdürülebilir bir yaĢam ortamının sağlanabilmesi,
için ülkemiz açısından en iyi çözüm enerjinin doğru kullanımı ve enerji tasarrufudur. Enerjinin doğru kullanımı, tasarım sırasında önem verilmesi gereken hususlar, enerji tasarrufu, iĢletme sırasında dikkat edilmesi gereken iĢlemlerdir.
1974 krizinden sonra Avrupa bir dizi önlemler ile enerji tüketimini ciddi bir Ģekilde azaltmıĢtır. Bu duruma örnek vermek gerekirse; Fransa enerji tüketimini almıĢ olduğu bir dizi tedbirlerle yarıya indirmiĢtir. Buradan bizde enerji tasarrufu anlamında değerlendirilmemiĢ büyük bir kaynak olduğu kolayca görülebilir [5-20,46].
Binaların çeĢitliliği, günümüzde geliĢen teknoloji ve konfor Ģartları tesisat konusunun önemini artırmıĢ ve enerji tüketimindeki payının büyümesine sebep olmuĢtur. Bu nedenle enerji tüketiminde, tesisatlarda harcanan enerji günümüzde çok önem
4
kazanmıĢtır. Yine günümüzde, enerji fiyatlarındaki artıĢ, en iyi çözüm hesabına yansıdığında,
Isı yalıtımının,
Isı geri kazanan cihazlarının,
Alternatif sistemlerin ve verimli cihazların
geri ödeme süreleri kısalmakta ve bunlar karlı olmaktadır. Ayrıca unutulmamalıdır ki en temiz yakıt hiç yakılmayan yani tasarruf edilen yakıttır [46].
2.1. TANIMLAR
Ġnceleme ile ilgili bilmemiz gereken tanımlar ilgili baĢlıklar altında bu bölümde verilmiĢtir.
2.1.1. Sıcaklık
Maddenin, enerji seviyesini gösteren, gözlenebilen veya ölçülebilen bağımsız bir özelliğidir. Skaler bir büyüklüktür. (°C, K = °C+273,15)
2.1.2. Isı
Sıcaklık farkından kaynaklanan enerji aktarımıdır. Sıcak bir ortamdan daha düĢük sıcaklıktaki bir ortama kendiliğinden geçer. Vektörel bir büyüklüktür, yönü sıcaktan soğuğa doğrudur [46].
2.1.3. Enerji
ĠĢ yapabilme kapasitesidir. Ne kadar çok enerji varsa o kadar çok iĢ yapabilir. Enerji değiĢik Ģekillerde olabilir, ısıl, potansiyel, kinetik, kimyasal, nükleer vs. (J, kWh).
2.1.4. ĠĢ
Birim zamanda harcanan enerjidir. (Enerji/Zaman, W = J/s).
2.1.5. Isı Yalıtımı
Yapılarda ve tesisatlarda ısı kayıp ve kazançlarının sınırlandırılması için yapılan uygulamaya ısı yalıtımı denir. Isı yalıtımının amacı farklı sıcaklıktaki iki ortam arasında ısı geçiĢini azaltmaktır. Isı yalıtımının sağladığı faydalar ise; emniyet ve güvenli çalıĢma
5
ortamı sağlar, ısı ekonomisi sağlar, çevre kirliliğini azaltır, ısıl konfor Ģartlarını sağlar, ses yalıtımı sağlar, yüzeylerde terleme, yoğuĢma, buharlaĢma ve donmayı önler [46].
2.1.6. Isıtma Süreci-Isıtma Periyodu
Konutlarda, iĢ yerlerinde, okullarda vb. yerlerde genellikle sonbahar aylarında baĢlayarak kıĢ ve ilkbahar aylarına kadar devam eden ısıtmanın yapıldığı sürece ısıtma süreci adı verilir.
Ülkemizde çok geniĢ sıcaklık aralığı yani iklim Ģartları bulunup ısıtma süreçlerinin baĢlangıç ve bitimleri belediyelerce belirlenmektedir. Örneğin Ġstanbul‘da kaloriferlerin yakılmasının 15 Kasım‘da baĢladığı örneği verilebilir [46].
2.1.7. Günlük Sıcaklık Ortalaması
Meteoroloji istasyonlarında günlük 7, 14 ve 21 saatlerinde ölçülen sıcaklıklar t₇, t₁₄, t₂₁ olduğuna göre Denklem (2.1) yazabiliriz;
(2.1)
2.1.8. Hesap Sıcaklığı
20 yıl içinde 10 defa eriĢilen iki günün ortalaması olan en düĢük hava sıcaklığı olarak alınır.
2.1.9. Senelik Ortalama En DüĢük Minimum Sıcaklık
Her yıl iki metre yükseklikte ölçülen en düĢük minimum sıcaklıkların ortalaması senelik ortalama en düĢük sıcaklıklar olarak alınır [46].
2.1.10. Mutlak Maksimum En Büyük ve En Küçük Minimum Sıcaklıklar
Bir yerde ölçülen en yüksek ve en küçük sıcaklıklar mutlak en büyük ve küçük sıcaklıklar olarak adlandırılır.
2.1.11. Ortalama En büyük Maksimum ve En Küçük Minimum Sıcaklıklar
Ortalama en büyük ve en küçük sıcaklıklar, büyük yerleĢim Ģehirlerinin, Ģehir merkezinde uzun yıllar boyunca ölçülen sıcaklıklarının ortalamalarıdır.
6
kıĢları 2-4 °C, yazları 1-2 °C yüksek olabilir. Ortalama değerler yarıları kadardır. Diğer bir örnek ise güneĢ ıĢınımı sebebiyle Ģehir caddelerinde 2,5 m yükseklikteki sıcaklığın çayırdaki sıcaklıktan 8-10 °C yüksek olmasıdır.
2.1.12. Ortalama Aylık Sıcaklık
Bir ayın bulutlanma durumuna bağlı olarak bütün günlerinin sıcaklık ortalamasıdır. AĢağıdaki grafikte Ankara ve Ġstanbul‘da ısıtma sürecindeki ortalama aylık sıcaklık değiĢimi ġekil 2.1‘de gösterilmiĢtir.
Ekim Kasım Aralık Ocak ġubat Mart Nisan (Aylar)
ġekil 2.1. Ankara ve Ġstanbul‘da ısıtmada ortalama aylık sıcaklık değiĢimi [46].
2.1.13. Ortalama Senelik Sıcaklık
Senenin 12 ayının ortalama aylık sıcaklıklarının ortalama değeri ortalama senelik sıcaklık olarak adlandırılır.
2.1.14. Sıcaklığın Yükseklikte DeğiĢimi
Sıcaklığın yükseklikle düĢtüğü bilinmektedir. Örneğin Bursa Ģehrindeki sıcaklık ile hemen yanındaki Uludağ‘da çeĢitli yükseklikteki konaklama yerleri, sıcaklıkları arasında belirgin fark vardır [1-46].
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 ANKARA (oC) t ĠSTANBUL
7
Avusturya‘da 100 yıllık ortalama değerlerden hareketle her 1.000 metre yükseklik için 6,5 °C sıcaklık düĢmesi olduğu tespit edilmiĢtir.
2.1.15. Sıcaklığın Toplam Tekrar DeğiĢimi (Kümülatif DeğiĢim)
Bazen bir yerleĢim merkezindeki günlük sıcaklığın, senede kaç gün veya saat belirli bir değerin altına düĢtüğünün bilinmesi gerekir. Bu gaye ile yatay eksende saatlerin toplamı ve düĢey eksende dıĢ sıcaklık gösterilerek sıcaklık toplam tekrar değiĢim senelik- süreklilik eğrisi çizilir.
2.1.16. Derece Gün (DG) Sayısı
Bir ısıtma sürecindeki DG sayısı, ısıtma yapılan günlerdeki ısıtılan ortamın sıcaklığı ile dıĢ ortam hava sıcaklığının farklarının toplamı olarak belirlenir ve DG ile gösterilir. BaĢka bir ifadeyle, dıĢ ortam sıcaklığı 15 °C altında olan yıl içerisindeki gün sayısı ile Ġç ortam ile dıĢ ortam sıcaklık farkının çarpımına DG sayısı denir. DG sayısı formülü Denklem (2.2)‘de gösterildiği gibidir. [1-47].
∑ ( )
(2.2)
Bu ifadede
tᵢ: ısıtılan ortamın sıcaklığı (iç sıcaklık) tdo: dıĢ ortamın günlük ortalama sıcaklığı (hava sıcaklığı)
z: ısıtma süreci uzunluğu olarak belirlenmiĢtir.
Ġç sıcaklık yani ısıtılan ortamın sıcaklığı olarak genellikle tᵢ = 20 °C kabul edilir.
DıĢ ortam yani dıĢ hava sıcaklığı olarak genellikle dıĢ ortam sıcaklığının 15 °C ve altında olduğu sıcaklıklar göz önüne alınır. BaĢka bir ifadeyle hava sıcaklığı 15 °C‘ye düĢtüğü zaman ısıtmanın yapıldığı kabul edilir.
Yukarıda da belirtildiği gibi çoğu ülkelerde günümüzde tᵢ = 20 °C, tdo ≤ 15 °C kabul
edilmektedir [46].
Almanya‘da önceleri iç sıcaklık tᵢ = 19 °C ve hava sıcaklığı tdo ≤ 12 °C alınırken,
günümüzde tᵢ = 20 °C, tdo ≤ 15 °C alınmaya baĢlanmıĢtır. Avusturya‘da ise DG
8
3. TÜRKĠYE’DE DERECE GÜN (DG) SAYILARI
Devlet Meteoroloji ĠĢleri Genel Müdürlüğünden temin edilen 1980-1990 yılları arasına ait muhtelif Ģehirlerimiz için 10 yıllık günlük sıcaklık ortalamaları değerlerinden faydalanılarak, ülkemizdeki DG sayıları Çizelge 3.1‘deki gibidir [46].
Çizelge 3.1. Türkiye‘de ortalama sayıları [46] .
ġehir Ortalama DG Sayıları DG
Maksimum DG Minimum Sapma Minimum % Sapma Maksimum % Adana Adapazarı Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Artvin Aydın Balıkesir Batman Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Edirne Elazığ Erzincan Erzurum EskiĢehir Gaziantep Giresun GümüĢhane Hakkari Ġskenderun Isparta Ġstanbul Ġzmir Kars 1135 2211 2044 3231 4531 3102 2539 3058 1431 2888 1622 2263 2191 2840 3274 3696 3331 2766 2203 2107 3299 3376 2055 2473 2591 2998 3453 4856 3215 2476 2139 3732 3702 878 3063 2263 1450 5049 1303 2313 2266 3374 5198 3225 2643 3154 1577 3065 1835 2401 2447 2969 3577 3996 3455 2949 2347 2269 3479 3493 2233 2670 2828 3221 3727 5692 3392 2684 2356 4543 3910 1077 3220 2394 1587 5706 1011 2055 1782 2965 3485 2831 2300 2823 1263 2610 1462 2146 1872 2651 3013 3554 3083 2557 2016 1930 3084 3141 1813 2200 2323 2750 3158 4359 2975 2291 1817 3374 3457 673 2880 2162 1305 4414 -0.11 -0.07 -0.13 -0.08 -0.23 -0.09 -0.09 -0.08 -0.12 -0.10 -0.10 -0.05 -0.15 -0.07 -0.08 -0.04 -0.07 -0.08 -0.08 -0.08 -0.07 -0.07 -0.12 -0.11 -0.10 -0.08 -0.09 -0.10 -0.07 -0.07 -0.15 -0.10 -0.07 -0.23 -0.06 -0.04 -0.10 -0.13 0.15 0.05 0.11 0.04 0.15 0.04 0.04 0.03 0.10 0.06 0.13 0.06 0.12 0.05 0.09 0.08 0.04 0.07 0.07 0.08 0.05 0.03 0.09 0.08 0.09 0.07 0.08 0.17 0.06 0.08 0.10 0.22 0.06 0.23 0.05 0.06 0.09 0.13
9
ġekil 3.1. DG20/15 sayılarının muhtelif Ģehirlerimizdeki 10 yıllık değiĢimleri [46].
3.1. TÜRKĠYE’DE ĠLLERE GÖRE DG BÖLGELERĠ
Ülkemizde ısı yalıtım bölgeleri TS 825‘e göre 4 ısı yalıtım bölgesi olarak ön görülmüĢtür. Bu istatistiklere dair açıklayıcı tablo Çizelge 3.2‘de gösterildiği gibidir.
Çizelge 3.2. Ülkemizde ısı yalıtım bölgeleri sınıflandırması [46].
1. Bölge DG Ġlleri Ġli 2. Bölgede Olup, Kendisi 1. Bölgede Olan
Belediyeler
Adana, Aydın, Mersin, Osmaniye, Antalya, Hatay, Ġzmir
Ayvalık (Balıkesir), Dalaman (Muğla), Fethiye (Muğla), Marmaris (Muğla), Bodrum (Muğla),
Datça (Muğla), Köyceğiz (Muğla), Milas (Muğla), Gökova (Muğla) 2. Bölge DG Ġlleri
Ġli 3. Bölgede Olup, Kendisi 2. Bölgede Olan
Belediyeler
Ġli 4. Bölgede Olup, Kendisi 2. Bölgede Olan Belediyeler Sakarya, Çanakkale, Kahraman MaraĢ,
Rize, Trabzon, Adıyaman, Denizli, Kilis, Samsun, Yalova, Amasya, Diyarbakır, Kocaeli, Siirt, Zonguldak,
Balıkesir, Edirne, Manisa, Sinop, Düzce, Bartın, Gaziantep, Mardin, ġanlıurfa, Batman, Giresun, Muğla, ġırnak, Bursa, Ġstanbul, Ordu, Tekirdağ
Hopa (Artvin), Arhavi (Artvin)
Abana (Kastamonu), Bozkurt (Kastamonu), Çatalzeytin (Kastamonu), Ġnebolu (Kastamonu), Cide (Kastamonu), Doğanyurt (Kastamonu) 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
10
Çizelge 3.2 (devam). Ülkemizde ısı yalıtım bölgeleri sınıflandırması.
3. Bölge DG Ġlleri Ġli 1. Bölgede Olup, Kendisi 3. Bölgede Olan Belediyeler Ġli 2. Bölgede Olup, Kendisi 3. Bölgede Olan Belediyeler Ġli 4. Bölgede Olup, Kendisi 3. Bölgede Olan Belediyeler Afyon, Burdur, Karabük, Malatya,
Aksaray, Çankırı, Karaman, NevĢehir, Ankara, Çorum, Kırıkkale, Niğde,
Artvin, Elazığ, Kırklareli, Tokat, Bilecik, EskiĢehir, KırĢehir, Tunceli,
Bingöl, Iğdır, Konya, UĢak, Bolu, Isparta, Kütahya Pozantı (Adana), Korkuteli (Antalya) Merzifon (Amasya), Dursunbey (Balıkesir), Ulus (Bartın) Tosya (Kastamonu) 4. Bölge DG Ġlleri
Ġli 2. Bölgede Olup, Kendisi 4. Bölgede Olan
Belediyeler
Ġli 3. Bölgede Olup, Kendisi 4. Bölgede Olan Belediyeler Ağrı, Erzurum, Kayseri,
Ardahan, GümüĢhane, MuĢ, Bayburt, Hakkâri, Sivas, Bitlis, Kars, Van,
Erzincan, Kastamonu, Yozgat
Keles (Bursa), ġebinkarahisar (Giresun),
Elbistan (K. MaraĢ), Mesudiye (Ordu), Uludağ (Bursa), AfĢin (K. MaraĢ),
Göksun (K. MaraĢ)
Kığı (Bingöl), Pülümür (Tunceli), Solhan (Bingöl)
11
4. ISITMA TESĠSATININ PROJELENDĠRĠLMESĠNDE GEREKLĠ
BĠLGĠLER
Isıtma tesisatının projelendirilmesinde sağlam bilgilerin temini Ģarttır. Gerekli ve önemli olan veriler aĢağıda belirtilmiĢtir.
Binanın mimari projeleri
Katlar, boyuna kesitler, dıĢtan görünüĢler, yerleĢme durumu, civardaki binaların durumu.
Binanın yapılacağı Ģehir (veya eski bina ise bulunduğu Ģehir) Binanın kullanılma gayesi (depo, konut, iĢ yeri, poliklinik, vb.)
DıĢ ve iç duvarların, çatı ve döĢemelerin, pencere ve kapıların detaylı resimleri Bodrum altı toprak yapısı, varsa yeraltı suyunun derinliği
Yakacak temini durumu
Doğal gaz dağıtımından yararlanma durumu, Ģehir veya bölge ısıtmasından yararlanma durumu, yerel idare tarafından konulan bir mecburiyetin bulunup bulunmadığı (örneğin Ġstanbul‘da Kadıköy, ġiĢli gibi kazalarda doğal gaz kullanma mecburiyeti getirildiği gibi), fuel-oil veya kömür kullanma durumunda temin edilme olanakları, inĢaat sahibinin tercihi olarak belirlenir [46].
ĠnĢaat sahibinin özel istekleri Yönetmelik ve kurallar
Ġlgili bakanlık kurum veya yerel idarelerce hazırlanan yönetmelik ve kurallar; Isı yalıtım kuralları (TS 825 gibi), inĢaat yönetmelikleri, yakıt depolama kuralları vb.
Ġlgili standartlar ve normlar Firmaların katalog ve broĢürleri
Kazan, brülör, boyler, pompa, armatürler, otomatik kontrol sistemleri, ısı yalıtımı, genleĢme kapları, radyatörler, döĢemeden ısıtma, bacalar vb.
12
5. ISI GEÇĠġĠ PRENSĠPLERĠ
Bilindiği gibi ısı bir enerji türüdür. Her ne kadar kalitesi sıcaklığına bağlı olsa da, diğer enerji türlerine dönüĢebilir ve bir yerden diğer bir yere geçebilir. Örneğin kıĢın klima yapılan ortamın sıcaklığı dıĢ atmosfer sıcaklığından daha yüksek bir değerde korunmak zorundadır ve ısı iç ortamdan dıĢ ortama doğru, dıĢ yapı kabuğundan geçecektir. Yaz çalıĢma Ģartlarında da bunun tersi gerçekleĢecektir. Bu durumda ısı geçiĢinin oluĢabilmesi için bir sıcaklık farkının (potansiyelinin) bulunması gerekmektedir.
Isı geçiĢi, bulunulan ortama bağlı olarak üç farklı Ģekilde gerçekleĢebilir. Bu ısı geçiĢi Ģekilleri; iletimle (kondüksiyonla), taĢınımla (konveksiyonla) ve ıĢınımla (radyasyonla) ısı geçiĢi olarak adlandırılır. Bir ısı geçiĢi olayında, ısı geçiĢi, yukarıda bahsedilen ısı geçiĢi Ģekillerinden her biriyle ayrı ayrı olabildiği gibi, çoğu zaman bu ısı geçiĢi prensiplerini birlikte olduğu sistemlerle karĢılaĢmaktayız. Literatürde bu konuda oldukça fazla kaynak bulunmaktadır.
5.1. ĠLETĠMLE ISI GEÇĠġĠ (KONDÜKSĠYONLA)
Moleküllerin veya parçacıkların ısı enerjilerine çeperlerinden diğer molekküllere veya parçacıklara aktarması Ģeklinde gerçekleĢmektedir. Genel olarak katı cisimler içinde gerçekleĢmekle birlikte hareketsiz korunabilen sıvı ve gaz moleküllerinin de gerçekleĢtirebileceği bir ısı geçiĢi Ģeklidir. Bu ısı geçiĢi Ģeklinde, geçen ısı miktarı Fourier ısı iletim kanununa göre hesaplanır. ġekil 5.1‘de verilen bir dx kalınlığındaki duvarı ele aldığımızda, sürekli rejimde ve tek boyutlu ısı geçiĢinin olduğu yaklaĢımıyla, Fourier kanununa göre bu sistemden geçen ısı miktarı, birim yüzey için Denklem (5.1)‘de gösterilen bağıntı ile hesaplanır.
13
ġekil 5.1. Tek boyutlu iletimle ısı geçiĢinin gerçekleĢtiği basit bir duvar sistemi. Bağıntıda (q) birim zamanda, birim yüzeyden geçen ısı miktarını, (dT) sıcaklık değiĢimini, ( ) duvar kalınlığındaki değiĢmeyi, (λ) ise ısı iletim katsayısını ifade etmektedir. Isı iletim katsayısı ise; birim zamanda birim sıcaklık farkı için, birim kalınlıkta ısı akıĢına dik birim yüzeyden geçen ısı miktarı olarak tanımlanabilir. Birimi (kJ/mh °C) veya (W/m °C) Ģeklindedir [1-47].
Isı iletim katsayısı değiĢik malzemeler için değiĢik değerler almakta ve herhangi bir malzeme için sıcaklık ve yoğunlukla değiĢmektedir. Çizelge 5.1‘de çeĢitli malzemeler için ısı iletim katsayıları verilmiĢtir. Isı iletim katsayısı yüksek olan malzemelere, ısı iletiminin yüksek düzeyde gerçekleĢmesi gereken yerlerde kullanılır. Bu malzemeleri, bakır, alüminyum ve çelik örnek verilebilir. Kullanma alanları olarak da ısı değiĢtirgeçler, buhar kazanları, evaporatörler, kondenserler vb. söylenebilir [1-45].
Çizelge 5.1. ÇeĢitli malzemelerin ısı iletim katsayıları.
Malzeme Isı Ġletim Katsayısı λ kJ/mh °C Hava 0,0879 Mantar 0,1275 Alçı 1,7581 Su 2,0042 Demir 61,5342 – 70,3248 Alüminyum ~835,1070 Bakır ~1406,4960
DüĢük ısı geçiĢinin gerçekleĢmesini istediğimiz yerlerde ise ısı iletim katsayısının düĢük olmasını tercih edilir. Bunlara örnek olarak da yoğunluğu düĢük malzemeler (cam yünü,
. .
q
T
T
λ14
taĢ yünü, mantar vs.) gösterilebilir. Örneğin kliması, ısıtması yapılan binalar ile soğuk hava deposu gibi soğutma sistemlerinde dıĢ yapı kabuğu elemanlarının ısı iletim katsayılarının düĢük olması istenilmektedir. Bina yapı malzemeleri genelde birkaç katmandan oluĢan kompozit bir gruptan teĢkil etmektedir. Ayrıca bünyelerinde nem tutan yapı elemanlarının ısı iletim katsayıları nemden dolayı yükselebilmektedir [46]. Isı geçiĢinde sık sık ısıl direnç kavramı kullanılmaktadır, iletimle olan ısıl direnç bağıntısı ile tanımlanabilir. Ayrıca sürekli rejimde her bir katmandan geçecek ısı miktarı aynı olacağından her bir ara yüzey sıcaklıkları Denklem (5.2) yardımıyla elde edilebilir. (5.2)
5.2. TAġINIMLA ISI GEÇĠġĠ (KONVEKSĠYONLA)
Bu ısı geçiĢi mekanizmasında, ısının akıĢkan ortamda taĢınması söz konusudur. Newton‘un soğuma kanunu kullanılarak, taĢınan ısı miktarı hesaplanır. ġekil 5.2‘de taĢınımla ısı geçiĢinin prensibi, sıcak bir duvar yüzeyinden iç ortamdaki soğuk havaya olmak üzere taĢınmasını, (a) doğal ve (b) zorlanmıĢ ısı taĢınımı olarak açıklanmıĢtır. Newton‘un soğuma denklemi Denklem (5.3) olarak yazılabilir [46].
q = α (Tw—Tortam) (5.3)
a) b)
15
Bu bağlantıda (q) birim yüzeyden, birim zamanda taĢınımla geçen ısı miktarı ve Tw ve
Tortam sırası ile duvar yüzey sıcaklığı ile ortamdaki akıĢkanın sıcaklığını, α‘da birim
yüzeyden, birim zamanda, birim sıcaklık baĢına taĢınan ısı miktarını ifade eden, ısı taĢınım katsayısını göstermektedir. Isı taĢınım olayının mekanizması incelendiğinde, ısı taĢınım katsayısı akıĢkanın fiziksel özelliklerine, hızına, akıĢın türüne, sıcaklık farkına, yüzey pürüzlülüğüne, akıĢ geometrisine bağlı bir katsayıdır. TaĢınımla ısı geçiĢi, ısı taĢınım Ģekline bağlı olarak doğal veya zorlanmıĢ taĢınım olarak iki ayrı durumda değerlendirilmektedir [46].
Eğer ısı geçiĢinin olduğu bölgede akıĢ doğal Ģartlardan dolayı gerçekleĢiyorsa (yoğunluk farkından dolayı) doğal taĢınım adını almaktadır. Isı geçiĢinin gerçekleĢtiği ortamda akıĢkan (sıvı ise) pompa veya (gaz ise) vantilatör yardımıyla dolaĢtırılıyorsa bu durumda zorlanmıĢ taĢınım söz konusudur. Doğal taĢınım ısı geçiĢ katsayısı, Grashof ve Prandtl boyutsuz sayılarının, zorlanmıĢ taĢınım da ise akıĢı karakterize eden Reynolds boyutsuz sayısı ile Prandtl boyutsuz sayasının fonksiyonudur. Bazı durumlarda her iki tip taĢınımı içeren karıĢık ısı taĢınımı da gerçekleĢebilir. ÇeĢitli durumlardaki ısı taĢınım katsayıları fikir vermesi bakımından Çizelge 5.2‘ de verilmiĢtir.
Çizelge 5.2. ÇeĢitli durumlardaki ısı taĢınım katsayıları.
Ortam Isı TaĢınım Katsayısı α
kJ/m² h °C
Hava ile Doğal TaĢınım 21 – 105
Hava ile Zorunlu TaĢınım 105 – 837
Yağ ile Zorunlu TaĢınım 170 – 63.000
Su ile Zorunlu TaĢınım 840 – 42.000
Kaynamakta Olan Su 105.000 – 210.000
YoğuĢmakta Olan Buhar 21.000 – 420.000
Binaların bulunduğu ortamda akıĢkan olarak hava söz konusu olduğu için, ısı taĢınım katsayıları da genelde küçük değerlerdedir. DıĢ atmosfer ortamından bina duvarlarına, bina duvarlarında da iç ortam havasına ayrıca bina içindeki kiĢi ve eĢyalardan iç ortam havasına ısı taĢınımla aktarılmaktadır. Isı taĢınım direnci de Denklem (5.4)‘te verildiği gibi tanımlanmaktadır.
16
Literatürde, çeĢitli durumlar için deneysel ve ampirik olarak tespit edilmiĢ ısı taĢınım katsayılarını bulmak mümkündür. Bina için iç ortamda ve bir de duvarın dıĢındaki dıĢ ortamda, olmak üzere iç ve dıĢ ısı taĢınım katsayısı kavramı kullanılmaktadır. DıĢ ortamdaki rüzgarın etkisi ile ısı taĢınım katsayıları yüksek katlarda daha yüksek değerlere çıkabilmektedir.
5.3. IġIMA ĠLE ISI GEÇĠġĠ (RADYASYONLA)
IĢıma ile ısı geçiĢine en güzel örnek GüneĢ ıĢınları ile dünyamıza ulaĢan ısı verilebilir. Bu yolla ısı geçiĢinde, iletim ve taĢınım ile ısı geçiĢinde olduğu gibi bir ortama gereksinim yoktur. Yer küre üzerindeki atmosfer olmazsa yeryüzüne çok daha fazla güneĢ enerjisi ulaĢacaktır ve yaĢam ortamı bulunamayacaktır. Atmosfer ortamı güneĢ radyasyonunun önemli bir kısmını absorbe ederek yer küredeki yaĢamın devamını sağlamaktadır.
Isının elektromanyetik dalgalarla taĢınmasına ıĢıma ile veya radyasyonla ısı transferi adı verilir. IĢıma ile geçen ısı miktarı Stefon–Boltzman denklemi Denklem (5.5) ile elde edilir.
Q = σA (T14 – T24) (5.5)
Bu denklem iki siyah yüzey arasında, birbirini tamamen gören yüzeyler için verilen denklemdir. Denklemden görüldüğü gibi ıĢıma ile ısı transferi, sıcaklığın dördüncü kuvveti ile orantılı olmaktadır. Denklemde; (Q), ıĢıma ile geçen ısı miktarını (kJ/h), (A), ısı geçiĢ yüzey alanını (m2), (σ = 5.67.10⁻⁸ (W/(m2
K4))), Stefan-Boltzman sabitini, T1 ve T2 de mutlak sıcaklık olarak birinci ve ikinci yüzeyin sıcaklıklarını ifade
etmektedir.
IĢıma ile bir yüzeye ulaĢan ısının bir kısmı yüzeyden yansır, bir kısmı yüzey tarafından absorbe edilir diğer kısmı da eğer yüzey Ģeffaf ise yüzeyden geçer.
Eğer yüzeyler siyah cisimden farklı ise enerji yutma özellikleri daha kötü olacaktır ve ıĢıma ile ısı geçiĢine direnç oluĢturacaklardır. Diğer taraftan bir birlerini tam görmeyen yüzeylerde görme miktarına bağlı olarak ıĢıma olacağı için birde görme direnci olarak ifade edebileceğimiz bir dirençte söz konusu olacaktır. Yaygın gri bir yüzeyde yayma direnci yutma direncine eĢittir, iki yüzey arasında aĢağıda verilen görme faktörleri arasında Denklem (5.6)‘daki bağıntı yazılabilir.
17 A1F12 = A2F21 (5.6) ( ) ( ) (5.7)
IĢınım ile ısı geçiĢinde, ısı geçiĢ miktarı, yüzeylerin sıcaklıklarının dördüncü kuvveti ile orantılı olduğu için yüksek sıcaklıklarda (400 °C ve üstünde), önem kazanmaktadır. DüĢük sıcaklıklarda taĢınımla ısı transferi ile birlikte bir ortamda gerçekleĢiyorsa, taĢınımla ısı transferiyle birleĢtirilmektedir. Bu birleĢtirme iĢlemi için aynen taĢınıma benzer Ģekilde, bir ıĢınım ısı transfer katsayısı tanımlanmakta ve ġekil 5.3‘te açıklandığı gibi taĢınımla ısı geçiĢi ile birleĢtirilebilmektedir [5-46].
Ɛ1 Ɛ2
T1 o o T2 T1 o \/\/\/\ o \/\/\/\ o \/\/\/\ oT2
1 2
ġekil 5.3. Ġki gri yüzey arasında ıĢıma ile ısı geçiĢi.
IĢınımla ısı geçiĢi katsayısı için Denklem (5.8) yazılarak,
Q = σA (T₁ T₂ ) = αr A (T₁ T₂) (5.8)
aĢağıdaki Ģekilde ıĢınım ısı geçiĢ katsayısı Denklem (5.9)‘da olduğu gibi elde edilir,
( )
( ) (5.9)
TaĢınım ve ıĢıma ile olan toplam ısı geçiĢi için Denklem (5.10) yazılarak,
QT = A (αkonv+αr ) (T₁ T₂) (5.10)
TaĢınım ve ıĢımayı içeren toplam ısı geçiĢi katsayısı Denklem (5.11) yardımıyla elde edilir.
αT = (αkonv+αr ) (5.11)
Yayma Görme Yutma A1F12 = A2F12
18
5.4. ISI GEÇĠġĠNĠN BĠRLEġĠK DURUMLARI
Isı geçiĢi daha önceki bölümlerde anlatıldığı gibi tek baĢına bir metotla gerçekleĢmez. Örneğin bir dıĢ yapı kabuğunu ele alırsak; yaz çalıĢması durumunda (ıĢınım ile ısı geçiĢinin ihmal edildiği varsayılırsa), önce dıĢ ortamdan yapı kabuğuna taĢınımla, yapı kabuğu içinde iletimle ve tekrar yapı kabuğu iç yüzeyinden iç ortama taĢınımla ısı geçiĢi olacaktır. IĢıma ile olan kısımlarda katıldığı zaman tüm ısı geçiĢi metotları birlikte göz önünde bulundurulmalıdır. Bu durumda ġekil 5.4‘te verilen çok katmanlı bir yapı elemanından geçen ısı miktarı, sürekli rejim çalıĢma Ģartlarında ve birim yüzey için Denklem (5.12) yardımıyla hesaplanır [46].
● ● Td ● Ti O ●T₄ o αd ● T₅ αi λ₁ λ₂ λ₃ λ₄ x₁ x₂ x₃ x₄
ġekil 5.4. Isı geçiĢinin birleĢik durumları.
(5.12) Ayrıca bu tip sistemler için toplam ısı geçiĢi katsayısı (K) Denklem (5.13) yardımıyla hesaplanır.
(5.13) Ara yüzey sıcaklıkları, her bir tabakada geçen ısı miktarı aynı olacağı düĢünülerek, Denklem (5.14) yardımıyla gerekli iĢlemler yapılarak elde edilir.
(5.14) Klima ve ısıtma tesisatlarında sıcak ve soğuk akıĢkanı taĢımada kullanılan borular ve
T T
T
19
kanallar dairesel kesitli iseler (özellikle L/D oranı büyük olan borular için ), bu durumda dairesel kesitler için geçerli olan ısı geçiĢi denklemleri kullanılacaktır. ġekil 5.5‘te böyle bir dairesel kesitli bir malzeme verilmiĢtir [46].
ġekil 5.5. Dairesel katmanlardan oluĢan silindirik elemanlarda radyal doğrultuda ısı geçiĢi
5.5. YAPI ELEMANLARINDAN BUHAR GEÇĠġĠNĠN TAHKĠKĠ VE SINIFLANDIRILMASI
Bir yapı elemanının iki yüzü arasında, sıcaklıkların ve bağıl nemin farklı olması dolayısıyla farklı kısmi buhar basınçları meydana gelir. Bu basınç farkı nedeniyle havadaki buhar molekülleri ısı akımı ile aynı yönde hareket ederek yapı elemanı gözeneklerinden geçer ve dıĢ ortama ulaĢmaya çalıĢır. Su buharı bu geçiĢi sırasında yapı elemanı içerisinde, doyma sıcaklığında veya daha düĢük sıcaklıkta bir yüzeyle temas ederse, bir kısmı yoğuĢarak su haline geçer ve yapı elemanı içerisinde veya yüzeyinde birikerek yapıya zarar verir [46].
Yapı elemanı yüzeyindeki yoğuĢma kendisini siyah lekeler, küf, mantar vb. organizma oluĢumu ile göstererek, insan sağlığı ve ortamın konfor Ģartlarını olumsuz etkiler ve yapı malzemesinde hasarların oluĢmasına neden olur. Yapı elemanları arasında meydana gelen yoğuĢma ise; özellikle yapıların taĢıyıcı kısımlarındaki donatıların paslanarak iĢlev ve dayanımlarının zamanla azalması neticesinde yapı ömrü ve deprem
20
dayanımının olumsuz yönde etkilenmesine neden olmaktadır. Ayrıca yoğuĢma; yapı elemanlarının çürümesi, bütünlüklerinin bozulması ve ısı kayıplarının artmasına da neden olmaktadır [46].
Yukarıda bahsedilen olumsuz sonuçların ortadan kaldırılması için, TS 825‘de tarif edilen hesap metoduna göre yapı elemanlarından buhar geçiĢinin tahkiki, sınırlandırılması ve neticelerin raporlanması gerekmektedir. Böylece sağlıklı ve konforlu bir yaĢam ile uzun ömürlü binaların yanı sıra önemli oranda enerji tasarrufu da elde edilmiĢ olacaktır.
5.5.1. Yapı Elemanlarının Ġçindeki YoğuĢmanın Hesaplanması
Bir yapı elemanının iki yüzü arasında, sıcaklıkların ve bağıl nemin farklı olmasından kaynaklanan farklı buhar basınçları meydana gelir. Isıtma periyodu olan kıĢ mevsimini dikkate aldığımızda, genellikle iç tarafta yüksek buhar basıncı vardır ve iç ortamda gaz halinde bulunan su buharı ısı akımı ile aynı yönde hareket ederek dıĢ ortama ulaĢmaya çalıĢır. Su buharının dıĢ ortama gaz olarak ulaĢması hâlinde yapı elemanının gerek kullanım ömrü ve gerekse ısıl performansı açısından bir problem yoktur. Ancak yapı elemanını oluĢturan malzemelerin su buharı geçiĢine gösterdikleri dirence ve malzemelerin sırasına bağlı olarak, yapı elemanından geçerken, su buharının gaz halinden sıvı hale geçmesi, yani yoğuĢması ihtimali mevcuttur. Bu hesaplama metotları genellikle ―Glaser adları‖ olarak anılır [1-5, 46].
Su buharı difüzyonundan dolayı yapı elemanları arasındaki yoğuĢma riskinin değerlendirilmesi ve TS 825 hesap metoduna göre analizlerinin yapılması zorunludur [46].
5.5.2. Yapıların Değerlendirilmesinde Kullanılan Gereken Kriterler
5.5.2.1. Herhangi Ayda Herhangi Ara Yüzeyde Yoğuşma Olmaması Durumu Bu durumda yapının, yapı elemanları arasındaki yoğuĢmanın olmadığı rapor edilir. 5.5.2.2. Bir ve Daha Çok Ara Yüzeyde Yoğuşma Olması Durumu
Yapı bileĢenlerinin kararlılığı ve bu yapı bileĢeni içerisinde kullanılmıĢ olan ısı yalıtım malzemesinin, bünyelerindeki nem muhtevasındaki artıĢ nedeniyle zayıflamamaları veya bozulmamaları için aĢağıdaki Ģartlar yerine getirilmelidir.
21
i. YoğuĢma esnasında ilgili yapı bileĢeninin içinde toplanan su miktarının, buharlaĢma süresi boyunca buharlaĢarak tekrar çevredeki atmosfere verilebilmesi sağlanmalıdır. YoğuĢan su miktarının tamamının buharlaĢma süresi boyunca sistemden uzaklaĢmaması durumunda yapı bileĢeni yeniden tasarımlanmalı ve uygunluk sağlanana kadar yoğuĢma tahkiki tekrarlanmalıdır.
ii. Tavan, duvar ve yapı bileĢenlerinde oluĢan yoğuĢma suyu kütlesinin miktarı toplam olarak 1,0 kg/m2‘yi aĢmamalıdır. Bu Ģart aĢağıdaki iii. ve iv. maddeleri için geçerli değildir.
iii. Betonarme duvarlara içeriden yalıtım yapılması durumunda, müsaade edilen yoğuĢma suyu kütlesinin miktarı 0,5 kg/m2‘yi aĢmamalıdır.
iv. AhĢap malzemelerdeki nem muhtevasının kütle cinsinden ifade edildiği durumda, ahĢap malzemenin kütlesinin nem nedeniyle %5‘ten daha fazla artmasına izin verilmez. ĠĢlenmiĢ ahĢap mamullerinde (sunta vb.) ise %3‘ten daha fazla artmamalıdır.
5.5.2.3. Yapı Elemanının İç Yüzeyinde Yoğuşma Meydana Gelmesi Durumu
Bu durumdaki yapı elemanı standarda uygun değildir ve yeniden tasarımlanarak uygunluk sağlanana kadar yoğuĢma tahkiki tekrarlanmalıdır.
5.6. YALITIM MALZEMELERĠ
Isı yalıtımının iki amacından birisi; ya sıcak bir kaynaktan ortama ya da ortamdan soğuk proseslere olan ısı akıĢlarını azaltmaktadır. Bunun için temel prensip; düĢük ısıl iletkenlik ya da bunun tersi olan yüksek ısıl direncin meydana getirilmesidir. Kullanılacak olan yalıtım malzemesi fazla değiĢikliklere ihtiyaç duymaksızın soğukluğun veya sıcaklığın korunmasında kullanılabilmelidir.
Yalıtım malzemelerinin seçiminde göz önüne alınması gereken hususlardan bazıları Ģu Ģekilde sıralanabilir.
DeğiĢik iĢletme sıcaklıklarına dayanım: Yalıtım malzemeleri değiĢik iĢletme sıcaklıklarında fiziksel özelliklerinin yanı sıra, ısıl özelliklerini de korumalıdır.
22
Fiziksel mukavemet: Yalıtım malzemeleri fiziksel mukavemet yönünden taĢıma, depolama, iĢleme ve uygulama gibi konular açısından yeterli olmalıdır. Bu iĢlemler sırasında malzeme orijinal özelliklerini yitirmemelidir.
Basma mukavemeti: Üzerinde yük taĢınması gereken yerlerde, yapılan yüklemelere karĢı koyabilecek dirençte olmalıdır. Buralarda ayrıca yalıtım malzemesinin korunması için gerekli önlemler de alınmalıdır.
Mekanik mukavemet: Mekanik yönden dayanıklılıkta; Yalıtım malzemeleri genleĢme ve büzülme durumlarında bozulmamalı, titreĢimlere karĢı dirençli olmalıdır.
Zararlı emisyon yaymama: Yalıtım malzemeleri taĢıma, kullanım ya da uygulama sırasında insan sağlığına zararlı emisyon yaymamalıdır. Ġnce toz taneciklerinin solunum yolu ile alınması insan sağlığı açısından oldukça tehlikeli olabilir. Yalıtım malzemelerinin asbest içermesi istenmeyen bir durumdur.
Yanma direnci: Yalıtım malzemelerinin yanma direnci de dikkate alınmalıdır. Yalıtım malzemesi yanmayan özelliklerde olsa dahi; uygun kaplama teknikleri yine de kullanılmalıdır. Bu yanma riskini daha da düĢürmüĢ olacaktır. Ayrıca bazı yalıtım malzemelerinin yanması durumunda çıkan gaz emisyonları çok tehlikeli olabilir.
Korozif etkilere dayanım: Yalıtım malzemesinin su-buhar vb. kaçaklara ya da yoğuĢmaya maruz kalması durumlarında korozyon tehlikesi ortaya çıkabilir. Yalıtım malzemelerinin kendi içindeki çözülebilir bileĢiklerden dolayı da korozyon riski ortaya çıkabilir. Basma, çarpma, vurma vb. gibi olayların olabileceği yerlerde yalıtım uygulamaları uygun Ģekilde kaplanarak korunmalıdır.
Yalıtımın kalınlığı ve ağırlığı: Ġlave yalıtımın ağırlığı bazen ilave destek ya da tutma elemanları gerektirebilir. Ayrıca; baca vb. gibi kapalı alanlardaki yalıtım ilavesi daha fazla yer kaplayacaktır. Bu hususlar ve ekonomik esaslara dayanan değerlendirmeler dikkate alınarak, düĢünülen yalıtımın özellikleri belirlenmelidir. Buna karĢılık; hafif ve gevĢek dolu malzemelerin kullanılması gerekirse, yeteri düzeyde mekanik mukavemetin sağlanması da aranmalıdır [1-46].
Kimyasal etkilere karĢı direnci: Özellikle buhar vb. gibi proses akıĢkanı ya da kimyasal maddelere maruz kalma ihtimalinin olduğu yerlerde, kimyasal etkilere karĢı dirençli olma özelliği önemlidir.
23
Yukarıda maddeler halinde sıralanan özelliklerin yanı sıra yalıtım malzemelerinin; düĢük ısıl iletkenlik, kolay ve ucuz olarak piyasadan bulunabilme, kolay uygulanabilme özelliği ile iĢçilikten avantaj sağlama vs. gibi bazı genel özelliklere sahip olmaları istenir. Isı yalıtımı uygulamaları, uygulama yerindeki iĢletme Ģartlarına göre çok farklı tip ve özelliklerde olabilir ve maliyetleri de buna bağlı olarak değiĢir. Yalıtım malzemesinin ya da uygulama Ģeklinin seçiminde aĢağıdaki faktörlerin göz önüne alınması gerekir.
ĠĢletme sıcaklığı: Yalıtım malzemelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri uygulama yerindeki iĢletme sıcaklığına uygun olmalıdır. Bu malzemeler belirli sıcaklık aralıklarında ancak özelliklerini koruyabildiklerinden iĢletme sıcaklığı malzeme seçiminde ve uygulanacak yalıtım kalınlığında önemli bir rol oynamaktadır.
Ortam Ģartları: Ortam Ģartları yalıtım uygulamasının Ģeklinin belirlenmesinde önemli olan bir faktördür. (Rutubetli ya da su alma riski olan ortamlarda kaplama Ģeklinin belirlenmesinin etkiler)
Yalıtım zarar görme riski: Yalıtımın mekanik yönden ya da fiziksel koĢullardan dolayı zarar görmemesi için uygulama Ģeklinin belirlenmesinde etkili olan bir kriterdir. (Darbelere maruz kalması ya da üzerinde basılması muhtemel yerlerde daha mukavim kaplama yönteminin kullanılmasını belirler)
ĠĢletme Ģekli (sürekli-kesintili): Yalıtım uygulamasının ömrü boyunca elde edilebilecek kazançları etkileyen faktörlerden birisi de çalıĢma süresidir. Bu da uygulanacak yalıtım kalınlığının belirlenmesinde etkili olmaktadır.
Sıcaklık farkı: Isı kayıplarını, dolayısıyla da elde edilecek tasarruf miktarlarını etkileyen bir parametre olduğundan yalıtım kalınlığının belirlenmesinde rol oynayan bir faktördür.
Hava hareketleri, gaz hızları: Konveksiyon yolu ile olan ısı kaybını etkilediğinden yine ekonomik yalıtım kalınlığının belirlenmesinde etkin rol oynayan bir faktördür.
Yalıtım malzemeleri daha detaylı olarak üç ana baĢlık altında incelenebilir. Organik malzemeler
Ġnorganik malzemeler Sentetik malzemeler
24
5.6.1. Organik Malzemeler
Mantar; tabaka, levha, toz ve un halinde satılır ve mantar ağacının kabuğundan elde edilir. Bazen dekorasyon için de kullanılan doğal mantar, küçük tanecikler haline getirilmek üzere öğütülür. Mantar hücrelerinde hacim artıĢının sağlanabilmesi için, oksijensiz bir ortamda ısı verilerek mantar hücreleri genleĢtirilir. Bu genleĢme prosesi sonucunda mantarın yoğunluğu yaklaĢık 340 kg/m³‘ten 110 kg/m³‘e düĢürülür ve daha iyi bir yalıtım malzemesi elde edilmiĢ olur.
Mantarın yapısındaki doğal yapıĢma özelliği, hücrelerin, taneciklerin sıkıĢtırılarak bloklar halin getirilmesini ve bunlardan da tabaka ya da levha halinde kesilebilmesini kolaylaĢtırır.
GenleĢtirilen bu mantar -250 ila +120 °C sıcaklıklarda kullanılabildiğinden, sanayi uygulamalarında da kullanılabilmektedir. Buna karĢılık mantarın yalıtım malzemesi olarak maliyeti gittikçe artmaktadır ve sadece istisnai uygulamalar için kullanılmaktadır. Malzemenin özelliklerinden dolayı mantar; bira fabrikalarında, gemilerde, soğutma ve buz üretim tesislerinde ve ısıtma amaçlı uygulamalarda kullanılmaktadır [46].
Bu malzemenin özellikleri;
Doğal esneklik ve iyi sıkıĢtırılabilme mukavemeti AĢırı sıcaklık değiĢiklerinde Ģeklini koruyabilme Bakterilerden arındırılmıĢ olma ve çürüme direnci
PüskürtülmüĢ mantar (yapıĢkan madde ile karıĢtırılmıĢ mantar tanecikleri) çatı konstrüksiyonlarının kaplanmasında, havalandırma bacaları ve duvarların yoğuĢmaya karĢı korunmasında 6-12 mm kalınlıklarda uygulanır.
GenleĢtirilmiĢ, ĢiĢirilmiĢ mantar yaklaĢık olarak 300 kg/m³ yoğunlukta olup maksimum 100 °C iĢletme sıcaklığında kullanılabilmektedir. Isıl iletkenlik değeri ise; 20 °C ortam sıcaklığında 0,041 W/m K‘dir.
Keten saplarının oduna benzeyen kısmı bir dizi iĢlemlere tabi tutularak yalıtım malzemesi elde edilir. Bu malzeme 100 °C iĢletme sıcaklıklarına kadar kullanılabilir ve bu sebeple bu malzemenin uygulama alanı genelde merkezi ısıtma tesisleridir. Bu malzemenin de çok pahalı olması kullanım alanını sınırlamaktadır.
25
Dokunan liflerin sıkıĢtırılması ile üretilen malzemeler keçe ya da yalıtım keçesi olarak adlandırılır ve bunlar daha çok akustik amaçlı olarak kullanılır. Doğal bir ürün olan keçe, hayvan kıllarından imal edilir. Bu malzeme bina yalıtımında ve basınçlı dağıtım hatlarının yalıtımında kullanılır. Isıl hesaplamalar için ısıl iletkenlik değeri; 0,04 W/m K alınabilir.
5.6.2. Ġnorganik Malzemeler
5.6.2.1. Vermuculit
Vermuculit mikaya benzeyen madeni esaslı bir üründür. Malzeme fırında 1000 °C civarına kadar ısıtıldığında, pulların birbirinden ayrılmaya zorlanması sonucu pullar arasındaki su, buhara dönüĢür. Vermuculit bu aĢamadan sonra; milyonlarca hava kabarcıklarının oluĢturduğu birbirine bağlı taneciklerden meydana gelir. Vermuculit, gevĢek tanecikler, pulcuklar ve tabakalar halinde uygulanabilir. Hafif olması ve yalıtım kalitesinin yükseltilmesi amacıyla, taneciklerin beton katkısı olarak da kulanılması mümkündür. Vermuculit‘in 20 °C‘de ısıl iletkenliği 0,04 W/m K‘dir. 500 °C sıcaklığın altındaki uygulamalar için, vermuculit diğer yalıtım malzemelerine göre pahalı bir malzemedir. Dolayısıyla vermuculit uygulamaları için; merkezi ısıtma sistemlerindeki kazanlar, buhar kazanları ve çelik konstrüksiyonların yanmaya karĢı korunması gibi, sıcaklığı 500 °C‘den daha yüksek olan yerler uygun olmaktadır. Maksimum iĢletme sıcaklığı ise; 1100 °C civarındadır [46].
5.6.2.2. Perlit
Volkanik bir kaya olan perlit; ince kum zerrecikleri elde edilecek Ģekilde pülverize edilir ve sonra bu iĢ için özel olarak dizayn edilmiĢ bir fırında tanecikler haline getirilmek üzere genleĢtirilir. Bunun sonucunda malzemenin hacmi orijinal hacmine oranla 12 misli büyütülür. Tanecik boyutları ise; 0 – 6 mm arasındadır. 900 °C sıcaklığa kadar dayanır. Perlit tanecikleri dökme yalıtım malzemesi ve yalıtım betonları için, katkı malzemesi olarak da kullanılır.
Perlit farklı tanecik büyüklüklerinde uygulanır. Katranlı perlit ise tavan ve döĢeme yalıtımında kullanılır. Rastgele atılarak yapılan uygulama için, malzemenin yoğunluğu 170 kg/m³, sıkıĢtırma sonrası ise 200 kg/m³‘dür. Perlit için ısıl iletkenlik değeri 0,06 W/m K‘dir.
26
Özel kalitedeki perlit tanecikleri soğutucu yalıtımları için kullanılır (tane büyüklüğü 1 mm). Örneğin, perlit, soğutulan tankların iç ve dıĢ duvarlarının arası için dolgu olarak kullanılır.
5.6.2.3. Cam Yünü
Cam yünü kuvars silisinden ve değiĢik stabilizörlerden elde edilir. KarıĢtırılan hammaddeler 1400 °C civarında, bir fırında kaynatılır. Eriyik, dönel delikli bir silindire gönderilir ve silindirin deliklerinden dıĢarı doğru atılır. Böylece küçük cam iplikleri elde edilir. Ġplikler yalıtım malzemelerinin levha, Ģilte vs. gibi değiĢik formlarının imali için esas malzeme olarak kullanılır. Cam yünü ürünlerinin mekanik mukavemetleri düĢüktür. Buna karĢılık pek çok önemli özelliklere sahiptirler. Bunlar; düĢük ısıl iletkenlik değeri (10 °C de 0,03–0,04 W/m K), düĢük maliyet, uzun ömür ve yanma direnci olarak sıralanabilir.
5.6.2.4. Kaya Yünü
Kaya yünü volkanik kayadan elde edilir. Hammadde kireç taĢı ile karıĢtırılır ve 1600 °C‘de kaynatılır. Eriyik kaya, çok hızlı dönen disklerin üzerine damlatılır. Buradan uzun iplikler halinde çıkar. Ġplikler toplandıktan sonra yapıĢtırıcı özellikteki sentetik reçine ve yağ ilavesi ile kaya yünü malzemeleri Ģilte Ģekline getirilir. ġiltelerin özellikleri onun Ģekline bağlıdır. 10 °C‘deki ısıl iletkenliği 0,033–0,042 W/m K‘dir. Kaya yünü 650 °C sıcaklıklara kadar kullanılabilmektedir.
5.6.2.5. Cam köpüğü
Cam köpüğü borlu silis camından üretilir. Cam pülverize edilir ve toz haline getirilir. Karbonla karıĢtırıldıktan sonra kalıplarda 1000 °C‘ye kadar ısıtılır. Karbon, oksijen ile birleĢtirilir ve gaz kabarcıkları oluĢur. Cam eriyiği böylece orijinal hacminin 20 misline kadar büyütülerek köpük haline dönüĢtürülmüĢ olur ve katı halde daha sıkı bir yapı elde etmek için de soğutulabilir. Soğutma iĢleminden sonra bloklar, tabakalar ve levhalar halinde kesilir. Cam köpüğü ezilmeye karĢı mukavim olan güçlü bir malzemedir. Su sızıntılarına ve korozif tehlikelere karĢı da dirençlidir. Bilhassa soğutucu imalat sektöründe, boru hatlarının örtülmesinde ve soğuk tankların yalıtımında cam köpüğü uygun olmaktadır.
Piyasada ticari olarak bulunan cam köpüklerinin özellikleri Çizelge 5.3‘te gösterildiği gibidir.
