Bu konuyla ilgili çalışmaları incelerken Gölcü ve ark. 2006), Denizli'deki binaların dış duvarları için optimum yalıtım kalınlığını, ısıtma için farklı enerji kaynaklarının kullanılması durumunda Gün Gün sayısına göre hesaplamıştır. Bolattürk (2003) Isparta bölgesindeki binaların duvar ve çatı kiremitlerinde optimum yalıtım kalınlıklarını ve enerji tasarrufunu araştırmıştır. Bolattürk (2006) başka bir çalışmada Türkiye'nin 4 iklim bölgesinden seçilen 16 il için ısıtma oranı-gün fikrini kullanarak optimum yalıtım kalınlığını ve geri ödeme sürelerini hesaplamıştır.
Aynı yazarın başka bir çalışmasında ise binaların dış duvarlarındaki optimum yalıtım kalınlığı yıllık ısıtma ve soğutma yüklerine göre analiz edilmiştir (Bolattürk 2008). Hasan (1999), optimum yalıtım kalınlığı için bir hesaplama yöntemi geliştirmiş ve bunu Gazze Şeridi ve Filistin'in Batı Şeria'sındaki dört farklı duvar modeline uygulamıştır. Çomaklı ve Yüksel (2003), Türkiye'nin en soğuk üç şehri olan Erzurum, Kars ve Erzincan için derece gün sayısına göre optimum yalıtım kalınlığını araştırmışlardır.
Özel ve Pıhtılı (2008) Adana, Erzurum, İstanbul, İzmir ve Elazığ illeri için ısıtma ve soğutma için derece-gün değerlerini kullanarak optimum yalıtım kalınlığını belirlemişlerdir. Bazı çalışmalar optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufu üzerindeki etkisini ve ısıtma maliyetleriyle ilişkisini araştırmıştır. Mohammed (1995) Katar'daki binalar için yalıtım malzemelerine, optimum yalıtım kalınlığına ve güneş ışınımına dayalı enerji hesaplamaları yapmıştır.
Genellikle yoğuşma faktörü dikkate alınmadan yapılan bu çalışmalarda derece-gün yöntemine göre ısı kayıplarının azaltılması amaçlanmış ve optimum yalıtım kalınlığı hesaplanmıştır.
Sürekli Rejimde Tek Boyutlu Isı İletimi
Sürekli Rejimde Tek Boyutlu Su Buharı Difüzyonu
Bileşik Düzlem Duvarda Isı İletimi
Kompozit düzlem duvarda, sürekli rejimde, duvarın herhangi bir noktasındaki ısı akısı aynı, iç tarafta ısı transfer katsayısı, dış tarafta ısı transfer katsayısı, malzemelerin ısıl iletkenlik katsayıları ve kalınlıkları aynıdır. Benzer şekilde denklemler her katman için yazıp yan yana eklenirse toplam ısı transferi (1 m2 yüzey alanı için):
Bileşik Düzlem Duvarda Su Buharı Difüzyonu
Bu denklemler alt alta yazıp yan yana toplanırsa toplam su buharı akısı (1 m2 yüzey başına): Denklem 3.19'da, iç su buharının kısmi basıncı, su buharının kısmi basıncıdır. dış ve bu değerler bağıl nem yardımıyla hesaplanabilir. Denklem 3.20'deki iç ortam bağıl nemi, iç ortam sıcaklığında doymuş havanın su buharı basıncını ifade eder. Denklem 3.21'deki dış ortam bağıl nemi, dış sıcaklıkta doymuş havanın su buharı basıncını ifade eder. Ortaya çıkan denklemde (3.19), buhar geçirgenliği (kg/h m mmSS) yerine yapı malzemesinin buhar geçirgenliğine karşı direnci (mmSS m h/kg) kullanılır. Yapı malzemesinin buhar geçirgenlik direncinin hava difüzyon direncine oranı, yapı malzemesinin havaya karşı direnç faktörünü belirler.
Bu denklemde yapı malzemesinin havaya göre direnç faktörü (mmSS m h/kg) havanın difüzyon direncini ifade etmektedir.
Yoğuşma Olayının Grafiksel İncelenmesi
Yoğuşmayı önlemek için gereken minimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi için yapılan bu prosedürde öncelikle duvar tipinin özellikleri girilerek iç ve dış koşullar belirlenir. Daha sonra yapı elemanının katmanlarından aktarılan ısı akısı hesaplanır ve ardından yapı malzemesinin arayüz sıcaklıkları belirlenir (Tablo 4.2). Tabloda T1, T2, T3, T4 ve T5, iç sıvadan dış sıvaya kadar olan duvar katmanlarının arayüz sıcaklıklarıdır ve daha önce verilen Şekil 3.2'de görülebilmektedir.
Son olarak yapı elemanlarının katmanlarındaki su buharı doygunluğu ile kısmi basınç değerleri arasındaki fark incelenmiştir. Çünkü yalıtımın kalınlığı arttıkça yalıtım malzemesinden geçen su buharı miktarı azalır ve buna bağlı olarak iç sıvadan yalıtım malzemesinin iç yüzeyine kadar tüm katmanlarda kısmi basınç değeri artar. dış katmandan itibaren tüm katmanlarda azalır. yalıtım malzemesinin dış sıva üzerindeki yüzeyi.
İç Ortam Bağıl Neminin Yalıtım Kalınlığına Etkisi
İç mekan bağıl nemi belirli bir değere ulaşana kadar yoğuşma olmayacağından izolasyona gerek yoktur. Bu nedenle dış ortamın bağıl nemi arttıkça iç ortamdan dış ortama aktarılan su buharı miktarı azalır. Dışarıdaki bağıl nem arttıkça dış ortamın su buharı kısmi basıncı artar ve içinden geçen su buharı miktarı azalır.
Ancak dış ortam bağıl nemi arttığında dış havanın su buharını emme yeteneği azalarak duvar katmanlarında yoğuşma riski artar. Bu nedenle Şekil 4.4'te gösterildiği gibi dış bağıl nem arttıkça gerekli yalıtım kalınlığı da artar. Ayrıca odadaki bağıl nem arttıkça iç ortamdan dışarıya daha fazla su buharı aktarılacağından yalıtımın kalınlığı artırılarak yoğuşma önlenir.
Ancak düşük iç ortam bağıl nem değerlerinde (örn. φin = 0,30) aktarılan su buharı miktarı daha az olduğundan yoğuşma riski olmaz ve herhangi bir izolasyona gerek kalmaz. Dış ortamın bağıl nemi arttıkça yoğuşmayı önlemek için gereken yalıtımın kalınlığı da artarak Şekil 4.5'te gösterildiği gibi iç ortamdan dış ortama ısı akışı azalır. Bu durumda dış ortam bağıl nemi arttıkça dış havanın kısmi basıncı artmakta ve iç ortamdan dış ortama aktarılan su buharı miktarı azalmaktadır.
İç mekandaki bağıl nem değerinin daha yüksek olduğu durumlarda (örneğin φiç = 0,5), dış bağıl nem belirli bir değere ulaşana kadar yoğuşma tehlikesi olmadığından izolasyona gerek yoktur. Ayrıca iç mekandaki bağıl nem oranının yüksek olduğu durumlarda (örn. φin = 0,7) yoğuşma tehlikesi daha fazla olduğundan dış ortam bağıl nemi düşük olan yerlerde yalıtım kullanılır. Bu nedenle Şekil 4.6'da görüldüğü gibi φiç= 0,7'de geçen su buharı miktarı φiç= 0,5'ten daha azdır.
Burada iç ve dış bağıl nem sırasıyla 0,5 ve 0,7 alınmış, dış sıcaklık ise -3°C olarak belirlenmiştir. Ancak iç ortam sıcaklığı arttıkça dış ortam ile arasındaki sıcaklık farkı da artmakta ve bunun sonucunda iç ortamdan dış ortama aktarılan ısı akısı ve su buharı miktarında artış gözlenmektedir. Bu nedenle iç ortamdan dış ortama aktarılan ısı akısı Şekil 4.8'de görüldüğü gibi azalmaktadır.
Dış Ortam Sıcaklığının Yalıtım Kalınlığına Etkisi
Ancak belirli bir değerden sonra (yaklaşık 19°C) yoğuşma meydana geldiğinden yalıtımdan dolayı içinden geçen su buharı miktarı azalır. Yalıtım gerekmeyen durumlarda dış ortam sıcaklığı ve iç ortamdan dış ortama aktarılan ısı miktarı arttıkça iç ortam ile iç ortam arasındaki sıcaklık farkı azalır. Dış sıcaklık belli bir değere ulaşana kadar yoğuşma riski azalmaya devam ettiğinden yalıtım kalınlığı da azalır.
Ancak belirli bir değere (yaklaşık 0°C) ulaştığında yalıtımın etkisi kalmaz ve sıcaklık arttıkça dış ortamın kısmi basıncı artar ve bunun sonucunda geçen su buharı miktarı azalır.
Bu durumda yalıtım malzemesinin dış yüzeyindeki su buharının kısmi basıncı azalırken, iç yüzeyindeki su buharının kısmi basıncı artar. Dolayısıyla yalıtım malzemesinin su buharı difüzyonuna karşı direnci arttığında, gerekli minimum yalıtım kalınlığı önce belirli bir değere (yaklaşık µ=130) kadar azalır, daha sonra yalıtım kalınlığı tekrar artar. Yalıtım malzemesinin su buharı difüzyonuna karşı direnci düşük olduğunda, yalıtım malzemesinin içinden aşırı miktarda su buharı geçmesi nedeniyle yalıtım malzemesinin dış yüzeyinde yoğuşma riski artar.
Ancak yalıtım malzemesinin difüzyon direnci yüksek olduğunda yalıtım malzemesinden daha az su buharı geçer ve yalıtım malzemesinin iç yüzeyinde yoğuşma riski artar.
Sabit Ortam Koşullarında, Farklı Yalıtım Kalınlıkları için Kısmi – Doyma Basıncı ve Sıcaklık Dağılımları
Ancak yalıtım kalınlığı arttıkça yalıtım malzemesinin dış yüzeyinden dış ortama doğru olan katmanlarda sıcaklık düşer. Çok düşük değerlerde yalıtım malzemesinin dış kısmında yoğuşma riski artar, çok yüksek değerlerde ise yalıtım malzemesinin iç kısmında yoğuşma riski artar. Bu nedenle hesaplamalarımız doğrultusunda yoğuşma riskinin minimum olduğu, difüzyon direnci değerleri 100 ile 150 arasında olan bir yalıtım malzemesi kullanılması tavsiye edilmektedir.
Aynı şekilde iç ve dış ortam arasındaki sıcaklık farkı arttıkça, yoğuşma riski arttıkça içeriden dışarıya ısı ve su buharı kaybı da artar. Türkiye'deki farklı yakıt ve iklim bölgelerine göre bina duvarları için optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesi. Türkiye'nin en sıcak bölgesinde soğutma ve ısıtma derece saatleri açısından bina duvarları için optimum yalıtım kalınlıkları.
Determination of optimal insulation thicknesses of the exterior walls and roofs (ceiling) for Turkey's different degree day regions. Thermo-economic analysis method for optimization of insulation thickness for the four different climatic regions of Turkey.
