Binalardaki optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufu ve kişi başı sera gazı emisyonlarına etkisi: İzmir de bir durum çalışması

Transkript

1 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 Binalardaki optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufu ve kişi başı sera gazı emisyonlarına etkisi: İzmir de bir durum çalışması The effect on energy saving and greenhouse gas emissions per person of optimum insulation thickness in buildings: a case study in Izmir/Turkey Mustafa Ertürk*, Ali Keçebaş+, Yusuf Çay#, Ali Daşdemir+, Can Coşkun& Erdem Işık** * Elektrik ve Enerji Bölümü, Balıkesir Üniversitesi, Balıkesir, Türkiye merturk@balikesir.edu.tr + Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi, Muğla, Türkiye alikecebas@mu.edu.tr, dasdemirali@gmail.com # Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya Üniversitesi, Sakarya, Türkiye ycay@sakarya.edu.tr & The Faculty of Maritime, Recep Tayyip Erdogan University, Rize, Türkiye dr.can.coskun@gmail.com ** Makine Mühendisliği Bölümü, Munzur Üniversitesi, Tunceli, Türkiye erdem3@gmail.com Özet Dünyanın ve Türkiye nin en önemli sorunlarının başında, küresel ısınma, sera gazı emisyonları ve enerji tüketimi gelmektedir. Dünyada fosil kaynaklı enerji türlerinin ömürleri hızla kısalırken, çevreye ve atmosfere verdiği zarar aynı ölçüde artmaktadır. Sanayinin gelişmiş olduğu bölgelerde yakıt tüketiminin artması ile birlikte, gaz emisyonları da artmakta ve yaşam koşulları gittikçe daha kötü hal almaktadır. Çevreye salınan atık ısılar birçok sağlık sorununu da beraberinde getirmekte olup, hükümet politikalarını dahi etkilemektedir. Tüm bu sorunlara karşı alınacak tedbirlerden bir tanesi de enerji tüketimini düşürmektir. Konutlarda dahil olmak üzere binalara uygulanacak ısı yalıtımı ile hem enerjiden tasarruf edilebilir, hem de sera gazı emisyonları azaltılabilir. Bu çalışmada, ömür maliyet analizi yöntemi kullanılarak, İzmir de 3 farklı yakıt (doğalgaz, ithal kömür ve yerli kömür) için; bina dış duvarlarında 3 farklı yalıtım malzemesi (, ve taş yünü) kullanılması halinde, bina dış duvarlarındaki bileşen farklılıklarının optimum yalıtım kalınlığı, toplam maliyet, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Seçilen duvar tipi için en düşük yalıtım kalınlığı yalıtım malzemesi ve yakıt olarak doğalgaz kullanılması halinde,4 m elde edilirken, kömür için bu değer,47 m olmaktadır. Geri ödeme süreleri,4 ile 3,5 yıl arasında, yıllık tasarruf miktarı da %64-%76 olarak elde edilmiştir. Ayrıca sera gazı emisyonları salınımında %79 a varan düşüşler olduğu hesaplanmıştır. Anahtar Kelimeler Bina, Optimum yalıtım kalınlığı, Ömür maliyet analizi, Enerji tasarrufu, Hava kirliliği, İzmir. emissions and energy consumption come. While the life cycles of fossil-derived energy types in the World are rapidly shortening, damage to the environment and to the atmosphere is increasing at the same rate. With increased fuel consumption in regions where the industry has developed, gas emissions are rising and living conditions are becoming worse. The waste heat released to the environment brings many health problems and even affects government policies. One of the measures to be taken against all these problems is to reduce energy consumption. With thermal insulation applied to the premises, including in residential buildings, both energy can be saved and greenhouse gas emissions can be reduced. In this study, by using life cost analysis method, the effects on optimum insulation thickness, total cost, energy saving and the payback period of the component differences on the exterior walls of the building have been investigated for 3 different fuels (natural gas, imported coal and domestic coal) and 3 different insulation materials (, and stone wool) used in the building exterior walls in the city of İzmir in Turkey. The lowest insulation thickness for the selected wall type is,4 m when using insulation material and natural gas as fuel, while the value for coal is.47 m. Payback periods are between.4 and 3.5 years, and annual cost savings are between 64% and 76%. It has also been estimated that emissions of greenhouse gases decrease by up to 79%. Keywords Include Building, Optimum insulation thickness, Life cycle cost analysis, Energy saving, Air pollution, İzmir. Abstract At the beginning of the World and Turkey s most important problem, the global warming, greenhouse gas 348 I. GİRİŞ Bilinçsiz enerji tüketimi, Türkiye nin olduğu gibi dünyanın

2 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 başlıca sorunları arasında gösterilmektedir. Hayatın her alanında tüketilen enerjiyi, sanayi sektörü, bina, ulaştırma ve tarım olmak üzere dört sektör kullanmaktadır. Bunlar arasında, sanayi sektöründen sonra en geniş enerji tüketimine sahip olan sektör bina sektörüdür. Türkiye, kullandığı enerjinin büyük çoğunluğunu konutların ısıtılması ve soğutulması amacıyla tüketmektedir. Yalıtımsızlık nedeniyle israf edilen enerji, kükürt dioksit, karbon monoksit ve bunun gibi zehirli gazların oluşturduğu hava kirliliğine yol açmaktadır. Bu da sadece Türkiye açısından değil küresel anlamda büyük ve tehlikeli bir problemdir. Ülkemizde konut ve yapı sektörünün, toplam enerjinin yaklaşık %3-35 ini tüketmesi ve büyük bir tasarruf potansiyeline sahip olması, bu sektöre yönelik ilgiyi artırmıştır [1]. Türkiye nin enerji tüketimi enerji üretiminden daha fazla olduğu için enerji ihtiyacını dış alımlarla yapan bir ülkedir. Türkiye de sanayi ve teknolojik yatırımların artması, şehirleşme ve yaşam kalitesinin yükselmesi, göç ve diğer yollar ile ülke nüfusunun artışı enerji tüketimini hızlı bir şekilde arttırmaktadır. Bu nedenlerden dolayı Türkiye gibi ülkelerin enerji tasarruf planları ve önlemleri öncelikli olarak ısıl konfor için harcanan enerjiden başlanmalıdır. Bu önlemleri almanın da en kolay yolu ısıl konfor uygulamalarında ısı yalıtımı ile yazın ısı kazancını kışın da ısı kaybını asgari seviyeye indirgemektir. Binalara yapılacak ısı yalıtım uygulamaları ile önemli ölçüde enerji tasarrufunun yanında fosil yakıt tüketiminin azalmasından kaynaklı sera gazı salınımının da azalacağı aşikârdır. Bina dış duvarlarına yapılacak olan yalıtım uygulamalarında yalıtım kalınlığı oldukça önem arz etmektedir. Çünkü yalıtım kalınlığının artması ısı kazancı ve ısı kaybını önemli ölçüde azaltırken, yalıtım malzemesinden doğacak yalıtım maliyeti de artacaktır. Bunun için yalıtım uygulamalarında optimum bir nokta bulmak gerekmektedir. Optimum yalıtım kalınlığını bulmakla birlikte hem yakıttan hem sera gazı emisyonundan hem de yalıtım maliyetinden tasarruf sağlanacak, amortisman süresi de kısalacaktır. Bina dış kabuğu için yapılacak bir yalıtım uygulamasında, yalıtım kalınlığı arttıkça ısı kazanç ve kayıpları önemli ölçüde azalırken, yalıtım maliyeti ise artacaktır. Yalıtımı bilinçsizce yapmak yararın yanında zarar vereceği de gözden kaçırılmamalıdır. Bu durumda yalıtım kalınlığının optimum değeri maliyet analizi yapılarak belirlenmelidir. Farklı metotlar kullanılarak bina dış duvarlarına uygulanan yalıtım malzemelerinin optimum yalıtım kalınlıklarını belirlemek için bir çok çalışma yapılmıştır. Bolattürk, yaptığı çalışmada Türkiye nin birinci iklim bölgesindeki şehirler için optimum yalıtım kalınlıklarını güneş radyasyonunu da dikkate alarak hesap etmiştir. Buna göre sıcak iklim bölgelerindeki binalarda optimum yalıtım kalınlıkları soğutma yüklerine göre değerlendirilmesi gerektiğini vurgulamıştır []. Bolattürk, başka bir çalışmasında Türkiye nin dört farklı iklim bölgesinden seçilen on altı farklı şehir için optimum yalıtım kalınlıkları, enerji tasarrufları ve geri ödeme sürelerini hesaplamıştır. Hesaplama sonucunda, bu değerleri sırasıyla,,17 m, %-%79 ve 1,3 4,5 yıl aralığında belirlemiştir [3]. Gölcü vd., Denizli deki binalarda ısıtma için farklı enerji kaynaklarının kullanılması halinde dış duvarlar için optimum yalıtım kalınlığını, derecegün sayısını esas alarak hesaplamışlar, enerji kaynağı olarak kömür kullanıldığında; optimum yalıtım kalınlığı, yıllık tasarruf ve geri ödeme süresini sırasıyla,48 m, %4 ve,4 yıl olarak elde etmişlerdir [4]. Öztuna, Edirne ilinde altı farklı yakıt türü ve iki farklı duvar konstrüksiyonu için derece gün yöntemini kullanarak optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisini incelemiştir. Yakıt olarak yerli kömür seçildiğinde, yalıtım malzemesi için iki farklı duvar konstrüksiyonu için optimum yalıtım kalınlığını,8 ile 3,9 cm, geri ödeme süresini,1 ile 4, yıl, enerji tasarrufunu ise %4 ile %47 aralığında bulmuştur [5]. Daşdemir, Ardahan da bir bina dış duvar bileşeninde yalıtımla beraber hava boşluğu kullanıldığında CO ve SO salınımında %8 e varan düşüşler olduğunu tespit etmiştir [6]. Gürel ve Daşdemir, Türkiye nin dört farklı ısı bölgesinden iller için dış duvar yalıtımının optimum yalıtım kalınlığında yapılması durumunda, salınan zararlı gazların %65-%75 oranında azaldığını tespit etmişlerdir [7]. Kurt, Karabük ili için yaptığı dış duvarlarda hava boşluğunun, optimum yalıtım kalınlığı, enerji tasarrufu, toplam maliyet, CO ve SO salınımları üzerindeki etkisini araştırmıştır. Dış duvar içerisinde hava boşluğunun sırasıyla, 4, 6 cm bırakılması durumunda, hava boşluksuz duvara oranla, CO ve SO salınımında ortalama %54,46 ya varan azalma olabileceği görülmüştür [8]. Mahlia ve İqbal, Maldivler için kullanılan yakıt türüne göre oluşan baca gazı emisyonlarından CO ve SO miktarlarındaki azalmayı değerlendirmişlerdir. Duvar bileşenleri içerisinde hava boşluğu kullanılması durumunda optimum yalıtım kalınlığının düştüğü, CO emisyonunda %5, toplam baca gazı emisyonunda ise %77 ye varan azalmalar olduğu görülmüştür [9]. Kurt ve Daşdemir, Adıyaman ili için hava boşluklu dış duvar konstrüksiyonunun çevre kirliliği üzerine etkisini incelemişler ve hava boşluğu bırakılan duvarların emisyon salınımında diğer duvar tiplerine göre daha avantajlı olduğunu belirtip kişi başına düşen emisyon miktarı,13 ton CO iken hava boşluklu bir duvarda bu değerin,45 ton CO e düştüğünü tespit etmişlerdir [1]. Kaynaklı ve Yamankaradeniz, bir bölgenin derece-gün sayısının hesaplanmasına ve dış duvarlara uygulanacak yalıtım kalınlığının tespitine yönelik bir prosedür sunmuşlardır [11]. Gürel vd., Karabük te kömür ve doğalgaz kullanımında dış duvar optimum yalıtım kalınlığı tespitinin ekonomik ve çevresel analizi yapılmışlardır [1]. Ertürk vd., ısıtma ve soğutma uygulamalarında, ısıtma derece saat ve soğutma derece saat değerlerine bağlı olarak, en küçük optimum yalıtım kalınlığı, maksimum yıllık kazanç, minimum geri ödeme süresi, minimum baca gazı emisyonu, sandviç duvarda, yalıtım malzemesi olarak, yakıt olarak doğal gaz kullanılması durumunda gerçekleştiğini bulmuşlardır [13]. Ertürk vd., bina dış duvarlarından ziyade, pencereler üzerindeki sızmaların önüne geçmek için Ege Bölgesindeki illerde pencereler için optimum hava tabakası kalınlığını araştırmışlardır [14]. Literatür taramasından da görüldüğü üzere literatürde ısı yalıtımı üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Tüm çalışmaların ortak ve çıkış noktası enerji sarfiyatını azaltmak ve optimum yalıtım kalınlığını elde ederek yakıt 349

3 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 tüketimini en aza indirgemek yüksek tasarruf elde ederek amortisman süresini en aza indirgemektir. Bu çalışmada ise, Türkiye nin sıcak iklim bölgesinde yer alan ve Türkiye nin nüfus bakımından 3. büyük şehri olan İzmir için yakıt olarak doğalgaz ve kömür, yalıtım malzemesi olarak da, ve Taş yünü kullanılması durumunda farklı iki tip duvar bileşenlerinde meydana gelecek optimum yalıtım kalınlıkları değişiklikleri, optimum yalıtım kalınlığının çevre ve enerji üzerindeki etkisi, gaz emisyonlarının salınımı ve İzmir de kişi başına düşen emisyonlardaki değişiklikler incelenmiştir. II. MATERYAL VE METOT A. Bina Dış Duvar Konstrüksiyonu U 1 Ri R w R y R d () Eşitlikte; Ri ve Rd sırasıyla duvar iç ve dış yüzeyinin ısıl taşınım dirençleridir. Rw yalıtımsız duvar tabakasının toplam ısıl direncidir. Ry kullanılan yalıtım malzemesinin ısıl direncini göstermekte olup, aşağıda verilen eşitliklerden hesaplanmıştır. Ry x ky (3) Yalıtımlı ve yalıtımsız haldeki bir binanın dış duvarlarında meydana gelen ısı kayıplarına karşılık, ısıtma için harcanan yıllık enerji miktarı aşağıdaki eşitlikten elde edilir. C U HDH (4) EA f LHV Yapı bileşenleri genellikle ülkelere, iklim bölgelerine, hava şartlarına veya yapı malzemelerinin temin edilebilme durumuna göre değişiklik gösterebilir. Türkiye de yalıtım uygulamalarında yapı bileşenleri değişse de genellikle iki tip duvar seçilmektedir; sandviç tip duvar ve dıştan yalıtımlı duvar. Bu çalışmada, dış duvarlardan meydana gelecek kayıpları en aza indirgemek için iki tip duvar seçilmiştir. Birinci tip duvar dıştan yalıtımlı duvar, ikinci tip duvar ise sandviç duvar tipi tercih edilmiştir. Duvar bileşenleri; (1) iç sıva, () yalıtım malzemesi, (3) tuğla (13,5 cm), (4) dış sıva ve (5) tuğla (8 cm) oluşturduğu duvar tipi Şekil 1 de görülmektedir. Eşitlikte, HDH; ısıtma derece saat değerini, LHV; yakıtın alt ısıl değerini (J/m3) göstermektedir. Tablo 1 de çalışmada kullanılan yakıtlara ait özellikler verilmiştir. Çalışma için seçilen yakıtlar kömür olarak ithal Sibirya kömürü, doğalgaz fiyatı da Başkent Gaz şirketinden alınmıştır [14]. TABLO 1 KULLANILAN YAKITA AİT ÖZELLİKLER Yakıt Doğal Gaz Kömür (İthal) Fiyat 1,83 TL/m3,8 TL/kg LHV 34.56x16 J/m3 9.95x16 j/kg η Kimyasal Formül Doğal Gaz C1.5 H4O.34N. Kömür (İthal) C5.85H5.6O1.13S.8N.77 C. Optimum Yalıtım Kalınlığının Belirlenmesi Bu çalışmada, optimum yalıtım kalınlığı hesaplanırken ömür maliyet analizi kullanılmıştır. Toplam ısıtma maliyetinin hesabında ise binanın ömür süresi (N) ile şimdiki değer faktörü (P1) birlikte değerlendirilmiştir. Şimdiki değer faktörü, faiz oranı (i) ve enflasyon oranına (d) bağlı olarak değişir ve aşağıdaki eşitlikten hesaplanır. Hesaplamalarda i=%9 ve d=%9 alınmıştır. N (5) i d ise P1 Şekil 1. Çalışmada kullanılan duvar konstrüksiyonları 1 i B. Bina Isıtma Enerjisi İhtiyacının Hesabı Bilindiği gibi binalarda en fazla ısı kaybı ya da yazın ısı kazancı, binayı oluşturan yapı bileşenlerinden meydana gelmektedir. Bu bileşenlerde meydana gelen ısı kayıpları binanın mimari şekline, binanın yönüne, konumuna yalıtımlı olup olmamasına ve yapıda kullanılan malzemelerin özelliğine göre değişiklik gösterebilir. Bina duvarlarına uygulanacak ısı yalıtımı ile yakıt tüketimi azalacak, yakıt tüketiminin azalmasıyla da atmosfere salınan sera gazı düşecek ve çevre kirliliğinin önüne geçilerek daha kaliteli hava sahası ortaya çıkacaktır. Dış duvarın birim alanından meydana gelen ısı kaybı, Eşitlik (1) kullanılarak hesaplanabilir. (1) q U ( Tb To ) Eşitlikte, U toplam ısı transfer katsayısını (W/mK) ifade etmekte olup, aşağıdaki eşitlikten elde edilir. Yalıtımın ilk yatırım maliyeti (P), işletme giderleri ve bakım giderleri olarak alınmış olup, aşağıda verilen eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır. P 1 P1 M s Rv 1 d N (6) Eşitlikte, Ms; yıllık bakım ve işçilik maliyetinin ilk alınan maliyet değerine oranını, Rv; perakende satış değerinin ilk satış değerine oranını göstermektedir. Buna göre bakım ve işçilik maliyetleri sıfır kabul edilirse P değeri 1 alınabilir. Yalıtım maliyeti (Cy) ise, yalıtım malzemesinin birim hacim fiyatı (Ci) ile yalıtım malzemesi tabaka kalınlığının çarpımına eşit olup, aşağıdaki gibi hesaplanır. (7) C y Ci x Bina duvarının birim alanından elde edilecek enerji tasarrufu ise aşağıdaki eşitlikten hesaplanabilir. 35

4 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 (8) S P1 E A P C y Yalıtılmış bir binanın toplam ısıtma maliyeti; sistemle ilgili tüm harcamaların toplamından oluşan ömür maliyet analizi kullanılarak aşağıdaki eşitlikten elde edilmiştir. olan oksijen miktarı aşağıda verilen eşitliklerden elde edilmiştir. z w (13) A x y w t z B 3,76 x y 4 Ctop P1 EA PC y (9) Optimum nokta, Türkçe olarak en iyi nokta en kabul edilebilir, en elverişli nokta olarak tanımlanır. Yalıtım da optimum nokta ise yıllık maliyetin en düşük olduğu, enerji tasarrufunun en yüksek olduğu nokta olarak ifade edilebilir. Bu noktada yapılacak olan yalıtım, en az maliyet veya en çok enerji tasarrufu sağlayacaktır. Optimum yalıtım kalınlığı, derece saat yöntemi kullanılarak aşağıdaki verilen eşitlikten hesaplanmıştır. Örnek uygulama için seçilen İzmir ilinin derece saat değeri Tablo de verilmiştir. HDH C P k (1) k R X 1/ f opt 1 y P LHV C i y wt Yapılan yatırımın somut olarak geri dönmesi önemli bir parametredir. Bunun için de yapılan yatırıma karşılık, geri ödeme süresinin belirlenmesi gerekir. Yalıtımın geri ödeme süresi aşağıdaki eşitlikten belirlenmiştir. LHV C P ( R x R k ) ( 1 i ) (11) GÖS wt 4 (14) Eşitlik (1) de verilen NOx ve CO emisyonları ihmal edilmiştir. 1 kg yakıtın yanması sonucu ortaya çıkacak emisyon oranları aşağıdaki eşitliklerden hesaplanmıştır. = ( ) (15) =. ( (16) ) Toplam yakıt miktarının belirlendiği mf denklemi üzerinden, yanma sonucu açığa çıkacak toplam gaz emisyonları aşağıda verilen (17) ve (18) denklemleri ile bulunur. = ( ) (17) = ( ) (18) Myakıt yakıtın mol ağırlığı olup, aşağıdaki şekilde hesaplanır. = (19) E. Kişi Başı Baca Gazı Emisyonlarının Hesabı Sera gazı emisyonlarının azaltılması kapsamında Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi ve Kyoto Protokolü gibi mekanizmalar oluşturulmuş ve ülkelerden bu TABLO konu ile ilgili çalışmalar yapması ve hassasiyet göstermesi HESAPLAMALARDA KULLANILAN PARAMETRELER talep edilmiştir. Protokole taraf olan ülkeler, sera gazı miktarının düşürülmesi taahhüt vermişlerdir. Ülkemiz 4 Parametre Değer yılında Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Derece-saat ( C saat) 851 Sözleşmesine taraf olmuş, 9 yılında ise Kyoto Protokolünü Yalıtım sayısallaştırılmış sera gazı emisyon miktarının düşürülmesi,33 W/mK Isı iletim katsayısı, k yükümlülüğü almadan imzalamıştır. 76 $/m3 Maliyet, Ci 1 yılında Türkiye de toplam sera gazı emisyonu arazi kullanım, arazi kullanımı değişikliği ve ormancılık hariç,36 W/mK Isı iletim katsayısı, k olmak üzere 439,9 milyon ton CO eşdeğeri olup, toplam $/m3 Maliyet, Ci emisyonun %7, si enerji sektöründen, %14,3 ü endüstriyel Taş yünü proseslerden, %8, si atıklardan ve %7,3 ü ise tarımsal,4 Isı iletim katsayısı, k faaliyetlerden kaynaklanmaktadır. 18 $/m3 Maliyet, Ci OECD ülkelerinde, toplam sera gazı emisyonunun (arazi Dış duvar 1 Rwt,58 mk/w kullanımı, arazi kullanım değişikliği ve ormancılıktan Dış duvar kaynaklanan emisyonlar hariç) gayri safi yurtiçi hasılaya,696 mk/w Rwt (GSYH) oranına bakıldığında; Türkiye,43 ton CO Ömür, N 1 yıl eşdeğer/1 dolar ile OECD ortalamasının üstünde yer P1 9,5 almaktadır. OECD 11 yılı sera gazı emisyonu verilerine P 1 göre, CO eşdeğer emisyonları en yüksek üye ülke 6,7 milyar ton ile ABD iken, Türkiye 4 milyon ton ile 9. sıradadır. 11 yılı kişi başı sera gazı emisyonları incelendiğinde, D. Baca Gazı Emisyonlarının Hesabı OECD ortalaması 1,8 ton CO eşdeğeridir. Avustralya kişi Bina dış duvarlarına uygulanacak olan yalıtım yakıt başına 4,7 ton CO eşdeğer ile birinci sırada iken Türkiye 5,7 tüketimini düşüreceğinden dolayı, enerji tasarrufunun yanı ton CO eşdeğer ile OECD ülkeleri arasında kişi başına en az sıra, baca gazları emisyonlarını da azaltarak atmosferin yanı sera gazı emisyonu salınımı yapan ülke konumundadır [16]. sıra kişi başına düşen baca gazı emisyonları da azalacaktır. Bu çalışma için, 17 ve 18 numaralı formülden yola Kullanılan yakıtların genel yanma eşitliği aşağıda verilmiştir çıkılarak kişi başına düşen emisyon tahmini olarak [1]. hesaplanabilir. Konut sayısı, gaz salınımı ve konutların C x H z O w S y N t A ( O 3,76 N ) x CO ortalama m değeri nüfus sayısına bölünürse yıllık bir (1) konuttan kişi başına düşen emisyon miktarı bulunmuş z H O y SO ( 1 ) A O B N olacaktır. İzmir için örnek olarak yapılan bu çalışmada TÜİK Yakıt içerisindeki, kimyasalların yanabilmesi için gerekli i wt y C f HDH 351

5 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 verilerine göre İzmir 18 nüfus sayısı ve konut sayısı olarak verilmiştir. Eğer kişi başı düşen emisyon miktarı formüle edilecek olursa, Kişi Başı Emisyon; KBE, Konut Sayısı; KS, Sera Gazı; SG, Alan; A, ve Nüfus Sayısı; NS ile gösterilerek aşağıdaki formül ile hesaplanabilir. SG A KS () KBE yapısı için, optimum yalıtım kalınlıkları, geri ödeme süreleri, toplam maliyetler ve yıllık kazançları göstermektedir. Tablo değerlerinden de anlaşılacağı üzere. Tip (sandviç tip) duvar 1. Tip (dıştan yalıtımlı) duvara göre optimum yalıtım kalınlığı daha düşük çıkmaktadır. Bunun sebebi de duvar için seçilmiş yapı bileşenlerinin ısı iletim katsayıları ve duvar bileşenlerinin NS farklılığıdır. Daha önceki çalışmalar da incelendiğinde toplam ısıl direnci yüksek olan duvar yapısı toplam ısıl direnci daha III. BULGULAR VE TARTIŞMA düşük olan duvar tiplerine göre, ısı transferlerine karşı daha Çalışmada İzmir ili temel alınarak, optimum yalıtım avantajlı olmaktadır. Her iki yakıt türü ve duvar tipinde de kalınlığı hesabı yapılmıştır. Hesaplama için bu ilde ve yalıtım malzemesinin optimum yalıtım kalınlığı daha Türkiye de en fazla kullanılan iki yakıt türü, doğalgaz ve ithal düşük çıkmakta olduğu görülmüştür. yalıtım malzemesi kömür seçilmiştir. Yine bölgede kullanım durumuna ve diğer yalıtım malzemelerine oranla ısı iletim katsayıları çok Türkiye şartlarında en fazla tercih edilen üç yalıtım malzemesi, düşük bir yalıtım malzemesidir. Bundan dolayı yalıtım,, ve Taş yünü tercih edilmiştir. Her iki yakıt türü yaparken diğer yalıtım malzemelerine oranla daha az için de ayrı ayrı hesaplamalar yapılmış, yapılan bu kalınlıklarda yapılabilir. Tabi burada dikkat edilmesi gereken hesaplamalar seçilen ikinci bir duvar tipi olan sandviç duvar hususlardan biri de bu yalıtım malzemesinin temini ve bölge ile karşılaştırılmıştır. şartlarına uygunluğu olacaktır. Tablo 3, İzmir için yapılan bu çalışmada iki farklı duvar TABLO 3 FARKLI YALITIM DUVAR TİPLERİ İÇİN YAKIT TÜRLERİNİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI, ENERJİ TASARRUFU TOPLAM MALİYET ÜZERİNDEKİ ETKİLERİ (A: KÖMÜR, B: DOĞALGAZ) DUVAR TİPLERİ 1. TİP DUVAR A: KÖMÜR. TİP DUVAR Yalıtım Maliyeti ($/myıl) 14,58 13,86 13,3 1,69 1,3 1,6 Yakıt Maliyeti ($/myıl) 18,857 17,98 17,149 19,7 17,959 17,54 33,437 31,768 3,469 31,76 3,79 9,114,4,47,133 3,5 3,69,938 46,16 47,831 49,13 6,337 7,819 8,984,54,63,74,47,56,67 Toplam Maliyet ($/m yıl) Geri Ödeme Süresi (yıl) Kazanç ($/m yıl) Optimum DUVAR TİPLERİ 1. TİP DUVAR B: DOĞALGAZ. TİP DUVAR Yalıtım Maliyeti ($/m yıl) 1,96 1,54 1,6 11,34 11, 1,8 Yakıt Maliyeti ($/myıl) 17,678 16,59 15,893 17,63 16,641 15,799 Toplam Maliyet ($/m yıl) 3,638 9,13 7,953 8,963 7,641 6,599 Geri Ödeme Süresi (Yıl),56,45,31 3,519 3,313 3,17 37,658 39,166 4,343,885,7 3,49,48,57,67,4,5,6 Kazanç ($/m yıl) Optimum Optimum yalıtım kalınlığını birçok faktör etkilemektedir. Sadece duvar tipinin değişmesi ile optimum yalıtım kalınlığını daha düşük noktalara çekmek yanlış bir ifade olacaktır. Aynı duvar tipinde yakıt türlerini değiştirerek, hesaplama yapıldığında yakıt türü değişikliğine göre optimum yalıtım kalınlığında da değişim olduğu Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3 te görüldüğü gibi, 1. Tip (dıştan yalıtımlı) duvar için yalıtım malzemesi kullanılması halinde optimum yalıtım kalınlığı,48 m (3,4 cm) iken, aynı duvar tipinde, yakıt olarak kömür, yalıtım malzemesi de yine seçilmesi halinde bu değer,,54 m (5,4 cm) olmaktadır. Yakıt türünün optimum yalıtım kalınlığına bu denli değiştirmesinde yakıt maliyeti, yakıt alt ısıl değeri, yakıt verimi belirleyici bir etken olmaktadır. Bu çalışmada da farklı yakıt türlerinin kullanılmasının başlıca amaçlarından biri de yakıt türlerinin yalıtım kalınlığına etkisini göstermektir. Yine aynı tabloda, 35

6 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April Kömür Doğalgaz Kömür Doğalgaz ,4,8,1,16,,4,,4,6,8,1,1,14,16,18 Şekil 4. Yakıt ve duvar tiplerine göre yıllık yakıt tüketimi, Şekil. Farklı yalıtım malzemeleri kullanımına göre enerji tasarrufu Optimum yalıtım kalınlığını etkileyen birçok faktör vardır. Yakıt maliyeti, yalıtım malzemesi maliyeti, duvar bileşenleri, yakıt alt ısıl değerleri vb. optimum yalıtım kalınlığını etkileyen faktörlerin en başında derece saat değerleri gelmektedir. Isıtma derece saat sayısının artması, bölgenin soğuk bir iklim bölgesinde yer aldığının bir göstergesidir. Şekil 3 te ısıtma derece saat değerlerine bağlı olarak optimum yalıtım kalınlıklarına yer verilmiştir. Şekilden de anlaşılacağı üzere derece saat değeri arttıkça optimum yalıtım kalınlığı da artmaktadır [11].,8 Optimum Şekil 4 te yakıt olarak kömür ve doğalgaz kullanımında farklı duvarlarda oluşacak birim alan başına yıllık yakıt tüketimleri verilmiştir. Verilen şekilde her iki yakıt kullanıldığında ve her iki duvar tipi için de yakıt tüketiminin yalıtım kalınlığına bağlı olarak düştüğü görülmektedir. Yalıtım kalınlığına bağlı olarak bu düşüşler ısı kayıplarının azalmasıyla meydana gelmektedir. Bu düşüşe bağlı olarak birim alanı ısıtmak için kullanılan yakıt tüketimi azalacak ve dolayısıyla hava kirliliğine neden olan emisyonlar azalacaktır. Yakıt Tüketimi (kg/myıl - m3/myıl) Enerji Tasarrufu (TL/myıl) 1.Tip duvarda yalıtım malzemesi ve doğalgaz kullanılması halinde optimum yalıtım kalınlığı,,48 m (4,8 cm) elde edilirken, sandviç tip duvarda bu değer,4 m (4, cm) olmaktadır. Kömür ve doğalgaz kullanımında birim alandan elde edilen enerji tasarrufları Şekil de verilmiştir. Enerji tasarrufu yalıtım kalınlığının artmasıyla birlikte yükselmektedir. Enerji tasarrufunun en üst noktası optimum yalıtım kalınlığını noktasını verir. Yakıt olarak kömür kullanılması durumunda elde edilecek enerji tasarrufu, yakıt olarak doğalgaz kullanımından elde edilecek enerji tasarrufundan fazladır. Bunun nedeni kömürün düşük verimi ve alt ısıl değeridir. Dolayısıyla birim alanı ısıtmak için gerekli enerjinin maliyeti kömür için doğalgaza göre daha fazladır. Kömür Doğalgaz,7,6,5,4,3,,1, Derece Saat (Bin) Şekil 3. Derece saat değerlerine göre optimum yalıtım kalınlığı değişimleri Yalıtım, iyi bir enerji tasarruf yöntemi olmasının yanında yakıt kaynaklı çevresel kirlilik için de ciddi bir önlemdir. Kömür ve doğal gaz yandıkları zaman çevreye CO ve SO gibi zararlı gazlar salınmaktadır. İnsan sağlığı için zararlı olan bu gazlar, yakıt tüketiminin artmasına bağlı olarak artış göstermektedir. Bina duvarlarına uygulanacak olan yalıtım, yakıt tüketimini azaltacağı için baca gazı emisyonlarını da önemli ölçüde düşürecektir. Hesaplamalardan elde edilen sonuçlar değerlendirilerek Tablo 4 te verilmiştir. Tabloda yalıtımsız halde atmosfere salınan CO ile Optimum noktayı bularak yalıtılmış bir binadan atmosfere salınan gazlar kıyaslanmıştır. Tabloya göre yalıtımsız bir binadan yıllık metrekare başına 118,46 kg CO atmosfere salınırken bu değer ile yalıtılmış bir binada 5,381 kg a düşmektedir. Bu değerlere göre optimum yalıtım kalınlığında bir binadaki sera gazı salınımının %78 düşürüldüğü anlamına gelmektedir. Yıllık CO emisyonlarının yalıtım kalınlığına bağlı olarak değişimi 1. Duvar tipi (a) ve. Duvar tipine göre Şekil 5 te verilmiştir. Yalıtım kalınlığının artmasıyla birlikte yıllık yakıt tüketimi azalacak dolayısıyla kullanılan yakıtların yanması sonucu açığa çıkan emisyonlar da azalacaktır. Bu durum şüphesiz fosil kaynaklı yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan hava kirliliğini de azaltacaktır. Emisyon salınımının azalması hava kalitesini dolayısıyla da yaşam ve konfor şartlarını da arttıracaktır. SO gazı özellikle bitkilerde ve ormanlarda ölümlere neden olmaktadır. Bu bitki ve orman ölümleri de solunan havanın temizlenmemesi anlamına gelir ki bu da Akciğere nüfuz edilen havanın kirli olduğu anlamına gelir. Yıllık,37 ppm değerinin üzerinde solunan SO akciğer hastalıklarına 353

7 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 davetiye çıkarmaktadır. Tablo 5 te verilen değerler bina için yalıtımlı ve yalıtımsız halde, SO salınımlarının değerlerini göstermektedir. Şekil 6 da yıllık kömür kullanımına bağlı emisyon SO emisyon miktarları verilmiştir. Grafik için hesaplamalarda en iyi yalıtım malzemesi belirlenen tercih edilmiştir. CO emisyonunda olduğu gibi SO emisyonu da yalıtım kalınlığına bağlı olarak değişim göstermektedir. Yalıtım kalınlığı arttıkça SO emisyonu azalmaktadır. TABLO 4 FARKLI DUVAR TİPİ İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞINDA CO EMİSYON DEĞERLERİ Yalıtım Malzemeleri YAKIT TÜRÜ Yalıtımsız 118,46 8,383 6,78 5,381 DOĞALGAZ 1 (kgco/kg yakıt) 69,97 16,16 15,133 14,497 KÖMÜR (kgco/kg yakıt) 86,464 8,64 6,65 5,51 DOĞALGAZ (kgco/kg yakıt) 45,47 16,75 15,179 14,411 KÖMÜR 1 (kgco/kg yakıt) TABLO 5 FARKLI DUVAR TİPİ İÇİN SO EMİSYON DEĞERLERİ 1. Tip Duvar Yalıtımsız (kg SO/kg yıl),4,4,4,177,177,177 Optimum Yalıtım Kalınlığı (kg SO/kg yıl),58,55,5,58,55,53 Şekil 5. Duvar tiplerine göre yıllık CO emisyon miktarları DOĞALGAZ1 KÖMÜR , ,4,8,1,16,,4 SO Emisyon Miktarı (Kg/m yıl) CO Emisyonu (Kg/m-yıl). Tip Duvar 1.TİP DUVAR,5,,15,1,5 CO Emisyonu (kg/m yıl) ,4,8,1,16,,8,1,16 DOĞALGAZ KÖMÜR,4,4 354,,4

8 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 SO Emisyon Miktarı (Kg/ m yıl),. TİP DUVAR,18,16,14,1,1,8,6,4, Yalıtımın önemi ve sağladığı katkılar geniş kitlelere anlatılmalıdır. Özellikle uygulayıcılara eğitimler vererek doğru yalıtım kuralları hakkında bilgilendirmeli ve belirli bir standart yakalamaya çalışılmalıdır. Yapılacak yönetmelikler ve değişiklikler ile yalıtım malzemeleri ve yalıtım kalınlıkları hakkında bölgeler yeniden düzenlenmeli ve her ısı bölgesine göre standart uygulama zorunluluğu getirilmelidir. Isı yalıtımı hükümet politikalarında mutlaka yer almalı ve tüm binalarda zorunlu olmasının yanında denetimi de sıklaştırılmalıdır. Böylelikle alınacak tedbirler sayesinde ülke ekonomisine fayda sağladığı gibi insan sağlığı, çevre ve yaşam standartında iyileşmeler elde edilecektir.,4,8,1,16, SİMGELER VE KISALTMALAR,4 Cy Cf EA g i k mf PP P1 q r R Tb T U x η GÖS HDH LCCA LHV Şekil 6. Duvar tiplerine göre yıllık CO emisyon miktarları IV. SONUÇ VE ÖNERİLER Fosil kaynaklı yakıtların tükenebilirliğinin yanında çevreye verdiği zarar göz ardı edilemez. Dünyada her yıl sadece hava kirliliğinden 3 milyona yakın insanın öldüğü bilinmektedir. Bu sayıda dünyadaki ölüm oranının %5 ini oluşturmaktadır. Dünya nüfusuna ve ölüm oranlarındaki payına bakılırsa azımsanacak bir rakam olmadığı görülecektir. Elbette çevre kirliliğinin tümüne fosil yakıtlar sebep olmuyor ancak büyük çoğunluğunu teşkil etmektedir. Çevrenin kirlenmesi ile birlikte akciğere giden hava kirli olduğundan dolayı birçok akciğer hastalıklarının ana kaynağı haline gelmiştir. Yalıtım sadece enerjiden tasarrufunun yanında birçok faydası vardır. Doğru şekilde yapılan bir ısı yalıtımı ile, yapılan enerji tasarrufunun yanı sıra küresel ısınma, sera etkisi, çevre kirliliği, orman ölümleri gibi birçok olumsuz olayların önüne geçilmiş olunacaktır. Binalarda oluşacak terleme, korozyonun gibi binayı olumsuz etkileyen durumların önüne geçeceğinden dolayı ekonomiye katkı sağlayacaktır. Isı yalıtımı uygulaması ile yazın ısı kazancı kışın ise ısı kaybı engellenmiş olacak bunun neticesinde de tüketilen fosil yakıt oranı azalacağından dolayı atmosfere salınan zararlı gazların azalması sağlanacaktır. Bu çalışmadan elde edilen sonuca göre, bina dış duvarlarında yalıtımın dış duvar tipine göre hem toplam maliyete, hem yıllık kazanca hem de baca gazı emisyonunun önlenmesine katkısı olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada kullanılan 3 yalıtım malzemesi içinden en iyi yalıtım malzemesi olarak ısı iletim katsayısı en düşük olan olduğu görülmüştür. Uygulanacak olan yalıtım işlemiyle maliyetten tasarruf edilebildiği gibi baca gazı emisyonlarında da %79 civarında bir azalma sağlanabilmektedir. Son nüfus sayımına göre, nüfusu olan ve konut bulunan İzmir ilinde, konutlar ortalama 1 m ve yalıtımsız kabul edilirse kişi başına düşen CO emisyon miktarı 3483 kg olurken, bu sayı SO emisyonunda 7 kg olmaktadır. Yani kişi başına düşen emisyon mikarı 3491 kg olacaktır. Eğer tüm binalar yalıtımlı kabul edilirse, CO emisyonu 86 kg, SO emisyonu da 5 kg olacaktır. Yalıtım maliyet [TL/m3] Yakıt maliyet [TL/kg, TL/m3, TL/kWh] Isıtma için gerekli yıllık enerji miktarı [J/myıl] Enflasyon oranı [%] Faiz oranı [%] Yalıtım malzemesinin ısıl iletim katsayısı [W/mK] Yıllık yakıt tüketimi [kg/myıl, m3/myıl, kwh/myıl] Geri ödeme süresi [yıl] Şimdiki değer faktörü Yıllık ısı kaybı [MJ/myıl] Gerçek faiz oranı Isıl direnç [mk/w] Mahal sıcaklığı [ C] Ortalama dış sıcaklık [ C] Toplam ısı geçiş katsayısı [W/mK] Yalıtım Kalınlığı [m] Yakma sisteminin verimi Geri ödeme süresi [Yıl] Isıtma derece Saat [ C-gün] Ömür maliyet analizi Yakıtın alt ısıl değeri [J/kg, J/m3, J/kWh] KAYNAKLAR [1] [] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 355 M. Özel, Dört farklı il için optimum yalıtım kalınlıklarının belirlenmesi ve çevresel analiz, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, cilt 1, syf. 1-17, 13. A. Bolattürk, Optimum insulation thicknesses for building walls with respect to cooling and heating degree-hours in the warmest zone of Turkey, Building and Environment, vol. 43 (6), pp , 8. A. Bolattürk, Determination of optimum insulation thickness for building walls with respect to various fuels and climate zones in Turkey, Applied Thermal Engineering, vol. 6 (11-1), pp , 6. M. Gölcü, Ö. A. Dombaycı, ve S. Abalı, Denizli için optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisi ve sonuçları, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, cilt 1 (4), syf , 6. Ö. A. Dombaycı, The environmental impact of optimum insulation thickness for external walls of buildings, Energy and Buildings, vol. 4, pp , 7. S.A. Al-Sanea, M. F. Zedan, and S. A. Al-Ajlan, S.A., Effect of electricity tariff on the optimum insulation-thickness in building walls as determined by a dynamic heat-transfer model, Applied Energy, vol. 8, pp , 5. A. E. Gürel, and A. Daşdemir A., Economical and environmental effects of thermal insulation thickness in four different climatic regions of Turkey, IJRER, vol. 1 (1), pp. 1-1, 11. H. Kurt, The usage of air gap in the composite wall for energy saving and air pollution, Environmental Progress & Sustainable Energy, vol. 3 (3), pp , 11. T. M. I. Mahlia, and A. Iqbal, Cost benefits analysis and emission reductions of optimum thickness and air gaps for selected insulation materials for building walls in Maldives, Energy, vol. 35 (5), pp. 4-5, 1.

9 14th International Combustion Symposium (INCOS18) 5-7 April 18 [1] [11] [1] [13] A. Daşdemir, ve H. Kurt Hava boşluklu dış duvar konstrüksiyonunun çevre kirliliği üzerine etkisi,. Uluslararası Çevre ve Ahlak Sempozyumu (ISEM 14), Adıyaman, Türkiye, 4-6 Ekim 14. Ö. Kaynaklı, ve R. Yamankaradeniz, Isıtma süreci ve optimum yalıtım kalınlığı hesabı, Tesisat Mühendisliği Dergisi, cilt 14 (3), syf. 19-5, 8. A. E. Gürel, Y. Çay, A. Daşdemir, E. Küçükkülahlı, Karabük için dış duvar optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufu ve hava kirliliğine etkileri, Tarih Kültür ve Sanat Araştırmaları Dergisi, cilt 1 (4), 1. M. Ertürk, A. Keçebaş, A. Daşdemir, H. Kurt, Isıtma ve soğutma uygulamalarında optimum yalıtım kalınlığı ve enerji tasarrufu analizi, [14] [15] [16] 356 1th International Clean Energy Symposium, Istanbul, Turkey, 4-6 October 16. Tesisat Dergisi, 9 Şubat 18 Yakıt Fiyatları, Sayı 66 syf. 1, 18. O. V. Güler, A. Daşdemir, M. Ertürk, A. Keçebaş, Investigation of the effect of optimum insulation thickness on energy consumption and emissions: A case study for Ankara, 1st International Conference on Energy Systems Engineering, Karabük, Turkey, November -4, d.pdf, Erişim tarihi,