FARKLI DIġ DUVAR YAPILARI ĠÇĠN OPTĠMUM ISI YALITIM KALINLIĞI TESPĠTĠNĠN EKONOMĠK ANALĠZĠ

Transkript

1 FARKLI DIġ DUVAR YAPILARI ĠÇĠN OPTĠMUM ISI YALITIM KALINLIĞI TESPĠTĠNĠN EKONOMĠK ANALĠZĠ, Zafe ĠNGĠZ Düzce Ünivesitesi, Düzce Meslek Yüksekokulu, Teknik Pogamla Uzunmustafa, DÜZE. ÖZET Tükiye gibi eneji ihtiyacının büyük bi bölümünü ithalat yoluyla kaşılayan ülkelede enejinin tasauflu kullanılması ekonomik açıdan büyük bi önem taşımaktadı. Yapılada uygulanan ısı yalıtım teknolojilei, enejiden tasauf etmek için kullanılan yöntemlein başında gelmektedi. Ancak kullanılan yalıtım malzemesi kalınlığının geeğinden fazla seçilmesi, yüksek yalıtım maliyetleine yol açmaktadı. Bu yüzden yalıtım uygulamalaında en fazla kazancın elde edildiği optimum bi nokta söz konusudu. Yapılan çalışmada, faklı yapı malzemelei (yatay delikli tuğla ve gaz beton) ve yalıtım şekilleiyle yalıtılmış (dıştan yalıtım ve sandviç yalıtım) bi bina dış duvaı model alınmıştı. Çalışmada söz konusu duvadan geçekleşen ısı kaybı mevcut hesaplamala yoluyla belilenmiş ve ömü maliyet analizine göe (LA) optimum ısı yalıtım kalınlıklaı, gei ödeme süelei ve eneji tasauflaı belilenmişti. Anahta kelimele: Yalıtım, optimizasyon, eneji tasaufu. EONOMIAL ANALYSIS OF DETERMINATION THERMAL INSULATION THIKNESS FOR DIFFERENT EXTERNAL WALLS ABSTRAT In the counties which supply big amount of thei enegy needs by impot like Tukey using the enegy economically is impotant. Themal insulation technologies in buildings ae the main method fo using enegy economically. But choosing the thickness of the insulation mateial edundant causes high insulation costs. Fo this eason, an optimum point which povides the highest pice in insulation applications is the subject. In this study, diffeent building mateials (hoizontal pefoated bick and gas concete), and isolated foms of insulation (eteio insulation and insulation sandwich) was a model of a building eteio wall. The study detemined that the wall and the heat loss though the life-cost analysis, accoding to the pesent calculations (LA), the optimum thickness of insulation, enegy savings and payback peiods wee detemined. Keywods: Insulation, optimization, enegy saving. 1.GĠRĠġ Tükiye de konutlada tüketilen enejinin %80 i ısıtmasoğutma amaçlı olaak kullanılmaktadı. Tükiye gibi enejisinin needeyse tamamını ithal eden bi ülke için bu oan çok yüksekti. Çevesel sounlaın da atmasıyla bilikte ülke genelinde yenilenebili eneji kaynaklaının teşviki ve fosil yakıt kullanımını azaltma çabalaı olsa da yüksek kuulum maliyetlei ve alt yapı zoluklaı bu giişimlei yavaşlatmaktadı. Çeşitli eneji kaynaklaının kullanımından kaynaklanan en büyük çevesel poblem sea etkisi ya da küesel ısınma olaak bilinen küesel iklim değişikliğidi [1]. Enejinin veimli olaak kullanılması, enejiyi üetmekten çok daha ucuza gelecek bi yöntem olaak kaşımıza çıkmaktadı. Eneji tasaufu sadece ülke ekonomisine kazanç sağlamakla kalmayıp özellikle fosil kaynaklı 75

2 yakıtlaın kullanımı sıasında oluşacak çevesel olumsuzluklaı da azaltmaktadı. Bu açıdan bakıldığında, özellikle konutlada geçekleştiilecek yalıtım uygulamalaı ihtiyaçtan öte bi zounluluk olaak göülmektedi. Konutlada ısı kaybını azaltacak yalıtım teknolojilei incelendiğinde yalıtım kalınlığı kavamı ön plana çıkmaktadı. He ne kada yalıtım kalınlığının atması ısı kaybını azaltacak ve yakıt maliyetini düşüecek bi çözüm gibi göünse de yalıtım kalınlığının geektiğinden fazla seçildiği uygulamalada, yalıtım masaflaı ve buna paalel olaak toplam maliyet atacaktı. Dolayısıyla yalıtım kalınlığının tespitinde, en iyi veimin sağlandığı, ekonomik bi optimum nokta söz konusudu [2]. Liteatüde binalada optimum yalıtım kalınlığının belilenmesine yönelik faklı çalışmala bulunmaktadı. Hasan [3] optimum yalıtım kalınlığının belilenmesinde lifecycle metodunu kullanmıştı. Sonuçla polystene ve taş yünü için eneji tasaufunu 21$/m 2 olaak göstemişti. Çalışmanın sonucunda gei ödeme süesi taş yünü için yıl polystene için yıl olaak belilemişti. Dombaycı vd. [4] Denizli deki binalada, ısıtma için faklı eneji kaynaklaının kullanılması halinde dış duvala için optimum yalıtım kalınlığını Deece-Gün değeini esas alaak hesaplamışladı. Çalışmanın sonucunda optimum yalıtım kalınlığı kullanıldığında, eneji tasaufu ve gei ödeme süeleini sıasıyla 14.09$/m 2 ve 1.43 yıl olaak belilemişledi. Bolattük [5] Tükiye nin döt faklı iklim bölgesinden seçilen on altı faklı şehi için optimum yalıtım kalınlıklaı, eneji tasauflaı ve gei ödeme süeleini hesaplamıştı. Hesaplama sonucunda, bu değelei sıasıyla m aasında, %22-%79 aasında ve yıl aasında olaak belilemişti. Uça ve Balo [6]çalışmalaında Tükiye nin döt faklı iklim bölgesi için optimum yalıtım kalınlığı tespitinin ekonomik boyutunu incelemişledi. Çalışma sonucunda optimum yalıtım kalınlıklaını 1.06 ve 7.64 cm aasında eneji tasauflaını 19$/m 2 ve 47$/m 2 aasında ve gei ödeme süeleini 1.8 ve 3.7 yıl aasında belilemişledi. Çomaklı ve Yüksel [7] Tükiye nin en soğuk bölgesi için ısı yalıtımının çevesel boyutlaını değelendimişledi. Bina dış duvaında optimum yalıtım kalınlığı kullanıldığında O 2 emisyonlaının %50 azaldığını belilemişledi. Yu et al. [8] çalışmalaında Çin in kış ve yaz bölgeleinde bulunan şehile için optimum yalıtım kalınlıklaının belilenmesinde faklı yalıtım malzemeleini kıyaslamışladı. Sonuçla faklı iklim bölgeleine göe gei ödeme süeleinin yıl ve life cycle tasaufunun 39 $/m $/m 2 aasında değiştiğini göstemişti. Gölcü vd. [9] dış duvalaında yalıtım malzemesi olaak taş yünü kullanılan bi bina duvaının optimum yalıtım kalınlıklaını, eneji tasauflaını ve gei ödeme süeleini hesaplamışladı. Eneji kaynağı olaak kömü kullanıldığında; optimum yalıtım kalınlığı, yıllık tasauf ve gei ödeme süesi sıasıyla m, % 42 ve 2.4 yıl olaak elde etmişledi. Yapılan çalışmada, Tükiye nin en soğuk şehileinden bii olan Sivas ta faklı yapı malzemelei (yatay delikli tuğla ve gaz beton) ve yalıtım şekilleiyle yalıtılmış (dıştan yalıtım ve sandviç yalıtım) bi bina dış duvaı model alınmıştı. Çalışmada söz konusu duvadan geçekleşen ısı kaybı mevcut hesaplamala yoluyla belilenmiş ve ömü maliyet analizine göe (LA) optimum ısı yalıtım kalınlıklaı, gei ödeme süelei ve eneji tasauflaı belilenmişti. 2. DIġ DUVAR MODELLERĠ Tükiye de dış duva yalıtım uygulamalaı genellikle sandviç duva ve dıştan yalıtımlı duva olmak üzee iki şekilde geçekleştiilmektedi. Yapı malzemesi olaak ise tuğla kullanımının yanı sıa özellikle son yıllada atan bi ivme ile gaz beton kullanımı da yaygınlaşmıştı. Çalışmada kullanılan bina dış duvalaına ait göünüm Şekil 1 de veilmişti. ġekil 1. Çalışmada kullanılan duva modellei 3. DIġ DUVAR ĠÇĠN ISI YÜKÜ Binalada ısı kayıplaı genellikle dış duva yüzeyinden, penceeleden, tavandan ve hava infiltasyonu ile meydana gelmektedi. Yapılan çalışmada ısı kayıplaının sadece dış duva yüzeyinden meydana geldiği kabul edilmişti. Dış duvaın biim alandan geçekleşen ısı kaybı aşağıdaki eşitlik kullanılaak hesaplanabili. q U. T (1) 76

3 eşitliği ile hesaplanmıştı. Buada, U (W/m 2 K) toplam ısı geçiş katsayısıdı. Biim yüzeyde meydana gelen yıllık ısı kaybı ise Eşitlik 2 de veildiği gibi U ve deece gün sayısı (DGS) kullanılaak hesaplanabili [9]. q A 86400DGSU Dış duvaın biim yüzeyinden oluşan ısı kaybı sebebiyle, ısıtma için geekli yıllık eneji miktaı E A, yıllık ısı kaybının yakıt veimine oanı ile elde edili DGSU. E A (2) (3) Tipik bi duva için toplam ısı geçiş katsayısı, U R R i d 1 R izo R 0 eşitliği ile hesaplanı. Buada, R i ve R 0 sıası ile iç ve dış yüzeyin ısıl diençlei, R d yalıtımsız duva tabakalaının ısıl dienci, R izo ise, yalıtım malzemesinin ısıl diencini ifade ede ve Eşitlik 5 ile hesaplanı [9]. R İZO k Eşitlik 5 te yalıtım malzemesinin kalınlığını (m), k ise yalıtım malzemesinin ısıl iletkenliğini (W/mK) katsayısını ifade etmektedi. Yalıtımsız bi duva tabakasının toplam ısıl dienci, R 0, R d ve R i nin toplamı kabul edilise Eşitlik 4 deki ifade Eşitlik 6 daki ifadeye dönüşü. 1 U R TD R izo Sonuç olaak ısıtma için hacanan yıllık eneji miktaı, E A = DGS R TD R izo. şeklinde ifade edili. Biim alanı ısıtmak için kullanılan yıllık eneji maliyeti ( A ) ise, Eşitlik 8 kullanılaak elde edili [7]. (4) (5) (6) (7) A = DGS. R R. H. TD Bu eşitlikte f izo U f (8) kullanılan yakıtın fiyatı olup, bu çalışmada kullanılan yakıtlaa ait özelikle Tablo 1 de veilmişti. Tablo 1. Çalışmada kullanılan yakıtlaa ait özellikle Yakıt Fiyat H u η Kömü Doğalgaz Fuel-oil LPG Elektik TL/kg TL/m TL/kg 3.73 TL/kg 0.22 TL/kWh J/kg J/m J/kg J/kg J/kWh YALITIM KALINLIĞININ OPTĠMĠZASYONU Çalışmada ömü maliyet analizi (LA) kullanılmıştı. Ömü maliyet analizi bi sistemin maliyet analizini belile. Çalışmada toplam ısıtma maliyeti, ömü süesi N ve şimdiki değe faktöü PWF kavamlaı ile bilikte değelendiilmişti. PWF, enflasyon oanı g ve faiz oanı i kullanılaak hesaplanabili. PWF değeinin hesabında N 10 yıl olaak alınmıştı. Enflasyon ve faiz oanlaı sıasıyla %5 ve %4 olaak alınmıştı ( PWF değeinin belilenmesinde aşağıdaki eşitlikle kullanılabili [4]. Eğe i>g ise, PWF Eğe i g 1 i g 1 g N 1 ise, 1 N ; i<g ise, g i 1 i (9) (10) i g (11) 1 g Eğe i g ise, g i (12) 1 i Sonuç olaak; 77

4 PWF 1 N 1 1 N Şeklinde ifade göü. (13) Eğe i değei g değeine eşit ise, Eşitlik 13 deki ifade aşağıdaki eşitliğe dönüşü. PWF 1 1 i (14) Toplam yalıtım maliyeti aşağıdaki eşitlik kullanılaak hesaplanı. izo i. Buada i yalıtım malzemesinin fiyatı (TL/m 3 ), ise (15) yalıtım malzemesinin kalınlığını (m) ifade ede. Sonuçta yalıtılmış bi binanın toplam ısıtma maliyeti Eşitlik 16 ile hesaplanı.. PWF t, izo A i. (16) Toplam maliyeti minimuma indiecek olan optimum yalıtım kalınlığı ise aşağıdaki eşitlik ile hesap edili. atmasıyla bilikte bütün uygulamala için toplam maliyet azalmıştı. Bunun nedeni biim alandan geçekleşen ısı kaybının azalmasıyla beabe yakıt tüketiminin azalmasıdı. Ancak optimum yalıtım kalınlığı değeinden itibaen lüzumsuz yee attıılan yalıtım kalınlığı, yalıtım maliyetini attımıştı. Bu duum neticesinde yüksek yalıtım maliyetlei toplam maliyeti attımaya başlamıştı. Tablo 2. Çalışmada kullanılan paametele ve değelei Paamete Deece gün değei ( gün) Yakıtla Yalıtım TaĢ yünü Fiyat, i Yapı malzemesi Tuğla Gaz beton Ġç sıva DıĢ sıva R TD1 (yapı malzemesi tuğla) R TD2 (yapı malzemesi gaz beton) R TD3 (Sandviç duva yapısı) Ömü, N Değe 4061 Tablo W/mK 220TL/m W/mK 0.24 W/mK W/mK 0.52 m²k/w 0.85 m²k/w m²k/w 10 yıl X OP 1/2 DGS. f. PWF. k 293,94. k. R HU. i. f TD (17) Çalışmada kullanılan paametele ve değelei Tablo 2 de veilmişti. 5. SONUÇLAR VE TARTIġMA Yalıtılmış bi binanın toplam ısıtma maliyetini etkileyen iki paamete vadı. Bunla yalıtım ve yakıt maliyetleidi. Binalada yalıtım kalınlığının atmasına bağlı olaak ısı kaybı azalı. Bu yüzden biim alanı ısıtmak için geekli eneji ihtiyacı azalı ve toplam maliyet düşe. Ancak yalıtım kalınlığının geeğinden fazla attıılması yalıtım maliyetini attıı. Bu duumda yüksek yalıtım maliyeti nedeniyle belli bi noktadan sona toplam maliyet atmaya başla. Toplam maliyetin minimum olduğu bu nokta optimum yalıtım kalınlığı değei olaak ifade edilmektedi. ġekil 2. Yapı malzemesi olaak tuğla kullanılan dıştan yalıtımlı duva modeli için oluşan yıllık maliyetle Şekil 2-4 te faklı yapı malzemelei ve duva tiplei için oluşan yıllık maliyetle veilmişti. Yalıtım kalınlığının 78

5 biim alanından geçekleşen ısı kaybı azalacak ve dolayısıyla yalıtıma olan ihtiyaç azalacaktı. Yapı malzemesi olaak yatay delikli tuğla kullanılan dıştan yalıtımlı duva modelinde ise yüksek ısı kaybı neticesinde yalıtımla beabe biim alandan yüksek oanda yıllık kazanç elde edilmektedi. ġekil 3. Yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan dıştan yalıtımlı duva modeli için oluşan yıllık maliyetle ġekil 5. Yapı malzemesi olaak tuğla kullanılan dıştan yalıtımlı duva modeli için oluşan yıllık kazançla ġekil 4. Sandviç duva yapısı için oluşan yıllık maliyetle Kullanılan yakıtlaa göe biim alandan sağlanacak yıllık kazanç, yakıt maliyeti ve PWF değei ile doğu oantılıdı. Yakıt maliyetindeki hehangi bi atış eneji tasaufunu attıacaktı. Bu nedenle fuel-oil, LPG ve elektik gibi yüksek fiyatlaa sahip yakıtla kullanıldığında elde edilecek eneji tasaufu kömü ve doğalgaz kullanımından elde edilecek eneji tasaufundan daha fazla olaak elde edilmektedi. Çalışmada kullanılan faklı yakıtla için yalıtım kalınlığının yıllık kazanç üzeindeki etkilei Şekil 5-7 de gösteilmişti. Gafiklede göüldüğü gibi dıştan yalıtımlı bi duvada yapı malzemesi olaak tuğla kullanımında oluşan yıllık kazanç, yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan duva modeline göe çok daha fazla olmaktadı. Bu duumun başlıca nedeni gaz beton malzemesinin ısıl iletkenliğinin tuğlaya göe daha düşük olmasıdı. Bu sayede aynı yalıtım malzemesi ve yakıt tiplei için yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan bina dış duvaının ġekil 6. Yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan dıştan yalıtımlı duva modeli için oluşan yıllık kazançla Bina dış duvaına uygulanan sandviç duva modeli, dıştan yalıtımlı duva modelleine göe daha az yıllık kazanç sağlamaktadı. Çünkü duva yapısında kullanılan çift tuğla katmanı nedeniyle duva tabakası yüksek bi ısıl dienç oluştumakta ve bu sayede ısı kayıplaı azalmaktadı. Dolayısıyla bu duva modelinde he bi yakıt tipi için optimum yalıtım kalınlıklaı daha düşük olaak hesaplanmaktadı. Özellikle kömü ve doğalgaz gibi düşük 79

6 maliyetli yakıtla kullanılması duumunda yalıtım uygulaması için yapılan hacama, yakıt maliyetleini geçmektedi. Bu nedenle yalıtım kalınlığının geeğinden fazla seçilmesi duumunda yapılan yalıtım kendisini kaşılayamamakta ve uygulamadan zaa edilmektedi. Çalışma sonucunda hesaplanan optimum yalıtım kalınlıklaı, yıllık kazançla ve gei ödeme süelei Tablo 3 te veilmişti. Gei ödeme süesi, yapılan yalıtım maliyetinin kendisini ödeyeceği süe olaak açıklanabili. Bu süe kullanılan yalıtım malzemesi, duva katmanlaı ve yakıt tiplei ile doğudan bi ilişki içeisindedi. Fuel-oil, elektik ve LPG gibi fiyatı yüksek yakıtlaın ve ısı kaybının yüksek olduğu duva yapılaının kullanımında gei ödeme süelei diğe uygulamalaa göe yüksek çıkmaktadı. Bu gibi uygulamalada, yüksek ısı kaybı nedeniyle biim alanı ısıtmak için çok daha fazla yakıt geekecekti. Bu yüzden yapılan yalıtım uygulamasıyla enejiden yüksek oanda tasauf sağlanabili. Bu duum gei ödeme süesini kısaltmaktadı.. ġekil 7. Sandviç duva yapısı için oluşan yıllık kazançla Duva tipi Yakıt tipi X opt (m) Tablo 3. Faklı duva yapılaı için hesaplanan optimum yalıtım kalınlıklaı, yıllık kazançla ve gei ödeme süelei Dıştan yalıtımlı duva (tuğla) (R TD1) Yıllık kazanç (TL/m²) Gei ödeme süesi (yıl) Dıştan yalıtımlı duva (gaz beton) X opt (m) (R TD2) Yıllık kazanç (TL/m²) Gei ödeme süesi (yıl) X opt (m) Sandviç duva (R TD3) Yıllık kazanç (TL/m²) Gei ödeme süesi (yıl) Doğalgaz Kömü Fuel-oil , Elektik LPG Yapılan çalışmada faklı duva modellei için optimum ısı yalıtım kalınlıklaı, yıllık kazançla ve gei ödeme süelei hesaplanmıştı. Bu hesaplama, Tükiye de uygulama alanına sahip başlıca duva yapılaını ekonomik yönden kıyaslamak amacıyla yapılmıştı. Yapılan hesaplamala sonucunda optimum yalıtım kalınlıklaı; yapı malzemesi olaak tuğla kullanılan dış duva modelinde m aasında, yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan dış duva modelinde m aasında ve sandviç duva yapısında m aasında hesaplanmıştı. Aynı dış duva yapılaı için hesaplanan yıllık kazançla TL/m² aasında ve gei ödeme süelei faklı dış duva modellei için yıl aasında bulunmuştu. Sembolle ve Kısaltmala f : Yakıt maliyeti (TL/kg, TL/m 3, TL/kWh) i : Yalıtım malzemesinin biim fiyatı (TL/m 3 ) izo : Yalıtım maliyeti (TL/m 2 ) A : Yıllık ısıtma maliyeti (TL/m²-yıl) DGS : Deece gün sayısı ( gün) E A : Yıllık eneji miktaı (J/m 2 -yıl) g : Enflasyon oanı H u : Alt ısıl değe (J/kg, J/m 3, J/kWh) i : Faiz oanı k : Yalıtım malzemesinin ısıl iletkenliği (W/mK) U : Toplam ısı geçiş katsayısı (W/m 2 K) N : Zaman (yıl) PWF : Şimdiki değe faktöü Q : Biim alandan geçekleşen ısı kaybı (W/m 2 ) : Geçek faiz oanı R d : Yalıtımsız duva tabakasının ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) R i : İç yüzey ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) R izo :Yalıtım malzemesi ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) :Dış yüzey ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) R o 80

7 R d R TD R TD1 R TD2 R TD3 opt η : Yalıtımsız duva tabakasının ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) :Yalıtımsız duva tabakasının toplam ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) :Yapı malzemesi olaak tuğla kullanılan yalıtımsız duva tabakasının toplam ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) :Yapı malzemesi olaak gaz beton kullanılan yalıtımsız duva tabakasının toplam ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) : Sandviç duva yapısının toplam ısıl dienç katsayısı (m 2 K/W) : Yalıtım kalınlığı (m) : Optimum yalıtım kalınlığı (m) : Yakıt veimi KAYNAKLAR [1] Dombaycı, Ö.A., Degee-days maps of Tukey fo vaious base tempeatues, Enegy, 34, , [2] Deniz, E., Güel, A. E., Daşdemi, A., Çamu, D., Fuel onsumption and Influences Etanal Wall Optimum Insulation Thickness to Owning ost of Enegy, Technology, ss: , 12(4), [3] Hasan, A., Optimizing insulation thickness fo buildings using life cycle cost. Applied Enegy, 63, , [4] Dombaycı, Ö,A,. Gölcü M, Panca Y. Optimization of insulation thickness fo etenal walls using diffeent enegy-souces. Applied Enegy, 83, , [5] Bolattük, A., Detemination of optimum thickness fo building walls with espect to vaious fuels and climate zones in Tukey, Applied themal engineeing, 26, , [6] Uça, A., Balo, F., Effect of fuel type on the optimum thickness of selected insulation mateials fo the fou diffeent climatic egions of Tukey, Applied Enegy, 86, , [7] Çomaklı, K., Yüksel, B., Envionmental impact of themal insulation thickness in buildings. Applied Themal Engineeing, 24(2), , [8] Yu, J., Yang,., Tian, L., Liao, D., A study on optimum insulation thicknesses of etenal walls in hot summe and cold winte zone of hina, Applied Enegy, 86, , [9] Gölcü, M., Dombaycı, A,Ö., Abalı, S., Denizli İçin Optimum Yalıtım Kalınlığının Eneji Tasaufuna Etkisi ve Sonuçlaı, Gazi Ünivesitesi Mühendislik Mimalık Fakültesi Degisi, ilt 21, No 4, s ,