Arfl.Gör.Dr. Özden A RA Arfl. Gör. Özlem EMANET Arfl.Gör.Dr.N.Alpay KÜREKC

Transkript

1 stanbul daki Konutlar çin Optimum Yal t m Kal nl n n Belirlenmesi Arfl.Gör.Dr. Özden A RA Arfl. Gör. Özlem EMANET Arfl.Gör.Dr.N.Alpay KÜREKC ÖZET Türkiye de üretilen enerjinin büyük bir k sm s tma enerjisi olarak tüketilmektedir. Bu durum yak t fiyatlar n n yüksek oldu u ülkemizde binalara yal t m yap lmas n n önemini daha da art rmaktad r. Bu çal flmada ömür maliyet analizi yöntemi kullan larak, stanbul ili için d fltan yal t ml bir duvar modelinin alt farkl yak t türü (Soma kömür, do algaz, ithal kömür, LPG, fuel-oil, motorin) ve iki farkl yal t m malzemesi (ekstrüde polistren ve tafl yünü) için optimum yal - t m kal nl hesaplanm flt r. Sonuç olarak ekstrüde polistren için optimum yal - t m kal nl n n 0,04-0,10 m aras nda de iflirken tafl yünü için 0,05-0,13 m aras nda de iflti i görülmüfltür. Anahtar sözcükler: Is tma derece-gün de eri, optimum yal t m kal nl, enerji tasarrufu. 1. G R fi Günümüzde en çok kullan lan enerji kaynaklar olan petrol, do al gaz kömür gibi fosil yak t rezervleri h zla tükenmektedir. Nüfus art fl ve sanayinin geliflimine paralel olarak enerji tüketimi de h zla artmaktad r. Hem enerji ihtiyac n n artmas, hem de bu kaynaklar n yol açt çevresel sorunlar enerjinin verimli kullan m n zorunlu hale getirmifltir. Abstract: In Turkey, the most of the produced energy is used for heating. This situation makes it more important to insulate buildings in our country where fuel prices are too high. In this study, the optimum insulation thickness of the external wall for six different energy sources (Soma coal, natural gas, coal, LPG, fuel-oil, diesel fuel) and two different insulation materials (extruded polystyrene, rock wool) is calculated for İstanbul. As result it was showed that for extruded polystyrene the optimum insulation thickness varies between 0,04 0,10 m and 0,05 0,13 m. for rock wool. Türkiye de kullan lan enerjinin %33 ü s tma enerjisi olarak kullan lmaktad r[1]. Bu durum enerji ihtiyac n n büyük bir k sm n ithalatla karfl layan ülkemizde, konutlarda enerjinin etkin kullan m n n önemini art rm flt r. Konutlardaki s kayb en fazla d fl duvarlarda meydana gelmektedir. Türkiye deki konutlar n büyük bir k sm nda s yal t m olmad ndan enerji tüketimi çok fazla olmaktad r. Bu da binalarda s yal t m n n önemini art rmaktad r. Binalarda s yal t m ile s kayb azaltmas na karfl n, kullan lan yal t m malzemesinin kal nl na ba l olarak yal t m maliyeti artmaktad r. Bu durumda maliyet analizi yap larak optimum yal t m kal nl n n belirlenmesi gerekmektedir. Bu konuyla ilgili yap lan çal flmalar afla da özetlenmifltir. Hasan [2], Filistin için dört yak t türü ve iki yal t m malzemesi için Key Words: Heating degree-day values, optimum insulation thickness, energy saving 21

2 optimum yal t m kal nl klar n derece-gün ve ömür maliyet analizi yaklafl m yla hesaplam flt r. Sonuç olarak tafl yünü yal t m için geri ödeme süresinin 1,3-2,3 y l aras nda, polistren yal t m için 1-1,7 y l aras nda oldu unu belirtmifltir. Çomakl ve Yüksel [3], TS 825 Binalarda Is Yal t m Kurallar Standard na göre Türkiye nin IV. derecegün bölgesinde bulunan üç ili göz önüne alarak optimum yal t m kal nl n hesaplam fllard r. Gölcü vd. [4], Denizli deki binalarda s tma için iki farkl enerji kayna kullanarak d fl duvarlar için optimum yal t m kal nl n derece-gün say s n esas alarak belirlemifllerdir. Bolattürk [5], Türkiye nin dört iklim bölgesindeki 16 il için befl farkl yak t türü için optimum yal t m kal nl n ve geri ödeme sürelerini hesaplam flt r. Di er çal flmas nda [6] Türkiye nin birinci iklim bölgesindeki binalar n d fl duvarlar ndaki optimum yal - t m kal nl n y ll k s tma ve so utma yüklerini göz önüne alarak hesaplam fl ve P1-P2 metodu ile geri ödeme sürelerini belirlemifltir. Dombayc vd. [7], Denizli için iki farkl yal t m malzemesi ve befl farkl yak t kullanarak optimum yal - t m kal nl n hesaplam flt r. Dombayc [8] Türkiye nin III. iklim bölgesinde bulunan Denizli ili için EPS yal t m malzemesi ve kömür kullanarak bina d fl duvarlar nda optimum yal t m kal nl n hesaplam flt r. Yak t tüketiminin %46,6 oran nda azalmas ile CO 2 ve SO 2 emisyonlar n n %41,53 oran nda azald n belirlemifltir. Aytaç ve Aksoy [9], mevcut s yal t m standard na göre III. iklim bölgesinde yer alan Elaz ili için befl farkl yak t türü ve iki farkl yal t m malzemesi için optimum yal t m kal nl klar n d fltan yal t ml ve sandviç duvar olmak üzere iki farkl duvar için hesaplam fllard r. fiiflman vd. [10], konutlarda kullan lacak optimum yal t m kal nl n d fl duvar ve tavandan oluflan s kayb n göz önüne alarak dört iklim bölgesi için derece-gün esas na göre hesaplam fllard r. Kaynakl [11], y llar aras ndaki d fl hava s cakl k de erlerini dikkate alarak s tma mevsimi için derece-saat de erlerini hesaplayarak Bursa ili için optimum yal t m kal nl n belirlemifltir. Özel ve P ht l [12], Adana, Elaz, Erzurum, stanbul ve zmir illeri için d fl duvarlara uygulanan yal - t m n optimum kal nl n s tma ve so utma derecegün de erlerini göz önüne alarak hesaplam fllard r. Uçar ve Balo [13], Türkiye nin dört iklim bölgesi için dört farkl yal t m malzemesi ve befl yak t türü için sandviç duvar optimum yal t m kal nl n hesaplam fllar ve P1-P2 metodu ile net enerji tasarrufunu belirlemifllerdir. Bu çal flmada; stanbul daki binalarda s tma için alt farkl yak t türü ve iki farkl yal t m malzemesi kullan larak d fl duvarlar için optimum yal t m kal nl klar derece-gün de erleri kullan larak hesaplanm flt r. Çal flmada kullan lan yak tlar n özellikleri Tablo 1 de gösterilmifltir. Tablo 1. Kullan lan yak tlar n alt s l de eri, verim ve fiyatlar, ( GDAfi 2009) Yak t Hu η Fiyat Kömür (Soma) kj/kg 0,60 0,2395 TL/kg Do algaz kj/m 3 0,93 1,08 TL/m 3 Kömür ( thal) kj/kg 0,65 0,69 TL/kg LPG kj/kg 0,90 2,047TL/kg Fuel-oil kj/kg 0,80 1,634 TL/kg Motorin kj/kg 0,84 3,154 TL/kg TS 825 Binalarda Is Yal t m Kurallar Standard na göre Türkiye nin II. derece-gün bölgesinde bulunan stanbul ilinde s tma için derece gün say s olarak, 18 C denge noktas s cakl na göre 1865 al nm flt r [14]. 2 YÖNTEM 2.1 Bina Duvarlar n n Yap s Binalardaki s kay plar genel olarak d fl duvarlardan, pencerelerden, tavandan, döflemelerden ve hava infiltrasyonu ile gerçekleflmektedir. Bu çal flmada sadece d fl duvarlardan oluflan s kay plar göz önüne al narak optimum yal t m kal nl hesaplanm flt r. 22

3 Bina d fl duvar, fiekil 1 de görüldü ü gibi 2 cm iç s - va, 13 cm yatay delikli tu la, yal t m malzemesi ve 3 cm d fl s vadan oluflan d fltan yal t ml duvard r. Duvar oluflturan yap bileflenlerine ait fiziksel özellikler Tablo 2 de görülmektedir. Hesaplamalarda yal - t m malzemesi olarak ekstrüde polistren ve tafl yünü kullan lm flt r. Yal t m malzemelerine ait fiziksel özellikler Tablo 3 de verilmifltir. Dıfl Sıva Yalıtım Tablo 2. D fl duvar bileflenlerinin özellikleri Yatay Delikli Tu la ç Sıva fiekil 1. Hesaplamalarda kullan lan duvar modeli D fltan yal t ml duvar Malzeme Kal nl k k R (m) (W/mK) (m 2 K/W) ç S va (Kireç esasl ) 0,02 0,87 0,02 Yatay delikli tu la 0,13 0,45 0,28 D fl s va 0,03 1,4 0,02 (Çimento esasl ) R i 0,13 R d 0,04 R duvar,toplam (Yal t m malzemesi hariç duvar 0,50 katmanlar ) Tablo 3. Yal t m malzemelerine ait parametreler Yal t m k (W/mK) C y (TL/m 3 ) Ekstrüde polistren 0, Tafl yünü 0, Bina duvarlar n n s kayb ve y ll k enerji ihtiyac D fl duvar n birim yüzeyinden meydana gelen s kayb, q = U. T (1) eflitli i ile hesaplan r. Burada U s geçifl katsay s, T ise d fl ortam s cakl ile sabit iç ortam s cakl - n n fark d r. Birim yüzeyde meydana gelen y ll k s kayb ise U ve derece-gün say s kullan larak hesaplan r [2]. q yıl = DG. U (2) Tipik bir duvar için toplam s geçifl katsay s U, 1 U = (3) R iç +R duvar + R yal t m + R d fl fleklindedir. Burada R iç ve R d fl s ras yla iç ve d fl ortam n s tafl n m direncini, R duvar duvar katmanlar - n n s yal t m olmadan s iletim direncini göstermektedir. R yal t m ise yal t m malzemesinin s l direnci olup, x R yal t m = (4) k fleklinde hesaplan r. Burada x ve k s ras yla yal t m malzemesinin kal nl ile yal t m malzemesinin s iletim katsay s n göstermektedir. Yal t ms z duvar tabakas n n toplam direnci R duvar,toplam, R duvar,toplam = R iç +R duvar + R d fl (5) oldu una göre buna ba l olarak toplam s geçifl katsay s U; 1 U = (6) R duvar,toplam + R yalıtım fleklinde ifade edilir. Is tma için gerekli olan y ll k enerji ihtiyac E y l ; DG U = (7) (R duvar,toplam + R yalıtım ). η fleklinde hesaplan r. 2.3 Y ll k Enerji Maliyeti ve Optimum Yal t m Kal nl n n Hesaplanmas Binalar n d fl duvarlar na yal t m uygulanarak bina 23

4 yüzeyinden meydana gelecek s kayb önemli ölçüde azalt lm fl olur. Ancak optimum yal t m kal nl - n n belirlenebilmesi için bir maliyet analizinin yap lmas gerekir. Birim yüzey için s tman n y ll k enerji maliyeti C y l, DG. C yakıt U = (8) (R duvar,toplam + R yalıtım ). Hu. η eflitli i ile hesaplan r. Burada C yak t yak t n birim fiyat n, Hu yak t n alt s l de erini, η s tma sisteminin verimini göstermektedir. Optimum yal t m kal nl hesaplan rken ömür maliyet analizi metodu kullan lm flt r. Y ll k enerji maliyeti flimdiki de er faktörü ve belirlenen ömür süresine göre hesaplanm flt r [2]. fiimdiki de er faktörü enflasyon ve faiz oranlar na ba l olarak afla daki gibi hesaplan r: i g r = (9) 1 + g (1+r) N 1 PWF = (10) r. (1+r) N Burada PWF flimdiki de er faktörü, r gerçek faiz oran, i faiz oran, g enflasyon oran n ve N ömür süresini göstermektedir. Yal t m maliyeti ise; C yalıtım = C y. x (11) fleklinde hesaplan r. Burada C y yal t m birim fiyat - d r. Sonuç olarak yal t lm fl bir binan n ömür maliyet analizi metoduna göre toplam s tma maliyeti C yalıtım,toplam = C yıl. PWF. C y. x (12) veya DG. C yakıt. PWF U = + C y. x (13) (R duvar,toplam + R yalıtım ). Hu. η fleklinde hesaplan r. Toplam s tma maliyetini minimuma indiren optimum yal t m kal nl ; DG.C yakıt.pdf.k 1/2 x opt =293,94. k.r duvar,toplam (14) Hu.C y.η eflitli iyle hesaplan r [2]. 2.4 Geri Ödeme Süresi Y ll k toplam s tma maliyeti fark ; A yıl = C yalıtım,toplam C toplam (15) Geri ödeme süresi; C toplam pp = (16) A yıl eflitli iyle hesaplan r. 3. HESAPLAR VE DE ERLEND RME Binalar n d fl duvarlar na uygulanan yal t m kal nl artt kça, binan n s kayb dolay s yla, s tma yükü ve yak t maliyeti azal r. Yal t m kal nl n n artmas yak t maliyetini azalt r, yal t m maliyetini ve dolay s yla ilk yat r m maliyetini art r r. Yal t m maliyetinin artmas toplam maliyeti etkiler. Bu çal flmada d fl duvarlara uygulanacak optimum yal t m kal nl, s tma derece gün de erleri gözönüne al narak hesaplanm flt r. Çal flmada stanbul ili için, alt farkl yak t türü ve iki farkl yal t m malzemesi için optimum yal t m kal nl klar hesaplanm flt r. Yal t m kal nl hesab nda kullan lan yal t m malzemesine ait özellikler Tablo 3 de gösterilmifltir. D fl duvarlara ekstrüde polistren ve tafl yünü yal t m malzemesi uygulanarak, artan yal t m kal nl klar na göre optimum yal t m kal nl, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi hesaplanm flt r. fiimdiki de er faktörünün hesaplanmas nda kullan lan ömür, faiz ve enflasyon de erleri Tablo 4 de özetlenmifltir. 24

5 Tablo 4. Hesaplarda kullan lan parametreler DG (Derece-Gün) 1865 C.gün Faiz oran (i) %16 Enflasyon oran (g) %10 Ömür (N) 10 y l Bugünkü De er Faktörü (PWF) 7,55 stanbul için yal t m kal nl n n toplam maliyet, yak t maliyeti ve yal t m maliyeti üzerindeki etkisi, ekstrude polistren ve tafl yünü için uygulamalar fiekil 2 ve 3 te gösterilmifltir. Yak t ve yal t m maliyetinin toplam ndan oluflan toplam maliyet, belirli bir de ere kadar azal r; bu seviyeden sonra artar. Toplam maliyetin minimum oldu u de er optimum yal - t m kal nl n verecektir. fiekilden de görülece i üzere stanbul için do al gaz kullan lmas durumunda, d fl duvar yal t m nda ekstrüde polistren kullan ld nda optimum yal t m kal nl 6 cm iken, tafl yünü kullan ld nda optimum yal t m kal nl 8 cm olmaktad r. Farkl yak t tipleri için optimum yal t m kal nl Eflitlik 14 kullan larak hesaplanm flt r. Farkl yak t türleri için yal t m malzemesine ba l olarak elde edilen optimum yal t m kal nl ve geri ödeme süresi de erleri Tablo 5 de gösterilmifltir. fiekil 4 ve 5 de Kömür (Soma) Do algaz Kömür (ithal) LPG Fuel-oil Motorin Yıllık Maliyet (YTL/m 2 ) Yakıt maliyeti Yalıtım maliyeti Toplam maliyeti Yıllık Tasarruf (YTL/m 2 ) Yalıtımın Kalınlı ı (m) fiekil 2. Ekstrude polistren-do algaz için yal t m kal nl klar na göre maliyet de iflimi Optimum Yalıtım Kalınlı ı (m) fiekil 4. Tafl yünü kullan lmas durumunda y ll k enerji maliyeti tasarrufu Yıllık Maliyet (YTL/m 2 ) Yakıt maliyeti Yalıtım maliyeti Toplam maliyeti Yıllık Tasarruf (YTL/m 2 ) Kömür (Soma) Do algaz Kömür (ithal) LPG Fuel-oil Motorin Yalıtımın Kalınlı ı (m) fiekil 3. Tafl yünü- do algaz için yal t m kal nl klar na göre maliyet de iflimi Optimum Yalıtım Kalınlı ı (m) fiekil 5. Ekstrüde polistren kullan lmas durumunda y ll k enerji maliyeti tasarrufu Tablo 5. Farkl yak t tipleri için optimum yal t m kal nl ve geri ödeme süresi Ekstrüde polistren Tafl yünü Yak t Tipi Kal nl k (m) Geri ödeme süresi (y l) Kal nl k (m) Geri ödeme süresi (y l) Kömür (Soma) 0,04 2,04 0,05 1,99 Do algaz 0,06 1,62 0,08 1,60 Kömür ( thal) 0,07 1,53 0,09 1,51 LPG 0,07 1,48 0,10 1,46 Fuel-oil 0,07 1,47 0,10 1,45 Motorin 0,10 1,33 0,13 1,32 25

6 çal flma için seçilen alt farkl yak t n y ll k enerji maliyeti tasarrufu üzerindeki etkisi görülmektedir. 4. SONUÇ Bu çal flmada stanbul ili için; binalar n s t lmas nda alt farkl yak t ve iki farkl yal t m malzemesi kullan larak d fl duvarlar için optimum yal t m kal nl hesaplanm flt r. Hesaplarda ömür maliyet analizi yöntemi kullan lm flt r. Yap lan hesaplarda yak t maliyeti ile geri ödeme süresinin ters orant l oldu u görülmüfltür. Geri ödeme süresi en düflük olan yak t, fiyat n n yüksek olmas ndan dolay motorindir. stanbul ilinin büyük bir k sm nda kullan lan do algaz yak t için geri ödeme süresi ekstrüde polistren yal t m malzemesi için 1,62 y l, tafl yünü için 1,60 y l olarak tespit edilmifltir. Optimum yal t m kal nl do algaz kullan lmas durumunda ekstrüde polistren yal t m malzemesi için 6 cm, tafl yünü için 8 cm olarak tespit edilmifltir. thal kömür için de bu süreler ekstrüde polistren için 1,53 y l ve tafl yünü için 1,51 y l olarak bulunmufltur. Optimum yal t m kal nl ithal kömür kullan lmas durumunda ekstrüde polistren yal t m malzemesi için 7 cm, tafl yünü için 9 cm olarak tespit edilmifltir. Yak t maliyetlerinin artmas, konutlarda yal t m n önemini belirgin hale getirmifltir. Ayr ca s nma amaçl kullan lan enerji miktar n ve dolay s yla do- aya sal nan baca gaz emisyonlar n azaltabilmek için yal t m yapmak çevreci bir yaklafl m n gere idir. S MGE L STES A y l C toplam Y ll k toplam s tma maliyeti fark, (TL/m 2 y l) Yal t lmam fl binan n toplam s tma maliyeti, (TL/m 2 y l) C y Yal tım malzemesinin birim fiyat (TL/m 3 ) C yal t m Yal t m malzemesinin maliyeti, (TL/m 2 ) C yal t m,toplam Yal t lm fl binan n toplam s tma maliyeti, (TL/m 2 y l) C y l DG g Hu i k Birim yüzey için y ll k s tma maliyeti, (TL/m 2 y l) Derece-gün say s, ( C-gün) Enflasyon oran Yak t n alt s l de eri, (J/kg) Faiz oran Yal t m malzemesinin s iletim katsay s, (W/mK) N Ömür süresi, (y l) PWF fiimdiki de er faktörü q Y ll k s kayb, (W/m 2 ) r Gerçek faiz oran R d D fl s tafl n m direnci, (m 2 K/W) R duvar,toplam Yal t ms z duvar n toplam s l direnci, (m 2 K/W) R i R y ç s tafl n m direnci, (m 2 K/W) Yal t m malzemesinin s l direnci, (m 2 K/W) U Toplam s geçifl katsay s, (W/m 2 K) X Yal t m kal nl, (m) x opt pp η Optimum yal t m kal nl, (m) Geri ödeme süresi, (y l) Yakma sisteminin verimi KAYNAKLAR [1] Özgür, N., Enerji Verimlili i ve Suyun Verimli Kullan lmas, 2008, Ankara. [2] Hasan, A., Optimizing Insulation Thickness for Buildings Using Life Cycle Cost, Applied Energy, Cilt 63, , 1999 [3] Çomakl, K., Yüksel, B., Optimum Insulation thickness of External Walls for Energy Saving, cilt 23, , 2003 [4] Gölcü, M., Dombayc, A., Abal, S., Denizli için Optimum Yal t m Kal nl n n Enerji Tasarrufuna Etkisi ve Sonuçlar, Gazi Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 21, , [5] Bolattürk, A., Determination of Optimum Insulation Thickness fot building Walls with Respect to various Fuels and Climate Zones in Turkey, Applied Thermal Engineering, Cilt 26, , 2006 [6] Bolattürk, A., Optimum Insulation thickness for Building Walls with Respect to Cooling and Heating Degree-Hours in the warmest Zone of Turkey, Building and Environment, cilt 43, , 2008 [7] Gölcü, M., Dombayc, A., Abal, S., Optimization of Insulation Thickness for External Walls Using Different Energy-Sources, Applied Energy, Cilt 83, , 2006 [8] Dombayc, Ö.A., The environmental Impact of Optimum Insulation Thickness for External Walls of Buildings, cilt 42, ,

7 [9] Aytaç, A., Aksoy, U.T., Enerji Tasarrufu için D fl Duvarlarda Optimum Yal t m Kal nl ve Is tma Maliyeti liflkisi, Gazi Üniversitesi Müh. Mim. Fak. Dergisi, Cilt 21, , 2006 [10] Sisman, N., Kahya, E., Aras, N., Aras, H., Determination of Optimum Insulation thicknesses of The External Walls and Roof (Ceiling) for Turkey s Different Degree-Day Regionse, Energy Policy, cilt 35, , [11] Kaynakl, O., A Study on Residential Heating Energy Requirement and Optimum Insulation Thickness, Renewable Energy, Cilt 33, , [12] Özel, M., P ht l, K., Determination of Optimum Insulation Thickness by Using Heating and Cooling Degree-Day Values, Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, Cilt 26, , 2008 [13] Uçar, A. ve Balo, F., Effect of Fuel Type on the Optimum Thickness of Selected Insulation Materials for the Four Different Climatic Regions of Turkey, Applied Energy, doi: /j.apenergy [14] Bulut, H., Büyükalaca, O. ve Y lmaz, T., Türkiye için Is tma ve So utma Derece-Gün Bölgeleri, 16. Is Bilimi ve Tekni i Kongresi, 30 May s-2 Haziran 2007, Kayseri 27