ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN GÜNEġ IġINIMI YANSITMA PERFORMANSININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ. YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Sinem KÜLTÜR. Anabilim Dalı : Mimarlık

Transkript

1 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN GÜNEġ IġINIMI YANSITMA PERFORMANSININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Sinem KÜLTÜR Anabilim Dalı : Mimarlık Programı : Çevre Kontrolü ve Yapı Teknolojisi Tez DanıĢmanı : Doç. Dr. A. Nil TÜRKERĠ HAZĠRAN 2010

2

3 ĠSTANBUL TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN GÜNEġ IġINIMI YANSITMA PERFORMANSININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ YÜKSEK LĠSANS TEZĠ Sinem KÜLTÜR ( ) Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 06 Mayıs 2010 Tezin Savunulduğu Tarih : 09 Haziran 2010 Tez DanıĢmanı : Doç. Dr. A. Nil TÜRKERĠ (ĠTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Yrd. Doç. Dr. Cem ALTUN (ĠTÜ) Yrd. Doç. Dr. Erkan AVLAR (YTÜ) HAZĠRAN 2010

4

5 ÖNSÖZ Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren tez danışmanım Doç. Dr. A. Nil Türkeri ye, test aletlerinin sağlanması ve teknik konulardaki destekleri için Doç. Dr. Ömer Lütfi Şen e, laboratuvarlarında çalışma imkanı sağlayan Türkiye Şişe ve Cam Fabrikaları (Şişecam) Araştırma ve Geliştirme Birimi ne, test aletlerinin kullanımındaki desteklerinden ötürü Şişecam Cam Teknolojisi Grubu çalışanlarından Necla Kızar ve Arca İyiel e, açık alanda yürütülen çalışmaları maddi olarak destekleyen İ.T.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi ne ve Kılıçoğlu firmasına, her aşamada maddi ve manevi yardımlarını esirgemeyen değerli aileme teşekkür ederim. Haziran 2010 Sinem Kültür (Mimar) iii

6

7 ĠÇĠNDEKĠLER ÖNSÖZ... iii ĠÇĠNDEKĠLER... v KISALTMALAR... vii ÇĠZELGE LĠSTESĠ... ix ġekġl LĠSTESĠ... xi ÖZET... xiii SUMMARY... xv 1. GĠRĠġ Sorun Amaç Kapsam Yöntem GÜNEġ IġINIMI VE OPAK BĠNA KABUĞUNA ETKĠSĠ Bina Kabuğuna Etki Eden Güneş Işınımı Özellikleri Güneş Işınımı Etkisinde Opak Yüzey Davranışları Opak yüzeyin ışınım yansıtma özelliği Opak yüzeyin ışınım emme özelliği Opak yüzeyin ışınım yayınlama özelliği Güneş Işınımı Etkisinde Opak Yüzeyin Davranışını Etkileyen Malzeme Özellikleri Madde iç yapısı Yüzey rengi Yüzey pürüzlülüğü Yüzey nemlilik durumu ÇATI KAPLAMA MALZEMELERĠ Kil Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Çimento Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Metal Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Bitüm Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Diğer Çatı Kaplama Malzemeleri YANSITICI ÇATI SĠSTEMĠ Yansıtıcı Çatı Kaplama Malzemeleri Çatı Kaplama Malzemesinin Güneş Işınımı Yansıtma Oranını Azaltan Etmenler ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN KISA VE UZUN DÖNEM GÜNEġ IġINIMI YANSITMA ORANININ ÖLÇÜMÜ Laboratuvar Ölçümü Test numuneleri Test aletleri Test protokolü Sayfa v

8 5.2 Açık Alan Ölçümü Test numuneleri Test aletleri Test düzeneği ve test protokolü ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN KISA VE UZUN DÖNEM GÜNEġ IġINIMI YANSITMA ORANI TEST SONUÇLARI VE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Laboratuvar Ölçümü İle Elde Edilen Test Sonuçları ve Değerlendirilmesi Açık Alan Ölçümü İle Elde Edilen Test Sonuçları ve Değerlendirilmesi SONUÇ VE ÖNERĠLER KAYNAKLAR EKLER vi

9 KISALTMALAR ASCII ASTM Çatıder CIB CO 2 DOE EPA EPDM EPS IR Nm ORNL PC PC PE PMMA PV PVC RILEM TS USB UV VIS XPS : American Standard Code for Information Interchange (Bilgi Değişimi için Amerikan Standart Kodlama Sistemi) : American Society for Testing and Materials : Çatı Sanayici ve İş adamları Derneği : International Council for Building : Karbondioksit : Department of Energy : Environmental Protection Agency : Etilen Propilen Dien Monomer : Ekspande polistren köpük : İnfrared (kızılötesi) : Nanometre : Oak Ridge National Laboratory : Polikarbonat : Personal Computer (kişisel bilgisayar) : Polietilen : Poli Metil Metaklirat : Fotovoltaik : Polivinil klorit : International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures : Türk Standardı : Universal Serial Bus (Evrensel Seri Veriyolu) : Ultraviyole (morötesi) : Visible (görünür) : Ekstrüde polistren köpük vii

10 viii

11 ÇĠZELGE LĠSTESĠ Çizelge 2.1 : Bazı yapı malzemelerinin güneş ışınımı emme ve termal radyasyon yayınlama oranları (Akman ve Dilmaç, 2007) Çizelge 3.1 : Çatı kaplama malzemelerinin Türkiye pazar payı dağılımı (Öztürk, 2008) Çizelge 4.1 : Bazı çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınım yansıtma ve kızılötesi ışınım yayınlama oranları (Url-1) 49 Çizelge 4.2 : Yansıtıcı çatı kaplama malzemeleri (Liu, 2005) Çizelge 5.1 : Test numuneleri Çizelge 5.2 : Bir adet test numunesi için günlük test raporu Çizelge 6.1 : Yeni ve yaşlanmış çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları Çizelge 6.2 : Kil esaslı kiremit için 20 Şubat 2010 tarihli test raporu Çizelge 6.3 : Bitüm esaslı şingıl için 12 Şubat 2010 tarihli test raporu Sayfa ix

12 x

13 ġekġl LĠSTESĠ ġekil 2.1 : Elektromanyetik güneş spektrumu (Url-3)... 9 ġekil 2.2 : Güneş ışınımının atmosferde aldığı yol (Berköz, 1983) (Demir, 1986) ġekil 2.3 : Güneş ışınlarının dağılımı (İlhan, 2010) ġekil 2.4 : Yüzey-güneş açıları (Berköz, 1973) ġekil 2.5 : Güneş ışınlarının geliş açısı-yüzey ilişkisi (Kıncay, 2008) ġekil 2.6 : Güneş ışınımı etkisinde opak yüzey davranışları (Dilmaç, 1989) ġekil 2.7 : Opak yüzeyde yansıma çeşitleri (Dilmaç, 1989) ġekil 2.8 : Çeşitli yüzeylerde yansıma olanlarının güneş ışınlarının geliş açısı ile değişimi (Dilmaç, 1989) ġekil 2.9 : Çeşitli yüzeylerde yansıma olanlarının güneş ışınlarının dalga boyu ile değişimi (Dilmaç, 1989) ġekil 2.10 : Yüzeylerin emme oranlarının ışınlarının geliş doğrultusu ile değişimi (Dilmaç, 1989) ġekil 2.11 : Munsell atlası (Url-6) ġekil 2.12 : Rengin tür bileşeninin yansıma oranına etkisi (Dilmaç, 1989) ġekil 2.13 : Rengin değer bileşeninin yansıma oranına etkisi (Dilmaç, 1989) ġekil 3.1 : Dış koşul ve etkiler (Url-41) ġekil 3.2 : Çatı kaplama malzemelerinin 2007 yılı pazar dağılımı (Çatıder, 2008).. 28 ġekil 3.3 : Kil esaslı kiremit kaplamalar (Url-42) ġekil 3.4 : Kil esaslı kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.5 : Beton kiremit (Url-44) ġekil 3.6 : Çimento esaslı kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.7 : Çimento esaslı oluklu levha (Url-45) ġekil 3.8 : Çimento esaslı oluklu levha örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.9 : Boyalı metal kiremitin yapısı (Url-46) ġekil 3.10 : Metal kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.11 : Isı yalıtımlı panel (Url-48) ġekil 3.12 : Isı yalıtımlı panel örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.13 : Alüminyum trapez panel (Url-47) ġekil 3.14 : Trapez panel örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.15 : Üzeri doğal taş kaplı bitümlü membran ġekil 3.16 : Oluklu bitümlü levha (Url-50) ġekil 3.17 : Oluklu bitümlü levha örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 3.18 : Şingıl katmanları (Url-49) ġekil 3.19 : Şingıl örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) ġekil 4.1 : Güneş ışınımı etkisinde bina dış kabuğunda meydana gelen olaylar ġekil 4.2 : Geleneksel ve yansıtıcı çatı kaplama malzemeleri ile kaplı çatılar (Url-23) Sayfa xi

14 ġekil 4.3 : Güneş ışınımı yansıtma ve yayınlama oranlarının iç ortam sıcaklığına etkisi (Url-24) ġekil 4.4 : Yansıtıcı çatı örnekleri (Url-25) ġekil 5.1 : Yeni test numuneleri ġekil 5.2 : Spektrofotometre (Url-26) ġekil 5.3 : Bütünleyici küre (Url-27) ġekil 5.4 : Hızlandırılmış yaşlandırma cihazı (Url-28) ġekil 5.5 : Çalışmanın gerçekleştirildiği laboratuvar ġekil 5.6 : Çalışmanın yer aldığı arazi (Url-29) ġekil 5.7 : Arazideki çalışma alanının ilk durumu ġekil 5.8 : Alanın temizlenmesi ve hizalarının belirlenmesi ġekil 5.9 : Pompa ile beton dökülmesi ġekil 5.10 : Perdahlama sonrası düzgün beton yüzeyin elde edilmesi ġekil 5.11 : Test numunelerini taşıyan metal düzenekler ġekil 5.12 : Metal düzeneklerin atölyeden alana taşıtılması ġekil 5.13 : Metal düzeneklerin alanda birleştirilmesi ġekil 5.14 : Kaplama altı tahtalarının uygulanması ġekil 5.15 : Kil esaslı kiremitin uygulanması ġekil 5.16 : Bitüm esaslı şingılın uygulanması ġekil 5.17 : Test numunesi, kil esaslı kiremit, kesit ġekil 5.18 : Test numunesi, bitüm esaslı şingıl, kesit ġekil 5.19 : Otomatik gözlem istasyonu ġekil 5.20 : Piranometre (Url-30) ġekil 5.21 : Otomatik gözlem istasyonunda bulunan veri toplama ünitesi (Url-31). 66 ġekil 5.22 : Taşınabilir veri toplama ünitesi (Url-27) ġekil 5.23 : Test aletlerini taşıyan düzenek ġekil 5.24 : Veri toplama sistem kutusu ġekil 5.25 : Test düzeneği ġekil 5.26 : Test düzeneği, plan ġekil 5.27 : Test düzeneği, görünüş ġekil 6.1 : Yeni kırmızı renkli kil kiremitin nm dalgaboyu aralığında güneş ışınımı yansıtma oranı ġekil 6.2 : 1-sene yaşlandırılmış kırmızı renkli kil kiremitin nm dalgaboyu aralığında güneş ışınımı yansıtma oranı ġekil 6.3 : Yaşlandırılmış test numuneleri ġekil 6.4 : Kil esaslı kiremitin alandaki 20 Şubat 2010 tarihli ilk ölçüm verileri ġekil 6.5 : Bitüm esaslı şingılın alandaki 12 Şubat 2010 tarihli ilk ölçüm verileri ġekil 6.6 : Kil esaslı kiremitin farklı günlerdeki güneş ışınımı yansıtma davranışları ġekil 6.7 : Bitüm esaslı şingılın farklı günlerdeki güneş ışınımı yansıtma davranışları xii

15 ÇATI KAPLAMA MALZEMESĠNĠN GÜNEġ IġINIMI YANSITMA PERFORMANSININ DEĞERLENDĠRĠLMESĠ ÖZET İklim değişimi ve enerji verimliliği ülkemiz için önemli gündem maddeleridir. İklim değişiminin etkileri sonucu, ülkemizin batı ve güneybatı bölümünde kent ısı adası etkisiyle yaşanan sıcaklık artışına ek olarak sıcaklıkların özellikle yaz aylarında belirgin biçimde artacağı öngörülmektedir. Sıcaklıkların artışı ile binalarda soğutma amaçlı enerji ihtiyacı artacaktır. Soğutma amaçlı enerji talebini azaltmak için uygulanan enerji etkin yöntemlerden biri yansıtıcı çatı sistemidir. Yansıtıcı çatı sistemi, ışınım yansıtma oranı ile ışınım yayınlama oranı yüksek olan ve söz konusu değerleri hizmet ömrü boyunca koruyabilen çatı kaplama malzemeleri ile tasarlanan çatı sistemidir. Ülkemizde, yansıtıcı çatı sistemleri ve sağladığı faydalar konusunda belirli bir oranda farkındalık bulunmakta ancak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin kısa ve uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performansları bilinmemektedir. Bu tez çalışması ile, ülkemizde yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin, kısa ve uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performanslarının değerlendirilmesi amaçlanmaktadır. Bu kapsamda, çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları laboratuvarda ve açık alanda ölçülerek ortaya konmuştur. İlk olarak, çeşitli renklerdeki kil, çimento, metal ve bitüm esaslı çatı kaplama malzemelerinden oluşan 13 adet yeni test numunesinin ışınım yansıtma oranları ASTM E standardında tanımlanan test yöntemine göre laboratuvarda ölçülerek hesaplanmıştır. Sonrasında ASTM G standardında tanımlı olan test yöntemi ile uygun olan 6 adet test numunesi (metal çatı kaplamaları haricindeki) hızlandırılmış yaşlandırma kabininde 1 seneye karşılık gelen 50 gün süresince güneş ışınımına maruz bırakılmıştır. Yeni çatı kaplama malzemeleri arasında en yüksek yansıtıcılık oranına parlak beyaz seramik sahip olurken, yalnızca ultraviyole dalga boyu aralığında gümüş renkli titanyum-çinko levha en yüksek yansıtıcılık değerindedir. Yaşlandırma sonrası numunelerin yüzey özelliklerinde değişim gözlenmemiş, ışınım yansıtma oranları ise bitüm esaslı siyah renkli ondüle levha haricinde önemli düzeyde bir farklılık göstermemiştir. İkinci olarak, kırmızı renkli kil esaslı kiremit ve bitüm esaslı şingıldan oluşan iki adet test numunesi ve bir otomatik gözlem istasyonu çatı yüzeylerinin güneş ışınımı yansıtma performanslarının ortaya konulabilmesi için İstanbul da açık alanda kurulmuştur. Otomatik gözlem istasyonu, 4x4-m boyutlarında ve %3 eğimli oluşturulmuş (suyun yüzeyden uzaklaştırılması için) çatı yüzeyleri üzerinde sırasıyla ölçüm yapabilmesi için hareketli bir düzenek üzerine yerleştirilmiştir. ASTM E standardında tanımlanan test yöntemine göre gerçekleştirilen açık alan ölçümleri halen devam etmektedir. Yeni ve yaşlanmış test numunelerinin ortalama güneş ışınımı yansıtma oranlarının hesaplanabilmesi için günlük test raporları hazırlanmaktadır. Test numuneleri toplamda 1-sene boyunca güneş ışınımına maruz bırakılacaktır. Açık alanda yürütülen ölçümlerin sonucunda, test numunelerinin yeni ve yaşlanmış xiii

16 durumlarındaki güneş ışınımı yansıtma oranları karşılaştırılarak, dış hava koşullarının güneş ışınımı yansıtma performansı üzerindeki etkileri ortaya konulacaktır. Bu çalışmanın sonuçları, Türkiye deki çatı kaplama malzemesi üreticileri tarafından malzemelerin belirli dalga boyu aralıklarında ışınım yansıtma performanslarının geliştirilmesine katkıda bulunabilir. Ayrıca bu tez çalışması, çatı kaplama malzemesi seçiminde kullanıcıları ve tasarım sürecindeki mimarları bilinçlendirecektir. Böylece, yansıtıcı çatı kaplama malzemelerinin mevcut çatı sistemlerinin enerji etkin iyileştirilmesinde ve yeni yapılacak binalarda kullanılmasıyla, ülkemizde binalarda soğutma amaçlı enerji tüketimi azaltılacak ve sürdürülebilir kalkınmaya katkı sağlanmış olunacaktır. xiv

17 ASSESSMENT OF SOLAR REFLECTANCE PERFORMANCE OF ROOF COVERINGS SUMMARY Climate change is a global concern, which results in increase in temperature, cooling energy load, electricity consumption and amount of carbon dioxide in atmosphere. Cooling energy load can be reduced by reflective roofs. As an energy efficient roof technology, reflective roof comprises a high-albedo roof covering that has high solar reflectance, high infrared emittance and maintains these properties through the service life of the covering. Turkey also suffers from the consequences of the climate change in addition to urban heat island effect. Although the benefits of reflective roofs are recognized by Turkish architects, contractors, and manufacturers, the solar reflectance performance of new and aged roof coverings produced in Turkey is still unknown, which in return disables the use of the high-albedo roof coverings in rehabilitation of existing roofs and in designing of new roofs. Purpose of this Master of Science thesis is to assess short-term and long-term solar reflectance performance of roof coverings that are produced and commonly used in Turkey. In this context, solar reflectance measurements of the roof coverings were conducted both in laboratory and in field. Firstly, solar reflectance performance of 13 unexposed test samples including clay, cement, bituminous and metal based was measured in laboratory according to test method given in ASTM E Subsequently, 6 of these test samples (except metallic roof coverings) were exposed to xenon arc light (simulated solar radiation) based on the method given in ASTM G155-05a for a duration that is equivalent to 1-year exposure. After exposure, colour change and degradation of surfaces were documented. Following, solar reflectance measurement procedure was performed on each exposed test sample. Additionally, solar reflectance values and surface characteristics of unexposed and exposed test samples were compared. Finally, the short-term and the long-term solar reflectance performance results of 6 test samples were presented as a list. Results indicated that the most commonly used unexposed red clay tile demonstrated high reflectivity values while unexposed red bituminous shingle absorbed high percentage solar radiation at all the spectral band. Silver titanium-zinc covering had the highest reflectance rates at ultraviolet wavelength range. After accelerated 1-year exposure, no change in appearances of the roof coverings was observed. While concrete tile maintained the same solar reflectance value, black corrugated bitumen sheet showed the highest increase rate equal to 44%. The other 4 roofing materials experienced slightly increase in their initial solar reflectances. Secondly, two test specimens included red colored clay tiles and bituminous shingles with an automated weather observation system (AWOS) comprising two pyranometers (building up an albedometer) were set up in a field in Istanbul in order to measure the solar reflectance performance of the roof surfaces. 4.00x4.00-m dimensioned test samples were sloped to provide drainage and AWOS was erected xv

18 on wheels to be driven over the two test specimens. The same colored roof coverings were chosen to be compared relative to the variables-surface roughness and the characteristics of the material-under same climatic conditions. The field measurements are still being conducted according to test method given in ASTM E Daily test reports are being prepared in order to calculate the average solar reflectances of new, aged and weathered test specimens. Test samples will be exposed to environmental conditions for 1-year. By the end of the study, solar reflectance values and surface characteristics of unexposed and exposed test samples will be compared, and effect of weathering on the solar reflectance performance of roof coverings will be evaluated. Results of this thesis will enable designers to choose the roof covering appropriate for reflective roofs that can be used to rehabilitate existing roof coverings or to design new buildings, which in return will provide cooling energy savings and hence sustainable development of Turkey. xvi

19 xvii

20

21 1. GĠRĠġ 1.1 Sorun İklim değişimi ve etkileri tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de önemli bir sorun teşkil etmektedir. Ülkemizde, iklim değişimi ile ilgili yapılan çalışmalarda iklimin gerek geçmişte nasıl değiştiği gerekse gelecekte nasıl değişeceği araştırılmıştır. Devlet Meteoroloji İşleri nin yılları arasında yaptığı meteorolojik ölçümlerin incelendiği çalışma, Türkiye nin batı ve güneybatı bölümlerinde daha çok yaz mevsiminde kent ısı adası nedeniyle sıcaklık artışının yaşandığını ortaya koymuştur (Karaca ve Tayanç, 1998). Geleceğe yönelik iklim senaryolarına göre ülkemizin batı bölümünde özellikle yaz aylarında 6 C ye kadar olmak üzere Türkiye genelinde sıcaklıkların 2 ila 3 C artacağı öngörülmektedir (Çevre ve Orman Bakanlığı, 2007). İklim değişiminin ülkemiz batı bölümünde yer alan kentlere, örneğin İstanbul a, olası etkileri şöyle açıklanabilinir: Yaz aylarında, mevcut kent ısı adası etkisine ek olarak, sıcaklıklar belirgin bir biçimde artacak, sıcaklıklardaki artış nedeniyle binalarda soğutma ihtiyacı dolayısıyla soğutma amaçlı elektrik enerjisi tüketimi de artacaktır. Elektrik enerjisi üretiminin fosil yakıtlardan karşılandığı durumda, atmosferdeki karbondioksit gazı miktarı da artacaktır. Diğer bir taraftan mevcut enerji kaynakları azalacaktır. Ülkemizde binalarda tüketilen enerjinin toplam enerji tüketiminin önemli bir bölümünü oluşturuyor olması, binalarda enerji verimliliğinin sağlanması gerekliliğini ortaya koymaktadır. Böylece, gelecekte binalarda artacağı öngörülen soğutma enerjisi talebi, günümüzde binalarda enerji verimliliğinin sağlanması ile karşılanabilir. Binalarda enerji verimliliği; enerjinin, bina yaşam döngüsünü oluşturan her süreçte-planlama, tasarım, yapım, kullanım, bakım, onarım, iyileştirme, dönüştürme ve yok etme-en yüksek etkinlikte değerlendirilmesini ifade eden bir kavramdır. Binalarda enerji verimliliğini sağlayan en önemli bileşenlerden biri tasarım sürecinde, ısıl konfor koşullarında bir değişiklik yapmadan bina dış kabuğunu oluşturan yapı elemanlarının-çatı, dış duvar opak saydam yüzeyler, altı açık döşeme-ısı geçirgenlik direncinin yönetmeliklerde verilen değere uygun olmasının sağlanması ve/veya arttırılması, dolayısıyla kullanım 1

22 sürecinde ısıtma ve soğutma amaçlı enerji tüketiminin azaltılması ve böylece mevcut enerji kaynaklarının etkin ve ekonomik kullanılması ile çevreye etkisinin azaltılmasıdır (Kavak, 2005). Diğer bir anlatımla, ülkemizde binalarda enerji verimliliğinin sağlanması için mevcut binaların dış kabuğu enerji etkin sistemler ile iyileştirilmeli ve yeni yapılacak binaların dış kabuğu enerji etkin sistemlerle tasarlanmalıdır. Çeşitli uluslararası araştırmalar; soğutma amaçlı enerji tüketiminin, binanın görece en fazla güneş ışınımına maruz kalan bölümü olan çatıda, çatı kaplama malzemelerinin geliştirilmesi ile azaltılabileceğini (Prado ve Ferreira, 2005); bu açıdan da yansıtıcı çatı sistemlerinin enerji etkin çatı teknolojilerinden biri olduğunu ortaya koymaktadır (Liu, 2005). Yansıtıcı çatı sistemi; ışınım yansıtma ve yayınlama oranı yüksek ve söz konusu değerlerini hizmet ömrü boyunca koruyabilen çatı kaplama malzemeleri ile tasarlanan çatı sistemidir (Liu, 2005). Madde iç yapısı, yüzey rengi, pürüzlülüğü ve nemlilik durumuna bağlı olarak çatı kaplama malzemesinin güneş ışınımı etkisinde yüksek oranda yansıtma ve yayınlama gerçekleştirmesi sonucu yüzey sıcaklığı ve dolayısıyla soğutma amaçlı enerji tüketimi azaltılabilir. Çatı kaplama malzemelerinin başlangıç güneş ışınımı yansıtma oranlarında dış hava koşullarının bozucu etmenlerine bağlı olarak geçici veya kalıcı değişim meydana gelmektedir. Örneğin, ultraviyole ışınım ve yüksek yüzey sıcaklığı malzemenin atom yapısında bozulmalara yol açarken; toz, kir ve mikrobiyal oluşum gibi yüzey birikimleri, güneş ışınımı yansıtma oranında geçici değişimlere neden olmaktadır (Prado ve Ferreira, 2005) (Bretz ve diğ., 1998). Bu nedenle, çatı kaplama malzemelerinin sadece yeni durumlarındaki güneş ışınımı yansıtma oranları değil, aynı zamanda yaşlanmış durumlarındaki güneş ışınımı yansıtma oranları da önemlidir. Florida, A.B.D. de yansıtıcı çatı kaplama malzemelerinin soğutma amaçlı enerji tüketimine etkisini belirlemek amaçlı yapılan bir çalışmada, 9 adet farklı çatı sistemine sahip konut binasının mevcut çatı kaplama malzemeleri (bitüm esaslı şingıl, çakıl) üzerine beyaz renkli kaplama malzemeleri uygulanmış ve soğutma enerjisi tüketimlerinde %2 ila %43 oranında azalma ve elektrik enerjisi tüketiminin en yüksek olduğu 17:00-18:00 saatleri arasında ihtiyaçta kw azalma gözlenmiştir (Parker ve diğ., 1995). Bu çalışmada ayrıca; enerji korunum miktarının çatı sisteminde ısı yalıtım malzemesinin olup olmama durumu ile doğrudan ilişkili 2

23 olduğu, ısı yalıtım malzemesi bulunmayan çatılarda büyük oranda korunum sağladığı da yer almaktadır. Sacremento, California, A.B.D de yer alan bir konut ve iki adet okul binasında yürütülen bir çalışma (Akbari ve diğ., 1997), beyaz renkli çatı kaplama malzemesinin uygulanmasıyla gerçek hizmet şartlarında yürütülen ölçümlerde soğutma enerjisi tüketiminde %40-50 oranında azalma olduğunu ortaya koymuştur. Bir diğer çalışma, A.B.D. nin farklı onbir şehri için farklı işlevleri olan onbir adet prototip binanın çatısında beyaz renkli çatı kaplama malzemesinin uygulandığı durumda DOE-2.1E bina enerji simülasyon programı ile soğutma amaçlı enerji tüketiminde, ısı yalıtım malzemelerinin kalınlıklarına bağlı olarak, %10-50 oranında azalma sağlandığını ortaya koymuştur (Akbari ve Konopacki,1998). Malzemelerin güneş ışınımı yansıtma oranları laboratuvarda ve açık alanda olmak üzere iki farklı ortamda ölçülebilmektedir. Güneş ışınımının simüle edildiği laboratuvar ölçümleri, küçük boyutlu numunelerin ölçümüne olanak tanıyıp malzemenin belli dalga boyundaki karakteristiğini yansıtırken, açık alan ölçümleri sonuç ürün olan çatı yüzeyinin karakteristiğini tüm güneş spektrumunda ortaya koymaktadır (Prado ve Ferreira, 2005). Laboratuvar ölçüm yönteminin tarif edildiği ASTM E (ASTM E903, 1996) standardına göre kullanılan test numunelerinin boyutu, test aletine göre farklılık göstermekle birlikte, 4x4-cm ile 10x10-cm arasında olabilmektedir. Test numunesinin küçük boyutlu olması belirli zaman diliminde daha çok malzemenin simüle güneş radyasyonu etkisinde ışınım yansıtma oranının ölçülerek hesaplanmasına olanak vermektedir. Gerçek hizmet şartlarında açık alanda yürütülen ölçümlerin tarif edildiği ASTM E (ASTM E1918, 2006) standardına göre ise kullanılan test numuneleri daha büyük boyutludur (4x4-m), diğer bir anlatımla, çatı sistemi gerçek boyutundadır. Buna ek olarak, yaşlandırma süreci laboratuvarda hızlandırılmış, açık alanda hızlandırılmış ve açık alanda gerçek hizmet şartlarında olmak üzere üç şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Ancak, yüzeylerde oluşması beklenilen kirlenme ve yaşlanma için gerekli olan diğer iklim değişkenleri (rüzgar, yağmur, hava kirletici partiküller) laboratuvar ortamında simüle edilememektedir. Yeni çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarını veren bazı çalışmalar yapılmıştır (Parker ve diğ., 1995) (Taha ve diğ., 1992). Bir çalışmada (Berdahl ve Bretz, 1997), beyaz renkli tek katlı polimerik örtünün, beyaz, siyah, gri ve yeşil renkli bitümlü şingıl örtülerin güneş ışınımı yansıtma oranları, ASTM E- 3

24 (ASTM E903, 1996) standardında verilen laboratuvar ölçüm yöntemine göre ölçülerek hesaplanmış ve sırasıyla, 0.8, 0.21, 0.05, 0.08 ve 0.19 değerleri verilmiştir. Bu çalışmaların (Parker ve diğ., 1995) (Berdahl ve Bretz, 1997) derlenmesi sonucunda A.B.D. de üretilen çeşitli yeni çatı kaplama malzemelerinin ASTM E (ASTM E903, 1996) standardında verilen laboratuvar ölçüm yöntemine göre güneş ışınımı yansıtma oranlarını veren bir liste oluşturulmuştur (Url-1). Yapılan son çalışma ise (Prado ve Ferreira, 2005) Brezilya da yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin (farklı renklerde seramik, alüminyum, çelik ve çimento esaslı kaplamalar) aynı standartta (ASTM E903, 1996) yer alan ölçüm yöntemine göre güneş ışınımı yansıtma oranlarını vermektedir. Çatı kaplama malzemesinin uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performansını değerlendiren laboratuvar ve açık alanda yürütülmüş çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Florida, A.B.D. de yürütülen çalışmada gerçek hizmet şartlarında beyaz renkli çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları hesaplanmış ve %71 oranındaki başlangıç değerin 1 sene sonunda yüzeydeki kir birikimi sonucu %47 değerine düştüğü gözlenmiştir. Bir diğer çalışma (Griggs ve Shipp, 1998) Doğu Tennessee A.B.D. de yürütülmüş, 75 hafta boyunca gerçek hizmet şartlarında beyaz ve siyah renkli çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları ölçülerek hesaplanmıştır. Ölçüm sonuçlarına göre, yeni beyaz renkli örtünün başlangıçta 0.8 değerinde olan güneş ışınımı yansıtma oranı, ilk üç ay sonra 0.7 değerinde; 75 hafta sonra ise 0.55 değerinde hesaplanmıştır. Başlangıç değerindeki belirgin azalma ilk bir yıl içinde gerçekleşmiştir (Griggs ve Shipp, 1998). Yeni beyaz renkli akrilik, polimer ve çimento esaslı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarını ASTM E (ASTM E903, 1996) standardında verilen laboratuvar ölçüm yöntemine göre ölçerek hesaplayan ve aynı malzemeleri altı yıl boyunca gerçek hizmet şartlarında yaşlandırarak uzun dönem güneş ışınımı yansıtma oranlarını ortaya koyan çalışmadan (Bretz ve Akbari, 1997) elde edilen veriler, güneş ışınımı yansıtma oranındaki en fazla azalmanın ilk bir yıl içinde, hatta ilk üç ay içinde gerçekleştiğini ortaya koymuştur. Brezilya da kullanılan çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarını laboratuvarda ölçerek veren çalışmada (Prado ve Ferreira, 2005); malzemelerin, uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performanslarını ortaya koymak için, başlangıç ışınım yansıtma oranları ölçüldükten sonra Kaliforniya Enerji 4

25 Komisyonu nun önerdiği bir matematiksel denkleme göre yaşlanmış durumlarının ışınım yansıtma oranları hesaplanmıştır. Aynı komisyonca önerilen bir başka denklem ile de her malzemenin yansıtma ve yayınlama oranının bir fonksiyonu olarak erişeceği yüzey sıcaklığı hesaplanmıştır. Çalışmanın sonuçları; beyaz ve kırmızı renkli seramiklerin hava sıcaklığından daha düşük yüzey sıcaklığına eriştiğini, seramikler ile yaklaşık aynı yansıtma oranlarına sahip metal malzemelerin ise düşük yayınlama oranlarından ötürü yüksek yüzey sıcaklıklarına eriştiğini göstermiştir. Özetle, yeni ve yaşlanmış çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları ile ilgili olarak yukarıda verilen uluslararası çalışmalar incelendiğinde, güneş ışınımı yansıtma oranı yüksek çatı kaplama malzemesiyle tasarlanmış yansıtıcı çatı sisteminin soğutma enerjisi tüketimini azalttığı, daha çok A.B.D. de üretilen yeni çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarının ASTM E (ASTM E903, 1996) standardında verilen laboratuvar ölçüm yöntemine göre ölçülerek hesaplandığı, gerçek hizmet şartlarında yaşlanmış sadece beyaz ve siyah renkli çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarının ASTM E (ASTM E1918, 2006) standardında verilen açık alan ölçüm yöntemine göre ölçülerek hesaplandığı anlaşılmaktadır. Buna bağlı olarak, uluslararası alanda, yeni çatı kaplama malzemeleri ile yaşlanmış beyaz ve siyah renkli kaplama malzemeleri haricinde yaygın olarak kullanılan diğer malzemelerin güneş ışınımı yansıtma oranlarının gerçek hizmet şartlarında ölçülerek hesaplanmasını içeren bilimsel çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır. Ülkemizde ise, yansıtıcı çatı sistemlerinin iklim değişimi ve enerji verimliliği kapsamında sağladığı faydalar bilinmekte ancak Türkiye de kullanılan çatı kaplama malzemelerinin başlangıç ve uzun dönemdeki güneş ışınımı yansıtma oranları bilinmemektedir. Dolayısıyla, bir çatı sisteminin tasarım sürecinde kaplama malzemesinin seçim kararı aşamasında en önemli seçim kriteri olan yeni ve yaşlanmış çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları, bu süreçte yer alan kişiler tarafından dikkate alınamamaktadır. Bunun nedenleri, tasarım sürecinde yer alan kişilerin konu ile temel bilgilerinin pürüzsüz ve açık renkli yüzeylerin güneş ışınımı yansıtma oranı yüksektir ile sınırlı kalması, ülkemizde yaygın olarak kullanılan çatı kaplama 5

26 malzemelerinin yeni ve yaşlanmış durumlarının güneş ışınımı yansıtma oranlarını veren bilimsel çalışmaların yürütülmemiş olması ve firmaların ürünler ile ilgili bu tür bir bilgiyi sağlamamalarıdır. 1.2 Amaç Bu tez çalışması ile, Türkiye deki binalarda soğutma amaçlı elektrik enerjisi tüketiminin azaltılması için mevcut çatı sistemlerinin enerji etkin iyileştirilmesinde ve yeni yapılacak binalarda enerji etkin çatı sistemi tasarlanmasında yansıtıcı çatı sisteminin kullanımının sağlanması amaçlanmıştır. Bu sebeple; ülkemizde yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin, laboratuvar ortamında yeni ve yaşlanmış durumlarının güneş ışınımı yansıtma oranları ortaya konularak, güneş ışınımı yansıtma oranları ile ilgili kısa ve uzun dönem performansları değerlendirilmektedir. Alt amaçlar ise şu şekilde sıralanabilir; ülkemizde binalarda yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin başlangıç (yeni durumlarındaki) güneş ışınımı yansıtma oranlarını laboratuvarda ölçerek hesaplamak, bunları güneş ışınımı yansıtma oranlarına göre karşılaştırmak ve etkin yeni çatı kaplama malzemesini belirlemek, yeni çatı kaplama malzemelerini laboratuvarda hızlandırılmış olarak yaşlandırmak, yaşlanmış çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranlarını laboratuvarda ölçerek hesaplamak ve etkin yaşlanmış çatı kaplama malzemesini belirlemek, çatı kaplama malzemelerinin yeni ve yaşlanmış durumlarının güneş ışınımı yansıtma oranlarını birbirleriyle karşılaştırarak, çatı kaplama malzemelerinin yüzey özelliklerindeki değişimin (ultraviyole ışınım etkisinde yüzey renginin solması gibi), uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performansına etkilerini ortaya koymaktır. Bu tez çalışmasının ana amacı, ülkemizde yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin kısa ve uzun dönemdeki güneş ışınımı yansıtma performanslarını değerlendirmektir. Bu amaçla laboratuvarda ölçüm yöntemi izlenmiştir. Ancak, çalışma sürecinde, aynı amaca ulaşmak için, İ.T.Ü. Bilimsel Araştırma Projesi kapsamında, gerçek hizmet şartlarında alanda ölçüm yöntemi kullanma olanağı 6

27 doğmuştur. Bu nedenle; bu ölçüm yöntemi, tez çalışmasına sadece bilgi vermek amacıyla dahil edilmiştir. 1.3 Kapsam Bu tez çalışması kapsamında sırasıyla; güneş ışınımı ve opak bina kabuğuna etkisi, Türkiye de kullanılan çatı kaplama malzemeleri ve yansıtıcı çatı sistemi konuları ele alınmıştır. Buna ek olarak; ülkemizde yaygın olarak kullanılan kil, çimento, metal ve bitüm esaslı 13 adet çatı kaplama malzemesi laboratuvarda ölçüm için kullanılmıştır. Kil esaslı kiremit ve bitüm esaslı şingıl çatı kaplamaları ise İstanbul da gerçek hizmet şartlarında kısa ve uzun dönemdeki güneş ışınımı yansıtma oranlarının ölçümü için ele alınmıştır. Laboratuvarda gerçekleştirilen ölçümlerde, 13 adet çatı kaplama malzemesinden ikisi, Türkiye de teras çatılarda sıklıkla kullanılan çatı kaplama malzemelerinden, diğerleri ise Çatıder (Çatı Sanayici ve İş Adamları Derneği) tarafından yapılan Eğimli Çatılarda Nihai Çatı Kaplama Malzemeleri 2007 Yılı Sektör Büyüklüğü araştırmasının sonuçlarına göre yüksek pazar payına sahip malzemelerden seçilmiştir. Açık alanda yürütülen ölçümlerde ise, ülkemizde nispeten daha yaygın olarak kullanılması ve tek renk olması nedeniyle kil esaslı kiremitin rengi esas alınarak bitüm esaslı şingıl da bu renge yakın renkte seçilmiştir. Açık alanda, ölçüm yönteminin izin verdiği en yüksek eğim değeri %16,7 dir ve bu değer, kil esaslı kiremitin uygulanması gereken en az %25 eğim değerini karşılamamaktadır. Bu nedenle, ölçüm yönteminin izin verdiği sınırlar içinde kalınmış ve çatı kaplama malzemeleri %3 eğimli olarak uygulanmıştır. %3 eğim değeri bu kaplama malzemeleri için az bir değer olmasına karşın, bu şekilde yağış suyunun yüzeyden uzaklaştırılması ve güneş ışınımının yüzeye olabildiğince dik gelmesi sağlanmıştır. Böylece, açık alanda yürütülen ölçümler için kaplama malzemelerinin güneş ışınımına en yoğun maruz kalabileceği koşullar oluşturulmuştur. 7

28 1.4 Yöntem Çalışmada kullanılan yöntemler aşağıda açıklanmıştır. Bunlar; Veri toplama Literatür taraması Deneysel Çalışma Laboratuvarda ölçüm yöntemi. Yukarıda açıklanan yöntemlerin çalışmada kullanım yerleri aşağıda açıklanmıştır. Güneş ışınımı ve opak bina kabuğuna etkisi; güneş ışınımının özellikleri, güneş ışınımı etkisinde opak yüzey davranışları ve bu davranışlara etki eden yüzey özelliklerinin alt başlıklar ile birlikte açıklanması için literatür taraması yapılmıştır. Türkiye de çatılarda yaygın olarak kullanılan çatı kaplama malzemelerinin özelliklerinin ortaya konması için literatür taraması yapılmıştır. Sürdürülebilir çatı sistemlerinin ortaya konması ve bunlardan yansıtıcı çatı sisteminin detaylı biçimde alt başlıkları ile açıklanması için literatür taraması yapılmıştır. Türkiye de kullanılan çatı kaplama malzemelerinin yeni ve yaşlanmış durumlarının spektral özelliklerini ortaya koyarak kısa ve uzun dönem güneş ışınımı yansıtma performanslarını değerlendirmek için laboratuvarda deneysel çalışma yürütülmüş ve gerçek hizmet şartlarında açık alanda deneysel çalışma halen yürütülmektedir. Çatı kaplama malzemelerinin güneş ışınımı yansıtma oranları, laboratuvarda ASTM E standardı takip edilerek ölçülmüştür. Laboratuvarda, hızlandırılmış yaşlandırma işlemi ise, ASTM G standardının tarif ettiği şekilde gerçekleştirilmiştir. Açık alanda halen yürütülmekte olan ölçümlerde ise ASTM E standardı takip edilmektedir. Daha önce de değinildiği gibi bu tez çalışmasının amacına ulaşmak için seçilen yöntem laboratuvarda deneysel çalışmadır. Bilimsel Araştırma Projesi kapsamında açık alanda ölçüm yöntemi ile yürütülen çalışma ise halen devam ettiği için sadece bilgi amaçlı olarak verilmiştir. 8

29 2. GÜNEġ IġINIMI VE OPAK BĠNA KABUĞUNA ETKĠSĠ 2.1 Bina Kabuğuna Etki Eden GüneĢ IĢınımı Özellikleri Güneş ışınımı, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklinde gerçekleşen füzyon sonucu açığa çıkan ışıma enerjisidir (Url-2). Bu enerji elektromanyetik dalgalar halinde farklı dalga boylarında yayınlanır. Bu dalga boylarının sıralı görünümü, güneş spektrumu veya diğer bir ifade ile elektromanyetik güneş spektrumu olarak adlandırılır (Url-3). Şekil 2.1 de yer alan güneş spektrumunda güneş ışınımı, dalga boylarına göre temel gruplarda ifade edilmiştir. Bunlar; radyo dalgaları, mikro dalgalar, kızılötesi ışınlar (infrared-ir), görünür ışınlar, morötesi ışınlar (ultraviyole-uv), x ışınları ve gama ışınlarıdır. En kısa dalga boylu gama ışınları, en yüksek enerjiye ve frekansa; en uzun dalga boylu radyo dalgaları ise en düşük enerjiye ve frekansa sahiptir. Buradan da anlaşılacağı üzere, dalga boyu ile enerji miktarı ters, enerji miktarı ile frekans doğru orantılıdır, (Demir, 1986). ġekil 2.1 : Elektromanyetik güneş spektrumu (Url-3) 9

30 ġekil 2.2 : Güneş ışınımının atmosferde aldığı yol (Berköz, 1983) (Demir, 1986) Şekil 2.2 de de görüldüğü gibi; güneş ışınımı atmosferden geçerken, bir kısmı atmosferin üst katmanlarında ozon, yeryüzüne yakın katmanlarında ise su buharı tarafından emilir (atmosfere gelen güneş ışınımının %14 ü ozon, karbondioksit, su buharı, oksijen, nitrojen gibi gazlar tarafından emilir). Diğer bir kısmı (atmosfere gelen güneş ışınımının %43 ü) ise, atmosferde bulunan hava ve su molekülleri ile toz parçalarına çarparak dağılır ve yaygın duruma geçer (yaygın gök ışınımı). Geri kalan kısmı da (atmosfere gelen güneş ışınımının %43 ü), dalga boyunda değişim olmaksızın direkt ışınım şeklinde yeryüzüne erişir. Buna direkt güneş ışınımı adı verilir. Dolayısıyla güneş ışınımı yeryüzüne iki farklı şekilde, direkt güneş ışınımı (doğrultusu ve dalga boyunda bir değişiklik olmadan) ve yaygın gök ışınımı (atmosferdeki toz, hava molekülleri ve su buharı taneciklerine çarparak-sonsuz yansımalar ile-saçılan ve atmosferde yaygın duruma geçtikten sonra) olarak gelmektedir (Demir, 1986) (Tavil, 1995). Atmosfere gelen güneş ışınımı; atmosferin fiziksel özelliklerine ve ışınımın atmosferde aldığı yola bağlı olarak azalır. Gelen güneş ışınımı, çeşitli atmosferik bileşenler özellikle ozon ve su buharı tarafından emilerek, hava molekülleri ve 10

31 aerosoller tarafından da saçılarak önemli ölçüde azalır. UV ışınım bandında ozon, görünür ışınım bandında ozon ve oksijen, IR ışınım bandında ise su buharı ve karbondioksit tarafından olan emilme önemlidir. Bu nedenlerle yere ulaşan ışınım, direkt güneş ışınımından oldukça küçüktür (Oğuzhan, 1995). Yeryüzüne ulaşan güneş ışınımının dalga boyu dağılımı ise; ışının aldığı yola, atmosfer bileşenlerinin miktarlarına, emilme ve saçılma olaylarına bağlıdır. Atmosferin kompozisyonu çeşitli etkilerle değiştiği zaman dalga boyu dağılımı da değişmektedir (Oğuzhan, 1995). ġekil 2.3 : Güneş ışınlarının dağılımı (İlhan, 2010) Güneş ışınlarının dağılımı Şekil 2.3 de gösterilmiştir. Ancak yeryüzüne ulaşan güneş ışınımı her zaman bu dağılım paylarına sahip özellik göstermez (Url-4). Yeryüzüne gelen güneş ışınımının özelliklerini; dünyanın biçimi, ekseninin eğimi, güneş etrafındaki hareketleri ve atmosferde meydana gelen emme, yansıma, saçılma olayları belirler. Yeryüzüne gelen güneş ışınım miktarı ve dalga boyu dağılımı; bulunulan yerin coğrafi enlemine, yükseltisine, meteorolojik karakterine ve atmosfer kirliliğine göre farklılık gösterir. Bina kabuğunun, yıl boyunca aldığı güneş ışınım miktarı ise; boyutuna, şekline, yüksekliğine ve yüzey özelliklerine bağlıdır (Tavil, 1995). Güneş ışınımı içerisinde düşük bir paya sahip ultraviyole ışınlar, enerji açısından en etkin ışınlardır (Akman ve Dilmaç, 2007). Ultraviyole ışınımın canlılar üzerinde olumsuz biyolojik etkileri vardır ve bu etkiler nm dalga boyu aralığındaki güneş ışınımının mevcut spektrum içerisindeki oranına bağlıdır. 11

32 Görünür ışınlar, elektromanyetik radyasyonun dar bir bölümünde yer alır. Göz retinasındaki renk pigmentleri ile ilişkilidir ve görme eylemini gerçekleştirmede yardımcı olur. İnsan gözü 400 nm ile 700 nm aralığındaki elektromanyetik ışınımı algılayabilir. Tüm renkler bu dalga boyu aralığında yer alır, örneğin; menekşe, çivit, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı. En kısa dalga boyları menekşe rengi olarak algılanırken, en uzun dalga boyları kırmızı olarak algılanır (Url-5). Kızılötesi ışınlar ise, elektromanyetik spektrumun biraz daha düşük enerjili bölümüdür (IR). Kızılötesi ışınların enerjileri elektronların enerjilerini değiştirmek için oldukça küçüktür ve bunun yerine moleküllerin titreşim durumlarını değiştirme eğilimi gösterirler. Moleküller bu ışınları emdiklerinde atomları daha hızlı hareket eder ve bunun sonucu olarak sıcaklıkları artar (Url-5). Bina kabuğu yüzeyine gelen toplam güneş ışınımı direkt, yayılı ve yansıyarak gelen güneş ışınımlarının toplamına eşittir (Aksoy ve Keleşoğlu, 2007). Yüzeyleri etkileyen direkt, yaygın gök ve yansımış güneş ışınımı miktarlarının hesaplanabilmesi için yüzey-güneş açılarının değerlerinin bilinmesi gereklidir. (Berköz, 1973). ġekil 2.4 : Yüzey-güneş açıları (Berköz, 1973) Şekil 2.4 te yer alan açıların açıklamaları aşağıda yer almaktadır: ø (Güneşin geliş açısı): Güneş ışını ile ele alınan yüzeyin normali arasındaki açıdır. z (Zenit açısı): Güneş ışını ile düşey doğrultu arasındaki açıdır. 12

33 α (Güneş yükseliş açısı): Güneş ışını ile güneş ışınının yatay düzlem üzerindeki izdüşümümü arasındaki açıdır. ß (Güneş azimut açısı): Güneş ışınının yatay düzlem üzerindeki izdüşümünün güneyden veya kuzeyden yaptığı sapma açısıdır. ε (Yüzey güneş azimut açısı): Güneş ışınının yatay düzlemdeki izdüşümü ile yüzeyin normalinin aynı düzlem üzerindeki izdüşümü (yüzey düşey ise normali) arasındaki açıdır. s (Eğim açısı): Ele alınan düzlem yüzeyle yatay düzlem arasındaki açıdır, yüzeyin düşey veya yataya göre durumunu belirler. γ (Yüzey azimut açısı): Yüzey eğimli ise normalinin yatay düzlemdeki izdüşümünün, yüzey düşey durumda ise normalinin güneyden veya kuzeyden yaptığı ve yatay düzlemde ölçülen sapma açısıdır. Yüzeyin yönlere göre olan durumunu tanımlamakta kullanılır. Şekilde belirtilen zenit açısı ve yükseliş açısının toplamı 90 ye eşittir. Geliş açısı (ø); güneşin yükseliş açısına(α), bulunulan yerin enlemine, gün ve saatlere göre değişim gösterir. Yüzey güneş azimut açısı (ε) ise; enleme, gün, saat ve yüzeyin yönlendirildiği yönlere bağlı olarak değişim gösterir. Aynı zamanda yüzey eğim açısı (s) na bağlıdır (Berköz, 1973). 13

34 ġekil 2.5 : Güneş ışınlarının geliş açısı-yüzey ilişkisi (Kıncay, 2008) 1 er m² lik yüzey alanına sahip iki ışın demetinin yer yüzeyine dikey ve yatay düşmesi sonucu güneş ışınlarının yerin güneşlenme şiddetine etkisi Şekil 2.5 de görülmektedir. A ışın demeti a karesinde yoğunlaşırken, B ışın demeti b dikdörtgenine yayılmaktadır. Güneş ışınları bir yatay yüzeye ne kadar dik gelirse yüzey tarafından emilme o kadar artar ve dolayısıyla yüzey sıcaklığı artar. Bu yüzden güneş ışınlarının geliş açısı ve yüzey ile yaptığı açılar, yeryüzünde sıcaklık dağılımını belirleyen en önemli etkenlerdir (Kıncay, 2008). 2.2 GüneĢ IĢınımı Etkisinde Opak Yüzey DavranıĢları Opak yüzeye gelen güneş ışınımının bir kısmı yansır, geri kalanı ise yüzey tarafından emilir. Yüzeyin sıcaklığı; dış ortam sıcaklığının yüzey sıcaklığından fazla olduğu durumda, dış ortam sıcaklığından daha üst seviyeye çıkar ve yüzeyden ortama doğru ısı kaybı meydana gelir. Yüzey sıcaklığının artması, yüzeyin yayınımla kaybettiği enerji miktarını arttırır. Yüzey sıcaklığının artması sonucu malzeme bünyesinde ısı depolanır ve ısı akımı meydana gelir. İç yüzeye ulaşan ısı enerjisi; kondüksiyon, konveksiyon ve radyasyon yoluyla iç mekana iletilir (Dilmaç, 1989a). 14

35 ġekil 2.6 : Güneş ışınımı etkisinde opak yüzey davranışları (Dilmaç, 1989b) Şekil 2.6 da görüldüğü gibi opak yüzeye ulaşan güneş ışınımının bir kısmı yüzey tarafından emilir, kalan enerji doğrultusu değişmiş olarak ortama geri yansır. Yüzeyin güneş ışınlarından enerji emmesi sonucu yüzey sıcaklığı dış ortam sıcaklığının üzerine çıkar ve yüzeyden dış ortama doğru ısı yayınımı olur. Gelen 1 birim güneş ışınımının 0.6 birimi yüzeyden yansıyor ise 0.4 birimi yüzey tarafından emilir. 0.9 yayınlama oranına sahip bir yüzeyde, emilen 0.4 birim güneş ışınımının 0.36 birimi dış ortama yayınlanır. Bu durumda yüzey ısı kazancı 0.04 birim olur (Dilmaç, 1989b). Buna göre opak yüzeyler güneş ışınımı etkisinde üç optik özelliğe göre davranış gösterirler. Bunlar emicilik (a), yansıtıcılık (r) ve yayınım (e) dır. Opak yüzeylerde a + r =1 bağıntısı geçerlidir. Bu bağıntı gelen toplam ışınımın spektral ve açısal özelliklerine bağlıdır. a (absorbtivity): yüzey tarafından emilen ışınımın gelen ışınıma oranı r (reflectivity): yüzey tarafından yansıtılan ışınımın gelen ışınıma oranı e (emissivity): yüzey tarafından yayınlanan ışınımın gelen ışınıma oranı a, r ve e değerleri 0 ile 1 arasındadır (ASTM E772, 2005). Yukarıda yer alan açıklamalardan da anlaşılacağı üzere, yansıtıcılık, emicilik ve yayınım; opak yüzeyin güneş ışınımı etkisindeki davranışlarını tanımlayan özelliklerdir (Tavil, 1995). 15

36 2.2.1 Opak yüzeyin ıģınım yansıtma özelliği Yansıma olayı, yüzeye gelen güneş ışınımının yüzey tarafından frekansında değişme olmaksızın doğrultusu değişmiş olarak geri çevrilmesi olarak tanımlanabilir (ASTM E772, 2005) (Dilmaç, 1989a). Yansımanın miktarı ve doğrultusu yüzey özellikleri ile ilgili bir durumdur. Opak yüzeylerde yansıma olayı iki farklı biçimde gerçekleşebilir: Düzgün yansıma ve dağınık yansıma. Bu yansıma çeşitleri Şekil 2.7 de görülmektedir. ġekil 2.7 : Opak yüzeyde yansıma çeşitleri (Dilmaç, 1989a) Yansıma olayı; yüzey pürüzleri yüzeye gelen ışınımın dalga boyundan küçük olduğu durumda düzgün (speküler), büyük olduğu durumda ise dağınık (diffüz) olarak gerçekleşmektedir. Düzgün yansımada yansıyan ışınım, gelen ışınımın yüzeyin normali ile yaptığı açıya eşit doğrultudadır. Dağınık yansımada ise gelen ışınım tüm doğrultularda yansır. Diğer bir yandan; gerçekte, pek çok opak yüzeyde ne tamamen düzgün ne de dağınık yansıma gözlenir (Şekil 2.7) (Dilmaç, 1989a). Yansıma olayı, yansıma oranı ve yansıtıcılık olmak üzere iki farklı büyüklük ile ifade edilir. Yansıma oranı gelen toplam güneş ışınımının yüzeyden yansıyan güneş ışınımına oranıdır. (ASTM E772, 2005) (Dilmaç, 1989a). r ile ifade edilen yansıtıcılık kavramı ise mikroskobik ölçüde homojen ve düz optik özelliğe sahip opak bir yüzeyin yansıma oranıdır. Bu açıklamadan da anlaşılacağı üzere, yansıtıcılık malzemeye özgü bir özellik iken yansıma oranı bu malzemeden oluşturulan yüzeye ait bir özelliktir (ASTM E772, 2005). Güneş ışınımı ile ilgili konularda ise yansıma oranı kullanılır. Yansıma oranı; yüzey özelliklerine, gelen ışınımın dalga boyu ve doğrultusuna bağlı olup, cisim sıcaklığından az miktarda etkilenebilir. Çeşitli yüzeylerde yansıma oranlarının güneş ışınlarının geliş açısı ve dalga boyu ile değişimi sırasıyla, Şekil 2.8 ve Şekil 2.9 da verilmiştir. 16

37 ġekil 2.8 : Çeşitli yüzeylerde yansıma olanlarının güneş ışınlarının geliş açısı ile değişimi (Dilmaç, 1989a) 17

38 ġekil 2.9 : Çeşitli yüzeylerde yansıma olanlarının güneş ışınlarının dalga boyu ile değişimi (Dilmaç, 1989a) Opak yüzeyin ıģınım emme özelliği Emme olayı, radyan enerjinin madde ile etkileşmesi sonucu başka bir enerjiye dönüşmesidir (ASTM E772, 2005). Emilen güneş ışınımı ile maddenin atom veya molekülündeki elektronların enerji seviyeleri değişir. Işınım emme oranı (yüzey tarafından emilen ışınımın gelen toplam güneş ışınımına oranı) a ile ifade edilir ve 0 ile 1 değerleri arasındadır (ASTM E772, 2005) (Tavil, 1995). a değeri herhangi bir cisim için 1 den küçüktür. Işınımın dalga boyu ve geliş doğrultusuna bağlı olup, yüzey özelliklerinden çok etkilenirken cismin sıcaklığından az etkilenir (Dilmaç, 1989a). Güneş ışınımı etkisindeki bir cisim atomlarını uyarılmış hale getirecek nitelikteki radyan enerjiyi emer. Uyarılmış atom kazandığı enerjiyi, elektronunun daha düşük enerjili bir seviyeye düşmesi veya atomun diğer atomlar ile çarpışması sonucu uyarılma enerjisinin ısı enerjisine dönüşmesi şeklinde kaybedebilir. Uyarılmış atomların kendiliğinden daha düşük enerji seviyelerine düşmesi yayınlama olarak adlandırılır (Dilmaç, 1989a). Bu konu bölümünde detaylı olarak ele alınacaktır. Dilmaç (1989a), opak yüzeyin enerjiyi emebilme kabiliyetinin dalga boyu ile değiştiğini belirtmiştir. Bu durum, binalarda opak yüzeyleri oluşturan kaplama malzemelerinin belirlenmesi açısından oldukça önemlidir. 18

39 2.2.3 Opak yüzeyin ıģınım yayınlama özelliği Normal dış ortam şartlarında düşük enerji seviyesinde bulunan elektronlar, herhangi bir şekilde uyarıldıklarında ilk enerji seviyelerine dönmek isterler. Bu yüzden elektronlar uyarıldıktan kısa bir süre sonra seviye farkına eşit miktardaki enerjiyi elektromanyetik dalga formunda yayınlayarak kendiliğinden düşük enerjili duruma geçerler. Yüzeye yakın atomlardan yayınlanan enerji termal radyasyon olarak adlandırılır. Termal radyasyon büyük dalga boylu olup, dalga boyu dağılımı ve miktarı cismin sıcaklığına bağlıdır (Dilmaç, 1989a). Yayınlama oranının büyüklüğünü güneş ışınımının dalga boyuna göre dağılımı ve yüzey sıcaklığı belirler. Işınım yayınlayan yüzeyin sıcaklığı arttıkça, yayınladığı radyasyonun dalga boyu kısalır (enerjisi artar). Yüzeylerin emicilik, yansıtıcılık, yayınlayıcılık özelliklerini değerlendirebilmek için yüzey, üzerine gelen tüm ışınımı emen ve hiç yansıtmayan siyah cisim özellikleriyle karşılaştırılır. Siyah cisim; siyah yüzeyli gerçek bir cisim değil, teorik bir kavramdır. Üzerine gelen tüm ışınımı dalga boyu ve doğrultudan bağımsız olarak emer. Mümkün olan maksimum enerjiyi tüm doğrultu ve sıcaklıklarda yayınlar. Bu yüzden siyah cismin yayınlayıcılığı, emiciliği 1 değerine eşittir, tüm gerçek yüzeylerin ise pratikte bu değerleri 1 den küçüktür (Tavil, 1995). e ile ifade edilen yayınlama oranı cisimden yayınlanan ışınımın, aynı sıcaklıktaki siyah cisimden yayınlanan ışınıma oranıdır (ASTM E772, 2005). Akman ve Dilmaç (2007) ın belirttiği gibi a ve e oranları aynı değişkenlerden aynı miktarlarda etkilenirler ancak eşit değildirler. Bunun yanı sıra gri cisimlerin a ve e değerleri eşit olabilmektedir. Binalarda opak yüzeylerde kullanılan kaplama malzemeleri belirlenirken yüzeyden beklenilen davranışların, örneğin yayınlama ile geceleri enerji kaybının minimuma indirilmesi, gerçekleşmesi için bu malzemelerin yayınlama oranlarının bilinmesi gereklidir. Termal radyasyon diğer bir ifade ile uzun dalga ısıl ışınım, havanın bulutsuz olduğu günlerde en yüksek değerine ulaşır. İç ortam konfor koşullarının sağlanabilmesi amacıyla soğuk iklim koşullarının hakim olduğu bölgelerde bu ışınım kaybının en aza indirgenmesi gerekir. Çizelge 2.1 de bazı yapı malzemelerinin güneş ışınımı emme ve termal radyasyon yayınlama oranları yer almaktadır. 19

40 Çizelge 2.1 : Bazı yapı malzemelerinin güneş ışınımı emme ve termal radyasyon yayınlama oranları (Akman ve Dilmaç, 2007) Malzeme Türü GüneĢ ıģınımı emme (ak) Termal ıģınım yayınlama(eu) ak/eu Kırmızı tuğla Pürüzlü kırmızı tuğla Cilalı tuğla Parlatılmış mermer Beyaz sıva Gri boya Siyah boya Galvanizli çelik Parlatılmış çinko GüneĢ IĢınımı Etkisinde Opak Yüzeyin DavranıĢını Etkileyen Malzeme Özellikleri Güneş ışınımının yansıması, emilmesi ve yayınlanması ışınımın spektrumuna, şiddetine ve geliş yönüne bağlı olduğu gibi, malzemenin elektriksel ve yüzeysel niteliklerine de bağlıdır (Akman ve Dilmaç, 2007) Madde iç yapısı Madde iç yapısı (atomik yapısı, elektron seviyeleri vb.) gelen ışınımın emilmesi ya da yansıtılmasında en önemli etkendir. Opak yüzeylerde gelen ışınım yüzeyin derinliklerine inemez ve dolayısı ile yüzey davranışları yüzeydeki ince bir tabakada gerçekleşir (Dilmaç, 1989a). Malzemenin kimyasal bileşimi, atomlar arası bağ türleri ve atomların kristal ya da amorf düzende dizilmeleri güneş ışınımı etkisinde yüzey davranışlarını etkileyen özelliklerdir. Emme oranını belirleyen temel özellik ise elektronların enerji seviyeleridir (Tavil, 2005). Güneş ışınımı bir tür elektromanyetik dalga olduğundan, güneş ışınımı etkisindeki malzemelerin elektriksel özellikleri önemlidir. Malzemeleri elektriksel özellikler yönünden iki ana gruba ayırabiliriz: iletken ve yalıtkan (dielektrik) malzemeler. Diğer bir yönden, malzemeler genel olarak üç ana sınıfta incelenebilir: metaller, seramikler ve polimerler. Metaller iletken, seramik ve polimerler ise dielektrik 20

41 malzemelerdir. Dielektrik malzemeler güneş ışınımından korunmada etkilidirler. Beton, alçı, kireç, çimento ve pişmiş toprak gibi geleneksel yapı malzemeleri seramik malzemelerdir. Sıva ve badanalar gibi cephe kaplama malzemeleri ise plastiklere örnek olarak verilebilir (Akman ve Dilmaç, 2007). Polimerlerin yüksek enerjili ve kısa dalga boylu ışınları yüksek oranda emmeleri, dielektrik özelliklerinde güneş ışınımı etkisinde değişim meydana gelmesi ihtimalini arttırmaktadır (Akman ve Dilmaç, 2007). Şekil 2.10 da görüldüğü gibi dielektrik yüzeyler siyah yüzeylere benzer davranışlar gösterirken, metal yüzeylerin davranışları oldukça farklıdır. Metallerde emme oranı öğleye yakın saatlerde (geliş açısı büyüdükçe) artar, güneş ışınlarının geliş açısı 90 ye yaklaşınca aniden düşer (Dilmaç, 1989a). Opak bina kabuğunda kullanılacak malzemelerinin seçiminde yüzeylerin güneş ışınımı emme ve ısıl radyasyon yayınlama oranlarının dikkate alınması gereklidir. Bu oran büyüdükçe güneş ışınımından yararlanma o derece artar. Güneş ışınımından korunma amaçlandığında ise bu durumun tersini sağlayacak nitelikte malzemeler tercih edilebilir. Bu oran, genellikle emme oranları düşük olmasına rağmen metalik malzemelerde büyük değerler gösterir. ġekil 2.10 : Yüzeylerin emme oranlarının ışınlarının geliş doğrultusu ile değişimi (Dilmaç, 1989a) 21

42 2.3.2 Yüzey rengi Rengin üç bileşeni vardır: Tür (hue), değer (value) ve doymuşluk (chroma). Bu bileşenler şekil Şekil 2.11 de gösterilen Munsell Atlası ile belirlenir. Rengin esas bileşeni türdür. Değer ise türün içerisinde ne oranda siyah veya beyaz olduğunu diğer bir ifade ile koyuluğunu belirler. Siyah, beyaz ve bu ikisinin karışımı olan grinin türü yoktur yani renksizdirler. Doymuşluk, griye olan uzaklığı ifade eder (Akman ve Dilmaç, 2007). Renk görünen dalga boyları açısından önemlidir. Ultraviyole ışınım bandında ise malzeme iç yapısı önem taşır. ġekil 2.11 : Munsell atlası (Url-6) 22

43 ġekil 2.12 : Rengin tür bileşeninin yansıma oranına etkisi (Dilmaç, 1989a) Çeşitli renklerdeki yüzeylerin monokromatik yansıma oranlarının dalga boyu ile değişimi Şekil 2.12 de belirtilmiştir. Buradan her türün kendi dalga boyunda en yüksek yansıma oranına sahip olduğu anlaşılmaktadır. Şekil 2.13 te ise rengin değer bileşeninin yansıma oranına etkisi görülmektedir. Değer bileşeni yansıma oranının sayısal büyüklüğünü etkilemektedir. Yansıma oranı değer azaldıkça (renk koyulaştıkça) azalır (Akman ve Dilmaç, 2007). Doymuşluğun artması ile ise renk, asıl türüne dolayısıyla türünün eğrisine yakın bir grafik çizecektir (Dilmaç, 1989a). Özetle, yüzey rengi görünür bölgede yüzeyin yansıttığı dalga boyu aralığının bir göstergesidir. 23

44 ġekil 2.13 : Rengin değer bileşeninin yansıma oranına etkisi (Dilmaç, 1989a) Yüzey pürüzlülüğü Yüzey pürüzlülüğünün artması sonucu dağınık yansımaların artması ile yansıyan ışınların tekrar yüzeye çarpması olasılığı artar ve dolayısıyla yüzeyden emilen enerji miktarı artar (Tavil, 2005). Ayrıca pürüzlü yüzeylerin düz yüzeylere göre yüzey alanının fazla olması, güneş etkisinin olmadığı açık gökyüzü koşullarında yüzeyden yayınlanan enerji miktarını arttırır. Yüzeyin mat veya parlak görünüyor olması da yüzey pürüzlülüğü ile ilgilidir. Yüzey pürüzlerinin görünür ışığın dalga boyundan küçük olduğu oranda düzgün yansıma meydana gelir. Bu da yüzeyin parlak görünmesine neden olur. Kaynaklarda parlak yüzeylerde yansımanın daha fazla olduğu ifade edilmekte ve bu nedenle örneğin enerji kazanımı açısından binalarda cephe kaplama malzemelerinin mat görünümlü seçildiği belirtilmektedir (Dilmaç, 1989a). Pürüzlülüğün yüzeye olan diğer ısıl etkileri ise şöyledir: Güneş ışınımının geliş açısına bağlı olarak pürüzlü yüzeyde gölge oluşmakta ve gölgede kalan bölümler daha az enerji emmektedir. Pürüzlü yüzeylerde yüzey alanındaki artış, dış yüzeysel ısı iletim katsayısının artmasına neden olur. Bu nedenle, düşük dış ortam sıcaklıklarında pürüzlü yüzeyler daha hızlı soğumaktadır. 24

45 Pürüzlülük, rüzgar etkisinde pürüzlerin arasında gerçekleşecek hava hareketi ile taşınım yoluyla olan ısı kayıplarında artışa neden olmaktadır (Tavil, 2005) Yüzey nemlilik durumu Yüzey nemliliği arttıkça yüzeyin ışınım yansıtma oranı azalır (Dilmaç, 1989a) (Dilmaç, 1989b) (Tavil, 2005). Yüzeyin ıslanması sonucu ışınım emme oranının artması yüzeyde koyu renkli gölgelerin oluşması ile açıklanmaktadır. Emme oranındaki bu artış, yüzeyde sudan bir film tabakası oluşması durumunda gerçekleşmekte, bu film tabakası yüzeye güneş ışınımının ulaşmasına engel olmaktadır. Bu film tabakası gelen güneş ışınımını emerek enerji kazanmakta ancak buharlaşma yoluyla daha fazlasını kaybetmekte ve yüzey sıcaklığını düşürmektedir (Tavil, 2005). 25

46 26

47 3. ÇATI KAPLAMA MALZEMELERĠ Binayı oluşturan temel bileşenlerden biri olarak çatı, binayı en üstten sınırlayan ve iç ortamı dış atmosfer koşullarından ayıran bir yapı kabuğudur (Çatıder, 2005). Türk Dil Kurumu nda ise çatı sözcüğü, Bir yapının, bir evin damını kuran parçaların bütünü olarak tanımlanmaktadır. Çatının işlevi; yağmur, kar, dolu, don, gecegündüz sıcaklık farkları, güneş ışınımı, rüzgar, dış kaynaklı sesler gibi dış koşulların etkisi altında; iç ortamda kullanıcı gereksinimlerini karşılayacak düzeyde ısısal, görsel, akustik konfor ve güvenlik sağlamak, ayrıca, yapı ve kullanıcı sağlığını korumaktır (Şekil 3.1) (Çatıder, 2005). ġekil 3.1 : Dış koşul ve etkiler (Url-7) Çatıda yer alan katmanlar ise şöyle sıralanabilir: Kaplama katmanı, havalandırma boşluğu, su yalıtım katmanı, ısı yalıtım katmanı, buhar kesme / dengeleme katmanı ve taşıyıcı katman (Çatıder, 2005). Bu bölümde, yapılarda bitirme malzemesi olarak görev üstlenen çatı kaplama malzemelerinin, malzeme türlerine göre sınıflandırılması ile Türkiye de yaygın olarak üretilen ve kullanılan çatı kaplama malzemelerinin özellikleri yer almaktadır. Çatı kaplama malzemeleri, malzemelerine ve bileşen türlerine göre olmak üzere iki şekilde sınıflandırılabilir. Bileşen türlerine göre çatı kaplama malzemeleri; birim bileşenli çatı kaplaması, şekillendirilmiş oluklu levha çatı kaplaması, düz levha çatı kaplaması ve katlanmış metal saç çatı kaplaması gibi gruplara ayrılabilir (Türkçü, 27

48 2004). Malzemelerine göre çatı kaplamaları ise kil, çimento, metal, bitüm, plastik, cam, doğal taş ve bitkisel esaslı olarak sıralanabilir (Toydemir ve Bulut, 2004). Bu bölümde, çatı kaplama malzemeleri, malzeme türlerine göre sınıflandırılmış olup; yalnızca kil, çimento, metal ve bitüm esaslı çatı kaplama malzemeleri kapsam dahilinde tutulmuştur. Çizelge 3.1 de ve Şekil 3.2 de sırasıyla çatı kaplama malzemelerinin 2007 yılı sektör büyüklükleri ve Türkiye pazarındaki dağılımları yer almaktadır. ġekil 3.2 : Çatı kaplama malzemelerinin 2007 yılı pazar dağılımı (Öztürk, 2008) Çizelge 3.1 den de görüldüğü gibi, Türkiye 2007 yılı pazar dağılımında en yüksek paya sahip metal esaslı çatı kaplama malzemeleridir. Tek tip kaplama türüne bakıldığı zaman ise en yüksek oran, geleneksel çatı kaplama malzemesi olan kil esaslı kiremitlere aittir. 28

49 Çizelge 3.1 : Çatı kaplama malzemelerinin Türkiye pazar payı dağılımı (Öztürk, 2008) EĞĠMLĠ ÇATILARDA NĠHAĠ ÇATI KAPLAMA MALZEMELERĠ 2007 YILI SEKTÖR BÜYÜKLÜKLERĠ GRUPLAR 2005 Yılı Pazar Dağılımı 2007 Yılı Pazar Dağılımı Yılları KarĢılaĢtırması Artma / Eksilme miktar miktar yüzde miktar yüzde (m²/yıl) (m²/yıl) ( % ) (m²/yıl) ( % ) 1. Metal Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri TOPLAM ,95% % a Üzeri doğal taş kaplı panel ve kiremitler % b Boyalı, doğal taş kaplamasız panel ve kiremitler % c Sandviç paneller i) İki yüzü metal kaplı sandviç paneller ii) Bir yüzü metal, bir yüzü kağıt plastik sandviç p % % % iii) İki yüzü metal kaplı kompozit olmayan paneller d Tek kat metal kaplamalar (boyalı ve boyasız) 0 i) Galvanizli Sac % ii) Alüminyum % iii) Bakır % 2. Kil Esaslı Kiremit Çatı Kaplama Malzemeleri TOPLAM ,82% % 3. Çimento Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri TOPLAM ,07% % a Çimento esaslı kiremit % b Lifli çimento esaslı levhalar % 4. Bitüm Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri 0 TOPLAM ,76% % a Üzeri doğal taş kaplı rulo % b Oluklu,Organik elyaflı bitüm emdirilmiş levhalar % c Shingle % Plastik Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri TOPLAM ,34% % a Polikarbonat (PC) esaslı levhalar % b Cam takviyeli polyester (CTP) levhalar % c Akrilik cam (PMMA) esaslı malzemeler d Polietilen (PE) esaslı malzemeler % e Diğer plastik esaslı malzemeler Diğer Çatı Kaplama Malzemeleri TOPLAM ,07% % a Cam malzemeler % b Doğal taş, ahşap, bitkisel kaplamalı çatılar GENEL TOPLAM : % 29

50 3.1 Kil Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Bu kaplama malzemeleri pişmiş toprak yapı malzemeleridir. Pişmiş toprak, su ile yoğurulduğunda istenilen şekli alabilen, pişirildiğinde geçirimsizlik ve mukavemet kazanan, ana maddesi ise ince taneli kil olan, inorganik esaslı bir malzemedir. Kil esaslı çatı kaplama malzemeleri, eğimli çatılarda kullanılan kiremitler ile üzerinde yürünebilir teras çatılarda kullanılan seramiklerdir. Pişmiş toprak malzemelerin gözenekli sınıfında yer alan bu malzemelerden kiremitler sırlanmamış, seramikler ise sırlanmış malzemelerdir. Topraksı dokuya sahip gözenekli pişmiş toprak malzemeler, gözeneksiz pişmiş toprak malzemelere göre daha çabuk çizilir, daha düşük mukavemet ve daha yüksek su emme özelliği gösterir (Eriç, 2002). Kiremitler oldukça yaygın bir kullanım coğrafyasına sahiptirler. Alaturka, marsilya tipi, düz, dalgalı vb. çeşitli kiremit türleri bulunmaktadır. Bu türlere ve uygulandıkları eğime göre uygulamada çeşitli farklılıklar vardır. Bazı türler çatıya tespit edilirken, bazıları çatı üzerine serbestçe yerleştirilir. Kiremitler; üreticiye bağlı olarak çok çeşitli profil, boyut ve renklerde üretilirler. Kil esaslı kiremitin rengi asıl olarak kilin kimyasal kompozisyonuna bağlıdır. Kiremitler, kilin kalıplanıp fırınlarda pişirilmesi şeklinde üretilmektedir. Eğer herhangi bir renk değiştirici madde kullanılacaksa, bu kile pişirilmeden önce katılır. Böylece renk kiremitin ayrılmaz bir parçası haline gelir. Ayrıca, sırlanmış kil esaslı kiremitler de mevcuttur. Sırlama, daha önceden pişirilmiş kiremitlere uygulanır ve sırlamanın daha dayanıklı olması için bu kiremitler yeniden pişirilir (Patterson ve Mehta, 2001). Kiremitler, düz, tek veya çift oluklu, üst ve yan bindirme kanalları ile özel su tahliye kanalları bulunan, kaplama tahtası veya lata üzerine yerleştirilen, kolay döşenen, boyları cm, enleri cm arasında değişen çatı kaplama malzemeleridir. Genellikle 1-m² alan için adet kiremit kullanımı hesap edilir. Kil esaslı kiremitler çoğunlukla konutların çatılarında uygulanır (Url-8). Düşük mukavemetli oluşları nedeniyle kil esaslı kiremitler kırılgandır, nakliye ve uygulama esnasında diğer kaplama malzemelerine nispeten çok fire verir. Kil esaslı kiremitler ağırlıklarından ötürü taşıyıcı sistem maliyetlerini önemli ölçüde arttırır ki bu nedenle endüstri yapılarında tercih edilmezler. Kil kiremitin donma, çözülme ve kimyasal maddelere dayanıklılığı azdır (Kural ve Seçer, 2010). 30

51 Şekil 3.3 te piyasada mevcut bulunan bazı kil esaslı kiremit çeşitleri yer almaktadır. Şekil 3.4 te ise kiremitin çatıda uygulanmasına örnek olarak bir mahya detayı çizimi bulunmaktadır. Bu çizimde, kiremit kaplamanın altındaki katmanlar görülmektedir. ġekil 3.3 : Kil esaslı kiremit kaplamalar (Url-9) ġekil 3.4 : Kil esaslı kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) 3.2 Çimento Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Çimento esaslı kiremitler ve lifli çimento esaslı oluklu levha kaplamalar bu gruba girmektedir. Genellikle çimento esaslı kiremitler konutların çatılarında, çimento esaslı oluklu levha kaplamalar ise endüstri yapılarının çatılarında kullanılmaktadır. Çimento esaslı kiremit diğer adıyla beton kiremit, yüksek dozajlı betonun kalıplar üzerine preslenmesi ve düşük ısıda prize tabi tutulması ile üretilen bir çatı kaplama malzemesidir. Beton kiremit doğal beton rengi de dahil olmak üzere hemen her renkte üretilebilmektedir (Url-10). Çimento esaslı kiremitlerin renkleri, çimentonun rengine, agregalara ve eğer kullanıldıysa renk pigmentlerine bağlıdır. Beton kiremitin içindeki agregaların çatı yüzeyinden akan suya maruz kalmaları sonucu kiremitin yüzeyinde aşınma ve zamanla kiremidin renginde değişiklik meydana gelebilir. 31

52 Beton kiremitler, yüzeyleri fabrika boyalı halde de bulunabilirler. Birçok üretici, beton kiremitleri kil esaslı kiremitlere benzeyecek şekilde karakteristik terracotta renk ile boyamaktadır ancak, bu boya zamanla solmaya meyillidir (Patterson ve Mehta, 2001). Şekil 3.5 te, kil esaslı kiremit rengi (toprak) de dahil olmak üzere beton kiremitin piyasada bulunan bazı renk çeşitleri gösterilmiştir. Şekil 3.6 da ise beton kiremitin çatıda uygulanmasına örnek olarak bir mahya detayı çizimi bulunmaktadır. ġekil 3.5 : Beton kiremit (Url-11) Çimento esaslı kiremitler kilit sistemleri ile az eğimli çatılarda ve rüzgarlı bölgelerde kolaylıkla uygulanabilirler. Bu kiremitler kimyasal etkilere dayanıklı olup basınca karşı dayanıksızdırlar. Bu nedenle çabuk kırılır ve fire verirler (Kural ve Seçer, 2010). ġekil 3.6 : Çimento esaslı kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) Lifli çimento esaslı oluklu levhalar ise, belirli oranlarda çimento ve inorganik liften oluşan yapı malzemeleridir. Düz ve oluklu şekilde çeşitli boyutlarda üretilebilmektedir. Bu levhalar, su geçirmez niteliktedir. Kimyasal etkilere, donma ve çözülmelere karşı dayanıklıdır. Çimento içerikli oluşu nedeniyle kırılgandır. Bu kaplamaların uygulaması kolay ve işçilik maliyeti azdır ancak genellikle konut yapılarında tercih edilmezler (Kural ve Seçer, 2010). Şekil 3.7 de çimento esaslı 32

53 oluklu levha verilmiştir. Şekil 3.8 de ise çimento esaslı oluklu levhanın çatıda uygulanmasına örnek olarak bir mahya detayı çizimi bulunmaktadır. ġekil 3.7 : Çimento esaslı oluklu levha (Url-12) ġekil 3.8 : Çimento esaslı oluklu levha örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) 3.3 Metal Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Dış etkilere dayanıklı, kolay işlenebilir ve hafif olan metaller, çatı kaplama malzemesi olarak yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Metal çatı kaplama malzemeleri piyasada kenetli metal levha, metal kiremit, trapez panel, ısı yalıtımlı panel olarak bulunmaktadır. Çatı kaplaması olarak kullanılan metaller kurşun, çinko, bakır, alüminyum ve galvanizli sac dır. Özellikle kurşun, bakır, çinko gibi metaller, oksitlenme sonucu üzerlerini örten patina tabakası ile kendilerini dış koşullara karşı koruyabilme özelliğine sahiptir (Toydemir ve Bulut, 2004). Metal esaslı çatı kaplama malzemelerini; kiremitler, sandviç paneller ve tek kat kaplamalar olmak üzere 3 ana başlıkta toplayabiliriz. 33

54 Metal kiremitler, üzeri doğal taş kaplı veya boyalı olarak üretilirler. Üzeri doğal taş kaplı metal kiremitler, 4-8 kat üst üste getirilmiş ve kiremit şeklinde preslenmiş, ana maddesi galvanize çelik olan çatı kaplama malzemeleridir. Üzeri doğal taş kaplı metal kiremitlerde, korozyonu önlemek amacıyla galvanize çeliğin her iki yüzü önce çinko fosfat daha sonra saf akrilik ile kaplanır ve son olarak, üst yüze püskürtme doğal taş ve saf polimer akrilik uygulanarak fırınlanır. Doğal taş kaplama, yağmur suyu ve damlalarının çıkardığı sesin yutulmasını sağlar. En üstte yer alan akrilik tabakası ise yüzeyde mantar ve yosunların oluşmasını engeller. Boyalı, doğal taş kaplamasız metal kiremitler ise; çelik üstü galvaniz, astar, polyester ve boya kaplı olup toplam 8 kattan oluşur. Şekil 3.9 da boyalı, doğal taş kaplamasız bir metal kiremitin yapısı verilmiştir. Şekil 3.9 da ise metal kiremitlerin çatıya uygulanmasına örnek olarak bir mahya detayı çizimi bulunmaktadır. ġekil 3.9 : Boyalı metal kiremitin yapısı (Url-13). ġekil 3.10 : Metal kiremit örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) Metal kiremitler boylamasına ve enlemesine birbirine kilitlenir. Bu kiremitler ile oluşturulan paneller kadronlara çakılır ve rüzgar yüküne karşı dirençli hale getirilir. 34

55 Çelik esaslı olduğu için üzerinde yürünebilir, çatlamaya ve kırılmaya karşı dayanıklıdır. Kuru (çimentosuz) döşeme imkanına sahiptir, montajı kolay ve hızlıdır (Url-14).. Kiremit altı tahtası kullanımına gerek olmadan uygulanır. Standart üretim genişliği 118-cm olup, farklı boyutlarda da üretilebilmektedir (Url-13). Üzeri doğal taş kaplı ve boyalı-doğal taş kaplamasız metal kiremitlerin her iki tipi de diğer kiremit türlerine göre oldukça hafiftir ve çatı taşıyıcı sisteminde ekonomi sağlar (Kural ve Seçer, 2010). Sandviç paneller ise, yüksek performans ve hafif bir yapı oluşturma ihtiyacından ötürü, farklı mekanik özelliklere sahip kabuk ve çekirdek malzemelerin birbiriyle bütünleşeceği teknikler ile yapıştırılması sonucu kullanılmaya başlanmıştır. Sandviç paneller, dış yüzeyler ve ısı yalıtım çekirdeğinden oluşur. Dış yüzeyler metal veya su yalıtım örtüsünden olabilir. Çatı eğiminin %10 ve üzeri olduğu durumlarda iki yüzü metal kaplı, %10 un altında olduğu durumlarda ise alt yüz metal, üst yüz su yalıtım örtüsü kaplı sandviç paneller kullanılmalıdır. Su yalıtım malzemesi olarak sentetik (PVC, EPDM, polietilen) veya bitümlü örtüler kullanılabilir. Metal yüzeyler ise galvanizli sac veya alüminyum olabilir (Url-8). Sandviç panellerin yapısal özelliği şu şekilde açıklanabilir. Kabuk malzeme çekme, çekirdek malzeme ise basınç ve kesme gerilmelerine karşı mukavemet gösterir ve bu şekilde kompozit malzemenin bir bütün olarak plastik deformasyona maruz kalmadan işlevini yerine getirmesi sağlanır. Sistemin sandviç olabilmesi için dış yüzeylerin çekirdeğe aderansı iyi sağlanmalıdır (Url-8) (Url-15). Isı yalıtım çekirdeği ise poliüretan, taşyünü, cam yünü, ekspande polistren köpük (EPS) veya ekstrüde polistren köpük (XPS) ten olabilir. Sandviç panelde yer alan metal levhalar ise, galvanizli sac veya alüminyumdan imal edilebilir ve bu levhaların dış hava şartlarına daha dayanıklı olabilmeleri için yüzeyleri boyanabilir (Url-8). Şekil 3.11 de ısı yalıtımlı panel örneği görülmektedir. Şekil 3.12 de ise ısı yalıtımlı panelin çatıya uygulanmasına örnek olarak bir mahya detayı çizimi bulunmaktadır. ġekil 3.11 : Isı yalıtımlı panel (Url-16) 35

56 ġekil 3.12 : Isı yalıtımlı panel örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) Genleşme katsayıları yüksek olan metallerin, çatı kaplaması olarak kullanıldığında, çatı yüzeyinin saçağa dik ve paralel doğrultularında çalışabilmeleri için genleşme derzleri ile derzlenmeleri gerekir. Bu nedenle metal levhalar genleşme olanağı veren kenetler ile birbirlerine eklenirler (Toydemir ve Bulut, 2004). Bir diğer metal esaslı çatı kaplama malzemesi olarak tek kat metal kaplamalar; galvanizli sac, alüminyum, bakır, çinko ve kurşun malzemelerden yapılabilmektedir. Bu kaplamalar hafiflikleri ile çatı taşıyıcı sisteminde ekonomi sağlarlar (Kural ve Seçer, 2010). Galvanizli sac; boyalı veya boyasız olarak, trapez, oluklu veya rulo levhalar halinde, kullanım yerine ve özelliklerine göre değişik form ve kalınlıkta üretilir (Url-8). Galvanize yüzeyin çizilmesi durumunda korozyana uğraması nedeniyle, bu malzeme geçici ve önemsiz yapılarda kullanılır (Toydemir ve Bulut, 2004). Alüminyum ise, çelik ya da başka malzemelerin kullanıldığı hemen her çatı için alternatif bir seçenektir. Hafif, dayanıklı ve uzun ömürlü oluşu gibi sebeplerden ötürü tercih edilir. Paslanmaya ve korozyona karşı dayanıklıdır. Trapez, düz ve rulo şeklinde üretilir (Url-17). Kolay lehimlenememesi ve parlaklığı ile gözde kamaşma yaratması, alüminyumun olumsuz yönleridir. (Toydemir ve Bulut, 2004). Şekil 3.13 te bir adet alüminyum trapez panel örnek olarak gösterilmiş olup Şekil 3.14 te trapez panel kaplı çatıda mahya detay çizimi yer almaktadır. 36

57 ġekil 3.13 : Alüminyum trapez panel (Url-18) ġekil 3.14 : Trapez panel örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) Bakır çatı kaplama malzemeleri, piyasada genel olarak 1x2-m boyutlu levhalar halinde bulunur. Levha kalınlıkları mm, ağırlıkları 5-13 kg dır (Url-8). Bakırın korozyona uğraması sonucu parlak kahverengi yüzeyi ilk önce toprak rengi kahverengiye ve son olarak patina adı verilen mavi-yeşil renge dönüşmektedir. Söz konusu patina, bakırın daha fazla korozyona uğramasını geciktiren doğal koruyucu bir katmandır. Bakırın patinayı oluşturması için geçen süre, havadaki kir ve nemle birlikte yüzey eğiminin bir fonksiyonudur. Her ne kadar 2-3 yılın sonunda bu değişim görünür hale gelse de, atmosfere ve yüzey tipine bağlı olarak patinanın tamamen oluşması 10 ila 40 yıl sürmektedir. Dik eğimli çatılarda patinanın oluşması için geçen süre daha uzundur. Bakır; yumuşak, kolay şekil verilebilir ve kolay lehimlenebilir bir malzemedir. Yıllanmış bakırın üzerinden gelen su, beton ya da kireçtaşı gibi açık renkli yapı malzemeleri üzerinde leke bırakabilir, bu yüzden suyun doğrudan bu yüzeylere temas etmesini engelleyecek detaylandırma yapılmalıdır (Patterson ve Mehta, 2001). Çinko çatı kaplamaları, %10 eğimden sonsuz eğime kadar kullanılabilmektedir. Bu kaplamalar, piyasada 1x2-m boyutlarında mm kalınlıklarında levha halinde bulunmaktadır (Toydemir ve Bulut, 2004). Çinko levhaların üzerinde zamanla gri 37

58 beyaz renkte bir tabaka meydana gelerek malzemenin korozyonunu önler (Patterson ve Mehta, 2001). Kurşun çatı kaplamaları, sızdırmazlıkları sayesinde eğim verilmeden kullanılabilen yegane metal kaplamalardır. Kurşun kaplamalar, günümüzde daha çok restorasyon işlerinde-tarihi yapılarda kullanılmaktadır. Kurşunun kaplama olarak; oksitlenmeye karşı dirençli, kolay şekil verilebilir ve işçiliğinin basit oluşu gibi olumlu yönlerinin yanısıra ağır, yangına dayanıksız (erime sıcaklığı düşük) ve yüksek genleşme katsayısına sahip oluşu gibi önemli sakıncaları vardır (Toydemir ve Bulut, 2004). 3.4 Bitüm Esaslı Çatı Kaplama Malzemeleri Bitüm esaslı çatı kaplama malzemeleri; üzeri doğal taş kaplı membran, şingıl, ve oluklu levha kaplamalardan oluşmaktadır. Bunlardan; bitümlü membran çatı kaplamaları; termoplastikler ile modifiye edilmiş, polimer bitüm kaplanmış, alt ve üst yüzleri polietilen ile lamine hale getirilmiş su yalıtım malzemeleridir. Şalümo alevi ile uygulanabilir. Bu membranların üst yüzeyleri doğal taş (gri) veya renkli mineral kaplanabilmektedir. Piyasada rulo halinde bulunan bu membranların genişlikleri 1-m, boyları 10-m dir. Kalınlıkları ise 2 ila 5-mm arası değişmektedir (Toydemir ve Bulut, 2004). Şekil 3.15 te üzeri doğal taş kaplı bitümlü membran görülmektedir. ġekil 3.15 : Üzeri doğal taş kaplı bitümlü membran (Url-19) Dalgalı diğer adıyla oluklu bitümlü levha çatı kaplamaları, bitkisel ve mineral liflerin bitümle liflerle donatılı kompozit sınıfına giren bir biçimde dalgalı olarak şekillendirilmesi ile elde edilir. Esas olarak siyah renkte olan bu levhalar, farklı renklerde de üretilebilmektedir (Toydemir ve Bulut, 2004). Çatı eğimi %9 ve daha çok olan çatılarda uygulanabilir. Şekil 3.16 da oluklu bitümlü levha örnek olarak gösterilmiş olup Şekil 3.17 de bu levhaların çatıda uygulanmasının gösterildiği bir mahya detay çizimi bulunmaktadır. 38

59 ġekil 3.16 : Oluklu bitümlü levha (Url-19) ġekil 3.17 : Oluklu bitümlü levha örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) Şingıl ise; emprenye edilmiş cam tülü taşıyıcılı, okside bitüm gövdeli ve üzeri çeşitli renklerde granüle mineral kaplanan bir polimer çatı kaplaması türüdür (Toydemir ve Bulut, 2004). %30 ve daha fazla eğimli çatılarda kullanımı idealdir, ancak düşük eğimli çatılara ve düşey yüzeylere de kaplanabilir (Url-20). Çeşitli renklerde ve dikdörtgen, çokgen, yuvarlak gibi çeşitli şekillerde üretilebilmektedir. Şingıl çatı kaplamaları kolay ve hızlı uygulanabilir niteliktedir. Üst yüzeyde renkli mineral granülleri lamine edilmiş halde bulunur, alttaki kumlu yüzey ise, ambalaj paketi içindeki yaprakların birbirine yapışmasını engeller. Şekil 3.18 de şingıl katmanları görülmektedir. Şekil 3.19 da ise şingıl örtülü çatılara ait bir mahya detayı bulunmaktadır. ġekil 3.18 : Şingıl katmanları (Url-20) 39

60 ġekil 3.19 : Şingıl örtülü çatılarda mahya detayı (Çatıder, 2007) 3.5 Diğer Çatı Kaplama Malzemeleri Plastik esaslı çatı kaplama malzemeleri: Plastik (polimer) malzemelerden üretilen düz ve dalgalı levha kaplamalardır. PVC (polivinil klorit), PE (polietilen), PMMA (pleksiglas/akrilik cam), PC (polikarbonat), poliester malzemeler, çatı kaplaması olarak kullanılabilen plastik türleridir. Bu kaplama türleri renksiz saydam ve istenilen renkte saydam ya da opak olarak üretilebilmektedir. Genellikle saydam ve renksiz olanları, alttaki mekanın aydınlatılması amacı ile kullanılmaktadır (Toydemir ve Bulut, 2004). Cam çatı kaplama malzemeleri: Polimer malzemeler ortaya çıkıncaya kadar çatı altındaki mekanlara ışık sağlamak için yaygın olarak kullanılan kaplama malzemeleridir. Çatı kaplaması olarak kullanılan cam malzemesi türleri ise şöyle sıralanabilir: temperlenmiş cam (öngerilmeli cam), telli cam, cam kiremit, dalgalı cam ve trapezoidal cam (Toydemir ve Bulut, 2004). Doğal taş çatı kaplama malzemeleri: Yapraklar halinde ayrılabilen, gri-mavimsi renkte killi şistten üretilen yerel doğal taş malzemelerdir. Bu malzeme ülkemizde Nevşehir bölgesinde bulunan doğal taş yataklarından sağlanabilmektedir. Bu kaplama türü, kare veya kareye yakın eşkenar dikdörtgen şeklinde elde edilir (Toydemir ve Bulut, 2004). 40

61 Bitkisel çatı kaplamaları: Saz ve kamıştan yapılmış bu çatı örtü türüne, daha çok kırsal kesimlerdeki yapılarda rastlanır. Bu kaplamalar, en az %70, en çok sonsuz eğimde yapılabilir ve cm kalınlığında uygulanır (Toydemir ve Bulut, 2004). Toprak çatı kaplamaları: Bu kaplama türleri, özellikle kırsal kesimlerde ve yağışların az olduğu bölgelerde kullanılmaktadır. Burada kullanılan toprak, kilce zengin kumlu ve içine kireç ilave edilmiş olmalıdır. Toprak çatı kaplamalarının, yapıya oldukça yük getirdiğinden ötürü deprem bölgelerinde kullanılmaları sakıncalıdır (Toydemir ve Bulut, 2004). 41

62

63 4. YANSITICI ÇATI SĠSTEMĠ İklim değişimi ve sürdürülebilirlik kavramlarının gündemde oluşu ile birlikte araştırmacılar çevreye verilen zararın azaltılması, enerji korunumunun sağlanması ve çatının hizmet ömrünün arttırılması konuları üzerine eğilmişlerdir, böylece sürdürülebilir çatı sistemi kavramı doğmuştur. Sürdürülebilir çatı sistemi; tasarım, yapım, bakım, onarım ve yok etme süreçlerinden oluşan yaşam döngüsünde doğal kaynakları verimli kullanan ve küresel çevreyi koruyan çatı sistemi olarak tariflenmektedir yılında uluslararası bir komite (CIB W83/RILEM 166 RMS) sürdürülebilir çatı kavramının tasarımcılar tarafından anlaşılmasının sağlanması ve yeni tasarım metodları için bir taslak oluşturulması için biraraya gelmiştir yılında ise bu komite sürdürülebilir çatı sisteminin ilkelerini üç ana başlık altında özetlemiştir (Liu, 2005). Bunlar; Çevreye verilen zararın azaltılması Doğadan çıkarılma esnasında çevreye en az zarar veren hammaddeler ile üretilmiş ürünlerin kullanılması Atık oluşumunu azaltan sistem ve uygulamaların benimsenmesi Zararlı atık oluşumuna neden olan ürünlerden kaçınılması Bölgesel iklimsel ve coğrafik etmenlerin bilinmesi Tekrar kullanılabilen ve geri dönüşümlü ürünlerin kullanılması Özellikle kent çatılarında bitkilendirmeyi destekleyen yeşil çatı sistemlerinin kullanımının teşvik edilmesi Hizmet ömrünü tamamladığında, malzemeleri kolayca ayrılabilen ve kurtarılabilen çatı sistemlerinin tasarlanması 43

64 Enerjinin korunumu Isı yalıtımının bina ömrü boyunca ısıtma ve soğutma giderlerini büyük oranda azalttığı dikkate alınarak çatı sisteminin ısıl performansının en uygun hale getirilmesi Çatı sisteminin ısıl performans ve dayanıklılığını korumak için yalıtımın kuru tutulması Uygulanabilir durumlarda taşıma işlemini azaltmak için; yerel iş gücü, malzeme ve servislerin kullanılması Yapım seçeneklerini karşılaştırırken üretim enerjisi değerlerinin bilinmesi İklime, enerjiye etkilerine ve çatı sistemi performansına göre çatı yüzey rengi ve dokusunun dikkate alınması Çatı sisteminin hizmet ömrünün arttırılması Eğitilmiş ve uygun niteliklere sahip tasarımcı, tedarikçi, yüklenici, iş adamları ve şantiye şeflerine iş verilmesi Sağlam ve dayanıklı çatı sistemlerinin değerinin bilinerek tasarımda sorumlu yaklaşımların benimsenmesi Uygun bir şekilde desteklenen strüktürün öneminin bilinmesi Su birikimini önlemek için etkin drenajın sağlanması Bakıma sık ihtiyacı olabilecek bileşenlerin kolay erişilebilir ve onarılabilir olması Devam eden çatı işlerinin izlenmesi ve gerektiğinde düzeltici müdahalenin yapılması Tamamlanmış çatı sistemlerinde delinmeyi ve diğer zararları azaltmak için tanımlı yürüyüş yolları ve geçici korumalar ile geçişin kontrol altına alınması 44

65 Peryodik denetimler ve zamanında tamir ile önleyici bakımın benimsenmesi (Liu,2005). Sürdürülebilir çatı sistem seçenekleri ise bitkilendirilmiş çatı sistemi, yansıtıcı çatı sistemi ve fotovoltaik çatı sistemi olarak sıralanabilir (Liu,2005). Bu bölümde; sürdürülebilir çatı sistemlerinden biri olan yansıtıcı çatı sistemi, yansıtıcı çatı kaplama malzemeleri ve çatı kaplama malzemesinin güneş ışınımı yansıtma oranını azaltan etmenler ile birlikte ele alınmıştır. Yansıtıcı çatı sistemi güneş ışınımı etkisinde opak yüzeylerin davranışı ile açıklanabilir. Güneş ışınımı opak bir çatı kaplama malzemesinin üzerine geldiğinde, gelen güneş ışınımının bir kısmı yansır, geri kalan kısmı ise yüzey tarafından emilir. Emilen ısı, kaplama malzemesinin yüzey sıcaklığını arttırır. Çatı yüzeyindeki ısı enerjisinin bir kısmı taşınım yoluyla çatıdan uzaklaştırılırken (çatı geometrisine ve yerel iklim koşullarına bağlı olarak rüzgarın sağladığı taşınım yoluyla soğutma), bir kısmı ışınım yoluyla atmosfere geri verilir, (ışınım yoluyla soğutma). Geri kalan ısı enerjisi çatı kaplama malzemesinden iç ortama doğru iletim yoluyla iletilir. Bu durumda iç ortama geçen ısı akım miktarı artar (Şekil 4.1) (Liu, 2005). ġekil 4.1 : Güneş ışınımı etkisinde bina dış kabuğunda meydana gelen olaylar Çatı sisteminin bünyesinde bulunan ısı yalıtım malzemesi, iç ortama geçen ısı akımını azaltmak amaçlı kullanılmasına rağmen yapılan bir çalışma (Griggs ve Shipp, 1998) havanın (ısı yalıtım malzemesinin bünyesinde bulunan ve ona ısı yalıtım özelliği kazandıran bileşenlerden biri) ısı iletkenliğinin artan sıcaklıkla birlikte arttığını, dolayısıyla yüksek sıcaklıklarda (yüksek yüzey sıcaklıkları durumunda) çatı sisteminin ısı geçirgenlik direncinin nispeten azaldığını ortaya koymuştur. Kısaca, güneş ışınımı nedeniyle yüzey sıcaklığının artması durumunda, 45

66 çatı sisteminde ısı yalıtım malzemesi mevcut olsa dahi iç ortama geçen yüksek ısı miktarı nedeniyle iç ortamda soğutma amaçlı enerji tüketimi artar. Soğutma amaçlı enerji tüketimini azaltmak için opak çatı kaplama malzemesinin yüzey sıcaklığının azaltılması gerekmektedir. Bu nedenle, ışınım yansıtma oranı ile ışınım yayınlama oranı yüksek çatı kaplama malzemelerinin kullanılması gerekmektedir. Bu özellikler, çatı kaplama malzemesinin madde iç yapısına, yüzey rengine, pürüzlülüğüne ve nemlilik durumuna bağlıdır. Diğer önemli bir konu ise, dış hava koşullarının bozucu etmenlerine maruz kalan çatı kaplama malzemesinin zaman içinde yüzey özelliklerinin geçici veya kalıcı olarak değişmesi sonucu başlangıçtaki ışınım yansıtma oranının geçici veya kalıcı olarak değişmesidir. UV ışınımı, UV ışınımı ve yüksek yüzey sıcaklığının birlikte etkisi, aerosol ve asit yağmurları gibi etmenler; malzemede kalıcı kimyasal bozulma meydana getirerek, malzemenin güneş ışınımı yansıtma oranında kalıcı azalma oluşturabilir. Toz, kir ve mikrobiyal oluşum gibi geçici yüzey birikimleri ise, çatı kaplama malzemelerinin başlangıçtaki güneş ışınımı yansıtma oranında geçici olarak azalmaya neden olur (Akbari ve diğ., 2005). Bu bilgiler ışığında, yansıtıcı çatı sistemi, güneş ışınımı yansıtma oranı ile güneş ışınımı yayınlama oranı yüksek olan ve söz konusu değerlerini hizmet ömrü boyunca koruyabilen çatı kaplama malzemeleri ile tasarlanan çatı sistemidir. Yansıtıcı çatı sistemi, kent ısı adası etkisinin yanısıra enerji tüketimi, hava kirliliği ve sera gazı salınımını azaltır. İnsan sağlığı ve konforunu ise olumlu yönde etkiler. Yansıtıcı çatı sistemi, binaya daha az ısı ileterek yapay iklimlendirme için kullanılan enerji miktarını azaltır. Enerji kullanımını azaltarak hava kirliliği oluşumunu ve sera gazı salınımını azaltan bu sistemlerin kentsel alanlarda yaygın kullanımı ile kent ısı adası etkisi azalır. Ayrıca, yansıtıcı çatı sistemi, klima tesisatı olan ve olmayan binalarda iç hava sıcaklığını azaltarak, ısı kaynaklı hastalık ve ölümlerin önlenmesini sağlar (Url-21). Düşük hava sıcaklıkları ile aynı zamanda sis oluşumunu da azaltır (Liu, 2005). Nitekim, yansıtıcı çatı sistemleri için; enerji ve çevrenin korunumunu sağladığı ve çatı hizmet ömrünü uzattığı için sürdürülebilirdir denilebilir. Yansıtıcı çatı sistemlerinin uygulanmasında dikkat edilmesi gereken etmenler ise şöyle sıralanabilir: 46

67 Yaşlanmış malzemede yansıtma oranında meydana gelen azalma Isıtma amaçlı enerji talebinin önemli olduğu iklimsel durumlar Kamaşma ve görsel sorunlar (uçuş sahalarında, komşu yapı ve alanlarda, uygulama esnasında) (Liu, 2005). Yansıtıcı çatı sistemi binalarda soğutma amaçlı enerji ihtiyacını azaltır. Ancak gerçek miktardaki soğutma enerjisi tasarrufu; çatı yalıtımına, binanın biçimine, tipine, soğutma sistem elemanının verimine, soğutma yüküne, enerji giderlerine ve yerel iklime bağlı olarak değişir (Hoff, 2005). Birleşik Devletler Enerji Birimi nin Oak Ridge Laboratuvarı nda (ORNL) ve Çevresel Koruma Kuruluşu nda (EPA) yansıtıcı çatı kullanımı ile tasarruf edilen enerji miktarını hesaplayan sistemler geliştirilmiş ve kullanıcıya enerji etkin ürünlerin tanıtılarak çatı kaplama malzemesi seçiminde yardımcı olunması amaçlanmıştır. Ancak bu hesaplama sistemlerinde iklimsel veriler Birleşik Devletler in şehirlerine aittir (Url-22) (Url-21). Yansıtıcı çatı sistemi yüksek ilk yatırım maliyetlerine, kış döneminde ısıtma amaçlı enerji giderlerindeki artışa rağmen geleneksel çatı sistemine göre, yaz döneminde soğutma amaçlı enerji tüketimini azaltması, soğutma cihazının boyutlarını küçültmesi ve çatı sisteminin ömrünü uzatması sebebiyle zaman içerisinde iş gücü ve malzeme giderlerini azaltması ile enerji tüketiminde tasarruf sağlar (Url-21). ġekil 4.2 : Geleneksel ve yansıtıcı çatı kaplama malzemeleri ile kaplı çatılar (Url-23) 47

68 Şekil 4.2 de görüldüğü gibi 300-m² çatı yüzeyine koyu renkli geleneksel çatı kaplama malzemesi yerine beyaz renkli yansıtıcı çatı kaplama malzemesinin kaplanması ile yaklaşık 10-ton CO 2 salınımı önlenebilmektedir. Bu durum, bina kabuğunda yüzey sıcaklığının azalmasına bağlı soğutma amaçlı elektrik enerjisi tüketiminin azalması ile açıklanabilir. Elektrik enerjisi üretimi için kullanılan fosil yakıtlar çevreye salınan CO 2 miktarını arttırmaktadır. Şekil 4.3 te farklı yansıtma ve yayınlama oranlarına sahip çatı kaplama malzemeleri ile kaplı çatılarda yüzey sıcaklığındaki farklılıklar görülmektedir (Url-24). Buna göre; %5 (düşük) yansıtma, %95 (yüksek) yayınlama oranlarına sahip çatı kaplama malzemesi ile kaplı çatının altında yer alan bir mekan 82⁰C sıcaklıkta iken, %60 (yüksek) yansıtma, %40 (düşük) yayınlama oranlarına sahip bir çatı yüzeyinin altındaki bir mekan 71⁰C sıcaklıkta ölçülmektedir. Bunun yanısıra, yüksek yansıtma ve yayınlama oranlarına (%70 ve %90) sahip çatı kaplama malzemelerinin; bahsi geçen iç ortam sıcaklık değerlerini, 38⁰C ye kadar düşürebildiği görülmektedir. Buradan da anlaşılacağı üzere, çatı yüzey sıcaklığı ve buna bağlı olarak iç ortam sıcaklığı, çatı yüzeyinin yansıtma ve yayınlama oranlarının bir fonksiyonudur (Liu, 2005). ġekil 4.3 : Güneş ışınımı yansıtma ve yayınlama oranlarının iç ortam sıcaklığına etkisi (Url-24) 48