Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi ve Çevresel Analiz

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 10, No: 1, 2013 (1-17) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 10, No: 1, 2013 (1-17) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi ve Çevresel Analiz Meral ÖZEL * *Fırat Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, ELAZIĞ mozel@firat.edu.tr Geliş Tarihi: Kabul Tarihi: Özet Bu çalışmada, Türkie nin farklı derece-gün bölgelerinde bulunan Adana, Trabzon, Eskişehir ve Ardahan illeri için iki farklı akıt türü ve dört farklı alıtım malzemesi kullanılarak bina dış duvarlarının optimum alıtım kalınlıkları ve çevresel etkileri belirlenmiştir. Hesaplamalar ömür maliet analizine göre ısıtma ve soğutma derece gün değerlerini kullanarak apılmıştır. Yakıt olarak kömür ve fuel-oil kullanılmış. Yalıtım malzemesi olarak Ekstrüde polistren (XPS), Ekspande polistren (EPS), Cam ünü ve Taş ünü seçilmiştir. Bu durumda dış duvarlara bu alıtım malzemeleri ugulanarak, artan alıtım kalınlıklarına göre optimum alıtım kalınlığı, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi hesaplanmıştır. Sonuç olarak, seçilen illere, alıtım malzemelerine ve akıtın türüne bağlı olarak optimum alıtım kalınlığının 1,5 ile 24,8 cm arasında değiştiği, ıllık tasarrufun 10,33 ile 351,92 TL/m 2 arasında değiştiği ve geri ödeme süresinin ise 0,78 ile 5,95 ıl arasında değiştiği görülmüştür. Arıca, binalarda optimum alıtım kalınlıkları kullanılarak akıt tüketimi ve çevree salınan CO 2 ve SO 2 emisonlarının kömür akıtı için %37,7-88,3 arasında azaldığı fuel-oil akıtı için ise %50,2-91,7 arasında azaldığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Optimum alıtım kalınlığı, Yıllık tasarruf, Yıllık akıt tüketimi, CO 2 ve SO 2 emisonları, Isıtma ve soğutma derece-gün. Determination of Optimum Insulation Thicknesses for Four Different Cit and Environmental Analsis Abstract Optimum insulation thicknesses of building external walls and environmental impacts were determined b using two different fuel tpes and four different insulation materials for Adana, Trabzon, Eskişehir ve Ardahan cities located on the different degree-da regions of Turke. Calculations were done b using heating and cooling degree-da values with respect to life-ccle cost analsis over lifetime of 10 ears of the building. Coal and fuel oil as fuel were considered. Extruded polstrene, expanded polstrene, glass wool and rock wool as insulation materials were selected. In this case, optimum insulation thickness, energ saving and pa back period with respect to increasing insulation thicknesses was calculated b appling these insulation materials on the external walls. As result, it was seen that the optimum insulation thicknesses varied between 1,5 and 24,8 cm, energ savings varied between 10,33 and 351,92 TL/m 2, and paback periods varied between 0,78 and 5,95 ears depending on the cit, insulation materials and tpe of fuel. It was also seen that b using optimum insulation thicknesses in the buildings, the fuel consumption, and emissions of CO 2 and SO 2 were decreased b 37,7-88,3% for coal and b 50,2-91,7% for fuel-oil. Kewords : Optimum insulation thickness, Energ saving, Yearl fuel consumption, Emissions of CO 2 and SO 2, Heating and cooling degree-da. Bu makalee atıf apmak için Özel M., Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi ve Çevresel Analiz Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2013, (10) 1-17 How to cite this article Özel M., Determination of Optimum Insulation Thicknesses for Four Different Cit and Environmental Analsis Electronic Journal of Machine Technologies, 2013, (10) 1-17

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi 1. GİRİŞ Enerji tüketimi; sanai, bina, ulaştırma ve tarım gibi dört ana sektör arasında dağılım göstermektedir. Bunların arasında, sanai sektöründen sonra en geniş enerji tüketimine sahip olan sektör bina sektörüdür. Ülkemizin ithal ettiği ve kendi öz kanaklarından ürettiği enerjinin üçte biri binaların ısıtılması ve soğutulması amacıla kullanılmaktadır. Yalıtımsızlık nedenile israf edilen enerji, kükürt dioksit, karbon monoksit ve bunun gibi zehirli gazların oluşturduğu hava kirliliğine ol açmaktadır. Bu da sadece Türkie açısından değil küresel anlamda büük ve tehlikeli bir problemdir. Ülkemizde konut ve apı sektörünün, toplam enerjinin aklaşık üzde ini tüketmesi ve büük bir tasarruf potansieline sahip olması, bu sektöre önelik ilgii artırmıştır [1]. Bu üzden, kış alarında ısı kaıplarını az alarında da ısı kazançlarını azaltmak için en etkin ol bina dış kabuk elemanlarının alıtılmasıdır. Bilindiği gibi alıtım kalınlığı arttıkça ısı kazanç ve kaıpları önemli ölçüde azalırken, alıtım malieti ise artacaktır. Bu durumda alıtım kalınlığının optimum değeri maliet analizi apılarak belirlenmelidir. Bu konula ilgili apılan çalışmalar incelendiğinde binaların ıllık ısıtma ve soğutma gereksinimleri genellikle ısıtma derece gün metodu kullanılarak hesaplanmıştır. Çomaklı ve Yüksel [2] Erzurum, Kars ve Erzincan gibi Türkie nin en soğuk üç şehri için optimum alıtım kalınlığını derece gün saılarını esas alarak araştırmışlar. Anı azarların başka bir çalışmasında ısı alıtımının çevresel etkileri araştırılmıştır [3]. Onlar optimum alıtım kalınlığını kullanarak CO 2 emison miktarının % 50 azalacağını belirlemişlerdir. Optimum alıtım kalınlığının çevresel ekiler üzerine diğer bir çalışma Dombacı [4] tarafından apılmıştır. Onun çalışmasında akıt olarak kömür ve alıtım malzemesi olarak ta Ekspande polistren kulanılarak optimum alıtım kalınlığında CO 2 and SO 2 emisonlarının %41,53 azaltılacağı belirtilmiştir. Gölcü vd. [5] Denizli deki binalarda, ısıtma için farklı enerji kanaklarının kullanılması halinde dış duvarlar için optimum alıtım kalınlığını Derece-Gün saısını esas alarak hesaplamışlar. Hasan [6] duvarların optimum kalınlığını bulmak için ömür maliet analizini ve derece gün fikrini kullanmıştır. Sonuç olarak duvar apısının tiplerine bağlı olarak geri ödeme periodunun polistiren alıtımı için 1 ile 1,7 ılları arasında değiştiğini ve taş ünü alıtımı için ise 1,3 ile 2,3 ılları arasında değiştiğini göstermiştir. Bolattürk [7] Isparta bölgesindeki binaların duvar ve çatı döşemeleri için optimum alıtım kalınlıkları ve enerji tasarruflarını araştırmıştır. Bunun için ine Derece-Gün saısı esas alınmıştır. Bolattürk ün başka bir çalışmasında, Türkienin 4 iklim bölgesinden seçilen 16 şehir için ısıtma derece-gün fikrini kullanarak optimum alıtım kalınlıkları ve geri ödeme süreleri hesaplanmıştır [8]. Ozel ve Pıhtılı [9] ısıtma ve soğutma derece gün değerlerini kullanarak beş farklı il için optimum alıtım kalınlıklarını belirlemişlerdir. Bolattürk [10] binaların dış duvarlarındaki optimum alıtım kalınlığı ıllık ısıtma ve soğutma üklerine daandırılarak analiz edilmiştir. Bunun için ıllık ısıtma ve soğutma derece saatleri hesaplanarak, ekonomik model P1-P2 metoduna göre belirlenmiştir. Kanaklı [11] Bursa daki binaların dış duvarları için 1992 den 2005 e kadar dış hava sıcaklık değerleri dikkate alınarak ısıtma mevsimi için derece-saat değerleri hesaplanmış ve optimum alıtım kalınlığı belirlenmiştir. Al-Sanea vd. [12] Riad ın iklim şatlarını kullanarak dinamik şartlar altında elektrik tarifesinin bina duvarlarındaki optimum alıtım kalınlığına olan etkisini araştırmışlardır. Elde edilen sonuçlara göre, değişik elektrik tarifeleri için, minimum toplam malietin optimum alıtım kalınlığı ile lineer olarak değiştiğini göstermişlerdir. Ozel [13] dinamik aklaşım ve maliet analizini kullanarak bina dış duvarlarının optimum alıtım kalınlıklarını üç farklı akıt türü için hesaplamış ve derece gün metodu ile karşılaştırmıştır. Yıldız vd. [14] apılarda ısı alıtım kalınlığının ekonomik ve çevresel analizini apmışlar. Bunun için ekonomik analizde kullanılan ısı ükleri derece gün metodu kullanılarak hesaplanmıştır. Mahlia and Iqbal [15] seçilen alıtım malzemeleri için ve kompozit duvara farklı kalınlıklarda hava boşluğu ugulanarak elde edilen optimum alıtım kalınlıklarına göre enerji tüketimi ve emisonların %

3 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 azaltılabileceğini göstermişlerdir. Bir diğer çalışmada ise enerji korunumu ve hava kirliliği için kompozit duvardaki hava boşluğu kullanımı araştırılmıştır [16]. Bu çalışmada ise, farklı derece-gün bölgelerinde bulunan Adana, Trabzon, Eskişehir ve Ardahan illeri için iki farklı akıt türü ve dört farklı alıtım malzemesi kullanılarak bina dış duvarlarının optimum alıtım kalınlıkları ve çevresel etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla dört ilin ısıtma ve soğutma derece-gün saıları esas alınarak akıt türü ve alıtım malzemelerine göre optimum alıtım kalınlıkları, enerji tasarrufları, geri ödeme süreleri, akıt tüketimi ve CO 2 ile SO 2 emisonları belirlenmiştir. 2. DIŞ DUVARLARIN YAPISI Optimum alıtım kalınlığını hesaplamak için dış ve iç üzeinde 2 cm lik sıva, 20 cm kalınlığında tuğla ve alıtım malzemesinden oluşan dıştan alıtımlı bir duvar apısı ele alınmıştır. Yalıtım malzemesi olarak Ekstrüde polistren (XPS), Ekspande polistren (EPS), Cam ünü ve Taş ünü seçilmiştir. Bu malzemelerin ısı iletim katsaıları ve birim fiatları Tablo 1 de verilmiştir. Tablo 1. Yalıtım malzemelerinin ısı iletim katsaıları ve birim fiatları Yalıtım Malzemeleri k (W/mK) Fiatı (TL/m 3 ) XPS 0, EPS 0, ,8 Cam ünü 0, Taş ünü 0, DIŞ DUVARLARIN ISI KAZANÇ VE KAYBI Binalardaki ısı kazanç ve kaıpları genel olarak dış duvarlardan, pencerelerden, tavan ve döşemeler ile hava infiltrasonu sonucu gerçekleşmektedir. Ancak bu çalışmada sadece dış duvarlarda oluşan ısı kazanç ve kaıpları göz önüne alınarak optimum alıtım kalınlığı hesaplanmıştır. Dış duvarın birim üzeinden oluşan ısı kazanç ve kabı aşağıdaki şekildedir: q U. T (1) Burada U toplam ısı transfer katsaısı T ise gün bounca değişen dış ortam sıcaklığı ile sabit iç ortam sıcaklığının farkıdır. Bu durumda derece-gün saılarına bağlı olarak birim üzeden gerçekleşen ıllık ısı kazanç ve kabı q A DGU. (2) şeklindedir. Duvarın toplam ısı transfer katsaısı ise aşağıdaki gibi azılabilir: U R i R w 1 R R o (3) Burada Ri ve Ro iç ve dış ortamın ısıl dirençleri, Rw alıtımsız duvar tabakalarının ısıl direncidir. R alıtım malzemesinin ısıl direnci olup aşağıdaki şekilde azılmaktadır. x R k Burada x alıtım malzemesinin kalınlığı, k ise ısıl iletkenliğidir. alıtım malzemesi hariç duvarın toplam ısıl direnci olmak üzere toplam ısı transfer katsaısı aşağıdaki gibidir: 3 Rwt ise (4)

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi U R wt 1 x k (5) Duvarın iç ve dış üzeindeki ısı transfer katsaısı sırasıla 6 ve 22 W/m 2 K olarak alınmış ve R wt = m 2 K/W olarak elde edilmiştir. 4. OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI İÇİN MALİYET ANALİZİ Binaların dış duvarlarına alıtım ugulanarak ısı kazanç ve kabı önemli ölçüde azaltılmış olur. Bu durumda enerji tasarrufu açısından alıtımın optimum kalınlığının bilinmesi gerekmektedir. Yalıtımın optimum kalınlığı, alıtım malieti ve binanın ömrü üzerinden enerji tüketim malietini içine alan minimum toplam malieti sağlaan değerdir Bu üzden maliet analizi apılarak optimum alıtım kalınlığı tespit edilmelidir. Isıtma ve soğutmanın ıllık enerji malieti sırasıla aşağıdaki gibidir: C A, I IDG. C f ( R x / k ). H. wt u (6) C A, S SDG. Ce ( R x / k ). COP wt (7) Burada, IDG ve SDG sırasıla ısıtma derece-gün ve soğutma derece-gün saıları olup incelenen iller için Tablo 2 de verilmiştir. ve COP ise sırasıla akıt fiatı (TL/kg), elektriğin fiatı C, f C, e H, u (TL/kWh), akıtın alt ısıl değeri (J/kg), ısıtma sisteminin verimi ve soğutma performans katsaısıdır. Bu durumda toplam ıllık enerji malieti aşağıdaki şekilde azılır. C A C A, I C A, S (8) Yalıtılmış bir binanın toplam malieti aşağıdaki bağıntı ardımıla hesaplanmaktadır. C C. PWF C. x T A (9) Burada C ve x sırasıla, alımın fiatı (TL/m 3 ) ve kalınlığıdır. C birim üze için ıllık ısıtma ve A soğutma malietinin toplamıdır. Optimum alıtım kalınlığı belirlenirken, N ıllık ömür üzerinden toplam ısıtma malieti şimdiki değer faktörü ( PWF ) ile birlikte değerlendirilmelidir. PWF, faiz oranı (i) ve enflason oranı (g) e bağlı olarak aşağıdaki şekilde hesaplanır. PWF N (1 r) 1, N r(1 r) i g r i g 1 g (10) Toplam malieti minimum apacak alıtım kalınlığı bize optimum alıtım kalınlığını vermektedir. Buna göre optimum alıtım kalınlığı, toplam malieti veren (9) nolu denklemin alıtım kalınlığına (x) göre türevi alınarak aşağıdaki gibi elde edilir. PWF. k C. IDG C. SDG f e x op k C. 6 Hu. 3.6x10. COP R wt (11) 4

5 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Denklem (11) deki (3.6x10 6 ) birim dönüşümünden kanaklanmaktadır. Anı azarın diğer çalışmasında mevcut olan anı formülün birim dönüşümü, hazırlanmış olan programda dikkate alınmış olup formülde görülmemektedir. Arıca, enerji tasarrufu alıtımsız duvarın toplam malieti ile alıtımlı duvarın toplam malieti arasındaki farktan aşağıdaki şekilde hesaplanır: S T ( C ) C (12) T alsz T Geri ödeme periodu ise aşağıdaki bağıntı ardımıla hesaplanır: p b i g C. x ln1. 1 g S A 1 g ln 1 i (13) Burada S A ıllık tasarruf olup alıtımsız duvar ile alıtımlı duvarın ıllık enerji malietleri arasındaki farktan aşağıdaki şekilde hesaplanır: S A ( C ) C (14) A alsz A Tablo 2. İllere göre ısıtma ve soğutma derece gün değerleri [17] İl Isıtma Derece-Gün saısı, ( o C.gün) Soğutma Derece- Gün saısı, ( o C.gün) Adana Trabzon Eskişehir Ardahan Hesaplamalarda kullanılan akıtların özellikleri ve diğer parametreler Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 3. Hesaplamalarda kullanılan parametreler Parametre Değeri Yakıt İthal kömür Fiatı 0,565 TL/kg H u 29,307*10 6 J/kg η % 65 Kimasal formülü C H O S 0.01 N [14] Fuel-oil Fiatı 1,96 TL/kg H u 41,344*10 6 J/kg η %80 Kimasal formülü C H O S N 0.02 [14] Elektrik Fiatı TL/kWh H u 36,00648*10 5 J/kwh η %99 cop (soğutma için) 2,5 R wt 0,5903 m 2 K/W Faiz oranı, (i) % 8,75 Enflason oranı, (g) % 7,50 N 10 ıl 5

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi 5. YAKIT TÜKETIMI VE EMISYONLARIN HESABI Binalarda artan alıtım kalınlığı ısı kabını azaltır. Dolaısıla akıt tüketimi ve emisonlarda azalmış olur. Genel kimasal formülü C H O S N olan akıtın anma denklemi aşağıdaki gibidir [5, 14]: a b d e f C a H b O d S e N f b X ( O2 3.76N 2 ) aco2 H 2O ( 1) XO2 eso2 YN 2 2 (15) X ve Y sabitleri aşağıda (16) ve (17) de verilen oksijen denge formüllerinden hesaplanır: X b d a e 4 2 (16) Y 3.76X ( f 2) (17) NOx and CO emisonları ihmal edilior. 1 kg akıtın anmasıla ortaa çıkan anma ürünlerinin emison oranı aşağıdaki şekilde hesaplanabilir [14]: aco2 M CO kg CO2 / kg 2 M eso2 M SO kg SO2 / kg 2 M fuel fuel (18) (19) Burada, M akıtın mol ağırlığıdır ve aşağıdaki gibi hesaplanır: M 12a b 16d 32e 14 f kg / kmol (20) Toplam CO 2 and SO 2 emisonları aşağıdaki şekilde hesaplanabilir: M M 44a M CO M 2 F 64e M SO M 2 F (21) (22) Burada M F ıllık akıt tüketimi olup aşağıdaki gibi hesaplanabilir: M F ( R wt IDG x / k ). H u (23) 6. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Bu çalışmada, farklı derece-gün bölgelerinde bulunan Adana, Trabzon, Eskişehir ve Ardahan illerindeki binaların dış duvar alıtımının ekonomik ve çevresel analizi apılmıştır. Bu amaçla dört ilin ısıtma ve soğutma derece-gün saıları esas alınarak akıt türü ve alıtım malzemelerine göre optimum alıtım kalınlıkları, enerji tasarrufları, geri ödeme süreleri, akıt tüketimi ve CO 2 ile SO 2 emisonları belirlenmiştir. Yakıt olarak kömür ve fuel-oil kullanılmış. Yalıtım malzemesi olarak Ekstrüde polistren (XPS), Ekspande polistren (EPS), Cam ünü ve Taş ünü seçilmiştir. 6

7 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Şekil 1(a-d) farklı derece-gün bölgelerinde bulunan iller için, alıtım malzemesi olarak Ekstruded polistren ve akıt türü olarak kömür kullanılması halinde alıtım kalınlığına göre malietlerin değişimini göstermektedir. Şekillerden görüldüğü gibi artan alıtım kalınlığı ile akıt malieti azalırken alıtım malieti ise lineer olarak artmaktadır. Toplam maliet ise belirli bir değere kadar azalmakta ve bu değerden sonra artmaktadır. Dolaısıla toplam malietin minimum olduğu değer optimum alıtım kalınlığını vermektedir. Burada Adana, Trabzon, Eskişehir ve Ardahan illeri için optimum alıtım kalınlıkları sırasıla 3.4, 3.6, 5.2 ve 7.2 cm olarak elde edilmiştir. (a) Adana (b) Trabzon 7

8 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi (c) Eskişehir (d) Ardahan Şekil 1. farklı derece-gün bölgelerinde bulunan iller için alıtım kalınlığına göre malietlerin değişimi Ekstruded polistren alıtım malzemesinin ve kömür akıtının kullanılması halinde dört farklı il için artan alıtım kalınlığına göre enerji tasarrufu ve ıllık akıt tüketimi sırasıla Şekil 2(a) ve (b) de görülmektedir. Şekil 3(a) ve (b) ise anı akıt türü ve alıtım malzemesi için CO 2 ve SO 2 emisonlarının alıtım kalınlığı ile değişimini göstermektedir. Enerji tasarrufu ve ıllık akıt tüketiminin en üksek değerleri ısıtma derece gün değerinin en fazla olduğu Ardahan ilinde elde edilirken en düşük enerji tasarrufu ve akıt tüketimi ve dolaısıla emisonlar Adana ilinde elde edilmiştir. 8

9 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 (a) (b) Şekil 2. Farklı derece-gün bölgelerinde bulunan iller için artan alıtım kalınlığına göre a) enerji tasarrufu ve b) ıllık akıt tüketimi 9

10 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi (a) (b) Şekil 3. CO 2 ve SO 2 emisonlarının alıtım kalınlığı ile değişimi 10

11 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 (a) kömür (b) fuel-oil Şekil 4. Ardahan ilinde dört farklı alıtım malzemesinin artan kalınlıklarına göre enerji tasarrufunun değişimi Ardahan ilinde dört farklı alıtım malzemesinin artan kalınlıklarına göre enerji tasarrufunun değişimi kömür ve fuel-oil akıtları için sırasıla şekil 4(a) ve (b) de gösterilmiştir. Yıllık tasarruf alıtım malzemelerinin malietleri ile ters orantılıdır. Maliet arttıkça enerji tasarrufunun azaldığı görülmektedir. İncelenen alıtım malzemeleri arasında en düşük malietli cam ünü alıtım malzemesinin enerji tasarrufu maksimum olurken en üksek malietli taş ünü alıtım malzemesinin kullanılması halinde minimum enerji tasarrufu elde edilmiştir. Grafiklerden görüldüğü gibi enerji korunumları akıtın malieti 11

12 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi ile doğru orantılıdır. Yakıtın malieti attıkça enerji tasarrufu da artmaktadır. Örneğin Fuel-oil gibi üksek malietli akıtların enerji tasarrufları kömür gibi düşük malietli akıtların enerji tasarruflarından oldukça üksek olduğu görülmektedir. Arıca enerji korunumu açısından iklim şartları da önemlidir. Enerji korunumu ısıtma ükünün büüklüğüne bağlı olarak büükten küçüğe doğru sırasıla Ardahan, Eskişehir, Trabzon ve Adana olarak sıralanmaktadır. Bu durumda enerji tasarrufu soğuk bölgelerde daha önemli hale gelmektedir. (a) Kömür (b) fuel-oil Şekil 5. Ardahan ilinde dört farklı alıtım malzemesinin artan kalınlıklarına göre ıllık akıt tüketiminin değişimi 12

13 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Ardahan ilinde dört farklı alıtım malzemesinin artan kalınlıklarına göre ıllık akıt tüketiminin değişimi kömür ve fuel-oil akıtları için sırasıla şekil 5(a) ve (b) de gösterilmiştir. Şekil 6(a-b) ve 7 (a-b) sırasıla kömür ve fuel-oil akıtları için CO 2 ve SO 2 emisonlarının alıtım kalınlığı ile değişimini göstermektedir. Yalıtım kalınlığı arttıkça akıt tüketimi ve emisonlar azalmaktadır. Ancak bu azalma alıtım kalınlığının küçük değerlerinde daha hızlıdır. Her iki akıt türü için bütün alıtım kalınlıklarında en düşük akıt tüketimi ve emisonlar, en üksek ısıl dirence sahip olan Ekstrüde polistren alıtım malzemesi için elde edilirken en üksek akıt tüketimi ve emisonlar en düşük ısıl dirence sahip olan Taş ünü alıtım malzemesi için elde edilmiştir. Arıca düşük malietli kömür akıtının ıllık akıt tüketimi ve emisonları üksek malietli fuel-oil akıtına göre fazla olduğu görülmektedir. (a) (b) Şekil 6. Kömür akıtının a) CO 2 ve b) SO 2 emisonlarının alıtım kalınlığı ile değişimi 13

14 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi (a) (b) Şekil 7. Fuel-oil akıtının a) CO 2 ve b) SO 2 emisonlarının alıtım kalınlığı ile değişimi Dört il için alıtım malzemesi ve akıt türüne göre optimum alıtım kalınlığı, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi hesaplanmış ve Tablo 4 te verilmiştir. Tablodan görüldüğü gibi optimum alıtım kalınlığı ve ıllık tasarrufun en üksek değerleri her iki akıt türü için Ardahan da cam ünü alıtım malzemesinin kullanılması halinde elde edilirken en düşük değerler Adana da taş ünü alıtım malzemesi için elde edilmiştir. Yalıtım malzemelerinin malieti arttıkça optimum alıtım kalınlığı ve ıllık tasarruf azalırken geri ödeme süresinin ise arttığı görülmüştür. Sonuç olarak, seçilen illere, alıtım malzemelerine ve akıtın türüne bağlı olarak optimum alıtım kalınlığının 1,5 ile 24,8 cm arasında değiştiği, ıllık tasarrufun 10,33 ile 351,92 TL/m 2 arasında değiştiği ve geri ödeme süresinin ise 0,78 ile 5,95 ıl arasında değiştiği görülmüştür. 14

15 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Tablo 4. Farklı derece-gün bölgelerinde bulunan dört il için alıtım malzemesi ve akıt türüne göre optimum alıtım kalınlığı, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi Kömür Fuel-oil Optimum Yıllık tasarruf Geri Optimum Yıllık tasarruf Geri İL Yalıtım malzemesi Yalıtım ödeme Yalıtım ödeme kalınlığı (TL/m 2 ) (%) süresi kalınlığı (TL/m 2 ) (%) süresi (m) (ıl) (m) (ıl) Ekstrüde polistren 0,034 31,11 44,42 3,19 0,046 56,02 53,05 2,61 Adana Ekspande polistren 0,051 35,06 50,07 2,79 0,068 61,28 58,04 2,28 Cam ünü 0,088 44,54 63,60 1,93 0,114 73,63 69,74 1,58 Taş ünü 0,015 10,33 14,76 5,95 0,025 26,24 24,85 4,91 Ekstrüde polistren 0,036 33,91 45,70 3,13 0,057 85,07 58,94 2,24 Trabzon Ekspande polistren 0,054 38,03 51,25 2,74 0,083 91,53 63,41 1,94 Cam ünü 0,092 47,88 64,53 1,88 0, ,50 73,78 1,35 Taş ünü 0,017 11,98 16,14 5,89 0,033 47,08 32,62 4,15 Eskişehir Ekstrüde polistren 0,052 70,72 56,37 2,40 0, ,11 67,78 1,69 Ekspande polistren 0,076 76,62 61,07 2,09 0, ,17 71,42 1,48 Cam ünü 0,126 90,36 72,03 1,44 0, ,83 79,70 1,02 Taş ünü 0,029 36,57 29,15 4,45 0, ,26 45,40 3,13 Ardahan Ekstrüde polistren 0, ,41 65,15 1,85 0, ,99 74,57 1,29 Ekspande polistren 0, ,56 69,04 1,61 0, ,25 77,50 1,13 Cam ünü 0, ,23 77,95 1,11 0, ,92 84,12 0,78 Taş ünü 0,045 86,82 41,46 3,44 0, ,12 55,96 2,42 Tablo 5. Farklı derece-gün bölgelerinde bulunan dört il için alıtım malzemesi ve akıt türüne göre optimum alıtım kalınlığı ugulandığı zaman elde edilen ıllık akıt tüketimi ve emisonlar Kömür Fuel-oil Yalıtım malzemesi Yıllık akıt Emison miktarı (kg/m 2 ) Yıllık akıt tüketimi Emison miktarı (kg/m 2 ) tüketimi CO 2 SO 2 (kg/m 2 ) CO 2 CO 2 (kg/m 2 ) Adana Ekstrüde polistren 2,248 7,012 0,0144 1,049 3,378 0,0175 Ekspande polistren 1,975 6,158 0,0127 0,921 2,966 0,0153 Cam ünü 1,364 4,253 0,0087 0,636 2,048 0,0106 Taş ünü 4,184 13,046 0,0268 1,926 6,202 0,0321 Trabzon Ekstrüde polistren 4,269 13,310 0,0274 1,762 5,675 0,0293 Ekspande polistren 3,741 11,664 0,0240 1,555 5,008 0,0259 Cam ünü 2,596 8,096 0,0166 1,073 3,457 0,0179 Taş ünü 7,858 24,502 0,0504 3,273 10,540 0,0545 Eskişehir Ekstrüde polistren 5,802 18,091 0,0372 2,378 7,659 0,0396 Ekspande polistren 5,119 15,961 0,0328 2,089 6,727 0,0348 Cam ünü 3,540 11,038 0,0227 1,445 4,654 0,0241 Taş ünü 10,797 33,666 0,0692 4,414 14,214 0,0735 Ardahan Ekstrüde polistren 7,582 23,639 0,0486 3,110 10,016 0,0518 Ekspande polistren 6,697 20,880 0,0429 2,725 8,777 0,0454 Cam ünü 4,625 14,420 0,0296 1,885 6,072 0,0314 Taş ünü 14,021 43,718 0,0898 5,705 18,372 0,0950 Farklı illerdeki farklı alıtım malzemelerinin optimum kalınlıklarının kullanılması halinde ıllık akıt tüketimi ve emison miktarları ise Tablo 5 te verilmiştir. Bu tabloda görüldüğü gibi kömür akıtının akılması halinde akıt tüketiminin 1,364 ile14,021 kg/m 2 arasında değiştiği, CO 2 ve SO 2 emison miktarlarının ise sırasıla 4,253 ile 43,718 kg/m 2 ve 0,0087 ile 0,0898 kg/m 2 arasında değiştiği görülmüştür. Optimum alıtım kalınlığı büüdükçe ıllık akıt tüketimi ve dolaısıla emisonlar 15

16 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) 1-17 Dört Farklı İl İçin Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Belirlenmesi azalacaktır. Dört farklı il için en düşük akıt tüketimi ve emisonlar her iki akıt türü için en üksek alıtım kalınlığının elde edildiği cam ünü alıtım malzemesi için elde edilirken en üksek tüketim ve emisonlar optimum alıtım kalınlığının düşük olduğu taş ünü alıtım malzemesi için elde edilmiştir. Binalarda optimum alıtım kalınlığı ugulanarak akıt tüketimi ve çevree salınan emisonlar azalacaktır. Tablo 6 da, incelenen illere ve alıtım malzemelerine göre elde edilen optimum kalınlıkların kullanılması halinde akıt tüketimi ve emisonlardaki azalma kömür akıtı için %37,7-%88,3 arasında değiştiği ve fuel-oil akıtı için ise %50,2-%91,7 arasında değiştiği görülmüştür. Örneğin Ardahan da fuel-oil akıtının kullanılması halinde, alıtımsız duvarda optimum alıtım kalınlığını ugulaarak XPS, EPS, cam ünü ve taş ünü alıtım malzemeleri için ıllık akıt tüketimi ve dolaısıla emisonların sırasıla %86, %88, %92 ve %75 azaldığı görülmüştür. Tablo 6. Farklı derece-gün bölgelerinde bulunan dört il için alıtım malzemesi ve akıt türüne göre optimum alıtım kalınlığı ugulandığı zaman elde edilen Yakıt tüketimi ve emisonlardaki azalma (%) Yakıt tüketimi ve emisonlardaki azalma (%) Yakıt türü Kömür Fuel-oil XPS EPS Cam ünü Taş ünü XPS EPS Cam ünü Taş ünü Adana 66,5 70,6 79,7 37,7 72,8 76,2 83,5 50,2 Trabzon 67,7 71,7 80,4 40,6 76,9 79,6 85,9 57,1 Eskişehir 75,2 78,1 84,8 53,9 82,3 84,5 89,3 67,3 Ardahan 80, ,3 64,5 86, ,7 74,9 SEMBOLLER C A,I :Isıtma için ıllık ısıtma malieti, (TL/m 2 ıl) C A,S :Soğutma için ıllık soğutma malieti, (TL/m 2 ıl) C A :Toplam ıllık enerji malieti, (TL/m 2 ıl) C e :Elektriğin fiatı (TL/kWh) C f :Yakıt fiatı, (TL/kg) C :Yalıtımın fiatı, (TL/m 3 ) COP :Soğutma performans katsaısı g :Enflason oranı H u :Yakıtın alt ısıl değeri, (J/kg) IDG :Isıtma derece-gün saısı, ( o C.gün) i :Faiz oranı k :Yalıtım malzemesinin ısı iletim katsaısı, (W/mK) N :Ömür (ıl) M F :Yıllık akıt tüketimi, (kg/m 2 ) x :Yalıtımın kalınlığı, (m) PWF :Şimdiki değer faktörü P b :Geri ödeme süresi, (ıl) q : Dış duvarın birim üzeinden oluşan ısı kazanç ve kabı, (W/m 2 ) R wt :Yalıtım malzemesi hariç duvarın toplam ısıl direnci, (m 2 K/W) SDG :Soğutma derece-gün saısı, ( o C.gün) S A :Yıllık tasarruf, (TL/m 2 ) S T :Enerji tasarrufu, (TL/m 2 ) U :Duvarın toplam ısı transfer katsaısı, (W/m 2 K) 7. KAYNAKLAR 1. Kanaklı, Ö. ve Yamankaradeniz, R., 2008, Isıtma Süreci ve Optimum Yalıtım Kalınlığı Hesabı, Tesisat mühendiliği Dergisi, 104,

17 Özel M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Çomaklı, K. and Yüksel, B., 2003, Optimum Insulation Thickness of External Walls for Energ Saving, Applied Thermal Engineering, 23, Çomaklı, K., Yüksel, B., 2004, Environmental impact of thermal insulation thickness in buildings, Applied Thermal Engineering, 24, Gölcü, M., Dombacı, Ö. A. ve Abalı S., 2006, Denizli için Optimum Yalıtım Kalınlığının Enerji Tasarrufuna Etkisi ve Sonuçları, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, 21(4), Dombacı, Ö.A., 2007, The environmental impact of optimum insulation thickness for external walls of buildings, Energ and Buildings, 42, Hasan, A., 1999, Optimizing Insulation Thickness for Buildings using Life Ccle Cost, Applied Energ, 63, Bolattürk, A., 2003, Binalarda Optimum Yalıtım Kalınlıklarının Hesabı ve Enerji Tasarrufundaki Rolü, 14. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Bolattürk, A., 2006, Determination of Optimum Insulation Thickness for Building Walls With Respect to Various Fuels and Climate Zones in Turke, Applied Thermal Engineering, 26, Ozel, M., Pıhtılı, K.,2008, Isıtma ve soğutma derece gün değerlerini kullanarak optimum alıtım kalınlığının belirlenmesi, Sigma Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 26(3), Bolattürk, A., 2008, Optimum Insulation Thicknesses for Building Walls with Respect to Cooling and Heating Degree-Hours in the Warmest Zone of Turke, Building and Environment, 43, Kanakli, O., 2008, A Stud on Residential Heating Energ Requirement and Optimum Insulation Thickness, Renewable Energ, 33, Al-Sanea, S. A., Zedan, M. F. and Al-Ajlan, S.A., 2005, Effect of electricit tarif on the optimum insulation-thickness in building walls as determined b a dnamic heat-transfer model, Applied Energ, 82, Ozel, M., Dnamic approach and cost analsis for optimum insulation thicknesses of the building external walls, J. Fac. Eng. Archit. Gazi Univ, 23(4), Yıldız, A., Gürlek, G., Erkek, M. and Özbalta, N., 2008, Economical and Environmental Analses of Thermal Insulation Thickness in Buildings, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 28(2), Mahlia, T.M.I., Iqbal, A., 2010, Cost benefits analsis and emission reductions of optimum thickness and air gaps for selected insulation materials for building walls Maldives, Energ, 35, Kurt, H., 2010, The usage of air gap in the composite wall for energ saving and air pollution, Environmental Progress and Sustainable Energ 30, Bulut, H., Büükalaca, O. ve Yılmaz, T., 2007, Türkie İçin Isıtma ve Soğutma Derece-Gün Bölgeleri, 16. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Kaseri. 17