Sigma 27, , 2009 Research Article / Araştırma Makalesi EFFECT OF INSULATION MATERIAL THICKNESS ON THERMAL INSULATION

Transkript

1 Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendisli ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma 7, 19-19, 9 Research Article / Araştırma Maalesi EFFECT OF INSULATION MATERIAL THICKNESS ON THERMAL INSULATION Derya B. ÖZKAN*, Cen ONAN, Seran ERDEM Yıldız Teni Üniversitesi, Maine Faültesi, Maine Mühendisliği Bölümü, Yıldız-İSTANBUL Received/Geliş: Revised/Düzeltme: Accepted/Kabul:.9.9 ABSTRACT In our country, Thermal Insulation Requirements for Buildings was implemented to save energy in buildings in. By insulating the buildings, the required heating energy is decreased and energy saving is provided. Determining the correct material and optimum insulation thicness are very important issues in thermal insulation. In this study, software is developed according to TS 5 and charts which show optimum insulation thicness for different insulation materials are drawn for different regions of Turey. Moreover, in the study the effect of change in window and wall area to building heat energy requirement and optimum thicness is investigated. Keywords: Insulation thicness, TS 5, thermal insulation, energy efficiency. YALITIM MALZEMESİ KALINLIĞININ ISI YALITIMINA ETKİSİ ÖZET Ülemizde binalarda enerji tasarrufu sağlama amacı ile yılında Binalarda Isı Yalıtımı Yönetmeliği yürürlüğe girmiştir. Binalarda ısı yalıtımı yapılara ısıtma enerjisi ihtiyacı azaltılıp, enerji tasarrufu sağlanmatadır. Isı yalıtımında doğru malzeme seçimi ve optimum yalıtım alınlığının tespiti önemli bir onudur. Bu çalışmada da TS 5 standardına uygun bir yazılım geliştirilere Türiye nin bölgesi için, farlı yalıtım malzemelerine göre optimum yalıtım alınlığını veren grafiler hazırlanmıştır. Ayrıca çalışmada pencere ve dış duvar alanı değişiminin, bina ısıtma enerjisi ihtiyacına ve optimum yalıtım alınlığına etisi incelenmiştir. Anahtar Sözcüler: Yalıtım alınlığı, TS 5, ısı yalıtımı, enerji verimliliği. 1. GİRİŞ Dünyadai tenoloji gelişmeler, nüfus artışı ile beraber enerji tüetimini hızla arttırmatadır. Enerji tüetiminin artması üle eonomisine yü getirmesinin yanı sıra çevre irliliğine de yol açmatadır. Sınırlı fosil yaıt naları ile enerji ihtiyacını uzun süre arşılabilme için enerjinin verimli şeilde ullanılması geremetedir. Türiye de Enerji ve Tabi Knalar Baanlığının verilerine göre, enerji tüetiminin % 31 i onutlarda gerçeleşmetedir. Konutlarda tüetilen enerjinin % 5 inin ısıtma amaçlı ullanıldığı görülmetedir. 199 de yınlanan TS 5 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları standardı, 1 Haziran tarihinde * Corresponding Author/Sorumlu Yazar: /e-ileti: tumer@yildiz.edu.tr, tel: (1)

2 Effect of Insulation Material Thicness on Thermal Sigma 7, 19-19, 9 uygulaması zorunlu olara yürürlüğe girmiştir. Bu standart ile binalarda ısıtma için ullanılan enerji mitarı sınırlandırılara, enerji tasarrufu sağlanması hedeflenmiştir. Binalarda ısı yalıtımı yapılması, enerji tüetimini azaltıp yaıttan tasarruf sağlamasının yanı sıra, duvar iç yüzey sıcalığının artması ile ısıl onforun iyileşmesi, duvar iç yüzeylerinde yoğuşma ve üflenme sorunlarının ortadan alması gibi fdalarda sağlamatadır [1]. Isı yalıtım malzemelerinin seçiminde, malzemelerin uygulanabilme ollığı ile birlite maliyet önemli bir fatördür. Yalıtım binanın il yatırım maliyetini arttırmasıyla birlite, işletme tasarrufu göz önüne alındığında birey ve üle eonomisine atı sağlamatadır. Önemli olan bina için uygun yalıtım malzemesi ve optimum yalıtım alınlığını belirlemetir. Çomalı ve Yüsel [], Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardına göre Türiye nin lv. Derece gün bölgesinde olan üç il için optimum yalıtım alınlığını hesaplamışlardır. Bolattür [3], Türiye nin dört ilim bölgesindei iller için, farlı yaıt türleri ullanılması halinde optimum yalıtım alınlığını ve geri ödeme süresini hesaplamıştır. Yaptığı diğer çalışmada [], Türiye nin birinci ilim bölgesindei binaların dış duvarlarında optimum yalıtım alınlığını ısıtma ve soğutma yülerini gözönüne alara hesaplamıştır. Özel ve Pıhtılı [5], Adana, Elazığ, Erzurum, Istanbul ve Izmir illerinde dış duvarlar için optimum yalıtım alınlığını ısıtma ve soğutma derece gün değerlerini göz önüne alara hesaplamışlardır. Uçar ve Balo [], Türiye nin dört ilim bölgesi için dört farlı yalıtım malzemesi ve beş yaıt türü için sandviç duvar optimum yalıtım alınlıgını hesaplamışlardır. Bu çalışmada TS 5 standardına uygun bir yazılım geliştirilere Türiye nin bölgesi için, farlı yalıtım malzemelerine göre optimum yalıtım alınlığını veren grafiler hazırlanmıştır. Pencere ve dış duvar alanı değişiminin, bina ısıtma enerjisi ihtiyacına ve optimum yalıtım alınlığına etisi incelenmiştir. Hesaplamalar dış duvarlarda uygulanabilece farlı yalıtım malzemeleri için yapılmıştır. Çizelge 1 de analizde ullanılan yalıtım malzemelerinin fizisel özellileri verilmiştir. No 1 3 Çizelge 1. Analizde ullanılan yalıtım malzemelerinin fizisel özellileri Yalıtım Malzemesi Polistiren sert öpülü levhalar (PS) Estrüde polistiren öpü (XPS) Poliüretan sert öpü levhalar (PUR) Mineral lifli yalıtım malzemeleri (Cam Yünü veya Taş Yünü) Birim hacim ütlesi (g/m 3 ) Isıl iletenli hesap değeri λ (W/mK) /15. /5.3 / Referans TS 5, / ısıl iletenli grubu TS 5, /.3..1 ısıl iletenli grubu 3 TS 5, / ısıl iletenli grubu 35 TS 5, /.5 ısıl iletenli grubu 5.YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ Optimum yalıtım alınlığının belirlenebilmesi için öncelile binanın yıllı ısıtma enerjisi ihtiyacı hesaplanmalıdır. Yıllı ısıtma enerjisi ihtiyacının hesaplanması için ullanılan yöntem aşağıda anlatılmatadır. Taban, tavan ve pencereler için ısı geçiş atsıları her bir bölge için TS 5 E.A.3 den alınmıştır ve alınan değerler Çizelge de gösterilmiştir. [7] Çizelge. Toplam ısı geçiş atsısı değerleri U Ta (W/m K) U t (W/m K) U P (W/m K) 1.Bölge.5.7.Bölge.. 3.Bölge.3.5.Bölge.5.. (low-e aplamalı çift cam ve plasti doğrama) 191

3 D.B. Özan, C. Onan, S. Erdem Sigma 7, 19-19, 9 Dış duvarın ısı geçiş atsısı yalıtım malzemesine ve alınlığına bağlı olara değişmetedir. Hesaplamalar yalıtım malzemesi alınlığının onutlarda minimum 1 cm, masimum cm olabileceği abulüne göre yapılmıştır. Alanların hesaplarda etin bir rol oynadığı göz önünde bulundurulara alan oranı sabiti ullanılmış ve AO ile gösterilmiştir. Pencere yüzey alanları toplamı AO = (1) Dış duvar yüzey alanları toplamı Hesaplamalarda toplam dış duvar + pencere yüzey alanı, taban veya tavan alanının. atı olara alınmıştır. Dış duvarın yapı elemanları sırasıyla cm li iç sıva, 19 cm li delili tuğla, yalıtım malzemesi ve 3 cm li dış sıva olara alınmıştır. Buna göre dış duvar ısı geçiş atsısı için no lu eşitli ullanılmıştır. 1 U dd =..19 Lyal λyal 1. Aylı ortalama dış sıcalı değerleri TS 5 E.B. den, ortalama lı güneş ışınımı değerleri ise TS 5 E.C den alınmıştır [7]. Kazanç Kıp Oranı her için, 3 no lu ifade ile hesaplanmıştır. KKO ij i g + (.3 5 V = φ ij H ( T T iç brüt dış ) ) Burada i ile alan oranı, j ile yalıtımın alınlığı ve ile de binanın bulunduğu bölge belirtilmetedir. Mevcut yalıtımsız yapıların genellile esi yerleşim bölgelerinde olup, özellile şehir içinde olduları düşünülere, lı ortalama gölgelenme fatörü, çevre binaların ata adar yüselite olabildiği veya ağaçlardan nalanan gölgelenmelerin bulunması durumu için incelenmiştir. Toplam yıllı ısıtma enerjisi geresinimi Alan oranı, yalıtım malzemesi cinsi ve alınlığı, binanın bulunduğu şehre bağlı olara no lu ifade ile hesaplanmıştır. ij ij ij i Qyıl = [ H T η ( g + iç ] φ φ ) 3 / () Binanın dış duvar haricindei yüzeylerinden olan ısı bı K ile sembolize edilmiştir. (.191U T +.119U t ) +. Vbrüt i Ap K = A p U p + 11 (5) AO TS 5 standardı ile sınırlandırılan ısıtma enerjisine bağlı olara yalıtım alınlılarının sınır değerleri denlem ile belirlenmiştir. ij s L = Q ij s.v brüt + A i dd λ T Rdd λ 1 () ij KKO i i ((1 e )( φ + φ ) K T ) g Aylara göre bulunan ısıtma enerjisi ihtiyaçları toplanara binanın yıllı ısıtma enerjisi ihtiyacı bulunmuştur. Bulunan bu değer izin verilen yıllı ısıtma enerjisi geresinimi ile arşılaştırılara yalıtım malzemesine göre alınlı belirlenmiştir. iç () (3) 19

4 Effect of Insulation Material Thicness on Thermal Sigma 7, 19-19, 9 3.ANALİZİN DEĞERLENDİRİLMESİ Bu çalışmada mimari detları mevcut bir bina için, TS 5 e uygun ullanılması gereli minimum yalıtım alınlığını veren yazılım geliştirilmiştir. Şeil de onutta, XPS yalıtım malzemesinin ullanılması durumunda ihtiyaç duyulaca minimum yalıtım alınlığı alan oranına bağlı olara dört bölge için gösterilmiştir. Şeil den iinci bölge illerinde bulunan yapıların, pencere alanı dış duvar alanının % u ise, ullanılması yeterli yalıtım alınlığı cm ien, % de 5 cm alınlığında yalıtıma, %3 da cm alınlığında yalıtıma, % da ise 17 cm alınlığında yalıtıma ihtiyaç duyulacağı görülmetedir. Alan oranının %5 den büyü olması halinde cm alınlığında yalıtım dahi yetersiz almatadır. Bu nedenle bina tasarım aşamasınden alan oranının diate alınması önem arz etmetedir > > > > > > > Bölge.Bölge 3.Bölge.Bölge Şeil. XPS ullanılması halinde uygun yalıtım malzemesi alınlığı değerleri Bina dış duvar yalıtım alınlığının ço yüse değerlere ulaştığı alan oranları, bölgelere göre Şeil de görülebilmetedir. Her bir bölgenin değerleri alan oranına bağlı olara incelendiğinde, birinci bölge illerinde alan oranı etisinin yalıtım ile dengelenebildiği anca diğer bölge illerinde alan oranı yüse ise cm yalıtım alınlığının üzerinde bir yalıtıma ihtiyaç duyulduğu görülmetedir. Alan oranının ofis, alışveriş merezi vs. gibi yapılara oranla onutlarda daha düşü olduğu düşünülece olursa, Şeil de belirtilen yüse alan oranlarında hesaplanan yalıtım alınlılarına fazla ihtiyaç duyulmamatadır. Çizelge 1 de belirtilen farlı yalıtım malzemeleri için hesaplamalar terarlanara tüm bölgeler için uygun yalıtım alınlıları belirlenmiştir. Şeil 3 de yalıtım malzemesi olara mineral lifli malzeme ullanılması halinde, Şeil de polistiren sert öpülü levha ullanılması halinde, Şeil 5 de poliüretan sert öpülü levha ullanılması halinde her bir bölge için belirlenen uygun yalıtım malzemesi alınlığı değerleri gösterilmiştir. 193

5 D.B. Özan, C. Onan, S. Erdem Sigma 7, 19-19, > > > > > > > > > Bölge.Bölge 3.Bölge.Bölge Şeil 3. Mineral lifli malzeme ullanılması halinde uygun yalıtım malzemesi alınlığı değerleri > > > > > > > Bölge.Bölge 3.Bölge.Bölge Şeil. PS ullanılması halinde uygun yalıtım malzemesi alınlığı değerleri > > 19.7 > > > > > Bölge.Bölge 3.Bölge.Bölge Şeil 5. PUR ullanılması halinde uygun yalıtım malzemesi alınlığı değerleri 19

6 Effect of Insulation Material Thicness on Thermal Sigma 7, 19-19, Bölge.Bölge 3.Bölge.Bölge Şeil. XPS yalıtım malzemesi için yalıtım alınlılarının bölgelere göre değişimi Her bir bölge için TS 5 Standardına göre yapılarda yapılması zorunlu yalıtım alınlığı denlem ile belirlenmiştir. Hesaplamalar sonucunda bölgelere göre ullanılması gereli minimum yalıtım alınlığının değişimi yalıtım malzemesi XPS için Şeil da verilmiştir. Bu grafi ile istenilen alan oranı için bölgelere göre gereli minimum yalıtım alınlığı bulunabilmetedir. Örneğin, dördüncü bölgede %15 alan oranına sahip bir mimari yapı için, ullanılması standart ile zorunlu tutulan minimum yalıtım alınlığı.1 cm olara belirlenebilmetedir. Şeil da görüldüğü üzere, yalıtım alınlığının belirlenme aralığı bölgelere göre farlılı göstermetedir.. SONUÇLAR Binaların ısıtılmasında ve soğutulmasında pencere alan oranı, yalıtım malzemesi cinsi ve alınlığı enerji tüetimi açısından önemli rol oynamatadır. Bu çalışmada da TS 5 standardına uygun bir yazılım geliştirilere Türiye nin bölgesi için, farlı yalıtım malzemeleri ve alan oranına göre optimum yalıtım alınlığını veren grafiler hazırlanmıştır. Proje mühendisleri, det çalışmalarında binalar için yalıtım alınlılarını belirleren, yapılan analiz çalışması sonucunda hazırlanan bu grafilerden fdalanabilirler. Binalarda pencere alan oranlarının artması ısı bını ve yaıt tüetimini arttıracağından tercih edilmemelidir. Özellile grafilerden de görüldüğü üzere. bölgede alan oranının artması yalıtım alınlığını ço büyü mitarda arttırmatadır. Yaıt maliyetleri ve ülemizin enerjide dışa bağımlılığı düşünülece olursa, projecilerin ve uygulamacıların daha bilinçli olara binalarda optimum alınlıta ısı yalıtımı yapmaları önemlidir. Ayrıca ısı, ses ve yangın yalıtımını birlite yerine getirebilen yalıtım malzeme ve tenilerinin araştırılıp geliştirilmesine önem verilmelidir. Binalarımızda enerjinin verimli ullanılmasına, onutlarımızda yalıtım malzemesi ve alınlığının doğru olara saptanmasıyla ve binaların mimari detlarının ısıtma geresinimlerini azaltaca şeilde tasarlanmasıyla başlanabileceği unutulmamalıdır. 195

7 D.B. Özan, C. Onan, S. Erdem Sigma 7, 19-19, 9 SEMBOL LİSTESİ A Alan AO,i Alan oranı dd Dış duvar H Özgül Isı bı (W/K) Bölge KKO Kazanç Kıp Oranı L,j Kalınlı PS Polistiren sert öpülü levhalar PUR Poliüretan sert öpü levhalar p Pencere R Yalıtımsız duvarın ısıl direnci (m K/W) s Sınır değer Ta Tavan t Taban T iç İç mahal sıcalığı (K) T dış Dış hava sıcalığı (K) U Yapı bileşenin ısıl geçirgenli atsısı (W/m K) XPS Estrüde polistiren öpü Q s İzin verilen yıllı ısıtma enerjisi ihtiyacı (Wh/m 3 ) Q yıl Yıllı ısıtma enerjisi ihtiyacı (Wh) V Hacim (m 3 ) yal Yalıtım Φ g Güneş enerjisi azancı (W) λ Isıl iletenli atsısı (W/mK) η Kazanç Kullanım Fatörü REFERENCES / KAYNAKLAR [1] Erb B.,Özsarı Ö.,Umut T.,Özdemir Y., Sağlı Yapılarında Isı, Ses, Yangın Yalıtımı ve Eonomi Analizi, 7. Üniversitelerarası Yalıtım Yarışması Sonuç Bildirgesi, 7-9, 7. [] Çomalı K.,Yüsel B., Optimum Insulation Thicness of External Walls for Energy Saving, 3, 73-79, 3. [3] Bolattür A., Determination of Optimum Insulation Thicness for Building Walls with Respect to Various Fuels and Climate Zones in Turey, Applied Thermal Engineering,, ,. [] Bolattür A., Optimum Insulation Thicnesses for Building Walls with Respect to Cooling and Heating Degree-Hours in the Warmest Zone of Turey, Building and Environment, 3, 55-,. [5] Özel M.,Pıhtılı K., Determination of Optimum Insulation Thicness by Using Heating and Cooling Degree-D Values, Sigma Mühendisli ve Fen Bilimleri Dergisi,, 3, ,. [] Uçar A.,Balo F., Effect of Fuel Type on the Optimum Thicness of Selected Insulation Materials for the Four Different Climatic Regions of Turey, Applied Energy,, 73-73, 9. [7] TS 5 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardı, Tür Standartları Enstitüsü, Anara,,