Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi

Transkript

1 Journal o Engineering and Natural Sciences Mühendisli ve Fen Bilimleri Dergisi Sigma Vol./ilt 26 Issue/Saı 3 Araştırma Maalesi / Research Article DETERMINATION OF OPTIMUM INSULATION THIKNESS BY USING HEATING AND OOLING DEGREE-DAY VALUES Meral ÖZEL *, Kazım PIHTILI Fırat Üniversitesi, Mühendisli Faültesi, Maine Mühendisliği Bölümü, ELAZIĞ Geliş/Received: Kabul/Accepted: ABSTRAT In this stud, optimum thicness o insulation appling to external walls was determined b considering heating and cooling degree da values. alculations were done or Adana, Elazığ, Erzurum, İstanbul ve İzmir cities. In this case, optimum insulation thicness, energ saving and pa bac period was calculated b appling Extruded polstrene as insulation material on the external walls. As result, it was showed that optimum insulation thicnesses var between 0.04 and m, energ savings between and YTL/m 2, and pabac periods between 1.45 and 2.05 ears to the cit investigated Kewords: Insulation thicness, heating and cooling degree-da values, energ saving, pabac period. ISITMA VE SOĞUTMA DEREE-GÜN DEĞERLERİNİ KULLANARAK OPTİMUM YALITIM KALINLIĞININ BELİRLENMESİ ÖZET Bu çalışmada, dış duvarlara ugulanan alıtımın optimum alınlığı ısıtma ve soğutma derece gün değerleri birlite ele alınara belirlenmiştir. Hesaplamalar Adana, Elazığ, Erzurum, İstanbul ve İzmir illeri için apılmıştır. Bu durumda dış duvarlara Estrüde polistren alıtımı ugulanara, artan alıtım alınlılarına göre optimum alıtım alınlığı, enerji tasarruu ve geri ödeme süresi hesaplanmıştır. Sonuç olara, incelenen illere göre optimum alıtım alınlığının 0.04 ile m arasında değiştiği, ıllı tasarruun ile YTL/m 2 arasında değiştiği ve geri ödeme süresinin ise 1.45 ile 2.05 ıl arasında değiştiği görülmüştür. Anahtar Sözcüler: Yalıtım alınlığı, ısıtma ve soğutma derece gün değerleri, ıllı tasarru, geri ödeme süresi. 1. GİRİŞ Binalarda tüetilen enerjinin çoğunluğu ısıl onoru sağlama amacıla binaların ısıtılması ve soğutulması için harcanmatadır. Bu üzden, ış alarında ısı aıplarını az alarında da ısı azançlarını azatma için en etin ol bina dış abu elemanlarının alıtılmasıdır. Bilindiği gibi alıtım alınlığı arttıça ısı azanç ve aıpları önemli ölçüde azalıren, alıtım malieti ise artacatır. Bu durumda alıtım alınlığının optimum değeri maliet analizi apılara belirlenmelidir. Bu onula ilgili apılan çalışmalar incelendiğinde Gölcü vd. [1], Denizli dei binalarda, ısıtma için arlı enerji analarının ullanılması halinde dış duvarlar için optimum * Sorumlu Yazar/orresponding Author: /e-ileti: mozel@irat.edu.tr, tel: (424) /

2 Determination o Optimum Insulation Thicness b Using alıtım alınlığını Derece-Gün saısını esas alara hesaplamışlar. Bolattür [2], Isparta bölgesindei binaların duvar ve çatı döşemeleri için optimum alıtım alınlıları ve enerji tasarrularını araştırmıştır. Bunun için ine Derece-Gün saısı esas alınmıştır. Bolattür ün başa bir çalışmasında, Türienin 4 ilim bölgesinden seçilen 16 şehir için ısıtma derece-gün irini ullanara optimum alıtım alınlıları ve geri ödeme süreleri hesaplanmıştır [3]. Yine anı azarın bir diğer çalışmasında, binaların dış duvarlarındai optimum altım alınlığı ıllı ısıtma ve soğutma ülerine daandırılara analiz edilmiştir. Bunun için ıllı ısıtma ve soğutma derece saatleri hesaplanara, eonomi model P1-P2 metoduna göre belirlenmiştir [4]. Kanalı [5], Bursa dai binaların dış duvarları için 1992 den 2005 e adar dış hava sıcalı değerleri diate alınara ısıtma mevsimi için derece-saat değerleri hesaplanmış ve optimum alıtım alınlığı belirlenmiştir. Hasan [6], duvarların optimum alınlığını bulma için ömür maliet analizini ve derece gün irini ullanmıştır. Sonuç olara duvar apısının tiplerine bağlı olara 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. Çomalı ve Yüsel [7], Erzurum, Kars ve Erzincan gibi Türie nin en soğu üç şehri için optimum alıtım alınlığını derece gün saılarını esas alara araştırmışlar. Sisman vd. [8], dört arlı derece gün değerlerine sahip olan İzmir, Bursa, Esişehir ve Erzurum illeri için dış duvarlar ve çatının optimum alıtım alınlılarını belirlemişler. Aso ve Keleşoğlu [9], bina abuğu üze alanı ve alıtım alınlığının ısıtma enerjisi üzerindei etisini görme amacıla, dar cepheleri uzegüne, uzun cepheleri doğu-batı önünde onumlandırılmış penceresiz bir apıdai ısıtma enerjisi mitarı, geri dönüşüm süresi ve tasarru oranlarını hesaplamışlar ve alıtım alınlığına bağlı olara %19 ile %77 arasında değişen enerji tasarruu elde etmişlerdir. Literatürde görüldüğü gibi genellile optimum alıtım alınlığının belirlenmesinde ısıtma derece-gün saısı göz önüne alınmıştır. Bu çalışmada ise hem ısıtma derece-gün saısı hem de soğutma derece-gün saısı esas alınara gereli hesaplamalar apılmış ve optimum alıtım alınlığı beş arlı il için belirlenmiştir. 2. DIŞ DUVARLARIN ISI KAZANÇ VE KAYBI Binalardai ısı azanç ve aıpları genel olara dış duvarlardan, pencerelerden, tavan ve döşemeler ile hava iniltrasonu sonucu gerçeleşmetedir. Anca bu çalışmada sadece dış duvarlarda oluşan ısı azanç ve aıpları göz önüne alınara optimum alıtım alınlığı hesaplanmıştır. Dış duvarın birim üzeinden oluşan ısı azanç ve abı aşağıdai şeildedir: q = U. T (1) T ise gün bounca değişen dış ortam sıcalığı Burada U toplam ısı transer atsaısı ile sabit iç ortam sıcalığının arıdır. Bu durumda derece-gün saılarına bağlı olara birim üzeden gerçeleşen ıllı ısı azanç ve abı q A = DGU. (2) şelindedir. Duvarın toplam ısı transer atsaısı ise aşağıdai gibi azılabilir: U = R + R i w 1 (3) + R + R o Burada R i ve R o iç ve dış ortamın ısıl dirençleri, R w alıtımsız duvar tabaalarının ısıl direncidir. R ise alıtım malzemesinin ısıl direnci olup aşağıdai şeilde azılmatadır. x R = (4) 192

3 M. Özel, K. Pıhtılı Sigma Vol./ilt 26 Issue/Saı 3 Burada x alıtım malzemesinin alınlığı, ise ısıl iletenliğidir. R wt alıtım malzemesi hariç duvarın toplam ısıl direnci olma üzere toplam ısı transer atsaısı aşağıdai gibidir: 1 (5) U = x Rwt + 3. OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI İÇİN MALİYET ANALİZİ Binaların dış duvarlarına alıtım ugulanara ısı azanç ve abı önemli ölçüde azaltılmış olur. Bu durumda enerji tasarruu açısından alıtımın optimum alınlığının bilinmesi geremetedir. Bu üzden maliet analizi apılara optimum alıtım alınlığı tespit edilmelidir. Isıtma ve soğutmanın ıllı enerji malieti sırasıla aşağıdai gibidir U. IDG. A, I = (6) H η. u U. SDG. e A, S = (7) OP Burada, IDG ve SDG sırasıla ısıtma derece-gün ve soğutma derece-gün saılarıdır.,, e H, u η ve OP ise sırasıla aıt iatı (YTL/g), eletriğin iatı (YTL/Wh), aıtın alt ısıl değeri (J/g), ısıtma sisteminin verimi ve soğutma perormans atsaısıdır. Bu durumda toplam ıllı enerji malieti aşağıdai şeilde azılır. A A, I + A, S = (8) Yalıtılmış bir binanın toplam malieti aşağıdai bağıntı ardımıla hesaplanmatadır. =. PWF + x (9) t A. burada ve x sırasıla, alımın iatı (YTL/m 3 ) ve alınlığıdır. birim üze için ıllı A ısıtma ve soğutma malietinin toplamıdır. Optimum alıtım alınlığı belirleniren, N ıllı ömür üzerinden toplam ısıtma malieti şimdii değer atörü ( PWF ) ile birlite değerlendirilmelidir. PWF, aiz oranı (i) ve enlason oranı (g) e bağlı olara aşağıdai şeilde hesaplanır. N 1 + g 1+ g PWF = 1 (10) i g 1+ i Toplam malieti minimum apaca alıtım alınlığı bize optimum alıtım alınlığını vermetedir. Buna göre optimum alıtım alınlığı, toplam malieti veren (9) nolu denlemin alıtım alınlığına (x) göre türevi alınara aşağıdai gibi elde edilir IDG.. PWF. SDG.. PWF. 1/ 2 e x op = H u. η. OP 4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Bu çalışmada dış duvarlara ugulanan alıtımın optimum alınlığı, ısıtma ve soğutma derece gün değerleri birlite ele alınara belirlenmiştir. Hesaplamalar Adana, Elazığ, Erzurum, İstanbul ve R wt (11) 193

4 Determination o Optimum Insulation Thicness b Using İzmir illeri için apılmıştır. Bu illerin ısıtma ve soğutma derece gün değerleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. İllere göre ısıtma ve soğutma derece gün değerleri [10] İl Isıtma Derece-Gün saısı, ( o.gün) Soğutma Derece-Gün saısı, ( o.gün) Adana Elazığ Erzurum İstanbul İzmir Dış duvarlara Estrüde polistren alıtımı ugulanara, artan alıtım alınlılarına göre optimum alıtım alınlığı, enerji tasarruu ve geri ödeme süresi hesaplanmıştır. Hesaplamalarda ullanılan parametreler ve değerleri ise Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 2. Hesaplamalarda ullanılan parametreler [12, 13] Parametre Yaıt İthal ömür (Isıtma için) Fiatı, H u η Eletri (Soğutma için) Fiatı, ( e ) OP Yalıtım (Estrüde polistren) Fiatı, ( ) R wt Değeri YTL/g *10 6 J/g % YTL/Wh YTL/m W/mK 0.59 m 2 K/W Faiz oranı, (i) % 5 Enlason oranı, (g) % 4 N 10 ıl Şeil 1 alıtım alınlığına göre malietlerin değişimini göstermetedir. Şeilden görüldüğü gibi artan alıtım alınlığı ile aıt malieti azalıren alıtım malieti ise lineer olara artmatadır. Toplam maliet ise belirli bir değere adar azalmata ve bu değerden sonra artmatadır. Dolaısıla toplam malietin minimum olduğu değer optimum alıtım alınlığını vermetedir. Burada Elazığ ili için optimum alıtım alınlığı m olara elde edilmiştir. 194

5 M. Özel, K. Pıhtılı Sigma Vol./ilt 26 Issue/Saı 3 Şeil 1. Elazığ ili için alıtım alınlığına göre malietlerin değişimi Farlı derce gün değerlerine sahip iller için alıtım alınlığının ıllı tasarrua etisi ise Şeil 2 de görülmetedir. Şeil 2. Farlı derce gün değerlerine sahip iller için alıtım alınlığının ıllı tasarrua etisi 195

6 Determination o Optimum Insulation Thicness b Using İncelenen iller arasında en büü ısıtma derece gün saısına sahip Erzurum ilinde, ıllı tasarru masimum oluren en düşü ısıtma derece gün saısına sahip Adana ilinde ise minimum ıllı tasarru elde edilmiştir. Sadece ısıtma derece gün değerleri diate alınara ve hem ısıtma hem de soğutma derece gün saıları diate alınara optimum alıtım alınlığı, ıllı tasarru ve geri ödeme süreleri illere göre hesaplanara sonuçları Çizelge 3 te verilmiştir. Çizelgedei değerler incelenece olursa, Erzurum ilinin soğutma derece gün saısı olduça düşü olduğundan hem ısıtma ve hem de soğutma derece gün saıları göz önünde bulundurulara apılan hesaplamalarda elde edilen sonuçların sadece ısıtma olması durumunda elde edilen sonuçlarla hemen hemen anı olduğu görülmüştür. Anca soğutma derece gün saısı olduça büü olan Adana ilinde sadece ısıtma derece gün değerleri göz önünde bulundurulduğunda optimum alıtım alınlığı m, ıllı tasarru 9.17 YTL/m2 ve geri ödeme süresi ise 2.78 ıl olara elde ediliren Hem ısıtma hem de soğutma değerleri diate alındığında optimum alıtım alınlığı 0.04 m, ıllı tasarru YTL/m2 ve geri ödeme süresi ise 2.05 ıl olara elde edilmiştir. Sonuç olara soğutma derece gün değerleri üse olan illerin hem ısıtma hem de soğutma derece gün değerleri birlite ele alınara hesaplanmalıdır. İl Çizelge 3. İllere göre optimum alıtım alınlığı, ıllı tasarru ve geri ödeme süresi Opt. alıtım alınlığı (m) Sadece Isıtma Yıllı tasarru (YTL/m 2 ) Geri ödeme süresi (ıl) Opt. alıtım alınlığı (m) Toplam (Isıtma+Soğutma) Yıllı tasarru (YTL/m 2 ) Geri ödeme süresi (ıl) Adana Elazığ Erzurum İstanbul İzmir SEMBOLLER A,I A,S A e :Isıtma için ıllı ısıtma malieti, (YTL/m 2 ıl) :Soğutma için ıllı soğutma malieti, (YTL/m 2 ıl) :Toplam ıllı enerji malieti, (YTL/m 2 ıl) :Eletriğin iatı (YTL/Wh) :Yaıt iatı, (YTL/g) :Yalıtımın iatı, (YTL/m 3 ) OP :Soğutma perormans atsaısı g :Enlason oranı H u :Yaıtın alt ısıl değeri, (J/g) IDG :Isıtma derece-gün saısı, ( o.gün) i :Faiz oranı :Yalıtım malzemenin ısı iletim atsaısı, (W/mK) N :Ömür (ıl) x :Yalıtımın alınlığı, (m) PWF :Şimdii değer atörü R wt :Yalıtım malzemesi hariç duvarın toplam ısıl direnci SDG :Soğutma derece-gün saısı 196

7 M. Özel, K. Pıhtılı Sigma Vol./ilt 26 Issue/Saı 3 KAYNAKLAR [1] Gölcü, M., Dombacı, Ö. A. ve Abalı S., Denizli için Optimum Yalıtım Kalınlığının Enerji Tasarruuna Etisi ve Sonuçları Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Dergisi, ilt 21, No 4, , [2] Bolattür, A., Binalarda Optimum Yalıtım Kalınlılarının Hesabı ve Enerji Tasarruundai Rolü, 14. Ulusal Isı Bilimi ve Teniği Kongresi, Isparta, Elül 2003, [3] Bolattür, A., Determination o Optimum Insulation Thicness or Building Walls With Respect to Various Fuels and limate Zones in Ture, Applied Thermal Engineering, Vol. 26, pp , [4] Bolattür, A., Optimum Insulation Thicnesses or Building Walls with Respect to ooling and Heating Degree-Hours in the Warmest Zone o Ture, Building and Environment, Vol. 43, pp , [5] Kanali, O., A Stud on Residential Heating Energ Requirement and Optimum Insulation Thicness, Renewable Energ, Vol. 33, pp , [6] Hasan, A., Optimizing Insulation Thicness or Buildings using Lie cle ost Applied Energ, Vol. 63, pp ,1999. [7] Çomalı, K. and Yüsel, B., Optimum Insulation Thicness o External Walls or Energ Saving, Applied Thermal Engineering, Vol. 23, pp , [8] Sisman, N., Kaha, E., Aras, N. and Aras, H., Determination o Optimum Insulation Thicnesses o the External Walls and Roo (ceiling) or Ture s Dierent Degree-Da Regions, Energ Polic, Vol. 35, pp , [9] Aso, U. T. ve Keleşoğlu, Ö., Bina Kabuğu Yüze Alanı ve Yalıtım Kalınlığının Isıtma Malieti Üzerinde Etileri Gazi Üniv. Müh. Mim. Fa. Dergisi, ilt 22, No 1, , [10] Bulut, H., Büüalaca, O. ve Yılmaz, T., Türie İçin Isıtma ve Soğutma Derece-Gün Bölgeleri, 16. Ulusal Isı Bilimi ve Teniği Kongresi, Kaseri, 30 Maıs-2 Haziran, [11] Pıhtılı, K., Soğutma Teniğinde En Eonomi Yalıtım Kalınlığı, Isı Bilimi ve Teniği Dergisi, ilt 11, Saı 3, 31-37, [12] [Erişim Tarihi: 2007]. [13] [Doğalgaz ihazları Sanaicileri ve İşadamları Derneği, erişim tarihi Elül 2007]. 197