1).S.Ü. MÜH.-MİM. FAKÜLTESİ, MİMARLIK BÖLÜMÜ/KONYA tel:

Transkript

1 YAPILARDA ENERJİ TASARRUFUNA YÖNELİK ÇABALAR İÇİN BİR BİLGİSAYAR ANALİZ PROGRAM MODELİ Dr. Mustafa TOSUN 1 1).S.Ü. MÜH.-MİM. FAKÜLTESİ, MİMARLIK BÖLÜMÜ/KONYA mutosun@selcuk.edu.tr, mustosun@hotmail.com tel: ÖZET Yapıların içinde içindeki aktiviteye bağlı olarak belli bir ısı seviyesi istenmektedir. Bu nedenle dış ortamın olumsuz ısı şartlarından etkilenmemek için önlem almak gerekir[1]. Bunu sağlamak için yapıların döşeme elemanları, çatı elemanları ve dış cephe elemanlarında ısı yalıtımı yapılmalıdır. Bu bildiride, yapıların sadece cephe elemanı ile ilgili yalıtım yapılması ve bunun ısı bölgeleri açısından optimizasyonunu sağlayan bir bilgisayar modeli ortaya konulacaktır. Bunun için B.A. Prefabrike Endüstri Yapılarının Cephe Elemanları Model eleman seçilmiştir. Bu amaçla yazılan MT2Prefabrike [2] programı bu optimizasyon için kullanılacaktır. Elde edilecek sonuçların, diğer yapım sistemleri ve yapı elemanlarında kullanılması hedeflenmiştir. Bu amaçla bu model programda, önce prefabrike cephe elemanının kesiti oluşturulacak, daha sonra bu kesit, yapının inşaa edileceği bölge seçilerek analiz edilecektir. Bu analizlerin geri dönüşleri de (feed back) bulunmaktadır. Böylece yapıdaki ısı yalıtımının seçilen bölge şartlarına uygun değerlere ulaşıncaya kadar program analizi sürdürülebilir.

2 2. BETONARME PREFABRİKE CEPHE ELEMANLARININ ISI DAVRANIŞININ TESBİTİ Cephe Elemanının Katmanlarının Oluşturulması B.A. Prefabrike elemanın bütün analizinde kullanılacak katmanların oluşturulmasına, program menüsündeki ısı analizi ana menüsünden seçilerek başlangıç yapılır. Bu seçimden sonra ekrana gelen pencerelerden önce katman seçimi penceresinden elemanın kesitini oluşturan katman adedi girilir. (Şekil 1.). Buna örnek olarak, elemanın üç katmanlı olduğu kabul edilirse, birinci katmanı(bs35) en dışa, sırasıyla ikinci katmanı (yalıtım katmanı) ortaya ve üçüncü katmanı ise (taşıyıcı katman-bs35) iç tarafa yerleştirerek kesit oluşturulabilir. Malzeme, kalınlık ve bunlara ait ısı iletkenlik değerleriyle birlikte aşağıdaki gibi örnek bir katman kesiti oluşturabiliriz değerleriyle birlikte aşağıdaki gibi örnek bir katman kesiti oluşturabiliriz:(şekil 2.). Örnek: Katman Malzeme Isı İletkenliği(λ) Kalınlık(d) 1.Katman... BS(35) betonu W/mK m. 2.Katman...EPS(Yalıtım) W/mK m. 3.Katman...BS(35) betonu W/mK m. Bu katmanlarla birlikte, bundan sonraki tahkiklerde kullanabileceğimiz örnek kesitin çizimi de programda yer alacaktır.(şekil 3.). B.A. Prefabrike Cephe Elemanının katmanlarıyla birlikte Şekil 2. de görüleceği gibi her malzemenin malzeme penceresinden seçimiyle birlikte Isı İletkenlik Katsayısı (λ) otomatik olarak verilecektir. Bundan sonra malzeme kalınlığının (m.) girilmesi gerekmektedir. Cephe Elemanının katmanlarının oluşturulması ile birlikte, aynı zamanda her malzemenin ifade biçimi, sembol penceresinde belirtilmiş olacaktır. B.A. Prefabrike Cephe Elemanının MT2Prefabrike Analiz Programında oluşturulan katman kesiti ayrıca Katmanlar penceresinde görsel olarak yer almakta ve bu katman kalınlıklarının değiştirilmesi ile birlikte otomatik olarak yeni kalınlığa göre değişmektedir.

3 Şekil 1. Cephe Elamanın MT2Prefabrike Programında Katman Sayısı Girişi Penceresi Şekil 2. Cephe Elamanının MT2Prefabrike Programında Katmanların Oluşturulması

4 Z-Tipi Kanca Dış Katman Yalıtım Malzemesi İç Katman KESİT 10 Şekil 3. Elamanın MT2Prefabrike Programında Analizi Yapılacak Örnek Kesiti 2.2. Isı Bölgeleri Program mönülerinde ısı bölgesi parametresi mevcuttur. Endüstri binasının yapılacağı ısı bölgesinin tayin edilebilmesi için Isı Bölgesi parametresinden inşa edilecek bölge isminin seçilmesi yeterli olabilecektir (Şekil 4.). Program bu bölgeye göre hangi ısı bölgesine dahil olduğunu ve tahkiklerde kullanılacak o bölgeye ait Isı Geçirgenlik Katsayısı (Örnek:U D =0.60 W/m 2 K) değerini gösterecektir. Buna göre İstanbul için Marmara Bölgesini seçersek, aynı zamanda II. Isı Bölgesini seçmiş olacağız. I. Isı bölgesi U D = 0.80 W/m 2 K II. Isı bölgesi U D = 0.60 W/m 2 K III. Isı bölgesi U D = 0.50 W/m 2 K IV. Isı bölgesi U D = 0.40 W/m 2 K[3]

5 2.3. Isı Analizi B.A. prefabrike endüstri yapılarının cephe elemanından beklenen ısı davranışının analizi, yani seçilen ısı bölgesine göre uygun yalıtıma sahip olup olmadığının tespiti Analiz Yap düğmesi ile gerçekleştirilecektir. Örnek Problem: Katman Malzeme Isı İletkenliği(λ) Kalınlık(d) 1.Katman... BS(35) betonu W/mK m. 2.Katman...EPS(Yalıtım) W/mK m. 3.Katman...BS(35) betonu W/mK m. Yapı Yeri Isı Bölgesi : İstanbul (Marmara Bölgesi) : II II. Isı Bölgesi : U 0 =0.60 W/m 2 K Bu verilere göre: (1 / Λ) = (d1 / λ) + (d2 / λ) + (d3 / λ) formülünden[4](1) (0.07 / 2.10) + (0.03 / 0.035) + (0.10 / 2.10)=0.938 U örnek = 1 / [ (1/α i ) + (1 / Λ) + (1/α d )] =1.093 W/m 2 K (2) bulunur > 0.60 (U örnek > U 0 ) Olduğundan uygun değildir. Bu işlem yalıtım malzemesi kalınlığı (d) arttırılarak uygun hale getirilebilir. Yalıtım kalınlığı d=0.05 m. seçilirse, U örnek < U < 0.60 W/m 2 K olduğundan uygundur (Şekil 5.).

6 2. 4. Analiz Sonuçları Programın bu bölümü, bütün bulunan sonuçların gösterildiği ve print çıktılarının alınabildiği Analiz Sonuçları adı verilen mönüde gösterilmiştir (Şekil 6.). Burada katmanı oluşturan malzemelerin adları, kalınlıkları, ısı bölgesi ve sonucun uygun olup olmadığını değerlendiren bilgiler yer almaktadır. Yani örnekteki eleman için, (1) formülü ile elde yapılan hesaplarla elde edilen verilerin İstanbul da uygulanıp uygulanamayacağının değerlendirilebilmesine yardımcı olacak toplu sonucu gösteren bir bölümdür. Şekil 4. MT2 Prefabrike Analiz Programında Isı Bölgesi Seçimi

7 Şekil 5. MT2Prefabrike Programında Hesaplama Uygunluğunu Gösteren Pencere Şekil 6. MT2Prefabrike Programında Isı Yalıtım Analizi Sonucu Penceresi

8 MT2Prefabrike Değerlendirme programında, yapı yerine göre Isı Bölgesine uygun değerlerin çıkmaması durumuna yönelik dinamik bir yapı düşünülmüştür. Bundan sonra gerekli geri dönüşler (feed back) yapılabilmektedir. Her elemanın sonucu etkileyen parametrelerinde gerekli değişiklikler yapılabilecek ve ısı yalıtım malzemesinin kalınlığı veya malzeme cinsi seçeneği gibi, sonucu uygun hale getirmede yardımcı parametreler, yeniden değerlendirilerek gerekli değişiklikler yapılabilmektedir. Böylece tasarımcı, bütün iklim bölgeleri için uygun yalıtım değerlerini elde edebilmektedir. Yukarıda gösterilen analiz örneğinde olduğu gibi, B.A. Prefabrike Endüstri Yapılarının Cephelerinde kullanılabilecek cephe elemanının ısı yalıtım kararlarını daha kolay verebilecektir. Programda ısı yalıtımı ile ilgili analizler tamamlandıktan sonra eleman daha geniş bir analiz (ses yalıtımı, boyutlandırma, statik vb. ) için hazır hale getirilmiş olmaktadır. Bu analizler ile entegrasyonun sağlanması amacıyla ısı yalıtım analizi yeniden değerlendirmeye sokulabilir. 3. SONUÇ Bütün Dünyada enerji konusu ve paylaşım kavgalarının geçmişi uzun bir geçmişe dayanır. Özellikle bugünlerde enerji kaynaklarının hakimiyeti konusunda savaş planlarının yapıldığını da düşündüğümüzde, konu üzerinde çok daha fazla durmamız gerektiğini anlamamız zor olmayacaktır. Bu yüzden, özellikle petrol bakımından daha az kaynağa sahip olan ve enerji kaynakları bakımından çok büyük oranda dışa bağımlı olan ülkemiz için, daha az döviz kaybı ve mevcut kaynakların tasarruflu kullanımının önemi bütün çıplaklığıyla ortadadır. Enerji tasarrufu ile ilgili ilk akla gelen konu, yapılardaki ısı kaybıdır. Isı kaybına sebep olan yapı elemanlarında (Döşeme, Çatı ve Duvar elemanları) TS 825 e göre Isı Geçirgenlik Katsayısı (U W/m 2 K) hesaplanmalıdır. Bu nedenle çok geniş kullanımı sebebiyle yapılardaki ısı kayıpları büyük enerji kaybına ve dolayısıyla ekonomi kaybına sebep olmaktadır. Enerji kaybını önlemek, yukarıdaki modelde görüldüğü gibi, dış cephe elemanındaki ısı kriterlerine bağlı olarak yapılan hesaplamalar ile

9 sağlanmaktadır. Bu yüzden yapıların cephelerinde kullanılan cephe elemanlarının tasarımında ısı yalıtım ile ilgili analizler yapılmış ve bu analizler için, hazırlanan MT2 Prefabrike analiz programı kullanılmıştır. Yapılan hesaplamalarda, eleman üretiminde ısı kaybını en aza indirecek yalıtım kesiti hesaplanmıştır. Yapı elemanı tasarımında, elemandan beklenen performans ve davranış analizi ve bunlar arasındaki entegrasyonun sağlanmasına yönelik hazırlanan bilgisayar programına ısı yalıtım hesabını da ekleyerek, enerji tasarrufu konusunda önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir. KAYNAKLAR [1] A.Z.Yılmaz,. İklimsel Konfor Sağlanması ve Yoğuşma Kontrolünde Optimum Performans Gösteren Yapı Kabuğunun Hacim Konumuna ve Boyutlarına Bağlı Olarak Belirlenmesinde Kullanılabilecek Bir Yaklaşım, Doktora Tezi, İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi, 1983, İstanbul. [2] M.Tosun, Endüstri Yapılarının Cephelerinde Kullanılan Taşıyıcı Olmayan B. A. Prefabrike Çok Katmanlı Elemanların Boyutlandırılmasına Yönelik Bir Model Önerisi Doktora Tezi,, İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi, 2002, İstanbul. [3] TSE 825.,. Mecburi Standart Tebliği, T.C. Bayındırlık ve İskan Bakanlığı, Ankara. [4] E. Berköz, A.Z.Yılmaz,G.Kocaaslan, E.Yıldız, F.Ak, Enerji Etkin Konut ve Yerleşme Tasarımı, Proje No: İntag 201, İ.T.Ü s.76, 77, İstanbul.

10 ÖZGEÇMİŞ Mustafa Tosun, yılında Burdur un Gölhisar İlçesine bağlı Anbarcık Köyünde doğdu. İlk, Orta ve Lise tahsilini Gölhisar da tamamladı. Lisans ve Yüksek lisans eğitimini Selçuk Üniversitesi nde, Doktorasını İstanbul Teknik Üniversitesi nde yaptı. Halen Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümünde Dr. Araştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır. Evli ve 4 çocuk babasıdır. Araştırmaları arasında Prefabrike Yapılarda ısı ve ses yalıtımı, boyutlandırma, yüzey oluşturma gibi konular olup, bu konularda çeşitli makale,bildirileri ve posterleri mevcuttur.