Bartın Üniversitesi Mühendislik ve Teknoloji Bilimleri Dergisi

Transkript

1 Bartın Ünivrsitsi Mühndisli v Tnoloji Bililri Drgisi Cilt 5 Sayı 1 (2017), 2-28 Journal o Bartin Univrsity Enginring and Tchnological Scincs Vol. 5 Issu 1 (2017), 2-28 Bartın Ünivrsitsi Mühndisli v Tnoloji Bililri Drgisi Göznli Yalıtı Malzsinin Isıl Ġltnliğinin Analiti v Dnysl Olara Ġnclnsi Hüsattin TAN 1*, Battal DOĞAN 2 1 Kırıal Ünivrsitsi, Mühndisli Faültsi, Main Mühndisliği Bölüü, Kırıal / TÜRKİYE 2 Ulaştıra Baanlığı Altyapı Yatırıları Gnl Müdürlüğü, Raylı Toplu Taşıa Dairsi Başanlığı, Anara / TÜRKİYE Gliş Tarihi: Düzlt Tarihi: Kabul Tarihi: Özt Binalarda v arlı alanlarda nrji ayıplarının azaltılası aacıyla ullanılan göznli yalıtı alzlrinin ısıl iltnliğinin inclnsi grir. Bu çalışada göznli bir yalıtı alzsi olan EPS nin(gnlştiriliş Polistirn Srt Köpü) arlı yoğunlutai ısıl iltnliği analiti v dnysl olara araştırılıştır. Dnysl çalışalar 16, 21 v 25 g/ yoğunlu dğrin sahip nuunlr için ısı aış tr toduna gör ölçü yapan Fox 14 cihazında grçlştiriliş olup, alzlrin ısıl iltnli dğrlri arasında dğiştdir. Analiti çalışalarda litratürd yaygın olara ullanılan tori odllr ullanılara ti ısıl iltnli dğrinin arlı odllr için arasında dğiştiği blirlniştir. E olara, dnysl sonuçlara gör ısıl iltnliğin yoğunluğa bağlı olara dğişii blirlniş olup şlind apiri bir bağıntı türtiliştir. Anahtar Klilr: Göznlili, Isıl iltnli, EPS, Sıcalı ölçüü, Yalıtı Th Invstigation o Thral Conductivity o Porous Insulation Matrials as Exprintal and Analytical Abstract Th thral conductivity o porous insulation atrials usd to rduc nrgy losss in buildings and dirnt aras nds to b xaind. This study is aid to dtrin thral conductivity o EPS(xpandd polystyrn oa) in dirnt dnsity, that is porous insulation atrial, as xprintal and analytical Exprintal studis hav bn carrid out on Fox 14 which asurs according to th hat low tr thod or sapls with dnsity valus o 16, 21 and 25 g /, and th thral conductivity valus o atrials vary btwn In analytical studis, it was dtrind that th ctiv thral conductivity valu varid btwn or dirnt odls by using thortical odls widly usd in th litratur. In addition, according to th xprintal rsults, th variation o th thral conductivity dpnding on th dnsity was dtrind and an pirical rlation that is xprssd as was drivd ro xprintal rsults. Kywords: Porosity, Thral conductivity, EPS, Masurnt o tpratur, Insulation 1. GiriĢ Dünyadai nüus artışı v sanayinin glişsi nrjiy olan ihtiyacı arttıratadır. Bu artış nrji aynalarının tünsin v ağır çvrsl hasarlara yol açatadır. Kaynaların ısıtlı olası v çvrsl tilrin azaltılası için nrjinin vrili ullanılası grtdir. Enrji sanayi, ulaşı, tarı, onut v diğr störlr ola üzr arlı alanlarda tütiltdir. Konutlarda ydana gln nrji tütii bütün üllrd yalaşı %0 civarındadır[1- ]. Bu yüzdn binalardai nrji tütiinin azaltılası h onoi h d çvr açısından önlidir. Son yıllarda onutlarda nrjiyi vrili ullana için ısı ayıplarını n aza indir aacıyla yapılan ısı yalıtıı ön azanatadır. Binalarda nrji ayıplarının n aza indirilsi v ortaların onor şartlarını sağlaa aacıyla dış cphlr, apılar, çatılar, döşlr v tsisatlar da ısı yalıtıı uygulanatadır. Yalıtı onusunda alz yapısı diat alındığında anahtar paratr ısıl iltnlitir. Isıl iltnli hr alz için arlı olata v alzlrin sıcalığına, bilşiin, nin v göznliliğ bağlı olara dğiştdir. Uluslararası yalıtı standartlarına gör alzlrin ısıl iltnlilrinin ortalaa 10oC için blirlnsinin grtiği bilintdir[4]. Göznli yalıtı alzlri içrisind bulundurduğu yüs itarda hava saysind iyi bir yalıtı alzsi olup, ürti v uygulaa olaylığı açısından yaygın bir şild hr alanda uygulanatadır. Bu alzlrin ısıl iltnlilrinin sıcalı v yoğunlula ilişisi araştırılalıdır. Sıcalı v yoğunluğun ısıl iltnli üzrindi tilrin yönli birço dnysl çalışa yapılıştır[4-8]. Hoojn olayan göznli alzlrin ti ısıl iltnliğin analiti v sayısal olara blirlnsindi zorlulardan dolayı dnysl yöntlrin ullanılası olduça yaygın bir ullanıdır. Dnysl yöntlr il blirli bir sıcalı arı sonucu ortaya çıan ısı itarı hsaplanara ti ısıl iltnli blirlnir. Malzlrd ısıl iltnli dğrinin blirlnsind dnysl yöntlrin yanında analiti yöntlrd ullanılatadır. Analiti çözülr izisl yasaların sınırlı sayıda paratr ullanılara türtildiği atatisl odllrdir. Analiti yöntlrin ullanılası bazı durularda dnysl yöntlr gör olduça avantajlı olatadır. Isıl iltnliğin bulunasında alz özllilrin gör türtiln birço odl bulunatadır[9-1]. Bu odllrin hr biri ihtiyaçlara gör türtiliş özl bağıntılardır. Malzlrin ısıl iltnliğinin blirlnsind birço paratrnin tisi inclnlidir. Özllil yoğunlu gibi önli tilrin dtaylı araştırılası grir. Bu çalışada göznli bir yalıtı alzsi olan arlı yoğunlutai (16, 21, 25 g/ ) EPS nin ısıl iltnliği analiti v dnysl olara blirlnr birbiriyl arşılaştırılıştır. Dnysl çalışalarda Kırıal Ünivrsitsi Main v Malz Laboratuvarında ölçülr yapılara yoğunluğa bağlı dğişi blirlniştir. Analiti hsaplaalarda litratürdi odllr ullanılıştır. Sorulu Yazar: Tan H, /105, husattintan@u.du.tr

2 Tan H. v Doğan B. / B.Ü., MUTEB, 5 (1), Tan H. and Doğan B. / BUJETS, 5 (1), Matryal v Mtot Çalışada TİPOR irası taraından tin diln arlı yoğunlulardai gnlştiriliş polistirn srt öpü(eps) ullanılıştır. Tin diln nuunlr 16, 21 v 25 g/ yoğunluğa sahip byaz EPS blolarıdır. Isıl iltnli dğri analiti v dnysl ola üzr ii arlı yöntl blirlniştir.. Isıl Ġltnliğin Analiti Olara Ġnclnsi Kara alzlrin ısıl iltnliğinin blirlnsind litratürd birço odl bulunatadır. Bu odllrin hpsi tl odllr üzrindn paratr tisi arttırılara türtiltdir. Türtiln odllr özllil blli alz grupları için gçrli olup hr alz için güvnilir sonuçlar vrtdir. Bu odllr basit gotri v haci oranları için ullanılatadır. Göznli ara alzlrin ısıl iltnliğinin analiti olara blirlnsind ullanılan başlıca yöntlri Sri odl, Parall odl, Maxwll odli, Eti orta tori odli, Rayligh odli, Russl odli, Lichtncr odli v Fric v Burgrs odli olara sıralayabiliriz. Sri Modl: Isı aış yönün gör sri olara yrlştiriliş ii bilşnli ara alzlrin ısıl iltnliğini hsaplaa için ullanılatadır. Kara alz için iniu ti ısıl iltnli dğrini vrir. Sri odl için ti ısıl iltnli şitli 1 d vriln iad il bulunur. (1 ) 1 [ ] (1) Parall Modl: Isı aış yönün gör parall olara yrlştiriliş ii bilşnli alzlrin ısıl iltnliğini hsaplaa için ullanılatadır. Kara alz için asiu ti ısıl iltnli dğrini vrir. Parall odl için ti ısıl iltnli şitli 2 d vriln iad il bulunur. [ (1 ) ] (2) Maxwll Modli: Kara ya da göznli alzlrin ti ısıl iltnliği potansiyl tori ullanılara şitli il bulunatadır. Bu odl ara alznin ara v ana azın hoojn bir ortada rastgl dağılılı v birbiriyl tilşisiz ürlrdn oluştuğu alzlr d ullanılatadır[11, 14]. [2 2 ( )] [2 ( )] Bu odl düşü haci oranlarında azların birbiri il tasının az olası duruunda daha iyi sonuçlar vrtdir. Yüs haci oranlarında azların birbiri il olan tasının artası sonucunda axwll odlind yapılan abullrdn dolayı hata oranı artatadır[11]. Fric v Burgrs Modli: Maxwll in yalaşıını ullanıp gözn yapısını lips olara abul dr ti ısıl iltnli şitli 4 ullanılara bulunuştur. (1 ). F (1 ). F Burada; 1 1 [1 (( ) 1) gi ] i 1 F i 1 () (4) g 1 (5) Lichtncr Modli: Malzlrin haci oranları v ısıl iltnlilri diat alınara logariti topla il ti ısıl iltnli şitli 6 il bulunur. i log( ).log( ).log( ) Yuarıdai dnl sadc ii yönlü rastgl yrlştiry uygun olan parçacılar için doğru sonuçlar vrtdir. [1 n 1,65( ) An] Burada; n 2 10/ [1 2n 1,65( ) An] 10/ A, 4 Eti Orta Tori Modli: Htrojn ara alzlrd, bilşnlrin bağıl itarlarına bağlı olara bilşnlrdn birinin sürli ısı ilti yolları oluşturduğu v sürli azı tsil ttiği abul dilir[11]. İi bilşn için ti ısıl iltnli şitli 9 da vriln bağıntı il bulunur. 1 2 ( 1) ((1 ) 1) [( 1) ((1 ) 1) ] 8 Russl Modli: Modld alz içind aynı boyutlu dağılı üplr halind azlar bulunatadır[12]. Eti ısıl iltnli sürli v sürsiz azın aışan vya atı olası halind arlı şild tanılanatadır. Eti ısıl iltnli dağını az aışan sürli az atı is şitli 10 d, dağını az atı sürli az aışan is şitli 11 d vriln bağıntı il bulunur. [ ( )(1 )] [ ( )(1 )] [ ( )(1 )] [ ( )(1 )] (8) (6) (11) (7) (9) (10) Isıl iltnliğin analiti çözülri gnllil düzgün içyapıdai alzlrd doğru sonuçlar vrtdir. İçyapısı düzgün olayan alzlrd çşitli abullr yapılası grir. Tori odllrd ullanılaca EPS alzsi için bilşn özllilri tablo 1 d vriliştir. 4. Isıl Ġltnliğin Dnysl Olara Ġnclnsi EPS yalıtı alzsinin ürtiindn aynalı göznlr alznin hr bölgsin hoojn olara dağılaz. Bu yüzdn hazırlanaca nuunnin sçiind sonuçların doğruluğu açısından diatli olunası grir. Isıl iltnliği ölçülc nuunlr 50x100c boyutundai plaaların orta bölgsindn silr üün olduğunca arlı yoğunlular için hoojn bir yapı ld dily çalışılıştır. Buna gör ölçü yapılaca nuunlr 0x0x2 c boyutlarında silr hazır hal gtiriliştir. Dnysl çalışalarda ısıl iltnliğin doğru bir şild ölçüünün yapılabilsi için doğru yönt v buna uygun olara cihaz sçii yapılalıdır. Yapılan incllr sonucunda yapı alzlri için n uygun ölçü yönti ararlı rjid ısı aış tr todudur. EPS nin ısıl iltnliğinin dnysl ölçülri yalıtı alzlrind Avrupa standartlarına il uyulu olara ortalaa 10 o C sıcalıta 00x00x20 boyutlarındai nuunlr için ararlı rjid ısı aış tr toduna gör ölçü yapan TS ISO 801-Isı Yalıtıı-ararlı haldi ısıl dirncin v ilgili özllilrin

3 Tan H. v Doğan B. / B.Ü., MUTEB, 5 (1), Tan H. and Doğan B. / BUJETS, 5 (1), 2017 tayini-ısı aış cihazı standardına uygun olara tasarlanış Fox 14 cihazında grçlştiriliştir. Dnysl ölçülri yapadan önc uruta işli yapılırn nuunlrin ütllri 24 saat boyunca blli aralılarla ölçülr aradai arın %0,2 dn daha üçü olası sağlanana adar işl dva ttiriliştir. Bu şart sağlandıtan sonra ütlnin dğişdiği abul dilr uru yoğunlu dğri blirlniştir. EPS alzsin ait grç v uru yoğunlu dğrlri tablo 2 d vriliştir. Grç yoğunlu(g/ ) Tablo 1. Kara alz içrisindi bilşnlrin özllilri Gözn alzsinin ısıl iltnliği(w/.k) Gözn alzsinin haci oranı Ana alznin Isıl iltnliği(w/.k) Tablo 2. Grç v uru yoğunlu dğrlri Nuunlr Grç yoğunlu(g/ ) Kuru yoğunlu(g/ ) ,8 1 21, ,4 Dnysl çalışalar için şil 1 d vriln aış şasındai işllr sırasıyla taip diliştir. Sürli rji ölçü yöntind ısı aısının doğrultusuna gör Fourir in ararlı ısı ilti yasası ullanılatadır. Fourir ısı ilti yasası gnl olara şitli 12 d vriliştir. Bu yöntd sas olara sıcalı dağılıı v transr diln ısı itarı ti ısıl iltnliğin bulunasında ullanılatadır... dt q n=- (12) n dn Nuunlrd ısıl iltnliğin ölçüü sırasında alz yapısına bağlı olara dnysl sonuçlarda bir dağılı gözlnctir. İncllriizi bir sonucu olara bu dağılıdai düş vya artışın drcsi rgrsyon yönti ullanılara blirlniştir. Blirlnn büyülüğ gör ortalaa 10 o C sıcalı için yoğunlusıcalı ilişisini iad dn dnysl bir bağlantı türtiliştir. Nuunlrin hazırlanası Nuunlrin taan urutulası Ölçü standartları v dny cihazının blirlnsi Ölçü sıcalığının blirlnsi Dnysl ölçülrin yapılası ġil 1. Dnysl çalışa için aış diyagraı 5. Bulgular Dnysl ölçülrd ısıl iltnli dğrinin blirlnsind ortalaa 10 o C sıcalıta 5 arlı ölçü yapılara bu dğrlrin ortalaası alınıştır. Yapılan ölçü dğrlri için standart sapa dğrlri hsaplanıştır. Çalışada inclnn arlı yoğunlutai EPS alzsinin dnysl ısıl iltnlilri şil 2 d vriliştir. Şil 2 inclndiğind yoğunluğun artası il ısıl iltnli dğrinin düştüğü görültdir. Bunun ndni yoğunluğun artışı il birlit alz içrisindi hava oranı v alz içrisindi göznlri oluşturan hava bilşninin ortalaa çapının azalası sonucu ısı gçişinin sadc iltil olası, taşını il gçn ısının hücr boyutlarından dolayı ihal dilsi il ilgilidir[15, 16]. Şil inclndiğind EPS alzsi için alın SEM görüntülri arlı yoğunlutai dğrlr için yoğunluğun artışına bağlı olara gözn çaplarının azaldığı v birço SEM görüntüsü üzrindn ölçülrin yapılası sonucu ortalaa gözn çaplarının 16 g/, 21 g/, 25 g/ yoğunlutai nuunlr için sırasıyla 141 µ, 116 µ v 95 µ olduğu blirlniştir.

4 Tan H. v Doğan B. / B.Ü., MUTEB, 5 (1), Tan H. and Doğan B. / BUJETS, 5 (1), ,050 0, ,0250 0, ,0150 0, ,0050 0,0000 0, ġil 2. Yoğunluğa gör ısıl iltnliğin dğişii ġil. 16 v 21 g/ yoğunlu dğrin sahip EPS nin s görüntüsü Yoğunluğun ısıl iltnliğ gör dağılıı inclnr şitli 14 d vriln doğrusal bir dnl blirlniş olup daha yüs yoğunlu dğrlrindi ısıl iltnli haında bilgi sahibi olunabilir. Dnysl olara blirlnn ısıl iltnli dğri il doğrusal dnl ullanılara blirlnn ısıl iltnli dğri yalaşı %1 hata oranı il çaışatadır. (10 o C ) (14) Ortalaa 10 o C sıcalıtai bilşn özllilrinin hr bir odl için blirlnn şitlilrd yrin yazılasıyla tori ısıl iltnli dğri bulunur. Yoğunlu (g/ ) Tablo. Dnysl v doğrusal dnl sonuçlarının arşılaştırılası Doğrusal dnl ullanılara Isıl İltnli Dğri (W/.K) Dnysl Isıl İltnli Dğri (W/.K) 16 0,0110 0,0111 0, ,0206 0,0204 0, ,027 0,028 0,04177 Tablo 4. Analiti odllr için ti ısıl iltnli dğri(w/.k) Tori Modllr 16 g/ 21 g/ 25 g/ Sri Modl Parall Modl Gotri Modl Maxwll Modli Lichtncr Modli Russl Modli Rayligh Modli Eti Orta Tori Modli Fric v Burgrs Modli Hata (%)

5 Isıl İltnli Dğri(W/.K) Tan H. v Doğan B. / B.Ü., MUTEB, 5 (1), Tan H. and Doğan B. / BUJETS, 5 (1), 2017 Tablo 4 inclndiğind ti ısıl iltnli dğrinin n ço parall odl il uyu içind olduğu görültdir. Bu odllr içindn axwll v diğr odllrd yalaşı %20 li hata oranı dahilind yaın bir dğr sahip olduğu görüldüğü gibi ço uyuşayan dğrlrind ld dildiği görültdir. Ayrıca odllrd yoğunluğuna artışına bağlı olara ısıl iltnli dğrinin d arttığı görültdir. 6. Sonuç Malzlrin ısıl iltnliğinin blirlnsind ullanılaca dnysl yönt alz yapısı, ölçü sıcalığı v alz boyutlarına gör dğiştdir. Bu doğrultuda göznli yapı alzlrindn EPS nin ısıl iltnliğinin blirlnsind ararlı rjid ölçü yapan ısı aış tr todu ullanılıştır. Standartlarda blirtiln urallar dahilind ortalaa 10 o C sıcalıta dnysl çalışalar yapılıştır. Farlı yoğunlutai nuunlr için grçlştiriln dnylr sonucunda yoğunluğun artışına bağlı olara ısıl iltnli dğrinin azaldığı görülüştür. Bu azalanın da alznin içrisindi gözn boyutu v göznlili oranının azalasıyla ilgili olduğu tspit diliştir[16, 17]. Eti ısıl iltnliğin blirlnsind tori odllrin ihtiyaçlar doğrultusunda arlı özlliti alzlr için tanılandığı bilintdir. Yapılan çalışada ullanılan tori odllrin ndi içind arşılaştırası yapılış olup aralarında üçü hatalar olduğu gibi ço büyü hatalarında olduğu görülüştür. Tori odllrd n üçü dğr W/.K il sri odld, n büyü dğr W/.K olara ti orta tori odlind ld diliştir. Isıl iltnliğin blirlnsi için dnysl v analiti çalışaların birbiriyl arşılaştırıldığında uyu içind oladığı görülüştür. Modllrin uygulanasında bağıntılarda gözn dizililri, alz içrisindi arlı gözn boyutları, ydana gln ısı transri olayları gibi paratrlr hsaba atıladığı için hoojn dağılıa sahip olayan göznli alzlr için analiti hsapların ço doğru sonuçlar vrycği görültdir. Şil 4 d daha yaın dğrlr vrn odllr il dnysl sonuçların arşılaştırılası yapılış olup yalaşı %20 gibi büyü bir hata oranı il çaıştığı blirlniştir. Bundan hartl analiti sonuçların göznli alzlrd ısıl iltnli tahini için ço grççi sonuçlar vrycği başa yöntlrin ullanılası grtiği açıça görültdir. Göznli alzlr içind tori odl oluşturulası düşünüls d alz içrisindi hoojn olayan arlı boyuttai gözn dağılıı buna iân vrtdir. 0,050 0,00 0,010 0,0290 0,0270 0,0250 Parall Modl Sri Modl Gotri Modl Maxwll Modli Lichtncr Modli Russl Modli Dnysl Sonuçlar 0, Yoğunlu(g/ ) Dstlynlr Bu çalışa Kırıal Ünivrsitsi Bilisl Araştıra Projlri Koordinasyon Birii taraından 2016/114 odlu proj olara dstlntdir. Araştıracılar olara Kırıal Ünivrsitsi Bilisl Araştıra Projlri Koordinasyon Biriin tşür driz. ġil 4. Dnysl v analiti sonuçların arşılaştırılası A F N EPS : Yoğunlu : Boyutsal şil atörü : Dağılı atörü : Apiri paratr : Göznlili : Gnlştiriliş polistirn srt öpü Sbollr : Eti ısıl iltnli : Sürsiz azın ısıl iltnliği : Sürli azın ısıl iltnliği : Sürsiz azın haci oranı : Sürli azın haci oranı Kaynalar 1. Pérz-Lobard, L., J. Ortiz, and C. Pout, A rviw on buildings nrgy consuption inoration. Enrgy and Buildings, (): p Yang, L., H. Yan, and J.C. La, Thral coort and building nrgy consuption iplications A rviw. Applid Enrgy, : p

6 Tan H. v Doğan B. / B.Ü., MUTEB, 5 (1), Tan H. and Doğan B. / BUJETS, 5 (1), Büyüalaca, O. and H. Bulut, Dtaild wathr data or th provincs covrd by th Southastrn Anatolia Projct (GAP) o Tury. Applid Enrgy, (2): p Gnip, I., S. Vėjlis, and S. Vaitus, Thral conductivity o xpandd polystyrn (EPS) at 10 C and its convrsion to tpraturs within intrval ro 0 to 50 C. Enrgy and Buildings, : p K. T. Yucl, C.B., C. Ozl Thral Insulation Proprtis O Expandd Polystyrn As Construction And Insulating Matrials. 15th Syposiu on Throphysical Proprtis, NIST/ASME, Bouldr, Colorado, 200: p Mıhlayanlar, E., Ş. Dilaç, and A. Günr, Analysis o th ct o production procss paratrs and dnsity o xpandd polystyrn insulation boards on chanical proprtis and thral conductivity. Matrials & Dsign, (2): p Laatos, Á. and F. Kalár, Invstigation o thicnss and dnsity dpndnc o thral conductivity o xpandd polystyrn insulation atrials. Matrials and Structurs, (7): p Gong, L., t al., Thral conductivity o highly porous ullit atrials. Intrnational Journal o Hat and Mass Transr, : p Tavan, I.H., Ectiv thral conductivity o isotropic polyr coposits. Intrnational Counications in Hat and Mass Transr, (5): p Crnuschi, F., t al., Modlling o thral conductivity o porous atrials: application to thic thral barrir coatings. Journal o th Europan Craic Socity, (9): p Carson, J.K., t al., Thral conductivity bounds or isotropic, porous atrials. Intrnational Journal o Hat and Mass Transr, (11): p Nuan, Y. and A. Avcı, Göznli Malzlrin Etn Isıl İltnlilri Üzrin Mvcut Çalışalar. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ., (2): p Gong, L., t al., A novl ctiv diu thory or odlling th thral conductivity o porous atrials. Intrnational Journal o Hat and Mass Transr, : p Kohout, M., A.P. Collir, and F. Štěpán, Ectiv thral conductivity o wt particl assblis. Intrnational Journal o Hat and Mass Transr, (25): p Jos Angl, D.D.L.P., t al., Microstructur Charactrization o Low Dnsity EPS. Applid Mchanics and Matrials, : p Laatos, A. and F. Kalar, Analysis o watr sorption and thral conductivity o xpandd polystyrn insulation atrials. Building Srvics Enginring Rsarch and Tchnology, (4): p Schllnbrg, J. and M. Wallis, Dpndnc o Thral Proprtis o Expandabl Polystyrn Particl Foa on Cll Siz and Dnsity. Journal o Cllular Plastics, (): p