Tesisat Mühendisliði Dergisi Sayý: 89, s. 65-70, 2005 Enerji, Çevre, Saðlýk ve Güvenlik Açýsýndan Yalýtým Kemal ÇOMAKLI* Kadir BAKIRCI** Sadýk ERDOÐAN Bayram ÞAHÝN Özet Son yýllarda bilimsel geliþmeler neticesinde ileri teknolojiye dayalý sosyal ve ekonomik yaþam biçimin baðlý olarak toplumlarýn tükettiði enerji miktarý daha önceki yüzyýllara göre çok artmýþtýr. Enerji tüketim miktarýndaki bu artýþ; enerji-kaynak üretimi, enerji-çevre, enerji-ekonomi arasýndaki iliþkileri ve sorunlarý beraberinde getirmektedir. Enerji üretimi ve tüketimiyle birlikte ortaya çýkan ekonomik ve çevre problemleri günümüzde tüm toplumlarý tehdit etmektedir. Bu problemlerin azaltýlmasý enerji verimliliði ve tasarrufu ile mümkün olmaktadýr. Bu makalede binalarda kullanýlan yalýtýmýn enerji tasarrufu, çevre, saðlýk, güvenlik ve eðitim açýsýndan deðerlendirmesi yapýlmýþtýr. Anahtar kelimeler: yalýtým, enerji tasarrufu, çevre problemleri 1. GÝRÝÞ Her geçen gün artan yeni teknolojiler ve cihazlar insanlýðýn hizmetine sunulmakta buda enerji tüketimine artýrmaktadýr. Bununla birlikte yeni sorunlar ortaya çýkmaktadýr. Aslýnda enerji tüketimi toplumun refah seviyesini gösteren bir olgudur. Fakat enerji verimliliðine ve enerji tasarrufuna yeterince önem verilmemesi bazý sorunlarý da beraberinde getirmektedir. Enerji kullanýmýnda enerji verimliliði ve enerji tasarrufu iki önemli konu olarak karþýmýza çýkmaktadýr. Ülkemizde tüketilen enerjinin yaklaþýk üçte biri konutlarda olmaktadýr. Konutlarda tüketilen enerjinin önemli bir kýsmý ise ýsýtma ve soðutma amaçlý olmaktadýr. Konutlarda enerji tasarrufuna önem verilmemesi sýcak bölgelerde soðutma yükleri, soðuk bölgelerde ise ýsýtma yüklerinin artmasýna neden olmaktadýr. Böylece gereðinden fazla enerji kullanýlmaktadýr. 2. YALITIMIN DEÐERLENDÝRÝLMESÝ Konutlarda kullanýlan enerji dönüþüm cihazlarý, enerji verimliliði açýsýndan önemli ölçüde iyileþtirilmiþ ve geliþtirilmiþtir. Bundan dolayý konutlarda enerji açýsýndan dikkat edilmesi gereken önemli konu enerji tasarrufudur. Enerji tasarrufu da yalýtýmý gündeme getirmektedir. Konutlarda kullanýlan yalýtýma önem verilmesi durumunda, enerji tasarrufu ekonomiklik, güvenlik ve saðlýk konularýndaki iyileþmeler ile birlikte çevresel problemlerde * Atatürk Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliði Bölümü. kcomakli@atauni.edu.tr 65
de azalma olacaktýr. Bu çalýþmada yalýtým þu dört ana baþlýk altýnda deðerlendirilecektir. a. Enerji ve ekonomi b. Çevre c. Saðlýk d. Güvenlik 2.1 Enerji ve ekonomi açýsýndan yalýtým Ülkemizde enerji tüketiminin % 34 ünün binalarda ve bunun % 85 i de ýsýtmada kullanýlmaktadýr. Enerjisinin büyük bir bölümünü ithal eden ülkemizde, konutlardaki enerji tasarrufu hem aile ekonomisine ve buna baðlý olarak ulusal ekonomiye katkýda saðlayacaktýr. Yapý elemanlarýndaki ýsý kayýplarýnýn azaltýlmasý konutlardaki enerji tüketimini de azalacaktýr. Binalarda ýsý kayýplarý genel olarak; dýþ duvardan, pencerelerden, tavan ve döþemelerden ve hava sýzýntýsý ile olmaktadýr. Bir yapý elemanýndan olan ýsý kaybý aþaðýdaki þekilde hesaplanýr.. Q = U.A.³T (1) Burada A yapý elemanýnýn alanýný, ³T sýcaklýk farkýný, U ise toplam ýsý geçirgenlik katsayýsýný ifade etmektedir. Yapý elemanlarý birkaç bileþenden oluþtuðundan Toplam Isý geçirgenlik katsayýsý; 1 1 d 1 d n 1 = + +... + + (W/m 2 K) (2) U α iç λ 1 λ n α dýþ þeklinde hesaplanýr. Formülde, d her bir katmanýn kalýnlýklarýný, α ýsý taþýným katsayýlarýný, λ ise yapý elemanlarýnýn ýsý iletim katsayýlarýný ifade etmektedir. Bir numaralý formülden görüldüðü gibi sýcaklýk farký ve yüzey alaný sabit olacaðý kabul edilirse, yapý elemanlarýnda meydana gelen ýsý kayýplarýný azalmak için U deðerini azalmak gerekir. Yalýtým malzemelerinin ýsý iletim katsayýlarý çok düþük (ortalama λ = 0.04 W/mK) olduðundan U deðeri azalacak, bu da yapý elemanýndan olan ýsý kaybý düþürecektir. 2 numaralý formüle dikkat edilir ise kullanýlan elemanýn yani yalýtým malzemesinin kalýnlýðý arttýkça ýsý kayýplarý azalmaktadýr. Ancak kalýnlýk istenildiði kadar artýrýlamaz. Dikkat edilmesi gereken husus ekonomik yalýtým kalýnlýðýdýr. Literatürde ekonomik yalýtým kalýnlýðý aþaðýdaki formülde verilmiþtir [1]. ÞDF.DG.M Y.λ d OP = 293,94. λ.rt M YA.Hu.η Bu baðýntýda ÞDF þimdiki deðer faktörü, DG ýsýtma derece gün sayýsý, M Y yakýt maliyeti, M YA yalýtým malzemesi maliyeti, Hu, yakýtýn ýsýl deðeri, η ýsýtma sistemi kazan verimi, Rt yalýtým malzemesi hariç diðer duvar malzemelerin toplam termal direnci ve λ ise yalýtým malzemesinin ýsý iletim katsayýsýný göstermektedir. Þekil 1. Erzurum için yalýtým maliyet eðrisi Þekil 1 de ýsýtma sisteminde kömür kullanýlmasý durumunda Erzurum için maliyet eðrisi Yýllýk maliyet ($/m 2 ) yalýtým maliyeti yakýt maliyeti toplam maliyet Yalýtým kalýnlýðý (m) görülmektedir. Yalýtým kalýnlýðý artarken ýsý kayýplarý azalmaktadýr. Isý kayýplarý azaldýðý için yakýt maliyeti de azalmaktadýr. Diðer yandan yalýtým kalýnlýðý artarken yalýtým maliyeti de artmaktadýr. Bunlara karþýlýk toplam maliyet optimum yalýtým kalýnlýðýna kadar azalýrken bu kalýnlýktan sonra toplam maliyette artmaktadýr. Bundan dolayý kullanýlan yalýtým kalýnlýklarý o yöre için belirlenen optimum yalýtým kalýnlýðýný geçmemelidir. Bu duruma, yalýtým malzemesi kullanýlan dýþ duvar, tavan ve döþemelerde dikkat edilmelidir. Pencerelerde ise iyi bir ýsý yalýtýmý saðlayan malzemelerin ve özel birleþtirilmiþ çift cam kullanýlmasýna özen gösterilmelidir. Yönetmeliklere uygun yapýlacak ýsý yalýtýmý, ýsýnma veya serinleme amacýy- 66 TESÝSAT MÜHENDÝSLÝÐÝ DERGÝSÝ, Sayý 89, 2005
la yapýlan harcamalardan ortalama % 50 tasarruf ederek yazýn serin kalmaya kýþýn daha iyi ýsýnmaya imkan saðlar. Hesaplamalar, tüm konutlarýn standart ve yönetmeliklere uygun olarak yalýtýlmasý durumunda, ülkemizin yýlda yaklaþýk 3 milyar dolar tasarruf yapacaðýný göstermiþtir. Bu tasarrufun eðitim, saðlýk vb. zorunlu ihtiyaçlarýmýza aktarýlacaðýný göz önüne aldýðýmýzda, yalýtýmýn toplumsal refahýmýz için de önemli katkýlarýnýn olacaðý bir gerçektir [2]. 2.2. Çevre açýsýndan yalýtým Enerji kullanýmýndan kaynaklanan çevre problemleri tüm dünyayý tehdit etmektedir. Fosil yakýtlarýn sebep olduðu küresel ýsýnma, asit yaðmurlarý, ozon tabakasýndaki incelme, iklim deðiþiklikleri bu gün insanoðlunun en önemli sorunlarýdýr. Sanayileþme ile birlikte fosil yakýtlarýn kullanýlmasý özellikle atmosferdeki CO 2 oranýný artýrmýþtýr (Þekil 2). Þekil 2. Atmosferdeki CO 2 oranýný yýllara göre deðiþimi [3] daha da artýrmaktadýr. Konutlarda ýsýnma maksadý ile kullanýlan yakýtlarýn ortaya çýkardýðý CO 2 emisyonunun azaltýlmasý yalýtým kullanýlmasý ile mümkün olmaktadýr. Þekil 3 de Erzurum için CO 2 gazý emisyonun yalýtým kalýnlýðý ile deðiþimi verilmektedir. Dýþ duvarlarda optimum yalýtým kalýnlýðý yapýlmasý durumunda yalýtýmsýz bir duvara göre % 27 oranýnda CO 2 emisyonunun azaldýðý görülmektedir. Diðer yapý elemanlarýndaki yalýtýmlarda dikkate alýndýðýnda bu oranýn %50 nin üzerine çýkacaðý çok açýk olarak görülecektir. ABD de mevcut konutlarýn yeni yönetmenliðe göre takviye edilmesi durumunda her yýl açýða çýkan CO 2 emisyonlarýnýn %29 azalacaðý düþülmektedir[4]. Þekil 3. CO 2 emisyonunun Yalýtým kalýnlýðý ile deðiþimi [3] CO 2 emisyonu (kg/m 2.yýl) CO 2 oraný (ppmv) Yýllar Yalýtým Kalýnlýðý (m) 2.3. Saðlýk açýsýndan yalýtým Yalýtýmýn saðlýk açýsýndan etkileri üç açýdan incelenecektir: Isýl konfor, çevre kirliliðin yol açtýðý saðlýk problemleri ve gürültü kaynaklý problemler. 1997 yýlýnda Japonya nýn Kyoto kentinde imzalanan "Kyoto protokolü" çerçevesinde sera gazý salýnýmlarýnýn 2008 2012 yýllarý arasýnda 1990 yýlý düzeyinin %5,2 altýna çekilmesi hedeflenmektedir. Sera gazlarýnýn %55 ini CO 2 gazý oluþturur. Genel olarak CO 2 in oluþumunda, güç santralleri %29, konutlar %26, endüstri %23 paya sahiptir [4]. Türkiye de ýsýnma amaçlý tüketilen enerjinin toplam enerji içindeki payý dikkate alýndýðýnda konut kaynaklý çevre problemlerin önemi daha iyi anlaþýlacaktýr. Özellikle düþük kaliteli kömürlerin kullanýlmasý yerel hava kirliliðini Deðiþken hava koþullarý, mevsimlere göre aþýrý sýcaklar, soðuklar, yaðmurlar bina iç sýcaklýklarýný etkileyen etkenlerdir. Dýþ ortamda gerçekleþen sýcaklýk deðiþimleri oturulan evlerin, çalýþma bürolarýnýn sýcaklýklarýný deðiþtirir. Bu sýcaklýk deðiþimleri insan fizyolojisi ve yaþam kalitesini de etkiler. Ýnsanýn sýcaklýk açýsýndan saðlýklý bir ortamda yaþamasý ýsýl konfora baðlýdýr. Isýl konfor, insanlarýn bedensel ve zihinsel saðlýðýný etkilemektedir. Bir insanýn yaþadýðý veya çalýþtýðý ortam sýcaklýðýndan dolayý saðlýk sorunlarý ile karþý karþýya kalmasý iþ verimini de etkiler. Þekil 4 de çalýþ- TESÝSAT MÜHENDÝSLÝÐÝ DERGÝSÝ, Sayý 89, 2005 67
ma ortam sýcaklýðýnýn üretkenliðe etkisi grafik olarak verilmiþtir. Grafikten de görüldüðü gibi ýsýl konfor 20-23 C arasýnda olmaktadýr[5]. Üretkenlik (%) Oda sýcaklýðý ( C) Þekil 4. Oda sýcaklýðýnýn çalýþma verimine etkisi Isýl konforu etkileyen en önemli faktörler ortam sýcaklýðý ve duvar iç yüzey sýcaklýðýdýr. Oda içerisinde sýcaklýk açýsýndan saðlýklý bir ortamýn saðlanmasý için ortam sýcaklýðý ile duvar iç yüzey sýcaklýðý arasýnda en fazla 2-3 C lik bir sýcaklýk farký olmalýdýr. Ortam sýcaklýðýnýn 20 C olduðu düþünülürse duvar iç yüzey sýcaklýðý 17 C nin altýna düþmemelidir. Sýcaklýk farkýnýn büyük olmasý durumunda içeride bir hava hareketi olacaðýndan, bu hareket ile birlikte oda içerisinde gözle görülmeyen toz parçacýklarý da hareket edecektir. Bu durum insan saðlýðýný etkileyecektir. Duvar iç yüzey sýcaklýðýnýn ortam sýcaklýðýna yakýn tutmanýn tek yolu ise ýsý yalýtýmýdýr. Fosil yakýtlarýn yanmasý sonucu oluþan gazlarýn atmosferdeki oranlarýnýn artmasý, asit yaðmurlarýna, sera etkisine, ozon tabakasýnýn incelmesine ve yerel hava kirliliðine sebep olduðu daha önce söylenmiþti. Asit yaðmurlarý içme sularýnýn bozulmasýna, hayvan ve bitkilerin zarar görmesine neden olmaktadýr. Özellikle yerel hava kirlilikleri astým kronik bronþit v.s gibi solunum yolu hastalýklarýna yol açmaktadýr. Bundan dolayý hava kirliliðin yoðun olarak yaþandýðý þehirlerde, insanlarýn solunum yolu hastalýklarýna yakalanma oraný fazladýr. Yalýtým ile çevre problemlerinde saðlanacak azalma sayesinde insanlar daha saðlýklý bir hava teneffüs edecektir. Dolayýsýyla insanlarýn saðlýk harcamalarý da azalacaktýr. Yalýtýmýn saðlýk açýsýndan bir baþka boyutu, ses ve titreþimin sebep olduðu gürültüdür. Gürültü insanda, iþitme bozukluðuna, kan basýncýnýn artmasýna, çalýþma veriminin düþmesi, uykusuzluk ve sinirlilik gibi psikolojik etkilere neden olmaktadýr. Geliþen teknoloji ile birlikte özellikle kentlerde gürültüde artmýþtýr. Gürültünün sebep olduðu bu etkileri azaltmak için gürültüye karþý önlem almak gerekir. Yapý elemanlarýnda alýnacak önlemler ile bina içerisinde istenen ses seviyesinin sabit tutulmasý, ses veya gürültü yalýtýmý olarak tanýmlanabilir. Yaþanýlan ortam, dýþarýdaki gürültülere karþý yalýtýlýrsa saðlýklý bir ortam oluþturulur. Ayrýca çok katlý konutlarda katlar arasýnda ve iç duvarlar arasýnda yapýlacak ses yalýtýmý ise komþuluk iliþkilerinin saðlýklý yürümesine ve böylece toplumun saðlýklý bir yapýya kavuþmasýna yardýmcý olacaktýr. 2.4. Bina güvenliði açýsýndan yalýtým Ýçinde yaþadýðýmýz binalarýn güvenli ve saðlam yapýlar olmasý herkesin istek ve arzusudur. Ancak bilinçsiz olarak bu durumu göz ardý edilmektedir. Binalarýn gerek betonarme açýsýndan gerekse yangýn açýsýndan güvenli olmasý gerekir. Hem su yalýtýmý hem de yangýn yalýtýmý bu açýdan önem arz etmektedir. Ülkemizde, yaþanan depremler sonrasý güvenli konut arayýþý artmýþtýr. Binalar genellikle betonarme yapý tasarým ve imalatý ile yapýlmaktadýr. Bundan dolayý beton en önemli inþaat malzemesinden biridir. Bir diðeri ise beton içerisine konan demirdir. Ýki malzemenin birleþmesi ile binalarda taþýyýcý sistemleri oluþturan ve bina güvenliðinin temelini teþkil eden betonarme oluþur. Betonarmeye nüfuz eden su ve oluþan nem, içerideki demirlerin paslanmasýna ve taþýma kapasitesinin düþmesine yol açar. Su, betonun içerisindeki demirin korozyonuna (paslanmasýna) neden olur. Korozyona uðramýþ demir mukavemetini kaybeder. Bunun yanýnda, korozyon sonunda oluþan pas, demire göre hacmi fazla olacaðýndan beton içerisinde gerilme meydana getirecek ve bu gerilme sonunda betonda çatlamalar meydana gelecektir [6]. Þekil 5 de bu durum þematik olarak gösterilmiþtir. Þekil 5. Beton içerisindeki demirin pas oluþturarak betonu çatlatmasý 68 TESÝSAT MÜHENDÝSLÝÐÝ DERGÝSÝ, Sayý 89, 2005
Demir Pas Beton Böyle durumda betonarmenin taþýyýcý özelliði azalacak ve bina güvenliðinde önemli zaaflar oluþacaktýr. Binalarda böyle durumlarýn oluþmasýný önlemek için su yalýtýmý yapýlýr. Binalarda su yalýtýmý, suyun girebileceði alanlara yapýlýr. Bunlar; temeller, su ve toprak ile temas eden duvarlar, bodrum katlar, balkonlar, çatýlar, banyo, lavabo, wc gibi ýslak hacimlerdir. Su yalýtýmý, binanýn güvenliðini saðlamasýnýn yaný sýra bakteri ve küf oluþmasýný, önleyerek saðlýklý ortamlar saðlar[7]. Þehirlerde nüfusun giderek artmasý ve buna paralel olarak artan toplu yaþam bölgeleri bir takým riskleri de beraberinde getirmektedir. Bu risklerden biri de yangýndýr. Yangýn, bina güvenliðini, can güvenliðini ve mal güvenliðini tehdit etmektedir. Þehirlerde yaþanan yangýn olaylarý önemli ölçüde maddi ve manevi zararlara yol açmaktadýr. Konutlarda ve çalýþma yerlerinde kullanýlan malzemelerin çoðu yanýcý özelliðe sahiptir. Binanýn herhangi bir yerinde yangýn çýkarsa, bu yangýnýn kýsa sürede diðer kýsýmlara yayýlmasý kuvvetli muhtemeldir. Çýkacak yangýnýn zararlarýný aza indirmek için bina elemanlarýnda yapýlan uygulamalara yangýn yalýtým denmektedir. Yangýn yalýtýmý yangýn sýrasýnda oluþan yüksek ýsý ve dumanýn yayýlmasýný önleyerek insanlarýn can güvenliðinin saðlanmasýna yardýmcý olur. Genellikle yanýcý olmayan ve alevi iletmeyen malzemelerden (taþ yünü gibi), çatý, cepheler, patlama riski olan kazan daireleri, dumanýn yayýlmamasý için havalandýrma kanallarý gibi yerlere yangýn yalýtýmý yapýlýr. 3. SONUÇ Yapýlarýmýzýn çaðdaþ, yaþanabilir, güvenli, saðlýklý bir yapýya kavuþmasý ve gelecek kuþaklara yaþanabilir bir çevre ve onlara yetecek enerji kaynaklarýný býrakýlmasý için bizlere önemli görevler düþmektedir. Ülkemizde yalýtým bilincinin oluþturulmasý ve yalýtýmýn yukarýda sayýlan boyutlarýnýn anlatýlmasý için etkin bir eðitime ihtiyaç vardýr. Yaþadýðý sürece her birey enerji kullanmaktadýr. Bundan dolayý bir ailede her bireyin enerji tasarrufu konusunda yapabileceði önlemler vardýr. Ýnsanlara enerji verimliliði ve tasarrufu konusunda verilecek eðitim sayesinde hem aile bütçesine hem de ülke ekonomisine katký saðlanmýþ olacaktý. Yapýlarda yalýtýmýn etkin bir þekilde uygulanabilmesi için üreticiden son kullanýcýya kadar aradaki bütün insanlarýn iyi bir þekilde eðitime tabi tutulmasý gerekir. Bugün ülkemizde yalýtým konusunda, proje aþamasýnda, yalýtým kalýnlýklarýna, ýsý köprülerine, yoðuþma hesabýna dikkat edilmemesi gibi hatalarýn yanýnda, özellikle uygulayýcýlarýn yanlýþ bilgilerinden dolayý yalýtým malzemelerinin kullanýldýðý yerlerde ve montajýnda önemli hatalar yapýlmaktadýr. Örneðin eksik malzeme kullanýmý, ucuz ve standardý belli olamayan malzemelerin kullanýlmasý, yangýn ve patlama tehlikesi olan yerlerde, yangýn dayanýmý düþük yalýtým malzemeleri kullanýlmasý, sulu ve nemli ortamlarda ýsý yalýtýmý ile su yalýtýmýnýn birbirlerine karýþtýrýlmasý gibi. Yalýtýmýn doðru þekilde uygulanabilmesi için: Standart ve yönetmenliklerin çaðýn þartlarýna göre düzenlenmesi ve iyi bir kontrol mekanizmasýnýn olmasý, Proje aþamasýnda yalýtým kontrolünün yapýlmasý, Denetleyici konumda olan yerel ve merkezi yöneticilerin, yerel ve ulusal medyanýn, kontrolör ve uygulayýcý teknik personelin ve üreticiden, son müþteriye kadar herkesin, etkin bir eðitim sistemine tabi tutulmasý, Eðitim sertifikasý olmayan kiþilere yalýtým uygulamasý yaptýrýlmamasý, Binalar için verimli enerji tüketim formu hazýrlanmalý. Forumda belirtilen miktardan daha fazla enerji tüketen binalara yaptýrým uygulanmasý gerekir. 4. KAYNAKLAR [1] Çomaklý K., Yüksel B., Optimum Insulation Thickness of External Walls for Energy Saving. Appl. Therm. Eng. 23, 473-479, 2003. TESÝSAT MÜHENDÝSLÝÐÝ DERGÝSÝ, Sayý 89, 2005 69
[2] www.izoder.org.tr, on soruda ýsý yalýtýmý. [3] Çomaklý K., Yüksel B., Environmental impact of thermal insulation thickness in buildings. Appl. Therm.Eng. 24, 933-940, 2004. [4] Gündem, Yaþanabilir çevre için yalýtým. Ýzocam diyalog. Nisan/Mayýs/Haziran/ 2005. [5] Karakoç H., Enerji Ekonomisi, Demirdöküm yayýnlarý 1997. [6] Yalçýn H., Koç T., Korozyon ve Katodik Koruma. Ankara 1995. [7] www.izoder.org.tr, on soruda su yalýtýmý. 70 TESÝSAT MÜHENDÝSLÝÐÝ DERGÝSÝ, Sayý 89, 2005