TMMOB Makina Mühendisleri Odası Yalıtım Kongresi 23-24-25 Mart 2001 Eskişehir-Türkiye TS 825 ISI YALITIM YÖNETMELİĞİ'NİN KONUTLARDA ISI KORUNUMU AÇISINDAN DEĞERLENDİRİLMESİ Gül Koçlar ORAL', Ş. Filiz AKŞW 'İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi, 80191 Taşkışla-İstanbul Tel:0 212 293 13 00/2312 E-Mail:kgul@itu.edu.tr 2İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi, 80191 Taşkışla-İstanbul Tel:0 212 293 13 00/2313 E-Mail:sfilizak@hotmail.com ÖZET Ülkemizde enerji tüketimindeki en büyük pay konutların ısıtılmasına yönelik olduğundan enerji korunumu açısından, konutların, ısıtma enerjisi harcamalarını minimize edecek şekilde tasarlanmaları, bir başka deyişle yıllık ısıtma enerjisi harcamalarını minimize edecek binaların gerçekleştirilmeleri zorunludur. Bunun sağlanabilmesi için en etkin çözüm, şüphesiz ki konuyu tüm yönleriyle ele alan standart ve yönetmeliklerin yürürlükte olmasıdır. Bu bildiride, ülkemizde 14 Haziran 2000'de yürürlüğe giren TS 825 Isı Yalıtım Yönetmeliği'nin enerji korunumunu hedefleyen konut tasarımı ve yapımındaki rolünün irdelenmesi hedeflenmiştir. Bu nedenle İstanbul Ataşehir Toplu Konutlarında seçilen bloklar için yıllık ısıtma enerjisi hesaplan TS 825'in önerdiği yönteme ve yöresel meteorolojik veriler ile güneş ışınımı verilerine bağlı olarak hesaplanmış ve yönetmeliğin değerlendirilmesi ele alınmıştır. Anahtar Sözcükler: Isı korunumu, sol-air sıcaklık, güneş ışınımı, enerji etkin konut l.giriş Dünya enerji kaynaklarının giderek azalması buna karşın enerji tüketiminin artması enerjinin etkin kullanılmasını zorunlu hale getirmiştir. Ülkemizde enerji tüketiminde konut sektörünün başta gelmesi nedeni ile bina yapımı ve tasarımında çalışanlar ve karar organları, binalarda enerji harcamalarının minimize edilmesi için çözüm yöntemlerinin belirlenmesi ve bu yöntemlerin uygulanmasını yönetmeliklerle zorunlu kılma yoluna gitmektedirler. Bu amaçla ülkemizde en son yürürlüğe giren TS 825 Isı Yalıtım Yönetmeliği, binalarda yıllık ısıtma enerjisi harcamalarını belirlemeyi esas almaktadır. Yıllık ısıtma enerjisi harcamalarının minimize edilebilmesi, çevreyi kirletmeyen ve üretim maliyeti minimum olan doğal enerji kaynaklarının kullanımı ile mümkün olabilir. Bu nedenlerle, özellikle, güneş ışınımı ve hava sıcaklığı gibi ısı enerjisi sağlamada yararlanılabilecek iklimsel elemanların etkilerinin binalar aracılığıyla optimizasyonu gerekli olmaktadır. Dolayısıyla iklimsel elemanlar bina ısıtma sistemini aktive eden kaynaklar olarak düşünülmelidirler. Bu hedefe yönelik olarak yıllık enerji ihtiyaçlarının yöresel meteorolojik veriler ve güneş ışınımı değerlerine bağlı olarak belirlenmesinde ele alınan yöntem, bu konudaki mevcut yönetmelik irdelendikten sonra tanıtılacaktır. 2. TS 825 ISI YALITIM YÖNETMELİĞİ'NİN İRDELENMESİ Nisan 1998'de yayınlanan TS 825 Standardı ve buna bağlı olarak yürürlüğe giren yeni yönetmelik, binalarda yıllık ısıtma enerjisi miktarlarının hesaplanması ve hesaplanan değerlerin yönetmelikçe bölgelere göre belirlenmiş sınır değerleriyle karşılaştırılarak yıllık ısıtma harcamalarının sınırlandırılmasını hedeflemektedir. Bu açıdan bir önceki yönetmelik ve standart ile karşılaştırıldığında; binalarda yıllık ısıtma enerjisi miktarlarının hesaplanmasına yönelik olarak daha önceki yönetmeliklerde ihmal edilmiş olan binaya ilişkin bazı tasarım parametrelerinin ve ısı kazançlarında etkili olan güneş ışınımı verilerinin ele a'ınması, ayrıca opak bileşenlerde ısı korunumu açısından beklenen performansı sağlamak üzere yoğuşma tahkiklerinin ve olabilecek ısı köprüsü etkilerinin dikkate alınması açılarından enerji korunumunu hedefleyen bina tasarımında önemli değişiklikler getirmektedir. 140
Bu durum olumlu bir gelişme olarak görülmekle beraber yeni yönetmeliğin dayandırıldığı TS 825'in hesaplama yöntemi açısından yetersiz ve eksik teknik bilgi içerdiği görülmektedir. Bu açıdan varılan sonuçlar aşağıda özetlenmiştir: Hesaplamalar belgelendirme esasına göre yapılmaktadır. Ancak iklimsel karakterleri birbirinden tamamen farklı olan bazı yörelerin aynı bölgede yer aldığı görülmektedir. Bu durum, tüm iklimsel veriler esas alınarak meteorolojik analizlerin yapılmadığı izlenimini uyandırmaktadır. Yöntemde, güneş ışınımı değerleri olarak, farklı yöreler için aynı değerler alınmaktadır. Özellikle Türkiye gibi güneş enerjisi potansiyeli olan bir ülkede enerji tasarrufu açısından hatalı sonuçlar verebilecek tasarımlara gidilmemesi için, bu verilerin doğru olarak hesaba katılmasının gerekliliği ve önemi açıktır. Yukarıdaki eleştirilere bağlı olarak yönetmelikte verilen A top / V brflt oranlarına bağlı olarak binanın yıllık ısıtma enerjisi ihtiyaçlarının aşmaması gereken sınır değerlerinin, Türkiye koşullarına uygun olmadığı ve yeniden gözden geçirilmesinin gerekli olduğu sonucuna varılmaktadır [1],[2]. 3. UYGULAMA Türkiye'de binalarda yıllık enerji harcamaları gelişmiş ülkelere göre fazla olduğundan enerji korunumu açısından güneş ışınımının ısıtıcı etkisinden yararlanarak ısı kayıplarının azaltılması yoluna gidilmelidir. Özellikle çok sayıda kullanıcıyı etkileyen toplu konutlarda bu yolla sağlanacak enerji tasarrufunun ülke ekonomisine çok önemli katkılar sağlayacağı açıktır. Bu amaçla bu bildiride ele alınan örnek binalarda yıllık enerji ihtiyacı, Yöresel meteorolojik verilere ve güneş ışınımı değerlerine bağlı olarak ve TS 825 ' in önerdiği hesaplama yöntemi ile hesaplanarak hesap sonuçlarının karşılaştırılması yapılmıştır. Çalışmada örnek binalar olarak İstanbul'da Ataşehir Toplu Konutlarında, 49 no'lu adada yer alan Bl-1 ve B2-1 blokları ele alınmıştır (Şekil 1). Bloklar 8 katlı olup tünel kalıp tekniği ile gerçekleştirilmişlerdir. Yapı elemanlarının toplam ısı geçirme katsayısı (U) değerleri Tablo 1' de verilmiştir. Şekil 1. Vaziyet Planı. Tablo 1. Toplanı ısı geçirme katsayıları. İSTANBUL-21 OCAK ATAŞEHİR, 49 ADA, Bl-1 ve B2-1 BLOKLARI Uo (W/m 2o C) 1.131 2.9 JMMSL L 0.649 0.819 141
Çalışmada izlenen yol aşağıda açıklanmıştır: A. Yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının, yöresel meteorolojik verilere ve güneş ışınımı değerlerine bağlı olarak hesaplanması Dizayn gününün belirlenmesi İsıtmanın istendiği döneme ait karakteristik gün 21 Ocak olarak alınmıştır. Hesaplamalar, bu güne ait meteorolojik verilere dayandırılmıştır. Dizayn günündeki dış koşulların belirlenmesi Dizayn günü için güneş ışınımı, dış hava sıcaklığı gibi iklim elemanlarına ait değerler gerçek atmosfer koşullarına göre belirlenmiştir. 'Gerçek atmosfer koşulları' atmosferin yöresel bileşimini ve yöresel bulutluluk koşullarını gözönüne alarak tanımlanan atmosfer koşullarıdır. Soî-air sıcaklıkların hesaplanması Binayı etkileyen sıcaklık, sadece bina dışı çevre kuru termometre sıcaklığı değildir. Genellikle gündüz saatleri için söz konusu olabilecek, hava sıcaklığı ve güneş ışınımı etkileri, dış sıcaklık olarak sol-air sıcaklıkların kullanılmasıyla birleşik olarak ele alınmaktadır. Sol-air sıcaklıkların değerleri, ayrıca kabuk bileşeninin optik özelliklerine ve bileşenin saydam olması durumunda toplam ısı geçirme katsayısına da bağlıdır. Güneş ışınımı yeğinliğinin yöne göre değişim göstermesi nedeniyle, kabuk bileşenlerini etkileyen sol-air sıcaklıklar da, bileşenin yönlendiriliş durumuna bağlı olarak değişkenlik göstermektedir. Opak Bileşenleri Etkileyen Sol-Air Sıcaklıkların Hesaplanması: Opak bileşenin yüzeyini, güneş ışınımı yutuculuk katsayısına ve yönlendiriliş durumuna bağlı olarak, herhangi bir anda etkileyen sol-air sıcaklık aşağıdaki bağıntıyla hesaplanabilir [3], [4]. t c0 = t d + (I T.a 0 ) (1) Burada, t co -. opak bileşeni herhangi bir anda etkileyen sol-air sıcaklıklar, C t d : dış hava sıcaklığı. C I T : opak bileşenin dış yüzeyini etkileyen toplam güneş ışınımı şiddeti, W/ırp Toplam güneş ışınımı şiddeti, direkt ve yaygın ışınım şiddetlerinin toplamına eşittir. Bileşenin gölgede olduğu durumlar için ise, direkt ışınımın değeri sıfır olarak alınacaktır. a : opak bileşenin güneş ışınımına karşı yutuculuğu, boyutsuz. a d : dış yüzeysel ısı iletim katsayısı, W/m 2o C Saydam Bileşenleri Etkileyen Sol-Air Sıcaklıkların Hesaplanması: Saydam bileşenin tek cam veya çift cam tabakasından oluşması durumuna göre, herhangi bir anda etkili olan sol-air sıcaklık aşağıdaki bağıntılar yardımıyla hesaplanabilir [5], [4]. tec = t d + I D [ (a d ) + ( TD /U CI ) ] +I y [ (Va d ) + (T y /U cl ) ] (2) t«n = t d +I D [ (T l2d /U c,,)+(a dd )+a id [ (l )+(l/a s ) ] ]+I y [ (T 12y /U di )+(a dy )+aj y [ (l )+(l/a s ) ] ] (3) tech Cii : sırasıyla tek ve çift cam tabakalı saydam bileşenleri herhangi bir anda etkileyen sol-air sıcaklıklar, C. I D, I y : saydam bileşeni ele alınan anda etkileyen direkt ve toplam yaygın (yaygın gök yerden yansımış) ışınım yeğinlikleri, W/m 2 Bileşenin gölgede olması durumunda direkt ışınım şiddetinin değeri sıfır olarak alınacaktır. U d, U dl : saydam bileşenin sırasıyla tek camlı ve çift camlı olması durumlarında toplam ısı geçirme katsayısı, W/rn2 C oc s : çift cam tabaka arasındaki havanın kondüktansı, W/m 2o C a D, a,, : tek cam tabakasının direkt ve yaygın güneş ışınımına karşı yutuculuğu, boyutsuz T D, t y : tek cam tabakasının direkt ve yaygın güneş ışınımına karşı geçirgenliği, boyutsuz T i2d- Ti2y : Ç'ft c a m tabakasının direkt ve yaygın güneş ışınımına karşı geçirgenliği, boyutsuz a dd. a dy a İD, a iy : çift tabakalı camda, dıştaki tabakanın direkt ve yaygın ışınıma karşı yutuculuklannın içteki tabakadan etkilenerek aldıkları değerler, boyutsuz : çift tabakalı camda, içteki tabakanın direkt ve yaygın ışınıma karşı yutuculuklannın dıştaki tabakadan etkilenerek aldıkları değerler, boyutsuz. 142
İstanbul'da 21 Ocak için hesaplanan opak ve saydam bileşenlere ait sol-air sıcaklıklar Şekil l'de görülmektedir. Şekil 1. Sol-air sıcaklık değerleri. Yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının hesaplanması Binalar için, ısıtmanın istendiği dönemde yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı binanın kaybettiği ısı miktarına eşit olacağından yıllık ısı kayıpları (q T ) hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar gerçek atmosfer koşulları için, bina kabuğu termofiziksel özelliklerine (U o, U c, U dös, U ç ) bağlı olarak ve günlük ortalama sol-air sıcaklıkların (t eoo, t^, t eoç ) dizayn gününe ait dış sıcaklıklar olarak alındığı koşullarda hesaplanabilir. Bilindiği gibi, dış hava sıcaklığı ve güneş ışmımmın birleşik etkisini ifade eden sol-air sıcaklıklar, yönlere göre farklılık göstermektedirler. Dolayısıyla, ısı kayıpları da yönlere göre değişkenlik göstermektedirler. Aşağıdaki formülden de görüldüğü üzere, ısı kayıpları hesaplanırken dış duvar, pencere, döşeme ve çatıdan kaybedilen ısı miktarları hesaplanarak toplam ısı kaybı bulunmuştur. Bu hesaplamalarda dış duvara ait yutuculuk katsayısı a o = 0.40, çatıya ait yutuculuk katsayısı ise a o = 0.70 olarak alınmıştır. q T = U o. A o t eoo ) + U c. A c t eco ) + U dös. A dös. A t + U ç. A ç t eoç ) (4) q T :binanın toplam alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, W/m 2 U o, U c, U dös, U ç :sırasıyla kabuk elemanı opak ve saydam bileşeni, döşeme ve çatıya ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m*>C A o, A c, A dfls, A ç : sırasıyla kabuk elemanı opak ve saydam bileşeni, döşeme ve çatının toplam alanı, m* tj :iç hava sıcaklığı, C t eoo, t eco, t eoç : sırasıyla kabuk elemanı opak ve saydam bileşeni ve çatıyı etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, C A, : döşemenin ayırdığı ortamlar arasındaki sıcaklık farkı, C Dizayn günü (21 Ocak)'nde yapılan hesaplamalar İstanbul için ısıtmanın istendiği aylara bağlı olarak belirlenen ısıtma dönemi gün sayısı (208 gün) [6] ile çarpılarak, ele alınan bloklarda yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı 280821 kwh olarak belirlenmiştir. 143
B. Yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacının TS 825'de önerilen yöntem uyarınca hesaplanması Bu adımda Ataşehir Toplu Konutlarında49 no'lu adada yer alan Bl-1 ve B2-1 blokları için yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı TS 825'de önerilen hesaplama yöntemi ele alınarak hesaplanmıştır. Hesaplama sonucunda ele alınan bloklar için ısıtma dönemine bağlı olarak yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı 356638 kwh olarak belirlenmiştir. 4. SQNUÇ Ataşehir, 49 no'lu yapı adası Bl-1 ve B2-1 blokları için yapılan bu çalışmada, bloklara ait yıllık ısıtma enerjisi ihtiyacı TS 825 Isı Yalıtım Yönetmeliği'ne ve yöresel meteorolojik veriler ile güneş ışınımı değerlerine bağlı olarak hesaplanmış, hesaplamalar karşılaştırıldığında yöresel meteorolojik veriler ile güneş ışınımı değerleri dikkate alınarak yapıldığında, %22 oranında (75817 kwh) enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür. Sağlanan bu enerji tasarufu, benzer tipte ve çok sayıda üretilen toplu konutlarda ele alındığında yadsınamayacak ölçüde önem kazanacaktır.türkiye'nin büyük şehirlerinde konut açığını kapatmak için yapımı giderek artan toplu konutlar binlerce kullanıcıyı ilgilendirdiğinden bu alanda gereken enerji miktarının azaltılması toplam enerji tüketiminin azaltılmasında önemli bir katkı sağlayacaktır. 5. REFERANSLAR -. [1] ANON, 'TS 825 Isı Yalıtım Yönetmeliği', Bayındırlık Bakanlığı, 2000. [2] Yılmaz, Z., Koçlar Oral, G., 'TS 825 ve Bayındırlık Bakanlığı Isı Yalıtım Yönetmeliğinin Değerlendirilmesi', Yalıtım Dergisi, sayı 18, 1999, İstanbul, s:24-25. [3] Harkness, E.L., Mehta, M.L., 'Solar Radiation Control in Buildings', Applied Science Publishers Ltd., London, 1978. [4] Berköz, E., Yılmaz, Z., Kocaaslan, G., Yıldız,E., Ak, E, 'Enerji Etkin Konut ve Yerleşme Tasarımı', TÜBİTAK, fntag 201, İstanbul, 1995. [5] Mackey, CO., Watson, E.B., 'Summer Weather Data and Sol-Air Temperature-Study of Data for New York City', ASHVE Transaction, C.51, No:1267, 1945, s:75-91. [6] Köcaaslan, G.,'Hacimlerin Pasif Isıtma Sistemleri Olarak Değerlendirilmesinde Kullanılabilecek Bir Yaklaşım', İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1991, İstanbul, s:48-59. 144