www.teknolojikarastirmalar.org ISSN:134-4141 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 26 (3) 1-9 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Davetli Makale Isı Yalıtım Uygulamalarının Üç Bölge İçin Enerji Verimliliği Açısından İncelenmesi Baki KÖSE, Osman ISIKAN, A. Talat İNAN Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine Eğitim Bölümü Enerji Anabilim Dalı Göztepe kampusu 34722 Kuyubaşı / İstanbul ÖZET Bu çalışmada, konutlarda ısı yalıtım kullanımının enerji verimliliği açısından incelenmesi hedeflenmektedir. Konunun ülkemiz açısından önemi irdelendiğinde, öncelikli olarak, konutlarda ısı yalıtımı kullanımı ve enerji verimliliği sağlamayı zorunlu kılan nedenler açıklanmakta, dünyada ve Türkiye deki gelişmeler irdelenmektedir. Bu gelişmelere bağlı olarak sunulan öneriler, standartların geliştirilmesi ve ısı yalıtım sistemlerinin geliştirilmesi, mevcut konutların iyileştirilmesi, enerji etkin bina tasarımı olarak ele alınmaktadır. Konutlarda enerji verimliliğinin sağlanmasında en etkili yolun, konutların enerji etkin sistemler olarak tasarlanması olduğu vurgulanmakta ve bu konuda yapılmış örnek bir çalışma sunulmaktadır. Sonuç olarak, tüm önerilerin gerçekleştirilebilmesi için, öncelikle enerji korunumu mevzuatının tüm yönleriyle ele alınmasının önemi açıklanmaktadır. Anahtar Kelimeler: Isı Yalıtımı, Enerji Verimliliği 1. GİRİŞ Enerji tüketiminin büyük bir bölümünün yapı sektöründe gerçekleştirildiği ülkemizde, enerji verimliliği çözüm geliştirilmesi gereken en önemli konulardan biridir. Avrupa Birliğine katılmayı hedefleyen ülkemiz, teknolojik ve sosyoekonomik açıdan gelişmiş ülkelerin seviyesine ulaşmak için yoğun bir çaba harcamakta, bu çabada en önemli engellerden biri de enerji tüketimindeki açık olmaktadır. Ülkemizde nüfus artışı, kentleşme ve sanayileşme gibi nedenler enerji tüketimini hızla arttırmaktadır. Buna rağmen ülkemizde verimlilik kavramına yeterince önem verilmediğinden dolayı enerji verimli kullanılmamakta bu da enerji israfına sebep vermektedir. Diğer taraftan da çevre kirliliğine neden olmaktadır. Dünya genelinde enerji tüketimi son 25 yılda kişi başına sadece yüzde 5 kadar artmış olmakla beraber, gelişmekte olan ülkemizde son 25 yıldaki artış oranı yüzde 1 rakamının üzerindedir. Ülkemizin kendi enerji üretimi 199 yılında toplam ihtiyacın % 5 kadarını karşılarken günümüzde % 3 civarını karşılamaktadır. Bütün bunlar göz önünde bulundurulduğunda, hem enerji üretimini arttırmak hem de enerjiyi verimli kullanmak zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Enerji tasarrufu yapılmadığı ve enerji kullanımında verimlilik konusunda yeterli uygulamalar geliştirilmediği takdirde ülkemizde ekonomi ve çevre sorunlarının yoğun olarak yaşanacağı açıktır [ 2 ].
Teknolojik Araştırmalar : MTED 26 (3) 1-9 Isı Yalıtım Uygulamalarının Üç Bölge İçin Enerji Verimliliği 2. KONUTLARDA ISI YALITIMI KULLANIMI ve ENERJİ EKONOMİSİ SAĞLANMASINI GEREKTİREN SEBEPLER Enerjinin doğru ve verimli olarak kullanımı ile sağlanacak enerji tasarrufu daha ucuza elde edilebilen bir enerji kaynağıdır. Konut sektörü enerji tüketiminin önemli bir payını oluşturduğundan, konut sektöründe enerjinin verimli kullanımına yönelik teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanmasının sağlanması, diğer sektörlere de bir kazanç olarak yansıyacaktır. Konutların en önemli işlevlerinden biri iç kısımda ısıl konfor koşullarının sağlanmasıdır. Günümüzdeki enerji sorunu göz önünde bulundurulduğunda, bina kabuğunun ısıl konforu minimum enerji kullanarak sağlaması büyük bir önem taşımaktadır. Isıtma enerjisi harcamalarının minimum düzeye indirgenmesi için ısı kayıplarının azaltılması ve dolayısıyla ısı yalıtımı kullanımı gerekli olmaktadır. Avrupa Yalıtım Üreticileri Kurumu EURIMA (Europen Insulation Manufacturers Association) dan alınan 21 yılı verilerine göre duvarlardan meydana gelen enerji kayıpları, konutlarda oluşan toplam ısı enerji kaybı ve duvarların yalıtım kalınlığı sırasıyla şekil 1,2,3 de görülmektedir. [ 1 ]. 12 1 121 MJ/m2 8 6 4 69 83 87 76 8 52 83 2 Türkiye İngiltere İsviçre Finlandiya Norveç Danimarka İsveç Almanya Şekil 1. Duvarlarda Meydana Gelen Enerji Kayıpları Avrupa 21 [ 1 ] 12 1 8 1,1 1,6 % 6 4 2 5,3 1,8 1,7,7,9 1,3 Türkiye İngiltere İsviçre Finlandiya Norveç Danimarka İsveç Almanya Şekil 2. Konutlarda oluşan Toplam Isı Enerjisi Kaybı [ 1 ] 2
Köse, B., Isıkan, O., İnan, A.,T. Teknolojik Araştırmalar: MTED 26 (3) 1-9 25 2 Kalınlık mm 15 1 5 Türkiye İngiltere İsviçre Finlandiya Norveç Danimarka İsveç Almanya 1982 199 1995 1999 21 Şekil 3. Duvarların Yalıtım Kalınlığı [ 1 ] 3. DÜNYADA VE TÜRKİYE DE KONUTLARDA ISI YALITIMI VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ KONUSUNDAKİ GELİŞMELER Dünyada teknolojinin ilerlemesine paralel olarak artan enerji ihtiyacının büyük bir bölümünü karşılayan fosil yakıtların giderek azalması, enerji korunumu ve enerji verimliliği konusundaki çalışmalara hız kazandırmıştır. Dünyada temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönelik teknolojiler geliştirilirken, enerjinin verimli kullanımını sağlayarak, enerji tüketimini azaltacak yöntemler araştırılmaktadır. Dünyada ve ülkemizde bu tür çalışmaların gelişmesinde, iklim değişikliği ve küresel ısınma, çevresel kirlenme gibi kaygılar önemli rol oynamaktadır. Günümüzde gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler, sanayi, konut, ulaşım başta olmak üzere birçok sektörde enerjinin verimli kullanımını uyguladıkları enerji politikaları ile teşvik etmektedirler. Uygulanan politikalar, mali teşvikler, kontrol ve bilgilendirme hizmetleri ile desteklenmektedir. Gelişmiş ülkelerde, enerji verimliliği yatırımları için devlet ucuz kredi ve vergi muafiyeti gibi mali katkılarda da bulunmaktadır. [ 1 ] Isı yalıtımı, tüm dünyada enerji verimliliği kavramına bağlı olarak geliştirilen politikaların en önemli ayağını oluşturmuştur. Şekil 4 de görüldüğü gibi, AB nde konut ve yapı sektörünün toplam enerjinin yaklaşık yüzde 4'ını tüketmesi ve büyük bir tasarruf potansiyeline sahip olması, bu sektöre yönelik ilgiyi artırmıştır. Bu nedenle, enerji verimliliği ile ilgili çalışmalarda, inşaat sektörüne yönelik düzenlemeler ağırlıklı yer tutmuştur. Birçok ülke 197'li yıllardan başlayarak, yeni bina standartları geliştirmiştir. Bu standartlar, gelişen yalıtım teknolojilerine bağlı olarak sürekli yenilenmektedir. Avrupa'nın özellikle, soğuk iklim bölgesindeki Finlandiya, İsveç ve Norveç gibi ülkeler, 197'li yıllardan itibaren, inşaatla ilgili yönetmeliklerinde, binalarda enerji verimliliği ve buna bağlı olarak ısı yalıtımı ile ilgili ayrıntılı düzenlemelere yer vermişlerdir. İsveç'in bu konuda hazırladığı yönetmelik, bugün birçok Avrupa ülkesi için model oluşturmaktadır. İsveç'te, 25 yılına kadar, binalarda yüzde 5 daha az enerji talebi sağlanacak şekilde bina ısı yalıtım standartlarında değişiklik yapılması öngörülmektedir [ 2 ] 3
Teknolojik Araştırmalar : MTED 26 (3) 1-9 Isı Yalıtım Uygulamalarının Üç Bölge İçin Enerji Verimliliği Ulaşım 31% Sanayi 28% Konut 41% Şekil 4. AB nde Sektörsel Enerji Tüketiminin Dağılımı [ 2 ] EURIMA (Europen Insulation Manufacturers Association) tarafından yapılan bir araştırma, son 2 yıldır Avrupa daki yeni konut inşaatlarında uygulanan ısı yalıtımı standartlarının gelişimini kapsamaktadır. Bu araştırma yeni inşaatlarda tavsiye edilen ve uygulanan mineral yünlü yalıtım ürünlerinin kalınlığı üzerine yoğunlaşmıştır. Araştırmaya göre, özellikle orta Avrupa daki birçok ülkede yalıtım standartlarının sürekli bir gelişim içinde olduğu görülmüştür. (EURIMA) Aralık 22 tarihinde yaptırdığı bir araştırmada, yalnızca 1974'ten önce yapılan konutların, ısı yalıtımı yenilenmesi durumunda, tüm konut sektörünün ısıtma giderlerinden yaklaşık yüzde 42 tasarruf sağlanabileceği hesaplanmıştır [ 1 ]. Konuya Türkiye açısından yaklaşıldığında, çalışmaların istenilen düzeye gelmediği ancak son yıllarda önemli atılımların yapıldığı gözlenmektedir. Teknolojinin gelişmesi, yakıt fiyatlarının artması karşısında insanların daha az enerji maliyeti harcayarak daha konforlu ortamlarda yaşama isteği, yalıtım kullanımına önem verilmesine yol açmakta ve yalıtım sektörünün gelişmesini sağlamaktadır. Mevcut ısı yalıtım yönetmeliğinin ve TS825 standardının [ 3 ] yürürlüğe girmesi de yalıtım sektörünün gelişmesine önemli katkı sağlamıştır. Türkiye de konutların enerji performansı ve yalıtım ürünleri konularındaki yönetmelik, standart ve revizyon çalışmaları sürdürülmektedir. Ülkemizdeki yönetmelik ve standartlar genellikle Avrupa Standartlarından tercüme edilerek oluşturulmaktadır. Bu durum zaten Avrupa da hazırlanan yöntemlerin benimsendiğinin bir göstergesidir. Burada önemli olan bu yöntemlerin Türkiye koşullarına uygun şekilde geliştirilmesi, Türkiye nin farklı karakteristiklere sahip farklı iklim bölgeleri için yeni yöntemler üzerinde çalışılması gerekmektedir. 4. KONUTLARDA UYGUN ISI YALITIMI KULLANIMI ve ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN SAĞLANMASINA İLİŞKİN ÖNERİLER Binalarda uygun ısı yalıtımı kullanımı ve enerji verimliliğinin sağlanmasına ilişkin öneriler aşağıda açıklanmıştır 1. Yapısal ve Kurumsal Düzenlemeler 2. Yönetmelik ve Standartların Geliştirilmesi 3. Mevcut Binaların iyileştirilmesi 4. Enerji Etkin Bina Tasarımı 5. Ar-Ge ve Eğitim Çalışmaları 6. Isı Yalıtım Sistemlerinin Geliştirilmesi 5. YALITIM TEKNİKLERİ ve YALITIM MALZEMELERİ Yalıtım, kullanıldığı duruma göre dış etkilerden ayırmak veya tecrit etmek anlamında, bina yalıtımı ise; "yapıyı kendi bünyesi ile içindeki eşya ve canlılara zarar verici etkilerden korumak için alınan önlemler 4
Köse, B., Isıkan, O., İnan, A.,T. Teknolojik Araştırmalar: MTED 26 (3) 1-9 paketi" olarak tanımlanmaktadır. Oysa bina yalıtımı; "malzeme üretiminden uygulamasına kadar titizlik, hassaslık, çok yönlü detay çalışmasını gerektiren ve birçok bilim dalını ilgilendiren bir sistem bütünüdür". Bu nedenle, bina yalıtımında, ulusal ekonomi ve çevre ilişkisinin ortaya konulması ve rasyonel çözümlere varılabilmesi için ekonomi, fizik, kimya, makine, inşaat, mimarlık vb bilim dalları bir eşgüdüm içerisinde bulunulmalıdır. Ülkemizde yapılmış ve yapılmakta olan konutlar ele alındığında bunların büyük bir kısmının konvansiyonel yapım sistemli iskelet taşıyıcı, boşluklu pişmiş kil veya gözenekli beton blok dış duvarlar ile oturtma kiremit çatılardan oluştuğu görülmektedir. Dış kabuğun farklı yalıtım özelliklerinin yetersiz kaldığı ve böylece enerji ve performans kayıplarının ortaya çıktığı, dolayısıyla çevrenin zarar gördüğü tartışılmaz bir gerçektir. Gelişmiş ülkelerin inşaat sektörü de yalıtım malzemelerinin kullanımı, artan enerji fiyatları, teminindeki güçlükler, enerji üretirken çevrenin kirlenmesi, konfor gereksinmesi, tüketici ve ülke ekonomisine tasarruf getirmesi nedeniyle ülkemize oranla çok artmıştır. Oysa ülkemizde kişi başına yalıtım malzemesi tüketimimiz çok azdır. Şekil 5 de 21 verilerine göre ülkelerin kulanmış olduğu yalıtım kalınlıkları görülmektedir [ 1 ]. 25 cm 2 15 1 5 5 1 12 2 2 18 22 1 Türkiye İngiltere İsviçre Finlandiya Norveç Danimarka İsveç Almanya Şekil 5. Duvarlarda Yalıtım Kalınlığı Avrupa 21 [ 1 ] Yalıtım uygulama düzeyi ise, ülkelerin gelişmişlik düzeyi ile yakından ilgili olup, sadece konut sahibi olabilme gereksinimi, yaşam standardının yükselmesiyle birlikte konforlu bir konut sahibi olabilme yönünde gelişmeye başlamıştır. Yapıda kullanılacak malzemelerin karakteristiklerinin araştırılması, incelenmesi ve analiz bulgularının irdelenmesi, deneysel ve gözlemsel bulgularla sağlanabilmektedir. Kullanım yerlerine göre malzeme karakteristiğini doğrudan etkileyen çevresel faktör ve parametreler; Mekanik deformasyonlar, Aşınma, Isısal etkenler, Su ve nem etkileri, Akustik sorunlar, Güneş ve Atmosfer etkileridir. Bu etkileşimler, stabil ve / veya dinamik ortam şartları için ayrı ayrı fiziksel, kimyasal ve mekanik değişimler açısından detay olarak incelenmelidir. Bu incelemelerin tamamı, gerek zaman ve gerekse ekonomik açıdan oldukça yüksek bir değer tutacağı kaçınılmazdır. Ancak, günümüzde en uygun bir 5
Teknolojik Araştırmalar : MTED 26 (3) 1-9 Isı Yalıtım Uygulamalarının Üç Bölge İçin Enerji Verimliliği malzemeyi seçebilmek amacıyla yapı ve / veya kaplama elemanlarının aşağıda verilen bazı fiziksel faktör ; belirlenmelidir : Isı iletkenliği, Isı depolama kapasitesi, Havadan (hidroskopi)veya malzemelerden nem alma yeteneği ve eğilimi, Malzeme içerisinde nem iletme özelliği (su iletme özelliği, kapiler iletim özelliği), Nemli malzemenin kuruma konusunda davranışı (nem desorpsiyonu), Ses emme-yutma ve bunu uzun süre koruma yeteneği, Nem etkisi altında malzemenin dayanıklılığı, Değişken sıcaklık ve nem etkileri altında şekil ve hacim değişikliğine olan eğilim, Malzemenin yüksek ve düşük sıcaklıklara dayanım özelliği, Sertlik, ısı ve nem etkisi altında değişimiyle ilgili özellikler, Kohezyona karşı dayanıklılık, Yapısını koruma özelliği, Kimyasal maddelere karşı dirençlilik (asitlerden, alkalilerden ve organik çözücülere karşı etkilenmezlik), Eskimezlik (bozunma), Yüksek dekoratif özellik, Hava şartlarına dayanıklılık ve Malzemenin yapısal doku durumudur. Tüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de sürekli artmakta olan enerji maliyetleri özellikle ısı yalıtımını çok önemli kılmıştır. Ülkemizdeki bazı büyük kent merkezlerindeki binaların yalıtım durumlarına ilişkin istatistiksi veriler ise şöyledir. 199 yılında 15.543 binada PİAR tarafından yapılan araştırmaya göre, yönetmelik yürürlüğe girdikten sonra inşa edilmiş binaların İstanbul da %53, Ankara da %24, İzmir, Kocaeli ve Bursa da %84 ünde hiç ısı yalıtımı kullanılmamıştır. İsveç in halen yürürlükte bulunan bina dış kabuğundan bir ısıtma mevsiminde sarf edilecek ortalama ısı sarfiyatını ülkemiz yönetmelikleri ile karşılaştırırsak, İstanbul da bir binada 2.8, Ankara da 3.6, Erzurum da 6. kat daha fazla yakıt sarf edilerek aynı ısınmanın sağlandığını görüyoruz. Kaynakları son derece kıt olan ülkemiz, bir Avrupa ülkesine göre 6 kat daha fazla yakıtı ısınmak amacıyla harcamaktadır. Tüketilen fazla yakıt aynı oranda da ekonomiye ve doğal çevreye zarar vermektedir. 6. BÖLGELERE GÖRE OPTİMUM YALITIM KALINLIKLARI. Aşağıdaki grafiklerde birinci, ikinci ve üçüncü bölgeler için optimum yalıtım kalınlıkları görülmektedir. İç sıva 2 cm, dış sıva 3 cm ve tuğla kalınlığı 2 cm baz alınarak ( Q = (.35 / (.29 + L y ) ) *1 * ( 2 - T d ) formülü üretilebilir. Bu formülden yararlanarak bölgeler için optimum yalıtım kalınlığı sırasıyla grafik 1,2,3 de görülmektedir. Grafik 4 de ise 4 m 2 bir odanın yalıtımlı ve yalıtımsız durumdaki ısı kaybı görülmektedir. 6
Köse, B., Isıkan, O., İnan, A.,T. Teknolojik Araştırmalar: MTED 26 (3) 1-9 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2,,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1 Toplam Isı Kaybı Q ( Kcal/h ) Yalıtım Kalınlığı L (m) Grafik 1. I. Bölge İçin Optimum Yalıtım Kalınlığı 28 26 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 4 2,,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Toplam Isı Kaybı Q ( Kcal/h ),1 Yalıtım Kalınlığı L (m) Grafik 2. II. Bölge İçin Optimum Yalıtım Kalınlığı Toplam Isı Kaybı Q ( Kcal/h ) 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1 Yalıtım Kalınlığı L (m) Grafik 3. III. Bölge İçin Optimum Yalıtım Kalınlığı 7
Teknolojik Araştırmalar : MTED 26 (3) 1-9 Isı Yalıtım Uygulamalarının Üç Bölge İçin Enerji Verimliliği 8 Toplam Isı İhtiyacı Q Kcal/h 7 6 5 4 3 2 1 I.Bölge II.Bölge III.Bölge Yalıtımlı Yalıtımsız Kazanç Grafik 4. Bölgelere Göre Isı Kayıp Dağılımı 7. SONUÇ Binalarda enerji verimliliği konusunda sunulan önerilerin gerçekleştirilebilmesi ve konuya ilişkin önemli atılımlar sağlamak için tasarımcılar, yapımcılar ve karar vericiler birlikte çalışmalıdır. Türkiye de enerji verimliliği sağlamada etkili olan bina yalıtım yönetmelikleri enerji korunumu mevzuatı tüm yönleriyle ele alınmalıdır. Bugün Türkiye'de geçerli olan enerji korunumu mevzuatı çeşitli yönetmelik ve standartlarda yer alan maddelerden oluşmaktadır. Enerji korunumu yönetmelikleri, enerji etkin binaları tanımlayan, ileri teknolojiye sahip yapı ve yalıtım malzemelerine yönelik uygulamaları içeren, mimar / mühendise ve bina kullanıcılarına yol gösterici teknik bilgi ve kriterlerin oluştuğu bir rehber niteliğinde olmalıdır. Bu tür bir kaynak ve uygun yapısal düzenlemeler ile mevcut binaların enerjiyi verimli kullanacak şekilde yenilenmesi ve yeni tasarlanacak binaların da enerji etkin olarak tasarlanması ve gerçekleştirilmesi mümkün olabilecektir. KAYNAKLAR 1. EURIMA (Europen Insulation Manufacturers Association) 2. Türkiye de Yalıtım Gerçeği, İZODER, 25, İstanbul. 3. TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları, Türk Standartları, TSE, 1998, Ankara. 4. Koçlar Oral G., Yalıtım Dergisi ile Röportaj, Yalıtım, yıl:9, sayı:54, 26, İstanbul. 5. Yılmaz, Z., Koçlar Oral, G., Manioğlu, G., Isıtma Enerjisi Tasarrufu Açısından Bina 6. Kabuğu Isı Yalıtım Değerinin Bina Formuna Bağlı Olarak Belirlenmesi, İTÜ Araştırma Fonu, Proje no: 985, 2, İstanbul. 7. Çomaklı K., Yüksel B., Optimum Insulation Thickness of External Walls for Energy Saving. Appl. Therm. Eng. 23, 473-479, 23. 8. Çomaklı K., Yüksel B., Environmental impact of thermal insulation thickness in buildings. Appl. Therm.Eng. 24, 933-94, 24. 8
Köse, B., Isıkan, O., İnan, A.,T. Teknolojik Araştırmalar: MTED 26 (3) 1-9 9. Gündem, Yaşanabilir çevre için yalıtım.izocam diyalog. Nisan/Mayıs/Haziran/ 25. 1. Karakoç H., Enerji Ekonomisi, Demirdöküm yayınları 1997. 11. Anonymous 1999. Türkiye enerji stratejisinin değerlendirilmesi. TÜSİAD-T/98-12/239 12. Dağsöz A.K., 1999. Konutlarda ekonomik ısınma elkitabı. İzocam yayınları, 12,İstanbul. 13. TMMO., 1995. Kalorifer tesisatı proje hazırlama teknik esasları. Makina Müh. Odası, Yayın No.84,İstanbul 14. Baker, D. K., and Sheriff, S. A.,1997. Heat transfer optimization of a district heating system using search methods. Int. J. Energy Research, 21, 233-252. 15. Bohn, B., 2. On transient heat losses from buried district heating pipes. Int. J. Energy Research, 24, 1311-1334. 16. Incropera F.P. and Dewitt, D.P. Fundamentals of heat and mass transfer. 2nd ed, John Wiley, New York, USA 1985. 9