Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik Ve Çevresel Analizi

Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 8, No: 3, 2011 (49-61) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 8, No: 3, 2011 (49-61) TEKNOLOJĐK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn:1304-4141 Kısa Makale (Short Communication) Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik Ve Çevresel Analizi Ali DAŞDEMĐR Köyceğiz Mesleki ve Teknik Eğitim Merkezi, 48800, Muğla/TÜRKĐYE dasdemirali@gmail.com Geliş Tarihi: 14.07.2011 Kabul Tarihi: 22.11.2011 Özet Türkiye de enerji kaynaklarının çoğu ısıtma amaçlı kullanılmaktadır. Bu nedenle yapılarda ısı yalıtım uygulamalarıyla önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanabilir. Bu çalışmada, Ardahan da duvar bileşenlerinde hava boşluğunun optimum yalıtım kalınlıkları, enerji tasarrufları ve CO 2 ve SO 2 emisyonları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Uygulamada üç farklı yakıt türü ve Extruded polystrene (XPS) yalıtım malzemesi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre bina bileşenlerinde lerinde bırakılan 4 cm lik hava boşluğunun %81 enerji tasarrufu sağladığı görülmüştür. Bunun yanı sıra yanma sırasında açığa çıkan CO 2 ve SO 2 gibi baca gazı emisyonlarının %80 azaldığı görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Optimum yalıtım kalınlığı, ekonomik analiz, çevresel analiz Economical and Environmental Analysis of the Usage of Air Gap in the Composite Wall Abstract Most of the energy resources are used for heating purposes in Turkey. For this reason significantly energy can be saved by insulation applications on buildings. In this study, the effects of air gaps on the optimum insulation thickness, energy savings and emissions CO 2 and SO 2 in the composite wall construction have been investigated in Ardahan city. In study are used three different energy types and extruded polystyrene as insulation material. The results show that when 4 cm of the air gap was used; the energy saving was decreased 81%. As well as the CO 2 and SO 2 emissions were decreased 80%. Keywords :Optimum insulation thickness, economic analysis, environmental analysis 1. GĐRĐŞ Günümüzde ülkelerin enerji politikalarında, enerji tasarrufu önemli bir konudur. Sınırlı enerji kaynakları, fosil yakıtların kullanımı sonucu oluşan çevre kirliliği, enerji ihtiyacının büyük bir bölümünün ithal edilmesi, yakıt maliyetleri, enerji tasarrufunu zorunlu hale getirmiştir. Ülkemizdeki enerji tüketiminin önemli bir kısmını oluşturan binalarda ısıtma ve soğutma enerjisi tüketimini azaltmanın başlıca yollarından biri, binalara ısı yalıtımı uygulanmasıdır. Isınma döneminde, sıcaklığın yüksek olduğu iç ortamdan dış ortama doğru bir ısı kaybı meydana gelir. Yalıtım, yapı elemanlarından gerçekleşen ısı kaybını ı azaltır. Kullanılan yalıtım malzemesinin kalınlığı ısıl konfor ve enerji tasarrufu açısından oldukça önemlidir. Çünkü düşük yalıtım kalınlığı ısının içeriden dışarıya ya da dışarıdan içeriye daha fazla Bu makaleye atıf yapmak için Daşdemir A,. Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik Ve Çevresel Analizi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2011, 8(3) 49-61 How to cite this article Daşdemir A,. Economical and Environmental Analysis of the Usage of Air Gap in the Composite Wall Electronic Journal of Machine Technologies, 2011, 8(3) 49-61

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik geçmesine neden olur ve sonuçta ısıl konfor ve enerji tasarrufu üzerinde olumsuz bir etki oluşturur [1,2]. Binalar için enerji tüketiminin minimum değerlere düşürülmesinde ulusal düzenlemeler getirilmesi bir zorunluluktur. Bu nedenle Türkiye nin bu yöndeki ihtiyaçları düşünülerek 1999 yılında Binalarda ısı yalıtım kuralları (TS 825) belirlenmiştir. TS825 e göre Türkiye için dört farklı derece-gün (DD) bölgesi belirlenmiş ve bu bölgeler Şekil 1 de gösterilmiştir. Binaların ısı yükü ihtiyaçlarını belirleyen en önemli parametre iklim şartlarıdır. 15 C taban sıcaklık ve 20 C iç ortam sıcaklığı için DD değerleri birinci bölge için 1500 den daha az dördüncü bölge için 4500 den daha fazladır. [3]. Şekil.1. TS 825 e göre Türkiye nin iklim bölgeleri [16]. Daha önce yapılan çalışmalar incelendiğinde Dombaycı vd. Denizli deki binalarda, ısıtma için farklı enerji kaynaklarının kullanılması halinde dış duvarlar için optimum yalıtım kalınlığını Derece-Gün sayısını esas alarak hesaplamışlar Enerji kaynağı olarak kömür kullanıldığında; optimum yalıtım kalınlığı, yıllık lık tasarruf ve geri ödeme süresi sırasıyla 0.048 m, % 42 ve 2.4 yıl olarak elde etmişlerdir [2], Bolattürk Isparta bölgesindeki binaların duvar ve çatı döşemeleri için optimum yalıtım kalınlıkları ve enerji tasarruflarını araştırmıştır. Bunun için yine Derece-Gün sayısı esas alınmıştır.[4], Bolattürk başka bir çalışmasında binaların dış duvarlarındaki optimum yalıtım kalınlığı yıllık ısıtma ve soğutma yüklerine dayandırarak analiz etmiştir. Bunun için yıllık ısıtma ve soğutma derece saatleri hesaplanarak, ekonomik model P1-P2 P2 metoduna göre belirlenmiştir [5], Öztuna, Edirne ilinde optimum duvar yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisini derece gün sayısını kullanarak incelemiş ve En iyi sonuç olarak; yerli kömürün yakıt, EPS yalıtım maddesinin uygulanmasında; optimum yalıtım kalınlığı 0,028-0.039m, geri ödeme süreleri 2,1-4,2 yıl, enerji tasarrufu %24-%47%47 elde etmiştir [1], Yıldız ve Gürlek yaptıkları çalışmada ısı yalıtımının çevresel etkilerini hesaplamış salınan gazların analizini yapmışlardır [6], Mahlia vd Maldivler için,optimum yalıtım kalınlığı hesabını, kullanılan yakıt türüne göre salınan CO 2 ve SO 2 miktarları üzerinde çalışmış ve maliyet analizi yapmıştır,çalışma sonunda duvar bileşenleri içersinde hava boşluğu kullanılması durumunda unda yalıtım kalınlığının düştüğünü CO 2 salınımının da %25 e,toplam gaz salınımının da ise %77 ye varan azalmalar olduğunu elde etmişlerdir [7], Çomaklı ve Yüksel Erzurum, Kars ve Erzincan gibi Türkiye nin en soğuk üç şehri için optimum yalıtım kalınlığını derece gün sayılarını esas alarak araştırmışlar [8], Aksoy vd. Binalarda enerji tasarrufu elde edebilmek için farklı yalıtım maddeleri kullanılarak yapılan bir çalışmada; duvar ve çatı yalıtımında polistiren kullanıldığında %76.8 e varan enerji tasarrufu u elde edilebildiği gösterilmiştir [9], Hasan, optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesinde life-cycle metodunu kullanmıştır. Sonuçlar polystrene ve taş yünü için enerji tasarrufunu 21$/m 2 olarak göstermiştir. Çalışmanın sonucunda geri ödeme süresi taş yünü ü için 1-1.7 yıl polystrene için 1.3-2.3 yıl olarak belirlemiştir [10]. Daouas, yaptığı çalışmada Tunus ta hem ısıtma hem de soğutma yükleri için farklı duvar yönlerinin maliyetler üzerindeki etkisini incelemiştir. Çalışma, en ekonomik sonucun güneye yönlendirilmiş ndirilmiş duvar için elde edildiğini göstermiştir. Bu durumda optimum yalıtım kalınlığı, enerji tasarrufu ve geri ödeme süresi sırasıyla 10.1cm, % 71.33 ve 3.29 yıl olarak belirlenmiştir 50

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 [11]. Kecebas ve Kayfeci soğuk oda tasarımı için optimum yalıtım kalınlığı hesaplamasında kullandıkları OIT yöntemi ile enerji tasarrufu ve maliyet ilişkileri üzerinde durmuşlar optimum yalıtım kalınlıklarının 0,071 ile 0,067 m arasında değiştiğini, Yıllık kazancında 43272 $/800 m 2 a kadar çıktığını elde etmişlerdir [12]. Gürel ve Daşdemir yaptıkları çalışmada Türkiye nin dört farklı ısı bölgesinden iller için optimum yalıtım kalınlıklarını, çevresel etkilerini ve ekonomik analizlerini belirlemişlerdir. Yaptıkları çalışmanın sonucunda optimum yalıtım kalınlığında salınan zararlı gazların %65-%75 oranında azaldığını tespit etmişlerdir [13]. Kurt, Karabük ili için yaptığı çalışmasında LCC analiz yöntemi kullanarak, dış duvarlarda hava boşluğunun, optimum yalıtım kalınlığı, enerji tasarrufu toplam maliyet, CO 2 ve SO 2 salınımları üzerindeki etkisini araştırmıştır. Çalışma için hava boşluklarını 2,4 ve 6 cm olarak belirlenmiş ve elde edilen sonuçlara göre hava boşluğunun sırasıyla 2,4,6 cm bırakılması durumunda, hava boşluksuz duvara oranla toplam maliyet üzerinden 10,02, 20,03 ve %30,7 oranlarında tasarruf sağlanmıştır. Aynı çalışmada hava boşluğu sayesinde CO 2 ve SO 2 salınımında da %54,46 ya kadar azalma görülmüştür [14]. Literatürde de görüldüğü gibi, optimum yalıtım kalınlığı üzerine bir çok çalışma mevcuttur. Bu çalışmada ise, duvar bileşenlerinde bırakılacak olan hava boşluğunun optimum yalıtım kalınlığı ve çevresel analizi üzerinde daha fazla durulmuştur. 2. DUVAR YAPISI Daha önceki yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen bulgulara göre enerji tasarrufunu en çok sağlayan ve en çok tercih edilen duvar tipi sandvic duvar tipidir. Duvar bileşenleri, 2 cm iç sıva (1), 8.5 cm yatay delikli tuğla (2), yalıtım malzemesi (3), hava boşluğu (4), 8.5 cm yatay delikli tuğla(2) ve 3 cm dış sıvadan (5) oluşmaktadır. Hesaplamalarda kullanılan dış duvarın yapısı Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekil 2. Sandvic duvar yapısı 3. ISI YÜKÜ HESABI ve ENERJĐ GEREKSĐNĐMĐ Binalarda ısı kayıpları genellikle dış duvar yüzeyinden, pencerelerden, tavandan ve hava infiltrasyonu ile meydana gelmektedir. Yapılan çalışmada ısı kayıplarının sadece dış duvar yüzeyinden meydana geldiği kabul edilmiştir. Dış duvarın birim alandan gerçekleşen ısı kaybı aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanabilir. 51

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik q= U T b T ) (1) ( o Denklem 1 de verilen U (W/m 2 K) ısı transfer katsayısıdır. Tb baz sıcaklığı ve sıcaklığı ifade etmektedir. To ise günlük ortalama Birim alandan gerçekleşen yıllık ısı kaybı derece gün değerine göre hesaplanabilir. q A = 86400DDU (2) Isıtma için gerekli enerji ihtiyacı Eşitlik 3. kullanılarak hesaplanabilir. 86400DDU E A = (3) η Tipik bir duvar için toplam ısı geçişi aşağıda verilen denklem ile elde edilir. U = R Đ + R w 1 + R ins + R o (4) Burada Ri ve Rosırasıyla iç ve dış yüzey ısıl dirençleridir. direncidir. Kullanılan yalıtım malzemesinin ısıl direnci Rins Rw yalıtımsız duvar tabakasının toplam ısıl aşağıdaki formül ile hesaplanır. x R ins = (5) k Yukarıda verilen denklem (5) de x (m) yalıtım tabakasının kalınlığını, k (W/mK) ise yalıtım malzemesinin ısı iletkenlik katsayısını ifade eder. Çalışmada hava boşluğunun etkisinden de bahsedildiği için çalışma içersinde yer alan hava boşluğu duvar bileşeninden kabul edildiği için yalıtım malzemesi olarak kabul edilip denklem (5) ile verilen ifadeden elde edilmektedir. Yalıtımsız bir duvar tabakasının toplam ısıl direnci, R i, R w ve R o toplamı kabul edilirse Eşitlik 4 deki ifade Eşitlik 6 daki ifadeye dönüşür. U = 1 R tw + R ins (6) R x = Rw (7) k tw + Sonuç olarak yıllık ısıtma için gerekli enerji ihtiyacı denklem (8) de verilen formül ile elde edilir E A 86400DD = (8) ( R + x / k)η tw Bina için yıllık yakıt tüketimi aşağıdaki ifade ile bulunur 52

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 m F 86400DD = (9) ( R + x / k) LHVη tw Eşitlilikte, LHV (J/kg), (J/m 3 )veya (J/kWh) yakıtın alt ısıl değeri, η ısıtma sisteminin verimini ifade etmektedir. 4. YALITIM KALINLIĞININ OPTĐMĐZASYONU Binaların dış duvarlarına yalıtım uygulaması yaparak ısı kazanç ve kaybı değerlerinde önemli ölçüde avantaj sağlanmış olur. Bu durumda enerji tasarrufu açısından yalıtım kalınlığının en uygun değerde olması gerekmektedir. Yalıtım kalınlığı uygunluğu da dış ortam sıcaklığı, bina duvar yapısının katmanları, yalıtım malzemesinin özellikleri gibi unsurlardan etkilenmektedir. Optimum kalınlığının hesaplaması için, ekonomik analiz yöntemlerinden biri olan bugünkü değer yöntemi kullanılmıştır. Ömür maliyet analizi bir sistemin maliyet analizini belirler. Çalışmada toplam ısıtma maliyeti, ömür süresi N ve şimdiki değer faktörü PWF kavramları ile birlikte değerlendirilmiştir. PWF, enflasyon oranı g ve faiz oranı i kullanılarak hesaplanabilir. PWF değerinin hesabında N 10 yıl olarak alınmıştır. Enflasyon ve faiz oranları sırasıyla %9 ve %9 [15] olarak alınmıştır. PWF değerinin belirlenmesinde aşağıdaki eşitlikler kullanılabilir. PWF 1 = 1 + i (10) Birim alanı ısıtmak için kullanılan yıllık enerji maliyeti aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır. 86400. DD. C / f C A = ( Rtw + x k ). LHV η. (11) Burada C f TL/kg yakıtın birim fiyatını, ifade etmektedir ve aşağıda Tablo 2. de kullanılan yakıtlara ait özellikler verilmiştir. Tablo 1. Çalışmada kullanılan yakıtlara ait özellikler Yakıt Fiyat LHV η Kimyasal Formül Kömür 0,56 TL/kg 29,295x10 6 J/kg 0,65 C 5.85 H 5.26 O 1.13 S 0.008 N 0.077 Doğal Gaz 0.73 TL/m3 34.526 x 10 6 J/m 3 0.93 C 1.05 H 4 O 0.034 N 0.022 Fuel-oil 1.96 TL/kg 40.594 x 10 6 J/kg 0.80 C 7.3125 H 10.407 O 0.04 S 0.026 N 0.02 Aşağıdaki ifade ile yalıtım maliyeti elde edilir. C = C x (12) ins i. Burada, Ci yalıtım malzemesinin fiyatı (TL/m 3 ) ve x yalıtım malzemesinin kalınlığını belirtmektedir (m). Yalıtılmış bir binanın toplam ısıtma maliyeti aşağıdaki bağıntı yardımıyla hesaplanmaktadır. C = C. PWF+ C x (13) t A i. 53

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik Aşağıda verilen denklem ile yalıtım kalınlığı elde edilmektedir. 1/ 2 DD. C f. PWF. k X OP = 293,94. k. R HU. Ci. η f WT. (14) Tablo 2. Çalışmada kullanılan parametreler Parametre Değer Derece Gün 5137 Yakıt Tablo 1. Yalıtım XPS Isı Đletkenlik k 0.031 W/mK Fiyat C i 163 TL/m 3 Duvar Đç Sıva 0,02 m Isı iletkenlik, k 0.872 W/mK Tuğla 0,08 m Isı Đletkenlik, k 0.45 W/mK Dış Sıva 0,03 m Conductivty, k 1,4 W/mK Hava Isı Đletkenlik, k 0,025 W/mK R wt 0.57 m²k/w Ömür, N 10 5. YANMA HESAPLAMALARI Binalarda uygulanan dış cephe yalıtımları yakıt tüketimini asgari seviyeye indirdiği için, enerji tasarrufunun yanı sıra, yanma sonucunda oluşacak atık gazların emisyonlarını da azaltmış olacaktır. Kullanılan yakıtların genel yanma formülü aşağıdaki eşitlikte verilmiştir [2]. C z ( BN 2 x H zows y N t + αa O2 + 3,76N 2 ) xco2 + H 2O+ yso2 + ( α 1) AO2 + 2 (15) Yakıt içersindeki, Kimyasalların yanabilmesi için gerekli olan Oksijen miktarı Aşağıda verilen formüller ile elde edilebilir: z w A = x+ + y (16) 4 2 z w t B = 3,76α x+ + y+ + (17) 4 2 2 (15) ile verilen denklemde x NO ve CO emisyonları ihmal edilir. 1kg yakıtın yanması sonucu ortaya çıkacak emisyon oranları aşağıdaki denklemler ile elde edilir 54

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 x. CO2 M CO = kg CO kg 2 2 / fuel (18) M y. SO2 M SO = kg SO / 2 2 kg fuel (19) M Toplam yakıt miktarının belirlendiği M f denklemi üzerinden, yanma sonucu açığa çıkacak toplam gaz emisyonları aşağıda verilen (20) ve (21) denklemleri ile bulunur. M 44x = (20) 2 M CO m f M 64y = (21) 2 M SO m f M yakıtın mol ağırlığı hesaplanarak elde edilir. M = 12 x+ z+ 16w+ 32 y+ 14t (22) 6. ARAŞTIRMA VE BULGULAR Bu çalışmada Türkiye nin en yüksek Derece Gün değerine sahip olan Ardahan ilinde dış duvarlarda XPS yalıtım malzemesi kullanılması halinde, yakıt olarak ithal kömür, fuel oil ve doğal gaz olmak üzere 3 farklı yakıt türü karşılaştırılarak bina dış duvarlarında uygulanacak ısı yalıtımının optimum kalınlığı hesaplanmıştır. Ayrıca bina duvarlarının bileşenlerinde hava boşluğu bırakılmasının yalıtım kalınlığı üzerine etkisi ve yanma sonucu ortaya çıkan gazların çevresel analizleri yapılmıştır. Bina dış duvarlarına uygulanan yalıtım kalınlığının artması yakıt ve yalıtım malzemesi için harcanan maliyeti azaltmakta ve aynı zamanda salınan zararlı gazların da azalmasını sağlamaktadır. Yalıtım ve yakıt maliyetlerinin toplamı olan toplam maliyetin en düşük olduğu değer optimum yalıtım kalınlığını vermektedir. Aynı zamanda başka bir veri olan yıllık kazancın en yüksek seviyesi yine optimum yalıtım kalınlığını işaret etmektedir. 140 120 Yalıtım Toplam Yakıt Yıllık Maliyet (Tl/m 2 ) 100 80 60 40 20 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Yalıtım Kalınlığı (m) Şekil 3. Kömür kullanılması durumunda yıllık maliyet, yalıtım kalınlığı ilişkisi 55

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik Şekil 3 de Ardahan için yalıtım kalınlığı-yıllık maliyet ilişkileri görülmektedir. Yalıtım kalınlığı ile orantılı bir şekilde azalan toplam maliyet optimum yalıtım kalınlığından sonra artışa geçmektedir. Bu noktadan sonra yapılacak olan yalıtım maliyeti hem kazancın düşmesine hem geri ödeme süresinin artmasına ve gereksiz harcamalara neden olacaktır. Bilindiği gibi hava en iyi ses ve ısı yalıtımlarından biridir. Duvar bileşenlerinde, yapıyı bozmadan ve yapıya zarar vermeden bırakılacak hava boşluğu bedava enerji tasarrufu sağlayacaktır. Bu çalışma için de duvar bileşenlerindeki hava boşluğunun 4 cm ye kadar bırakılması haline optimum yalıtım kalınlığı, yıllık maliyet ve çevresel analizler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Aşağıda verilen Şekil 4 ve 5 de yakıt olarak kömür kullanılması durumunda, yalıtım malzemeleri ile birlikte 2 cm ve 4 cm hava boşluğu bırakılması halinde yıllık maliyetler üzerindeki değişimleri verilmiştir. 45 40 Yalıtım Toplam Yakıt 35 Yıllık Maliyet (Tl/m 2 ) 30 25 20 15 10 5 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Yalıtım Kalınlığı (m) Şekil 4. Duvar bileşenlerinde 2 cm hava boşluğu bırakılması halinde yalıtım kalınlığı yıllık maliyet ilişkisi 35 30 Yalıtım Toplam Yakıt Yıllık Maliyet (Tl/m 2 ) 25 20 15 10 5 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Yalıtım Kalınlığı (m) Şekil 5. Duvar bileşenlerinde 4 cm hava boşluğu bırakılması halinde yalıtım kalınlığı yıllık maliyet ilişkisi 56

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Şekillerden de görüldüğü gibi yalıtım ve yakıt maliyetlerine bağlı olarak değişen toplam maliyet bir noktada minimum değeri almaktadır. Hava boşluğunun artması minimum noktayı daha düşük yalıtım kalınlıklarına çekmektedir. Optimum yalıtım kalınlığı için, toplam maliyet hava boşluğu bırakılmadan yapılan bir binada 36,75 TL/m 2 iken bu değer 2 cm hava boşluklu bir yapıda 32,05 TL/m 2 ve 4 cm hava boşluklu bir binada ise 27,36 TL/ m 2 olmaktadır. Yıllık tasarruflar incelendiğinde ise doğal gaz kullanılması halinde boşluk bırakılmadan yapılan bir yalıtım uygulamasında tasarruf %55 iken bu değer 4 cm hava boşluğu ile %78 e kadar çıkmaktadır. Şekil 6. Hava boşluğu optimum yalıtım kalınlığı ilişkisi Bina dış duvarlarında bırakılan hava boşluğunun farklı yakıt türlerine göre optimum yalıtım kalınlığı üzerindeki etkisi Şekil 6 da görülmektedir. Şekilden de anlaşıldığı üzere binada yakıt olarak Fuel-oil kullanılması durumunda optimum yalıtım kalınlığı 0.154m iken bu değer 4 cm hava boşluğu bırakılan bir binada 0.096m ye düşmüştür. Yıllık Kazanç (Tl/m 2 ) 180 160 Fuel Oil Kömür Doğal Gaz 140 120 100 80 60 40 20 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Yalıtım Kalınlığı (m) Şekil 7. Farklı yakıtlar için yalıtım kalınlığı yıllık kazanç ilişkisi Bina ısıtmasında yüksek maliyetli yakıt kullanılması, optimum yalıtım kalınlığını ve dolayısıyla yıllık kazancı etkileyecektir. Yüksek maliyetli bir yakıt kullanılması halinde enerji tasarrufunu arttıracak aynı zamanda maliyet yüksek olduğundan en fazla kazanç elde edilecektir. Bu çalışmada kullanılan farklı 57

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik yakıtlar için hesaplanan optimum yalıtım kalınlıklarında en düşük değer doğal gaz da elde edilirken, en yüksek değer en pahalı ve en yüksek alt ısıl değer sahip olan fuel oil de elde edilmiştir (Şekil 7). Doğal gaz için hava boşluğu bırakılmadan yapılan bir bina duvar bileşeninde optimum yalıtım kalınlığı 0,087 m iken 4 cm bir hava boşluğu ile bu değer 0,030 m olmaktadır (Tablo 3.) Tablo 3. Farklı yakıt türlerine göre hava boşluklu optimum yalıtım kalınlıkları Yakıt Türü Optimum Yalıtım Kalınlığı (m) Hava Boşluksuz 2cm hava 4cm hava Doğal Gaz Kömür Fuel Oil 0,087 0,102 0,154 0,05 0,073 0,125 0,030 0,044 0,096 Yalıtım, iyi bir enerji tasarruf yöntemi olmasının yanında yakıt kaynaklı çevresel kirlilik için de ciddi bir önlemdir. Kömür, doğal gaz ve fuel-oil yandıkları zaman çevreye CO 2 ve SO 2 gibi zararlı gazlar salınmaktadır. Đnsan sağlığı için zararlı olan bu gazlar, yakıt tüketiminin artmasına bağlı olarak artış göstermektedir. Bina duvarlarına uygulanacak olan yalıtım, yakıt tüketimini azaltacağı için baca gazı emisyonlarını da önemli ölçüde düşürecektir. Aşağıda verilen Şekil 8 de yakıt olarak doğal gaz kullanılması durumunda CO 2 emisyonlarının yalıtım kalınlığı ile değişimini göstermektedir. Şekilden de anlaşılacağı üzere yalıtım kalınlığı lığı arttıkça salınan gaz emisyonları azalmaktadır. Bunun yanı sıra hava boşluğu bırakılan bir binada ise bu değer yarıdan da aşağılara inmektedir. Şekil 8. Doğal gaz için yalıtım kalınlığı CO 2 emisyon ilişkisi 58

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Şekil 9. Kömür için yalıtım kalınlığı SO 2 emisyon ilişkisi Şekil 10. Fuel oil için yalıtım kalınlığı SO 2 emisyon ilişkisi Tüketilen yakıt miktarı arttıkça çevreye salınan zararlı gazların oranı da o derece artacaktır. Bina dış duvarlarına uygulanacak olan yalıtım, yakıt tüketimini azaltacağından çevreye salınan baca gazlarını da önleyecektir. Bunun yanı sıra, bina dış duvarlarında rında yalıtımla birlikte duvar bileşenleri arasındaki hava boşluğu, yakıt tüketimini asgari seviyeye indireceği için baca gazı salınımları da en düşük seviyede olmaktadır. Şekil 9 ve Şekil 10 da sırasıyla kömür ve fuel-oil kullanılması halinde çevreye salınan SO 2 miktarlıları verilmiştir. Her iki durumda da hava boşluğunun artmasıyla birlikte çevreye salınan SO 2 oranının azaldığı elde edilmiştir. 5. SONUÇ VE ÖNERĐLER Enerji verimliliğini arttırmak ve enerji tasarrufunu en üst düzeye çıkartmak için ısı yalıtımı en iyi 59

Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 Duvar Bileşenleri Arasına Hava Boşluğu Uygulamasının Ekonomik yöntemlerin başında gelmektedir. Bina dış duvarlarına uygulanacak olan ısı yalıtımı ile kış aylarında meydana gelen ısı kaybı, yaz aylarında ise oluşan ısı kazancı, büyük ölçüde önlenmiş olur. Aynı zamanda binalarda uygulanacak ısı yalıtımı, tüketilen yakıt miktarını azaltacağı için çevreye salınan zararlı gazları da önemli ölçüde azaltacaktır. Bina ısı yalıtımı, bina duvarlarının gerek kışın, gerekse yazın karşılaşacağı iç ve dış ortam şartlarını optimum seviyede karşılayabilecek şekilde yapılmalıdır. Ardahan ili için XPS yalıtım malzemesi kullanılması halinde en uygun yakıt türünün doğal gaz olduğu tespit edilmiştir. Konutların ısıtma ve soğutma uygulamalarında enerji giderleri yüksek olan ülkemizde optimum yalıtım kalınlığının belirlenmesiyle yapılacak yalıtım uygulamaları sonucunda sağlanan yakıt tasarrufu dolayısıyla enerjiyi verimli kullanmak daha da önem k az anm ıştır. Elde edilen sonuçlara göre, uygun duvar konstrüksiyonu ve yalıtım malzemesinin belirlenmesiyle, binalarda enerjinin etkin kullanılması ve yerel kaynakların korunması, ithal enerji talebinin düşürülmesi ve buna bağlı olarak daha az yakıt tüketilmesi ile zararlı emisyonların çevreye olumsuz etkilerinin azaltılması mümkün gözükmektedir. 6. KAYNAKLAR [1]. Öztuna, S. ve Dereli E., Edirne ilinde optimum duvar yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisi, Trakya Univ J Sci, 10 (2): 139-147 (2009). [2]. Gölcü, M., Dombaycı, A. ve Abalı, S., Denizli için optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisi ve sonuçları, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der, 21 (4): 639-644 (2006). [3]. Sisman, N., Kahya, E., Aras, N. and Aras, H., Determination of optimum ınsulation thicknesses of the external walls and roof (ceiling) for Turkey s different degree-day regions, Energy Policy, 35 (10): 5151-5155 ( 2007). [4]. Bolattürk, A., Optimum insulation thicknesses for building walls with respect to cooling and heating degree-hours in the warmest zone of Turkey, Building and Environment, 43 (6): 1055 1064 (2008). [5]. Bolattürk, A., Determination of optimum insulation thickness for building walls with respect to various fuels and climate zones in Turkey, Applied Thermal Engineering, 26 (11-12): 1301 1309 (2006). [6]. Yildiz, A., Gürlek, G., Erkek, M. and Özbalta, N., Economical and environmental analyses of thermal insulation thickness in buildings, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 28 (2): 25-34 (2008). [7]. Mahlia, T.M.I. and Iqbal, A., Cost benefits analysis and emission reductions of optimum thickness and air gapsfor selected insulation materials for building walls in Maldives, Energy, 35 (5): 2242-2250 (2010). [8]. Çomaklı, K., and Yüksel, B., Optimum insulation thickness of external walls for energy saving, Applied Thermal Engineering, 23 (4): 473-479 (2003). [9]. Aksoy, U.T. and Keleşoğlu, Ö., Bina kabuğu yüzey alanı ve yalıtım kalınlığının ısıtma maliyeti üzerinde etkileri, Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi, 22 (1): 103-109 (2007). [9]. Hasan, A., Optimizing ınsulation thickness for buildings using life cycle cost, Applied Energy, 63 (2): 115-124 (1999). 60

Daşdemir A,. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2011 (8) 49-61 [11]. Daouas, N., A study on optimum insulation thickness in walls and energy savings in Tunisian buildings based on analytical calculation of cooling and heating transmission loads, Applied Energy, 88 (1): 156-164 (2011). [12]. Keçebas, A. and Kayfeci, M., Effect on optimum insulation thickness,cost and saving of storage desing temperature in cold storage in Turkey, Energy Education Science and Technology, 25 (2): 117-127 (2010). [13]. Gürel, A.E. ve Daşdemir A., Economical and Enviromental Effects of Thermal Insulation Thicness in Four Different Climatic Regions of Turkey IJRER, 1 (1) : 1-10 (2011) [14]. Kurt, H., The usage of air gap in the composite wall for energy saving and air pollution Environmental Progress & Sustainable Energy, 30 (3): 450-458 (2011) [15]. www.tcmb.gov.tr Türkiye Cumhuriyeti Merkez Bankası [16]. http://www.tugla.web.tr SĐMGELER C Maliyet [TL/kg, TL/m, TL/kWh] DD Derece gün sayısı [ C-gün] E A Isıtma için gerekli yıllık enerji miktarı [J/m 2 yıl] g Enflasyon oranı [%] i Faiz oranı [%] k Yalıtım malzemesinin ısıl iletim katsayısı [W/mK] LCCA Ömür maliyet analizi LHV Yakıtın alt ısıl değeri [J/kg, J/m 3, J/kWh] m f Yıllık yakıt tüketimi [kg/m 2 yıl, m 3 /m 2 yıl, kwh/m 2 yıl] PP Geri ödeme süresi [yıl] PWF Şimdiki değer faktörü q Yıllık ısı kaybı [MJ/m 2 yıl] r Gerçek faiz oranı R Isıl direnç katsayısı [m 2 K/W] T b Mahal sıcaklığı [ C] T 0 Ortalama dış sıcaklık [ C] U Toplam ısı geçiş katsayısı [W/mK] ins Yalıtım η Yakma sisteminin verimi f yakıt X Yalıtım Kalınlığı [m] 61