Isı kayıplarının çoğu dış kabuğun yetersiz ısı geçirme direncine sahip olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu durum, ya konutun iç ortamının ısısal konfor açısından yetersiz kalmasına ya da yeterli ısıtma/soğutma sağlamak için gerekenin üstünde enerji tüketilmesine neden olmaktadır. Sonuçta, ülke ve kullanıcı büyük kaynak kayıplarına uğramakta ve artan fosil türü yakıt atıkları çevreyi daha çok kirletmektedir. Standart ve yönetmelikler ise konut sto-ğunda ısı korunumu için yetersiz kalmaktadır.

Isı korunumu açısından yetersiz görülen mevcut konutlarda dış kabuğun yenilerek iyileştirilmesi (rehabilitasyonu) için uygulana bilir, enerji etkin ve ekonomik duvar ve çatı sistemleri geliştirmek amacıyla TÜBİTAK ve Toplu Konut idaresi'nin desteği ile bir araştırma çalışması yapılmaktadır

Çalışmanın amaçları:

?          Duvar ve çatıları ek malzemelerle yenileyerek, etkin ısı korunumu sağlamak,

?          iyileştirme tüm maliyetini (ilk maliyet ve kullanma maliyeti) en düşükte tutarak, ülkenin ve kullanıcının kaynaklarını korumak,

?          Duvar ve çatıların enerji etkin olmalarını sağlayacak en düşük ve en yüksek ısı geçirme katsayılarını (K, VV/rrTC) belirlemektir

Isı yalıtımın anlamı

70'li yılların başlarında şiddetle hissedilen enerji krizi, özellikle gelişmiş ülkelerde, enerji sakinimi ile ilgili çalışmaların hızlanmasına neden olmuş ve araştırma-geliştirme kurumları yoluyla bu çalışmalar desteklenmiştir. Bu çerçevede, enerji etkin yeni bina tasarımı ve yapımı yanında, gerekli ısı yalıtımına sahip olmayan binalarda ısıtma ve soğutma için tüketilen enerjiyi azaltmak, ısı engellemek, yoğuş-mayı engellemek, iç konfor şartlarını sağlamak gibi hedeflere ulaşmak için dış kabuğun yeni malzeme ve bileşenlerle yenilenmesi (retrofitting) gündemde yerini almıştır. Günümüzde ise Enerji Sakinimi yanında atık gaz ve parçacıklara bağlı Hava Kirliliği daha çok önem kazanmış özellikle etkileri yeni hissedilen (doğalgazın kullanılması ile) Azot Oksitler ve CO2 üretiminin azaltılması için enerji tüketimini azaltmak yeni bir amaç durumuna gelmiştir. Tablo 1'de Avrupa ülkelerindeki yeni standartlar ile istanbul Göztepe'de (1) numaralı seçenek olarak alınan konut ünitesinde ısıtma yükü ve yalıtım durumu verilmiştir, istanbul'da bir konut ?ünitesinin yıllık ısıtma-enerjisi tüketimi 19.000 KVVh iken, örneğin Almanya'da kabul edilen Standard konutta 7800 KVVh (% 41) ve Avrupa'da düşük enerji konutu için yıllık ısıtma enerjisi tüketimi 2500 KVVh (% 13) olarak benimsenmektedir. Almanya ise 2050 yılındaki CO2 üretiminin bu günkü seviyesinin % 15'ine düsürülmesini planlamaktadır

Mevcut konutlarda enerji etkin ısı korunumu

Mevcut konutlarda ısı korunumu düzeyinin belirlenmesi ve enerji etkin ısı korunumu önlemleri üzerinde çalışmak amacıyla, mevcut konutlar incelenmiş, yalıtım malzemeleri, yalıtım uygulama yöntemleri ve duvar ve çatı çözümleri üzerine çalışmalar yapılmıştır [3]. Bina dış kabuğundaki ısı kayıplarını ve kazançlarını hesaplamak ve bu amaçla bina kabuğunun ve enerji akışının simülasyo-nunu yapmak için ayrıntılı bir enerji analizi bilgisayar programı olan DOE-2 seçilmiş ve kullanılmıştır [4]. Bu programla, beş katlı ve on daireli bir apartman bloğu örnek alınmış ve enerji kayıp ve kazançları hesaplanarak aşağıda sunulmuştur.

Yenilenecek konutların incelenmesi

Mevcut konutlarda yapı kabuğundan ısı geçişini etkileyecek fiziksel özellikleri belirlemek amacıyla anket çalışmaları ve konut alanlarında yerine yapılan tesbit çalışmaları, istanbul'da geniş bir alana yayılan ruhsatsız binalar (apartman kondular) üzerine yapılan bir çalışma ile tamamlanmıştır. Bu binalara ait kritik özellikler belirlenmiş ve sayı-sallaştırılmıştır.Yapılan inceleme çalışmasından yararlanılarak (l)-numaralı seçenek olarak Göztepe'de kuzey-güney istikametinde yönlenmiş 5 katlı, taşıyıcı sistemi betonarme iskelet olan, kırma çatılı bir apartman bloğu seçilmiştir. Örnek bina alanı: 1096 m", hacmi: 2956 m3, normal daire alanı yaklaşık: 110 m2, duvar alanı: 823 m2 ve pencere alanları (balkon kapıları dahil): 317 nV'dir. Binanın saydamlık oranı % 29 ve eni ile boyu arasındaki oran ise % 70'dir. Dış duvarları 13.5 cm yatay delikli tuğla, dört yönde olan çıkmaları 1.50 m'dir ve pencereleri tek camlıdır. Binayı anlatan kesit ve cephe Şekil 1'de verilmiştir

Yalıtım malzemeleri ve uygulama yöntemlerinin incelenmesi

Türkiye'de yenilemede kullanılabilecek ısı yalıtımı malzemeleri aşağıdaki gibi gruplanabilirler:

?          Hücreli polimer ısı yalıtımı malzemeleri: Daneli ve çekme tekniği ile yapılmış kabartılmış polistren levhalar en çok kullanılan ısı yalıtımı malzemeleridir. Yapı yerinde uygulanan veya hazır levha olarak bulunan köpüklendirilmiş poliüretan bulunmakla birlikte pazarda ancak bazı özel uygulamalarda kullanılmaktadır.

?          inorganik fiber, bunlar cam yünü ve taş yünü, levhalardır. Özellikle çatı yalıtımlarında kullanılmaktadır. Uygulamada

cam yününün yerini taş yünüŞekil 2. Yapılarda Isı Akışı.almaktadır. Isı yalıtımlarının yerlerinde gösterdikleri performanslar üzerinde geniş kapsamlı çalışmalar yapılmış ve yapılmaktadır. Yalıtım malzemelerinin ısı iletkenlikleri ve ısısal performanslarına yoğunluk, kalınlık, anizotropi, boyutsal değişimler, hidrofiziksel özellikler gibi iç faktörler ile ısı, sıcaklıkta değişme, morötesi ışınları, oksijen, hava kirliliği, ısı akışının yönü, gaz ve sıvı difüzyonu gibi dış faktörler etkilemektedir [5]. Ancak malzemelerin bilinen genel özellikleri yeterince değerlendiri-lememektedir. TS 825'te yer verilen ısı yılıtımı malzemelerinin ısı iletkenlik katsayıları {%) değerleri gereğinden yüksek görülmektedir.

Dış duvarlarda ve çatılarda ısı yalıtımı uygulamaları genel olarak tipleştirilmiştir. Bu tipleştirme-de, ısı yalıtımında yapılan yaklaşımlar (dış duvarlarda içten ve dıştan ısı yalıtımı gibi), yalıtım amacıyla ve diğer duvar katmanlarında kullanılan malzemeler ve güneş ışınımından yararlanma temel ölçütler olarak ele alınmıştır. Katmanlaşma, birleşim ve boyutsal açıdan aynı tip uygulamalarda farklılıkların ortaya çıkabileceği ve ısı geçişi ile yapım açısından kritik noktaların çözümleri ayrıntılı olarak geliştirmektedir [3].

Isı geçişlerinin hesaplanması-simülasyon

Yapıda temel ısıl girdiler ısıtma sistemi ile üretilen ve genelde taşımımla yayılan ısı ile güneş ışınımı, ısıl çıktılar ise yapı kabuğundan iletim, aşınım ve taşınım yoluyla kaybedilen ısıdır. Isıl girdiler, çıktılar ve ısıtma ve dağıtım sistemi kayıpları Şekil 2'de ayrıntılı olarak verilmiştir. Şekilde yer alan girdiler ve sistem kayıpları araştırmanın kapsamı dışındadır. Çıktılar olarak belirlenen yapı kabuğundan kaybedilen ısının hesaplanması genel olarak sabit rejimde yapılmakta ileri yöntem olarak 'derece-gün metodu' veya 'bin-metod' kullanılmaktadır. Araştırmada kullanılan DOE-2 bilgisayar programı ile enerji akışı analizi, saatlik verilere bağlı olarak kabuk yoluyla kaybedilen ve kazanılan ısıyı gözönüne alarak yapılmaktadır. Ancak bu hesapta buharlaşma ve ışınım yoluyla kaybedilen ısı yer almamaktadır

DOE-2 programının kullanılabilmesi için, enerji akışı analizinin yapılacağı binanın bulunduğu bölgenin meteorolojik verilerinin öncelikle programa yüklenmesi gerekmektedir. Bu amaçla istanbul Göztepe Meteoroloji istasyonunda 10 yıllık dönemde yapılan ölçüm sonuçlarından yararlanılarak bir "Meteorolojik Yıl" belirlenmiş, [6] ve elde edilen verilerden yararlanılarak "Saatlik Meteorolojik Yıl" dosyası uzun süren bir çalışma sonunda düzenlenmiştir. "Çiğlenme Noktası Sıcaklığı", "Direkt Normal Güneş Radyasyonu" ve "Toplam Radyasyon" gibi veriler özel olarak hesaplanmıştır, [7, 8]. Tüm veriler bilgisayar programına uygun olarak for-matlanmış ve "Saatlik Meteoroljik Yıl" dosyası olarak da programa yüklenmişti.

Binalar ve yenileme ile ilgili fiziksel veriler gene özel bir formatla hazırlanmakta ve dosyalanarak programa yüklenmektedir. Bu veriler;

a.         Binanın genel yer ve yön tanımı.

b.         Mekansal şartlar, iç sıcaklık, hava sızması oranı, döşeme ağırlığı, alan ve hacim.

c.         Gölgeleme elemanlarının fiziksel, boyutsal ve yöne bağlı özellikleri.

d.         Yapı bileşen ve elemanlarında kullanılan malzemelerin özellikleri.

e.         Dış duvar, çıkma ve çatı gibi opak yapı elemanlarının katmanları ve boyutsal özellikleri

f.      Pencere ve kapı gibi saydam bileşenlerin fiziksel ve boyutsal özelliklerini içermektedir

Örnek binada enerji kayıpları ve kazançlar

istanbul'da mevcut binalarda dış kabuğun iyileştirilerek yenilenmesi için, içten ve dıştan ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması uygun görülmektedir. Bu nedenle iyileştirme için bu yaklaşımlar seçilmiştir. Göztepe'den mevcut binalar için örnek olarak seçilen ve yukarıda tanımlanan (1) numaralı apartman bloğu ısı yalıtımı içermemektedir ve pencereleri tek camlıdır. Bu binada iyileştirmek için yapılacak ısı yalıtımı seçeneklerinde (çift cam uygulaması hariç) öncelikle kırma çıtının 5 cm ısı yalıtımı ile yalıtıldığı varsayılmıştır. Mevcut bina ve ısı yalıtımı sistemleri aşağıdadır:

?          Çift cam uygulaması - (R1).

?          içten ısı yalıtımı, 5 cm ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması - (R2).

?          Dıştan ısı yalıtımı 10 cm ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması - (R4).

Bu uygulamalarda ısı yalıtımı malzemelerinin ısı iletkenlik katsayıları, TS 825'e uygun olarak (X): 0.04 W/mK ve tek ve çift cam uygulamalarının ısı geçirme katsayıları (K) sıra ile 5.165 W/nfK ve 2.74 Wm2K olarak alınmıştır. Bilgisiyar programı ile enerji kayıp ve kazanç analizleri yapılan mevcut durum ve iyileştirme uygulamalar (ısı yalıtımı sistemleri) için meteorolojik yılın Ka-sım-Nisan döneminde gerçekleşen ısı kayıpları Şekil 3'de görülmektedir. Mevcut binadaki yıllık enerji kaybı toplam olarak 160.17 MWh olarak hesaplanmıştır. Çift cam, içten ve dıştan 5 ve 10 cm ısı yalıtımı sistemleri (R1-R4) ile sağlanan ısı korunumu sıra ile % 18.5, % 43,4, % 51.0 ve % 56.5 olarak gerçekleşebilmektedir Şekil 4. Mevcut durum ile ısı yalıtımı sistemlerinden pencereleri çift cam 5 cm dıştan ısı yalıtımlı olan (R3) seçeneği karşılaştırıldığında, iyileştirmenin dış duvarda % 72, pencerelerde % 60 ve çatıda % 26 etkin olduğu görülmektedir. Burada çatılarda yapılan 5 cm ısı yalıtımının son derece yetersiz olduğu görülmektedir.

Enerji sakınımının yaşam dönemi maliyeti

Uygulanan ısı yalıtımı sistemlerinin yaşam dönemi maliyetleri (1) numaralı apartman bloğu örneğinin bir normal dairesi için yapılmıştır. Yapılan hesaplar sonunda bir konut ünitesinin yıllık ısı kaybı 13.265 KW/h olarak hesaplanmıştır.

Isıtma sistemi kayıpları göz önüne alınarak, bu değerin gerekli ısıtma enerjisinin % 70 olduğu varsayılarak, birim için gerekli enerjisinin 19.000 KW/h olduğu var sayılmıştır. Konut ünitesinde ısı kayıplarının önlenmesi için benzer ısı yalıtımı yaklaşımları yapılmıştır.

Taneli polistren ile yalıtılmış konut biriminde önceden açıklanan uygulamalarda sağlanan enerji korunumundan doğan parasal kazanç ile bu yalıtımlar için yapılan yatırımın ilk maliyeti karşılaştı-rılmıştır. 70 m2 opak duvar yüzeyi ve 33.5 m2 pencere yüzeyi olan konut biriminin ısı yalıtımı ve çift cam maliyetleri ve ısı korunumundan kaynaklanan para ile ilk yatırımın karşılanma süresi Tablo 2 ve Şekil 5'te verilmiştir.

Mevcut durumda bir yıllık ısıtma için gerekli enerji 19.000 KW/h'tir. Kasım 1996 fiyatları ile ısıtma enerjisi birim maliyeti do-ğalgaz ve fuel-oil için yaklaşık aynıdır, 2 300 TL/KW/h, elektrik enerjisi için ise 7.600 TL/KW/h. Bu birim maliyetlere göre:

?          Fuel-oil ya da doğalgaz ile ısınma toplam maliyeti 42 milyon TL.

?          Elektrik ile ısınma toplam maliyeti yaklaşık 144 milyon TL'dir.

Doğalgazla ısınma gözönüne alındığında 10 cm dıştan ısı yalıtımının en etkili çözüm olduğu ve ilk yatırımın sabit fiyatlara göre % 5 faizle, enerji sakinimi yoluyla 15.2 yılda karşılandığı görülmektedir. Mevcut yapılara özellikle yeni çerçeve ile çift cam uygulamasının ekonomik olmadığı da açıkça görülmektedir. Bu uygulamalarla sağlanan ısı korunumuyla Azot Oksit ve CO2 emisyonlarında önemli ölçüde azalmalar gerçekleşmektedir. Buna göre 5 cm ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması ile CO2 ve azot oksit emisyonları % 62 azalmaktadır.

Sonuçlar

?          Mevcut ve yenilenen binaların enerji analizinde bilgisayar programı DOE-2'nin güvenilir sonuçlar verdiği görülmektedir

?          Isı yalıtımı yapılmamış, pencereleri tek camlı, 5 katlı, 10 daireleri bir apartman bloğu yıllık yaklaşık 160.17 MW/h düzeyinde enerji kaybına uğramaktadır. Mevcut olan böyle bir binada ısı korunumu yapıldığında: Çift cam uygulaması (yeni çerçeve ile)-(R1) % 18.5 içten ısı yalıtımı, 5 cm ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması - (R2) % 43.4 Dıştan ısı yalıtımı, 5 cm ısı yalıtımı ve çift cam uygulaması - (R3) %51.0 Dıştan ısı yalıtımı, 10 cm ısı yalıtımı ve çift çam uygulaması - (R4) % 56.5 oranlarında enerji sakanımı sağlamaktadır.

?          Mevcut bina ile ısı yalıtımı sistemlerinden pencereleri çift cam 5 crrvdıştan ısı yalıtımlı olan (R3) seçeneği karşılaştırıldığında, iyileştirmenin dış duvarda % 72, pencerelerde % 60 ve çatıda % 26 etkin olabildiği görülmektedir.

?          Çatılarda yapılacak 5 cm ısı yalıtımı (X. 0.04 W/mK) uygulamasının önemli ölçüde yetersiz olduğu görülmektedir

?          Tanımlanan ısı yalıtımı* uygulamaları arasında, saydamlık oranı % 29 olan mevcut binada iyileştirme amacıyla yapılacak dıştan 10 cm ısı yalıtımı [X. 0.04 W/mK) uygulamasının en ekonomik çözüm olduğu belirlenmiştir.

?          Yenilemede opak bileşenlerle ısı yalıtımı uygulaması, pencerelerin tek cam ve çerçevesi ile çift cam ve yeni çerçeve ile değiştirilmesi uygulamasına göre çok daha ekonomik olduğu görülmektedir

?          Bu uygulamalarla sağlanan ısı korunumuyla Azot Oksit ve CO2 emisyonlarında önemli ölçüde azalmalar gerçekleşmektedir. Buna göre 5 cm ısı yalıtımı ve çift cam uy gulaması ile CO2 ve azot oksit emisyonalrı % 62 azalmaktadır.

Kaynaklar

1.         Olivier, D., Energy Efficiency and Renevvables: Recent Experience on Mainland Europe, Energy Advisory Association, Herefordshire, ingiltere, 1992.

2.         Özkan E., Yapı Elemanlarında Isı Yalıtımı Ekonomisi ve Malzeme Kalınlığının Isı Geçirgenliğinde Marjinal Etkisi, istanbul Teknik Üniversitesi Dergisi, Cilt 52, Sayı 1-2, istanbul Teknik Üniversitesi, 1994, sayfa 91-105.

3.         Altun, O, Mevcut Konutlarının Dış Duvar Opak Bileşenlerinin Enerji Etkin Yenilenmesinde Kullanılabilecek Uygulama Yöntemleri, Mevcut Binalarda Isı Yalıtımı Semineri, istanbul Büyükşehir Belediyesi, Çevre Koruma ve Geliştirme Daire Başkanlığı, istanbul, Şubat 1997.

4.         DOE 2 Reference Manual, Version 2.1 D, Part 1, Lavvrence Berkeley Laboratory, 1981; DOE 2 Reference Manual, Version 2.1, Part 2, Lavvrence Berkeley Laboratory, 1980; DOE 2 Sample Run Book, Version 2.1.E, Lavvrence Berkeley Laboratory, 1993; DOE 2 Supplement, Version 2.1 E, California, 1993

5.         Özkan E., Hücreli Polimer Isı Yalıtımları ve Yaşlanma, Sempozyum, Bildiriler, Isı ve Su Yalıtımında Yenilikler, Yapı Endüstri Merkezi, istanbul, 20 Ocak 1994.

6.         ASHRAE Handbook, 1993 Fundamentals, ASHRAE, Atlanta, USA, 1993.

7.         Givoni, B., "Man, Climate and Architecture, Applied Science Poblishers Ltd., London, 1981, sf. 184-7.

8.         Duffie, J.A., "Solar Engineering of Thermal Process", John VViley and Sons, New York, 1980