Ayrıca, özellikle büyük kentlerde düzensiz yerleşme, artan nüfus ve denetimsiz, verimsiz yakıt kullanımı ile her yıl artan hava kirliliği insan sağlığını tehdit edici boyutlara ulaşmaktadır. Bu olumsuzlukları gidermek, yapma ısıtma enerjisi kaynaklarının görev payının azaltılması ve dolayısıyla, yapılarda ısı yalıtımı kullanarak enerji tasarrufunu gerçekleştirmek ile olanaklıdır. Diğer bir deyişle, ısıtmanın istendiği dönemde ısı kayıplarının minimize edilmesi ve dolayısıyla, yapılarda ısı yalıtımı kullanarak enerji tasarrufunu gerçekleştirmek zorunludur.

Bu nedenle, bu çalışmada, yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanımının enerji korunumu açısından öneminin vurgulanması hedeflenmiştir.

1. Giriş

Yapı kabuğu, enerji korunumun-da etkili olan önemli tasarım değişkenlerinden biridir. Yapı kabuğu, yapıda kullanıcılar için sağlanması gereken ve enerji korunumunu zorunlu kılan nedenlerden biri olan iklimsel konfor durumunun oluşturulmasında da önemli bir rol oynamaktadır, iklimsel konfor durumunun sürekli oluşturulabilmesi için yılın belirli dönemlerinde binaların aktif olarak ısıtılması gereklidir. Ancak;

?          Aktif ısıtmada kullanılacak enerji kaynakları tükenebilir ve sınırlıdır.

?          Isıtma süreci sonunda dış havaya atılan atıklar nedeniyle giderek artan hava kirliliği insan sağlığı zarar vermektedir.

?          Aktif ısıtmada kullanılan enerji kaynaklarının gereksiz ve aşırı kullanımı ülke ekonomisine zarar vermektedir.

Yukarıda açıklanan nedenlerden ötürü aktif ısıtma sistemlerini minimum kullanarak enerji kurumunun sağlanması zorunludur. Diğer bir deyişle, enerji korunumunu gerçekleştirmek, yapıları optimal performans gösteren pasif ısıtma sistemleri olarak tasarlanmakla olanaklıdır. Optimal pasif ısıtma sistemleri ısı kontrolunda optimal performans göstererek, yapma ısıtma sistemlerinin minimum düzeyde kullanılmasını gerçekleştirirler.Yapma ısıtma sistemi devre dışı tutulan (çalıştırılmayan) bir yapı bir bütün olarak pasif ısıtma sistemidir. Yapı kabuğu ise sistemin en etkin öğesini oluşturur.

2. Yapı kabuğunun pasif ısıtma işlevi açısından tanımlanması

Yapı kabuğunun pasif ısıtma işlevi açısından tanımı;

?          Güneş ışınımına karşı yutuculuk (a), geçirgenlik (t) ve yansıtıcılık (r) gibi optik ve

?          Toplam ısı geçirme katsayısı (k), zaman geciktirmesi (9), genlik küçültme faktörü (f) ve saydamlık oranı (x) gibi termofiziksel özellikleri ile yapılabilmektedir. Yutuculuk, geçirgenlik ve yansıtıcılık katsayıları, sırasıyla, bileşen tarafından yutulan, geçirilen ve yansıtılan güneş ışınımı miktarlarının bileşen dış yüzeyine gelen güneş ışınımına oranlarıdır. Yapı bileşeninin dış yüzeyindeki güneş ışınımı, bileşenin optik özelliklerine bağlı olarak güneş ısısı kazancına dönüşür. Zaman geciktirmesi ve genlik kü-

çültme faktörü gibi termofiziksel özellikler, ısı depolama niteliklerinden ötürü, opak kabuk bileşenleri için söz konusu edilmektedirler. Bu özellikler bileşeni oluşturan katmanların, ısı iletkenlik katsayıları ( X), kalınlıkları (d), yoğunluk ( p), özgül ısıları (c) ve dolayısıyla ısı kapasitelerinin (p.c) fonksiyonudurlar. Zaman geciktirmesi, gün içinde, kabuk bileşenini etkileyen maksimum sol-air sıcaklığın etkisinin, bileşenin iç yüzeyinde maksimum yüzey sıcaklığını oluşturuncaya kadar geçen zaman süresi olarak tanımlanmaktadır. Genlik küçültme faktörü ise gün içinde, ele alınan bileşene ilişkin maksimum iç yüzey sıcaklığı ile ortalama iç yüzey sıcaklıkları farkının, maksimum sol-air sıcaklık ile ortalama sol-air sıcaklık farkına oranı, olarak tanımlanmaktadır. Bilindiği gibi, toplam ısı geçirme katsayısı, gerek opak, gerekse saydam yapı kabuğu bileşenlerine ilişkin bir termofiziksel özelliktir ve farklı iki çevreyi ayıran bir yapı bileşenin iki yüzünde etkili olan hava sıcaklıkları arasındaki fark 1 °C iken, birim 1 m") alanda, birim zamanda (1 saatte) geçen toplam ısı miktarı olarak tanımlanmaktadır. Saydamlık oranı ise, saydam ve opak yapı bileşenlerinden oluşmuş yapı elemanlarına ilişkin bir özellik olup saydam bileşen alanının, yapı elemanı alanına oranıdır. Yapı kabuğu optik ve termofiziksel özellikleri,yapı kabuğunun birim alanından, dış hava sıcaklığı ve güneş ışınımı etkileriyle, kazanılan ve yitirilen ısı miktarlarının belirleyicileridirler, iç çevre iklimsel durumu ve yapma ısıtma yükleri yapı kabuğundan yitirilen ve kazanılan toplam ısı miktarlarına bağlı olarak değişim gösterir.Dolayısıyla, yapı kabuğu optik ve termofiziksel özellikleri aynı zamanda gerek iç iklim durumunun gerekse yapma ısıtma yüklerinin belirleyicileridirler (1).

3. Yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanımı ve ısıtma enerjisi korunumu

Bilindiği gibi, Türkiye'de, ısıtma enerjisi korunumuna yönelik olarak yapılarda ısı yalıtımı kullanılmasına ilişkin yönetmelik bir yönetmelik mevcuttur (2). Ancak sözü edilen yönetmeliğin yapı kabuğuna ilişkin maddelerinde verilen değerler, yeteri kadar sağlıklı olmayan yöntemlere ve eksik teknik bilgiye dayanılarak hazırlanmıştır. Dolayısıyla, mevcut yönetmelik yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanımı ve enerji korunumu sağlama açısından yetersizdir (3). Diğer taraftan, yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanımıyla ısı kayıplarının minimize edileceği ve ülke genelinde enerji tasarrufu sağlanacağı açıktır. Bu nedenle, bu makalede, yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanılması ile sağlanabilecek enerji tasarrufunu vurgulamak amacıyla, yapı kabuğundan ısı kayıplarının hesaplanmasında, zamana bağlı ısı geçişi rejimini esas alan dolayısıyla ısı geçişi hesaplarında daha sağlıklı ve gerçeğe yakın sonuçlara dayandırılan bir uygulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, ısı yalıtımlı ve ısı yalıtımı kullanılmayan opak kabuklardan (dış duvarlardan) oluşturulmuş bir hacim ısı kayıpları açısından karşılaştırılmıştır. Bunda amaç, gerçekçi bir hesaplama yöntemiyle, yapı kabuğunda ısı yalıtımı kullanılmasıyla giderilecek ısı kayıplarının enerji tasarrufunu sağlamadaki önemini vurgulamaktadır.Yukarıda sözü edilen uygulama çalışmasına ilişkin kabuller aşağıdaki sıralanmıştır.

?          Çalışma istanbul yöresinde bir konut binasının ara katında yer aldığı varsayılan bir hacim içindir.

?          Hesaplamalar, ısıtmanın istendiği dönemi karakterize eden 21 Ocak günü için yapılmıştır.

?          Hacimin 4 dış duvarlı olduğu kabul edilmiştir.

?          Biçim faktörü (planda hacim genişliğinin derinliğine oranı) 2/1 olup, dikdörtgen planlı bir hacim ele alınmıştır. Geniş cephe kuzey-güney doğrultusundadır.

?          Cephe olarak bileşenin güneş ışınımı yutuculuk katsayısı ao=0.7 (koyu renkli) alınmıştır.

?          Hacimin tavan yükseklikleri 3 m ve döşeme alanı 32 m2'dir. Döşeme betonarme döşemedir.

?          Saydamlık oranı 0 alınarak, cephede pencere olmadığı kabul edilmiştir.

?          Hacimin dış kabuğu için 3 alternatif ele alınmıştır. Ele alınan alternatiflerin katmanlaşma detayları tablo 1'de, malzemelerin ısı geçişine ilişkin fiziksel özellikleri tablo 2'de verilmektedir. Opak bileşenin toplam ısı geçirme katsayıları aşağıdadır.

alternatif 1 için ko=3.41 kcal/m2h°C

alternatif 2 için ko=1.09 kcal/m2h°C

alternatif 3 için ko=0.65 kcal/m2h°C

Şekiller 1, 2, 3'de sırasıyla 1, 2 ve 3 nolu alternatifler için 21 Ocak'da ve farklı yönlere bakan dış duvarlarının (hacim kabuğunun) birim alanlarından (1m2) kaybedilen ısı miktarlarının saat-likdeğişimleri görülmektedir. Hesaplamalarda, hacim içerisinde ek bir yapma ısıtma sisteminin devreye girmediği varsayılmıştır. Belirli sıcaklıktaki iki ortamı ayıran opak kabuk bileşeninde zamana bağlı tek boyutlu ısı geçişi denkleminin çözümü için sonlu farklar yöntemi kullanılmıştır. Hesaplamalar için bir bilgisayar programından yararlanılmıştır (4).

Şekil 4'de ise 3 alternatif için (sı yalıtımsız, 5 cm ısı yalıtımlı, 10 cm ısı yalıtımlı dış duvar olmak üzere) 21 Ocak'da hacimin tüm dış duvarlarının birim alanından 1 m2) kaybedilen ısı miktarlarının saatlik değişimleri verilmektedir. Yukarıda belirtildiği gibi ele alınan hacimde herhangi bir ısıtma sistemi yoktur. Dolayısıyla, yukarıda açıklanan şekiller hacimin pasif sistem olarak olarak gösterdiği performansı ifade etmektedir. Şekillerden görüldüğü gibi ısı yalıtım tabakasının kalınlığı arttıkça ısıtmanın istendiği dönemde ısı kayıpları azalmakta, diğer bir deyişle, hacim pasif ısıtma sistemi olarak daha iyi bir performans göstermektedir. Bu nedenle, enerji korunumu açısından 3 nolu alternatif tercih edilmelidir.

4. Sonuç

Bu çalışmada, bir yaşama hadimi, dış duvarlarında farklı kalınlıkta ısı yalıtımı kullanılması ve ısı yalıtımı kullanılmaması durumunda, ısıtmanın istendiği dönemi karakterize eden ve dizayn günü olarak alınan 21 Ocak'da kaybettiği ısı kayıpları açısından karşılaştırmıştır. Bu karşılaştırmanın amacı, tasarımcı, yapımcı ve kullanıcılara dış duvarlarda ısı yalıtımı kullanılmasının ısı kayıplarını azaltmada ve enerji korumunu sağlamadaki önemini vurgulamaktadır.Dış kabukta uygun kalınlıkta ısı yalıtımı kullanılarak, ısıtmanın istendiği dönemde ısı kayıplarının minimize edilmesi ile sağlanabilecek ısıtma enerjisi tasarrufunun ülke genelindeki enerji tasarrufuna katkısı gözardı edilmemelidir. Ancak, uygun kalınlıkta ısı yalıtımının uygulanması için yapı maliyeti faktörü de dikkate alınmalıdır.

Kaynaklar

1.         BERKÖZ, E., YILMAZ, Z., YILDIZ,E., KOCAASLAN G., Türkiye'nin Çeşitli iklim Bölgeleri için Isıtma Enerjisi Tasarrufu Açısından

Optimum Kabuk Seçeneklerinin Belirlenmesi, İTÜ Yapı ve Deprem Araştırma Merkezi, istanbul, 1989, s. 1.1-1.4.

2.         Binalarda Isı Yalıtımı Yapılmasına ilişkin Yönetmelik (16.1.1985), Resmi Gazete.

3.         KOCAASLAN, G., Binalarda Isı Yalıtımı ve Enerji Tasarrufu, Yalıtım 97 Sempozyumu Bildiriler Kitabı, Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, 1997, Elazığ, s. 47.

4.         YILMAZ, Z; iklimsel Konfor Sağlanması ve Yoğuşma Kontrolunda Optimum Performans Gösteren Yapı Kabuğunun Hacim Konumuna ve Boyutlarına Bağlı Olarak Belirlenmesinde Kullanılacak Bir Yaklaşım, Doktora Tezi, İTÜ Mimarlık Fakültesi, istanbul, 1983, s. 110, 115, 129-134.