Bu bildiride, ısı korunumu ile ilgili yönetmelikler irdelenerek, yapı kabuğu ısı geçirme katsayısı değerlerinin diğer-yalıtım değeri özelliklerine ve yapı formuna bağlı olarak belirlenmesi konusunda istanbul Teknik Üniversitesi'nde sürdürülmekte olan araştırma projesinin tanıtılması amaçlanmaktadır. Aynı ha-cimi çevreleyen farklı formlar için bina cephe alanı ve buna bağlı olarak bina dış cephe alanından kaybedilen ısı miktarı farklı olacağından, bu çalışmada bina formu V/A (bina hacmi/bina dış cephe alanı) oranıyla ifade edilmektedir. Bu amaca uygun olarak çalışma; referans V/A oranı için iklimsel konfor açısından bina kabuğu termofiziksel özelliklerine ilişkin uygun değerler kombinezonlarının belirlenmesi, seçilen V/A değişim aralıklarına bağlı olarak yapı  alternatiflerinin oluşturulması, yapı kabuğunun birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarlarının hesaplanması, günlük ortalama saatlik ısı miktarlarının edilen farklı yapı formlarına bağlı değişim grafiklerinin analiz edilmesi ve yapı formu (V/A) ile tüm yapı kabuğundan kaybedilen ısı kaybı (Q) ilişkisinin belirlenmesi, adımlarını kapsamaktadır.

1. Giriş

Yapı, kullanıcıların ısısal (termal) konfor gereksinmesini istenilen düzeyde gerçekleştirecek ve devamlılığını sağlayacak niteliğe sahip olmalıdır. Dış iklimsel koşulların bölgelere ve zamana göre değişkenlik gösteren ekstrem değerleri nedeni ile ısıtmanın istendiği dönemin belirli bir bölümünde insanın ısı gereksinmesi ancak yapma ısıtma ile sağlanabilir. Yapma ısıtmanın istendiği dönemde, dış hava sıcaklığı ile iç hava konfor sıcaklığı arasındaki fark değeri, ısıtma gereksinmesinin veya binanın ısı kaybının miktarını belirler.Dış çevredeki belirli bir hava sıcaklığında, bina hacimleri içerisinde iç hava konfor sıcaklığı sağlanıyorsa, ısıtma gereksinmesi doğal olarak karşılanabiliyor demektir. Isıtmaya ihtiyaç duyulan dönemde iç ve dış hava sı-caklığı arasındaki farkın büyük olması nedeniyle, ısıtma gereksinmesinin doğal yollarla karşılanması imkansız olmaktadır. Bu durumda yapma ısıtmanın zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Ancak, yapıların tasarlanması sürecinde, enerji harcamalarını en aza indirecek önlemlerin alınması zorunludur ve "yapı formu" da en az ısı kaybına yol açacak şekilde ele alınması ve belirlenmesi gereken önemli bir tasarım değişkenidir. Yapı formu; biçim faktörü (planda uzunluğun derinliğe oranı), yapı yüksekliği, çatı türü gibi yapıya ilişkin geometrik değişkenler aracılığı ile tanımlanabilir. Aynı hacimi çevreleyen farklı formlar için yapı dış cephe alanı ve buna bağlı olarak da dış cephe alanından kaybedilen ısı miktarı farklı olacaktır. Dolayısıyla, yapı kabuğu ısı geçirme katsayısının ısı korunumu açısından belirlenmiş üst sınır değerleri de yapı dış cephe alanına bağlı olarak değişkenlik göstermelidir. Bu nedenle bu bildiride, ısı korunumu ile ilgili yönetmelikler irdelenerek, yapı kabuğu ısı geçirme katsayısı değerlerinin yapının hacmi/dış cephe alanı (V/A) oranına bağlı olarak belirlenmesi için bir yöntem önerisi sunulmaktadır.

2. Türkiye'de ısıtma enerjisi korunumu konusundaki yönetmilikve standartlar

Türkiye'de ısıtma enerjisi korunumu konusundaki yönetmelik ve standartlar,

?          1970 yılında uygulamaya konulan "TS 825 - Binalarda Isı Etkilerinden Korunma Kuralları".

?          3 Kasım 1977 tarihinde yürürlüğe giren, Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı "Isıtma ve Buhar Tesislerinde Ekonomi Sağlanması ve Hava Kirliliğinin Azaltılması Yönetmeliği".

?          16 Ocak 1985 tarihinde yeniden gözden geçirilmiş son durumuyla Bayındırlık ve iskan Bakanlığı tarafından yürürlüğe giren ve halihazırda yürürlükte olan "Isı Korunumu Yönetmilği".

?          Henüz taslak halinde olan yeni "TS 825 Standardı" olarak sıralanabilir.

?          "TS 825 - Binalarda Isı Etkilerinden Korunma Kuralları".

Bu standart, Türkiye'nin iklim bölgelerine ve yapı bileşenlerinin türüne bağlı olarak, bu bileşenlerin sahip olması gereken en az ısı geçirgenlik dirençlerini vermektedir. Bu standart yapı bileşenlerinin en az ısı geçirgenlik dirençlerini yalnız opak bileşenler için vermiş olup, bu bileşenlerin baktığı yönü, eğimlerini cephenin saydamlık oranlarını, cam türünü ve bina biçimini hesaba katmamıştır. Standardın göz önüne almadığı tüm bu değişkenler, yapıların ısıtma gereksinmesi miktarının ve dolayısıyla, tüketeceği yakıt miktarının belirlenmesinde etkili olmaktadır.

?          Isıtma ve Buhar Tesislerinde Ekonomi Sağlanması ve Hava Kirliliğinin Azaltılması Yönetmeliği".

Bu yönetmelik en az yapma ısıtma enerjisi gereksinmesi oluştu-racak yapıları, dış alanlarının ortalama toplam ısı geçirme katsayısı ile tanımlamaktadır. Yönetmelikte, F/V oranlarına (binanın ısı kaybeden toplam alanının çevrelediği hacime oranı) ve dış tasarım sıcaklıklarına bağlı olarak, dış alanların ortalama toplam ısı geçirme katsayısı üst sınır değerleri ve dış tasarım sıcaklıklarına göre pencere dış duvar ortalama toplam ısı geçirme katsayılarının maksimum değerleri belirlenmiştir [1]. Ancak, yapılar ve dış duvarlar için önerilen ortalama ısı geçirgenlik katsayıları, binanın veya kabuk elemanının yönlendi-riliş durumundan bağımsız olarak verilmişlerdir. Ayrıca, bu değerlerin hesaplanmasında, güneş radyasyonunun ısıtıcı etkisinin katkısı ele alınmamıştır. Bu yönetmelik daha sonra ortadan kalkarak yerini, 16 Ocak 1985 tarihinde yeniden gözden geçirilmiş son durumuyla Bayındırlık ve iskan Bakanlığı tarafından yürürlüğe giren ve halihazırda yürürlükte olan "Isı Korunumu Yönetmilği"ne bırakmıştır.

? Bayındırlık ve iskan Bakanlığı tarafından yürürlüğe giren ve halihazırda yürürlükte olan "Isı Korunumu Yönetmeliği". Halihazırda yürürlükte olan bu yönetmelik, Türkiye'nin iklim bölgeleri için yapı bileşenlerinin ısı geçirgenlik dirençlerinin alt sınır değerlerini ve pencere-dış duvar ortalama ısı geçirme katsayılarının üst sınır değerlerini belirlemiş ve Türkiye'deki tüm yapılarda bu değerlere uyulmasını zorunlu kılmıştır 12], Ancak bu yönetmelikte de bir önceki yönetmelikte olduğu gibi, yön değişkeni ve güneş ışınımının ısıtıcı etkisi ihmal edilmiştir. Yönetmelik bölgelerindir-me esasına dayandırılmasına rağmen, aynı bölgede yer alan fakat meteorolojik verileri birbirinden farklı yöreler için yönetmeliğin verdiği değerler aynıdır. Buna ek olarak, yapı bileşenlerine ve elemanlarına  uygulanması   iste-nen ısı geçirgenlik direnci ve toplam ısı geçirme katsayıları, bu elemanların baktığı yön, eğim ve cephenin saydamlık oranı gibi yapma çevre değişkenlerinden bağımsız olarak verilmiştir. Yukarıda varılan sonuçlardan görüldüğü gibi yürürlükteki yönetmeliğin ısıtma enerjisi korunumu-nu hedefleyen yapılar için yetersiz olduğu kesinleşmiştir. Bu yetersizliği gidermek için TS 825 Standardı tekrar ele alınarak, yakın bir gelecekte yürürlüğe girmesi beklenen yeni bir taslam olarak hazırlanmış bulunmaktadır. ? Taslak olarak hazırlanan TS 825 Standardı.

Ülkemizde uzun yıllardır, yetersizliği vurgulanan ısı korunumu ile ilgili yönetmeliklerin eksikliklerini ortadan kaldırmak amacıyla yeni bir taslak hazırlanmıştır. Hazırlanan bu yeni taslak standart, yapılarda yıllık enerji miktarlarını hesaplayarak, ısıtma enerjisi harcamalarını sınırlandırmayı hedeflemektedir [3], Bu açıdan yeni tasarının daha önceki yönetmelik ve standartlarda ele alınmayan tasarım parametrelerini de hesaba katması doğru bir yaklaşım olarak görülmekle birlikte, temel alınan hesaplama yöntemi, Türkiye kadar güneşli olmayan ülkeler için hazırlanan aynı tür yönetmeliklere dayandırılmıştır. Örneğin güneş ışınımının ısıtıcı etkisi ihmal edilmemekte ancak güneş ışınımı ile ilgili veriler doğru ve duyarlı olarak hesaba katılmamaktadır. Ayrıca bu yönetmelikte de bölge-lendirme,doğru bir esasa dayan-dırılmamaktadır. Bölgelendirme-de derece-gün yöntemi ele alınmış ancak, hava sıcaklığı dışında; güneş ışınımı, rüzgar ve bağıl nemlilik gibi bölgenin iklim karakterini belirleyen önemli etkenler ve insanın iklimsel ihtiyaçları hesaba katılmamıştır. Yukarıda irdelenen olumsuzlukları gidermek için, İTÜ Mimarlık Fa-kültesi'nde,   Türkiye   koşullarına uygun olarak yapılmış bilimsel çalışmaları da temel alarak bir araştırma projesi sürdürülmektedir [4], Bu araştırmaya dayandırılmak yapı kabuğu ısı yalıtım değerinin yapı formuna bağlı olarak belirlenmesi için önerilen yöntem, ısıtma enerjisi tasarrufu açısından, yapı kabuğu ısı yalıtım değerinin belirlenmesinde daha önce ortaya konulan eksiklikleri kapatmayı hedeflemektedir.

3. Önerilen yöntem

Önerilen yöntemin amacı, ısıtma enerjisi korunumu amacıyla belirlenmiş olan yapı kabuğu ısı geçirme katsayısı üst sınır değerlerinin yapının formuna bağlı olarak düzeltilmesine olanak verecek öneriler geliştirmektir. Yapı kabuğu ısı geçirme katsayısı değerlerinin yapının hacmi/dış cephe alanı (V/A) oranına bağlı olarak belirlenmesinde kullanılacak yöntemin adımları aşağıda açıklanmaktadır.

? Referans V/A Oranı için iklimsel Konfor Açısından Bina Kabuğu Termofiziksel Özelliklerine ilişkin Uygun Değerler Kombinezonlarının Belirlenmesi.Bina kabuğunun enerji korunu-munda etkili olan ve bir yönetmelikle kontrol edilmesi öncelikle uygun bulunan termofiziksel özellikleri; toplam ısı geçirme katsayısı ile saydamlık oranıdır. Kapalı bir mekanda iç yüzey sıcaklıkları, iklimsel konfor ve enerji ekonomisi açısından iç hava sıcaklığı kadar önemli bir faktördür. Dolayısıyla, opak ve saydam bileşenlerden oluşmuş bina kabuğunun ortalama iç yüzey sıcaklığının, iklimsel konfor açısından izin verilebilir sınır değerlerini aşmaması, termofiziksel özelliklere ilişkin yeterli değerler kombinezonlarının belirlenmesinde ana ilkedir. Bu ilke ışığında, bina kabuğu termofiziksel özelliklerine ilişkin ısıtma enerjisi korunumunu açısından yeterli değerler kombinezonları, daha ön-ce istanbul Teknik Üniversite-si'nde yapılan bir araştırma sonucunda belirlenmiştir [5]. Bu değerlerin belirlenmesinde izlenen yolun adımları aşağıdaki gibidir.

?          Tasarımın Dayandırıldığı Karakteristik Günlerin Seçilmesi.

?          Tasarımın Dayandırıldığı Dış iklim Koşullarının Belirlenmesi.

?          Tasarımın Dayandırıldığı iç iklim Koşullarının (iklimsel konfor koşulları) Seçilmesi.

?          iklimsel Konforu Etkileyen ve Kabuk Tasarımında Rol Oynayan Diğer Yapma Çevreye ilişkin Tasarım Parametrelerinin Seçilmesi.

?          Kabuk Elemanını Etkileyen Sol-Air Sıcaklıklarının Hesaplanması.

?          Opak Bileşenin iç Yüzey Sıcaklığının iklimsel Konfor Açısından izin Verilebilir Sınır Değerinin Hesaplanması.

?          Opak Bileşenin istenen Toplam Isı Geçirme

Katsayısının Belirlenmesi.

Isıtmanın istendiği dönemde opak bileşen toplam ısı geçirme katsayısı ko (kcal/m2h°C, W/m2 *C) iklimsel konfor açısından izin verilebilir opak bileşen günlük ortalama iç yüzey sıcaklığı ve günlük ortalama sol-air sıcaklığa bağlı olarak, aşağıdaki bağıntı ile hesaplanabilir.ko=ai(tı-toio)/(ti-teoo)

aı:   iç yüzeysel ısı iletkenlik katsayısı, kcal/m2h°C, W/m2°C.

toio: Isıtmanın istendiği dönemde opak bileşenin iklimsel konfor açısından izin verilebilir günlük ortalama iç yüzey sıcaklığı, °C.

teio: Ele alınan yönlendirilmiş durumunda opak bileşeni ısıtmanın istendiği döneme ait tasarımın dayandırıldığı karakteristik günde etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C.

ti:    iç hava sıcaklığı konfor değeri, °C.

Belirlenen bu toplam ısı geçirme katsayısı ve saydamlık oranı kombinezonlarının referans V/A oranı için olduğu kabul edilmiştir. Referans V/A oranının ise bina hacimi-nin en küçük dış cephe alanı ile çevrelenmesi durumunda hesaplanan değer olduğu varsayılmıştır. Bu referans ısı geçirme katsa-yısı-saydamlık oranı kombinezonlarının V/A'ya bağlı olarak belirlenmesi için farklı V/A oranları ile tanımlanan binalar için ısı kayıpları aşağıdaki adımlar izlenerek hesaplanmıştır.

?          Seçilen Taban Alanı ve V/A Değişim Aralıklarına Bağlı Olarak Yapı Alternatiflerinin Oluşturulması. Yapı formuna bağlı olarak yapı alternatiflerinin oluşturulması için formu tanımlayan biçim faktörü, bina yüksekliği, çatı türü ve eğimi gibi değişkenlerin değişim alan ve aralıklarının belirlenmesi gerekir. Bu değişikenlerin alacağı değerler göz önünde bulundurularak, bina formunu tanımlamada esas alanın V/A değişkeninin değişim alan ve aralıklarına karar verilir.

?          Yapı Kabuğunun Birim Alanından Kaybedilen Günlük Ortalama Saatlik Isı Miktarlarının Hesaplanması.

Kabuk elemanı termofiziksel özelliklerinin belirlenmiş değerlerine bağlı olarak kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları hesaplanabilir. Gerçek atmosfer koşulları için, ısıtmanın istendiği dönemde kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları (q) aşağıdaki bağıntı aracılığı ile hesaplanabilir:q= ko(ti-teoo)(1-x)+kc(ti-teoo)x

ko:    Opak bileşene ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2°C, kcal/m2h°C.

kc:    Saydam bileşene ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2°C, kcal/m2h°C.

ki:     iç hava sıcaklığı konfor değeri, °C. x:     Saydamlık  teoo: Opak bileşeni etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C. teoo: Saydam bileşeni etkileyen günlük ortalama sol-air sıcaklık, °C.

? Tüm Yapı Kabuğundan Kaybedilen Günlük Ortalama Saatlik Isı Miktarlarının Hesaplanması. Tüm yapı kabuğundan kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, birim alandan ısı kayıplarının ait olduğu yöne bakan yapı cephesi alanı ile çarpılması ve cephelerden kaybedilen ısı miktarlarının toplanması sonucunda elde edilebilir. Tüm yapı kabuğundan, ısıtmanın istendiği dönemin karakteristik günü olan 21 Ocak'ta kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları (Q);

Q=(qı.Aı)+(q2.A2)+    +(qn.An)+ (qç-At) bağıntısıyla hesaplanır.

(qı.q2   qn : Farklı yönlere bakan her bir cephe için kabuk elemanının birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, W/nf, kcal/m2h.

(A1.A2            An: Farklı yönlere bakan her bir cepheye ait yüzey alanları, m2.

qç        : Çatı elemananın (dam+tavan) birim alanından kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarları, W/m2, kcal/m2h.

(At       : Tavan alanı, m2.

? Tüm Yapı Kabuğundan Kaybedilen Günlük Ortalama Saatlik Isı Miktarlarının Farklı Yapı Formlarına Bağlı Olarak Değişim Grafikleri Şeklinde Derlenerek Analiz Edilmesi ve Yapı Formu (V/A) ile Tüm Yapı Kabuğundan Kaybedilen Isı Kaybı (Q) ilişkisinin Belirlenmesi.

Değişim alan ve aralığı belirlenen V/A oranlarına göre oluşturulmuş, farklı taban alanlarına ve farklı formlara sahip yapı alternatiflerinin günlük toplam ısı kayıplarının (Q) kolay karşılaştırılabilmesi açısından günlük toplam ısı kayıp miktarlarının V/A oranlarına bağlı olarak grafik şeklinde derlenmeleri gerekir. V/A, Q ilişkisinin araş-tırıılabilmesi için, apsisler ekseninde, bina kabuğunun günlük toplam ısı kaybı değerleri, ordinatlar ekseninde ise, V/A değerleri yer alacak şekilde grafik sistem oluşturulur. Bu grafik sistemler birbiriyle karşılaştırılıp, analiz edildikten sonra referans ısı geçirme katsayısı değerleri için düzeltme katsayısı önerilebilir. Tablo 1'de, yukarıda açıklanan öneri yönteme dayanılarak, farklı V/A oranlarına (dolayısıyla farklı formlara) sahip ve istanbul yöresinde yer aldığı varsayılan 4 yapı için tüm yapı kabuğundan kaybedilen günlük ortalama saatlik ısı miktarlarının hesaplandığı örnek bir çalışma verilmektedir. Hesaplamalar ısıtmanın istendiği dönemin karakteristik günü olan 21 Ocak için yapılmıştır. Bu yapılara ilişkin varsayımlar aşağıdaki gibidir [6]:

güneş ışınımı yutuculuk katsayıları (a0) 0.40'tır. Pencere türü olarak ahşap tek camlı doğrama kullanıldığı kabul edilmiştir (pencerenin toplam ısı geçirme katsayısı, kc=4.50 kcal/m2h°C). Yapılar 10 katlı olup, kat yüksekliği 2.80 m'dir. Taban aianları (A) 400 m2, hacimleri (V) 11200 nrf'tür. Tablo 1'de görüldüğü gibi aynı hacime, fakat farklı dış yüzey alanına sahip birden fazla bina formu belirlemek olanaklıdır. Dış yüzey alanlarının farklı olmasına bağlı olarak farklı formlardaki yapıların kabuğundan kaybedilen ısı miktarı da farklı olmaktadır. Bu tür örnekler çoğaltılarak, V/A oranlarına bağlı olarak referans V/A oranı için kabul edilen toplam ısı geçirme katsayısı-saydamlık oranı kombinezonları için düzeltme katsayısı belirlenebilir.

Sonuç

Bu makalede, yapı formunun tasarım sürecinde en az ısı kaybına yol açacak şekilde ele alınması ve belirlenmesi gereken önemli bir tasarım değişkeni olduğu göz önünde bulundurularak, yapı kabuğundan kaybedilen ısı miktarını belirleyen kabuğun ısı yalıtım değerinin yapı formuna bağlı olarak belirlenebilmesi için bir yöntem önerilmiştir.

Bu yöntemin çok sayıda uygulamasıyla elde edilebilecek, V/A ile Q ve k0 arasındaki ilişkiyi ifade edebilecek bağıntı ve bu bağıntıdan çıkarılacak düzeltme katsayısı, yapılarda ısıtma ekonomisi konusunda bundan sonra yapılacak çalışmalarda ve hazırlanacak yönetmeliklerde, yapı kabuğu için uygun toplam ısı geçirme katsayısı, saydamlık oranı ve V/A kombinezonlarının belirlenmesine ve ısıtma ekonomisinde rol oynayan yapı formu gibi birçok önemli bir dizayn değişkeninin de bu tür çalışmalarda hesaba katılmasına olanak sağlayacaktır. Ayrıca toplam ısı geçirme katsayısı için önerilecek böyle bir düzeltme katsayısı, uygulayıcı mimarı, tasarı TS 825'de olduğu gibi, binanın ısı kayıp miktarını hesaplama zorunluluğundan kurtaracak, V/A oranına bağlı olarak farklı bir k0-say-damlık oranı seçme kolaylığı sağlayacaktır.

Kaynaklar

[1]. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 1977, Isıtma ve Buhar Tesislerinde Ekonomi Sağlanması ve Hava Kirliliğinin Azaltılması Yönetmeliği.

[2]. Bayındırlık ve iskan Bakanlığı, 1985, Isı Korunumu Yönetmeliği.

[3]. Henüz taslak halinde olan yeni TS 825 Standardı.

[4]. Berköz, E., ve diğerleri, 1995, Enerji         [6]. Selamet, S.. 1995, Tüm Bina Kabuğundan Etkin Konut ve Yerleşme Tasarımı,          Kaybedilen Isı Miktarının Bina Formuna Araştırma Projesi, TÜBİTAK,Bağlı Olarak irdelenmesi için Bir Model Proje No: Intag 201, s. 53-75. Önerisi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitisü, Y. Lisans

Tezi s.34.

[5]. Yılmaz, Z. ve diğerleri, Isıtma Enerjisi Tasarrufu Açısından Bina Kabuğu Isı Yalıtım Değerinin Bina Formuna Bağlı

Olarak Belirlenmesi, İTÜ Araştırma(*) M.M.O.   istanbul  Şubesi'nin   düzenlediği Fonu Destekli Araştırma "Yapıda Yalıtım Konferansı" bildiriler kitabından Projesi (sürüyor).alınmıştır.