TEKNİK MAKALE 49. Sayı (Temmuz Ağustos 2004)

İnş. Müh. Ali TÜRKER ODE Yalıtım A.Ş. Isı iletkenlik katsayısı, su buharı difüzyon direnç katsayısı, yangın dayanımı, korozyon riskinin az oluşu ve toksisite, tesisatta kullanılacak ısı yalıtım malzemelerinin seçiminde aranması gereken teknik özelliklerdir.
Uygulama kolaylığı, ekonomik olması, kolay temin edilebilmesi, her türlü uygulama ve ihtiyaca cevap verebilecek geniş bir ürün yelpazesine sahip olması malzeme seçimindeki ticari kriterlerdir. Bu yazıda malzeme seçiminde göz önüne alınması gereken teknik kriterler açıklanacaktır.

1. Isı Yalıtımı

Isı yalıtımı, en genel olarak enerji kazanımı amacıyla sıcaklık farkından dolayı oluşabilecek ısı kayıplarını önlemek için alınması gereken bir önlemdir. Isı yalıtımı yapılarda, tesisatta ve endüstriyel uygulamalarda yapılmaktadır.

1.1. Isı Yalıtım Malzemeleri

Yapılarda kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ile tesisat ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan ısı yalıtım malzemeleri birbirlerinden çok farklı özellik göstermektedir. Tesisatta ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan ısı yalıtım malzemeleri şunlardır:

Cam Yünü (TS 901)

Taş Yünü (TS 901)

Ekstrüde Polistren (XPS)             (TS 11989)

Ekspanded Polistren (EPS)             (TS 7316)

Odun Talaşı Levhalar (TS 405)

Fenol Köpüğü

Cam Köpüğü

Mantar levhalar (TS 304)

1.2. Isı Yalıtım Malzemelerinde Aranması Gereken Temel Özellikler

Isı yalıtım malzemelerinin seçiminde göz önüne alınması gereken başlıca teknik özellikler şunlardır:

Isı İletim Katsayısı (l)

Su Buharı Difüzyon Direnç Katsayısı (m)

Yangın Sınıfı

Toksisite Korozyon Riski

Hacimce Su EmmeĞHücre Yapısı

Isı yalıtım malzemelerinin seçiminde göz önüne alınması gereken başlıca ticari özellikler ise şunlardır:

Ürün Gamı

Raporlar

Uygulama Kolaylığı

Yoğunluk

Ekonomik olması

Kolay temin edilebilmesi

‘Sıcaklık Dayanımı’, malzeme seçiminde belirleyici bir özelliktir. Isı yalıtım malzemelerinin dayanım sıcaklıkları dikkate alınarak, yalıtım uygulaması yapılacak tesisat tipine göre kullanılabilecek ısı yalıtım malzemeleri belirlenmeli ve bu belirlemenin ardından diğer teknik kriterlere göre değerlendirme yapılmalıdır.

Tesisat, içinden geçen akışkanın sıcaklığına göre soğuk, ılık ve sıcak hatlar olmak üzere üçe ayrılmaktadır.

1.Soğuk Hatlar: Akışkan sıcaklığı + 10 ûC’den düşük hatlar

2.Ilık Hatlar: Akışkan sıcaklığı +10 ûC ile + 100 ûC arasındaki hatlar

3.Sıcak Hatlar: Akışkan sıcaklığı +100 ûC’den daha yüksek hatlar

Isı yalıtım malzemelerinin maksimum kullanım sıcaklıkları Tablo 1’de verilmiştir.



1.2.1 Isı İletkenlik Katsayısı

Isı iletkenlik katsayısı, malzemelerin birbirine dik 1 m mesafedeki, 1 m2’lik iki yüzeyi arasından sıcaklık farkı 1¡C olduğunda birim zamanda geçen ısı miktarıdır ve birimi W/mK’dir. IS0 ve CEN Standardına göre ısı iletim katsayısı 0,065 W/mK değerinden küçük olan malzemeler ısı yalıtım malzemesi olarak tanımlanır ve ısı yalıtım malzemelerinin seçiminde en belirleyici özelliktir. Zira ısı iletkenlik katsayısı ne kadar düşükse, sistemler o derece yüksek ısı yalıtım direncine sahip olmaktadır. Diğer malzemeler ise yapı malzemesi olarak kabul edilir.

Düşük ısı iletkenlik katsayısına sahip malzemeler en yüksek ısı iletim direncine sahip olduğu için en yüksek ısı yalıtım performansını sağlarlar. Ancak malzemelerin ıslanması, ısı yalıtım malzemesinin ısı iletkenlik katsayısını yükseltmekte, yalıtım özelliğini azaltmakta ve sonuçta yalıtım performansını olumsuz etkilemektedir.

Isı yalıtım malzemelerinin ısı iletkenlik katsayıları ortam sıcaklığı ile lineer bir değişim göstermektedir. Bu sebepten dolayı, tesisat ısı yalıtımında hesaplamalar yapılırken ortalama sıcaklıktaki ısı iletkenlik katsayısı değeri alınmalıdır.


Isı İletkenlik Katsayısı Karşılaştırması

Alüminyum: 204 W/mK

Su: 0,8 W/mK

Elastomerik Kau. Köp. 0,036 W/mK

Polietilen: 0,040 W/mK

Camyünü: 0,040 W/mK

Taşyünü: 0,040 W/mK

Poliüretan: 0,040 W/mK

EPS: 0,040 W/mK

XPS: 0,028 W/mK (Her iki yüzeyi düzgün -ciltli-); 0,031 W/mK

(Her iki yüzeyi pürüzlü veya

pürüzlü ve kanallı)


1.2.2 Su Buharı Difüzyon Direnç Katsayısı

Su buharı, sıcaklığa ve bağıl neme bağlı olarak, kısmi buhar basıncı yüksek olandan düşük olana doğru ilerler ve ilerlerken de bir direnç ile karşılaşır. Her malzeme kalınlığına bağlı olarak buhar difüzyonuna karşı koyar. Bu direncin havanın su buharı difüzyon direncine oranı ‘Su Buharı Difüzyon Direnç Katsayısı’dır. Su buharının tamamen geçmesi halinde m = 1, hiç geçmemesi halinde m = ç (örn: alüminyum) ile ifade edilmektedir. m = 10.000 - 100.000 arasında olan malzemeler de ‘Buhar Kesici’ olarak adlandırılırlar.


Aşağıda, soğuk hatlarda yaygın kullanılan ısı yalıtım malzemelerinin su buharı difüzyon direnç katsayıları verilmiştir:

Hava: 1

Camyünü: 1.1

Poliüretan Köpük: 30-100

XPS: 80-250

EPS: 30-70

Polietilen Köpük: 3000-7000

Elastomerik Kau. Köp.: 3000-16000

Metaller, su buharı geçirimsizdir.

1.2.3 Yangın Sınıfı

Gerek tesisatta, gerekse yapıda kullanılan yalıtım malzemeleri yangın güvenliği açısından güvenilir olmalıdır. Malzemenin tutuşması, alevi yayması, çıkardığı ısı, çıkardığı duman ve toksisite, ‘Yangın Güvenliği’ açısından en önemli kriterlerdir ve bir bütün olarak ele alınmalıdır.

Pek çok ülkede bu güvenlik kriteri argümanları ele alınmış ve standartlaştırılmıştır. İngiltere (BS 476), Almanya (DIN 4102), İskandinavya, İtalya, Hollanda, Fransa, İsveç bu ülkelerden başlıca olanlarıdır. 2003 yılından itibaren ise, tüm bu ülkelerin yangın güvenliği standartlarını da kapsayacak ve tüm Avrupa’da geçerli olacak  yeni bir Yangın Güvenliği Standardı yürürlüğe girecektir.

BS 476

İngiliz Yangın Standardı BS 476’da malzemeler 3 ana başlıkta ele alınmaktadır. Bunlardan Part 5, malzemelerin tutuşabilirliği, Part 6 yangına katılımı ve Part 7 de yüzeyde alev yayılma hızı ile ilgilidir. Malzemeler Part 5’e göre ‘Class X’ ve ‘Class P’; Part 6’ya göre Class 0-1-2-3 ve Part 7’ye göre Class 1-2-3-4 olarak sınıflandırılırlar.

Bir malzemenin;

Part 6’ya göre ‘Class 0’ olabilmesi için; alev yayılma     indeksinin toplamının 12’den küçük ve alev yayılma indekslerinden her birinin 6’dan küçük olması gereklidir.

Part 7’ye göre     sınıflandırılabilmesi için alevin belirli bir süredeki yayılımı incelenir ve mevcut tablolarkullanılarak malzemenin yangın sınıfı Part 7’ye göre belirlenir.  

BS 476 İngiliz Standardında, malzeme eğer Part 6’ya göre ‘Class 0’, Part 7’ye göre de ‘Class 1’ ise, malzeme ‘Class 0’ olarak kabul edilir.

DIN 4102

Alman Yangın Standardı DIN 4102 ise malzemeleri 2 ana gruba ayırmaktadır:

A Sınıfı (Yanmaz) ve B Sınıfı (Yanıcı).

A Sınıfı malzemeler, A1 Sınıfı (bünyesinde yanıcı madde bulundurmayan malzemeler) ve A2 Sınıfı (bünyesinde az da olsa     yanıcı madde bulunduran malzemeler) olarak 2 alt kategoride değerlendirilirler.

B Sınıfı malzemeler ise B1, B2 ve B3 sınıfı malzemeler olarak değerlendirilirler.

1.2.4 Toksisite

Malzemelerin yangın anındaki davranışları yanında, açığa çıkardıkları duman içindeki gaz konsantrasyonları, diğer bir deyişle Toksisiteleri de önemlidir. Yangın esnasındaki ölümlerin % 95’inin nedeni CO Konsantrasyonudur.

Toksisite, Quartz Tube Metodu ve NBS Duman Çemberi Metodu ile ölçülmektedir. Bu metotlarla elde edilen sonuçların değerlendirilmesi için kullanılan kriterler de LC50 ve Cf değerleridir.

LC50, kapalı bir ortama 30 dakika süresince etkiyen gazın, içeride bulunan canlıların %50’sinden fazlasını öldüren konsantrasyon değeridir.

Cf ise 30 dakika süresince solunduğunda insanın zarar görmeye başladığı ‘Kritik Sınır’ değerdir.

Yangın anında, bina içindeki insanların duman ve alevden zarar görmeden kaçabileceği ve süre optimum 30 dakika olarak kabul edilmekte, yangın ve can güvenliği ile ilgili çalışmalarda bu 30 dakikalık süre dikkate alınmaktadır.

1.2.5 Korozyon Riski

DIN 1988 Part 7 Section 5:3’te belirtildiği gibi yalıtım malzemeleri olabildiğince nötr olmalı ve suda çözünür klorlar, NH3 veya NOx bünyede belirtilen oranlardan fazla olmamalıdır.        

DIN 1988 Part 7 Section 5:3’e göre limit değerler;

Çelik Borular;  Klor (%0,05)

Bakır Borular; Nitrat ve Amonyak (% 0,2)

1.2.6 Hacimce Su Emme Malzemenin Hücre Yapısı

Isı yalıtım malzemelerinin hücre yapıları, malzemelerin hacimce su emme miktarlarını etkilemektedir.

Malzemelerin bünyesine su girmesi 2 yolla olmaktadır.

Difüzyon yolu ile

Direkt suyla temas yolu ile  

SONUÇ

Tesisatta kullanılacak ısı yalıtım malzemelerinin seçim kriterlerini temel olarak teknik kriterler ve ticari kriterler olmak üzere gruplandırabiliriz.

 ‘Sıcaklık Dayanımı’, malzeme seçiminde belirleyici bir özelliktir. Isı yalıtım malzemelerinin dayanım sıcaklıkları dikkate alınarak, yalıtım uygulaması yapılacak tesisat tipine göre kullanılabilecek ısı yalıtım malzemeleri belirlenmeli ve bu belirlemenin ardından teknik ve ticari kriterlere göre değerlendirme yapılmalıdır.

Isı iletkenlik katsayısı, su buharı difüzyon direnç katsayısı, yangın dayanımı, korozyon riskinin az oluşu ve toksisite, tesisatta kullanılacak ısı yalıtım malzemelerinin seçiminde aranması gereken teknik özelliklerdir. Ayrıca, tesisat ısı yalıtımında kullanılacak malzemelere ait teknik değerler uluslararası standart ve literatüre uygun olmalı ve test raporları ile belgelendirilmelidir. Uygulama kolaylığı, ekonomik olması, kolay temin edilebilmesi, her türlü uygulamaya ve ihtiyaca cevap verebilecek geniş bir ürün yelpazesine sahip olması malzeme seçimindeki ticari kriterlerdir. Isı yalıtımı yapılırken, yalıtılacak olan tesisatın ve kullanılacak olan ısı yalıtım malzemesinin özelliklerinin bilinmesi, tüm teknik ve ticari seçim kriterleri dikkate alınarak doğru yalıtım malzemelerinin seçilmesi gerekmektedir.