TEKNİK MAKALE 59. Sayı (Mart Nisan 2006)

Prof. Dr. Gül KOÇLAR ORAL, Y. Doç. Dr. Cem ALTUN İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi
GİRİŞ

Küreselleşen dünyada çevre ve enerji sorunları karşısında ortaya çıkan, çevreye duyarlılık, geri dönüşüm, ekonomik olma, yaşam kalitesi, temiz enerji ve doğal kaynaklar, enerjinin verimli kullanımı gibi kavramlar sürdürülebilir çevre anlayışının bileşenleridir. Sürdürülebilirlik, ‘güncel gereksinimleri gelecek kuşakların kendi gereksinimlerini karşılama olanaklarına zarar vermeden karşılamak’ olarak açıklanabilmektedir[1] Sürdürebilir çevreyi sağlamak, ihtiyaç duyulan yaşam kalitesini sağlarken, doğal enerji kaynaklarından verimli olarak yararlanmayı ve dolayısıyla enerji korunumunu gerekli kılmaktadır. Binalarda enerjinin önemli bir bölümü ısıtma için harcandığından ısıtma enerjisi korunumu öncelikle ele alınması gereken konulardan biridir. Binalarda ısıtma enerjisi korunumu;

Isıtmada çevreyi kirletmeyen çevre dostu yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması, yenilenebilir enerji     

kaynaklarının kullanımına ilişkin teknolojinin geliştirilerek bu kaynakların kullanımının yaygın duruma getirilmesini,

Isıtma enerjisi üretimi ve kullanımı sonucunda çevrede     oluşan çevre kirliliği ve diğer olumsuzlukların giderilmesini,

Isıtma enerjisinin verimli kullanılması ve enerji tasarrufunun sağlanması amacıyla ısı yalıtımı uygulanmasını ve nem kontrolünü kapsamaktadır.

Isı yalıtımı, tüm dünyada enerji korunucuna bağlı olarak geliştirilen politikaların en önemli bölümünü oluşturmaktadır. Avrupa Birliği’nde konut ve yapı sektörünün toplam enerjinin yaklaşık yüzde 40'ını tüketmesi bu sektöre yönelik ilgiyi artırmıştır. Bu nedenle, enerji korunumu ile ilgili çalışmalarda, yapı ve yalıtım sektörüne yönelik düzenlemeler ağırlıklı yer tutmaktadır. Diğer taraftan yapıda istenilen ısı korunucunun sağlanabilmesi için ısı yalıtım malzemelerinin nem nedeni ile direncinin istenilen düzeyin altına düşmemesi sağlanmalıdır. Bu nedenle ısıtma enerjisi korunucunda ısı ve nem konusunun birlikte ele alınması ve ısı yalıtım ve nem kontrol sistemlerinin geliştirilmesi zorunludur.

ISITMA ENERJİSİ KORUNUMU, ISI YALITIMI VE NEM KONTROLÜNÜN ÖNEMİ

Ülkemizdeki enerji açığı sorununun giderilebilmesi için özellikle binalarda enerji korunumu zorunlu olmaktadır. Binalarda enerji korunumu, ülkemizin enerji politikasını etkileyen ve sosyo-ekonomik düzeyde değiştiren bir süreçtir. Ülkemizin, ülke kalkınmasına ve enerji üretiminin tüketimini karşılamasına olanak verecek bir enerji korunumu politikasının benimsenmesi ve uygulaması, ithal enerji payını önemli ölçüde azaltacaktır. Ülkelerin gelişmişlik düzeylerine paralel olarak enerjiyi etkin ve verimli kullanma sistemleri de gelişmektedir. Son yıllarda gelişmiş ülkelerde gayri safi milli hasıla artarken, toplam enerji tüketimi giderek azalmaktadır. Bu eğilim, gelişmiş ülkelerde enerjinin verimli ve etkin kullanılması benimsenerek sürdürülebilir enerji anlayışının hedeflendiğinin bir göstergesidir. OECD ülkeleri genelinde durum incelendiğinde enerji yoğunluğunun giderek azaldığı görülmektedir. Enerji yoğunluğu, gayrı safi yurtiçi hasıla başına tüketilen birincil enerji miktarı olup, enerji verimliliğinin takip ve karşılaştırılmasında yaygın bir ölçü olarak kullanılmaktadır. Ülkemizde enerji yoğunluğu OECD ortalamasının üzerindedir. Daha da önemlisi diğer ülkelerin aksine artış trendi göstermektedir. Bu da ülkemizde yeterli bir enerji korunumunun sağlanamadığını açık olarak göstermektedir.

Türkiye'nin enerji ihtiyacı, sanayileşme ve büyüme sürecinde her geçen gün biraz daha artarken, enerji üretimi bu artışı karşılayacak oranda artırılamamaktadır. 1990-2000 yılları arasında Türkiye'nin enerji tüketimi % 57 oranında artarken, enerji üretimi %9,4'lük bir oranda artmıştır. 1990 yılında Türkiye, enerji ihtiyacının %49'unu, 1995 yılında %43’ünü, kendi kaynaklarıyla karşılarken, 2000 yılında bu oran, % 34'e gerilemiştir. Herhangi bir önlem alınmadığı takdirde 2000 yılında yapılan hesaplamalarla, yakın gelecekte, Türkiye'nin enerji ihtiyacının ancak % 25'ini kendi kaynaklarıyla karşılayabileceği yaklaşımında bulunulmuştur. Nüfus artışı ve teknolojinin enerji bağımlı olarak gelişerek hayatımıza girmesi bu enerji ihtiyaçlarının artmasına katkıda bulunmaktadır. Ülkemizdeki enerji tüketimi yönüyle bakıldığında bina ve özellikle konut sektörünün önemli bir payı olduğu görülür. 1970-1998 yılları arasındaki nihai enerji tüketiminin sektörlere göre dağılımı incelendiğinde; konutlarda ve sanayide kullanılan enerji; toplam enerji tüketiminin ortalama %70-75’i mertebesindedir. Dolayısıyla bu sektörlerde enerji verimliliğine öncelikli olarak önem verilmeli ve gerekli düzenlemeler yapılarak hayata geçirilmelidir. Konutlarda tüketilen enerjinin yaklaşık %80’lik bölümü ısıtma amaçlı kullanılmaktadır[2]. Başta konutlarda olmak üzere binalarda; kaybedilen enerjinin büyüklüğü, ısıtma amacı ile tüketilen enerji miktarını belirlediğinden, enerji tasarrufu sağlamak için ısıtmanın istendiği dönemde binalarda ısı kaybı azaltılması gerekir.

Binalarda ısıtma enerjisi korunumunda etkin yollardan biri de kuşkusuz binalarda ısı yalıtım ve nem kontrol sistemlerinin bilinçli olarak uygulanmasıdır. Ayrıca, ülkemizde yaşanan deprem ve bu felaketle yüz yüze olmamız gerçeği, inşaat ve bina sektörünün güvenlik ve sağlık açısından yeniden değerlendirilmesini zorunlu kılmış, insanların güvenli, kaliteli, sağlıklı binalarda yaşatılmasının zorunlu olduğu gerçeğinin vurgulanmasına yol açarak yalıtım bilincinin de gelişmesini sağlamıştır. Gerek istenilen düzeyde uygulanamayan Yapı Denetimi Uygulama Usul ve Esasları Yönetmeliği, gerekse TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardı yalıtım kullanımının artmasına yol açmıştır. Ancak, enerji denetimi ve sürdürülebilir enerjiyi sağlamada en büyük katkı araştırıcıların, yalıtım sektöründe çalışanların ve bina kullanıcılarının binalarda yalıtımı geliştirme yolunda harcayacağı çabalarla mümkün olabilir. Yalıtım, binalarda konfor koşullarının sağlanması için harcanacak enerjinin rasyonel kullanımını sağlamada önemli etkenlerden birisidir. Binalarda ısı yalıtımı ve nem kontrolü uygulamaları, kullanıcı sağlığının yanı sıra yapı sağlığının da korunması, ısıl konfor koşullarının gerçekleştirilmesi için gereklidir. İstenilen, bu etkenleri birbirinden bağımsız olarak değil, bir bütün olarak düşünmek ve bina yalıtımı konusunda optimum çözüme ulaşabilmektir.

Çok katmanlı yapı elemanlarında kullanılan farklı malzemelerin, farklı nem geçirgenlik özelliklerine sahip olmaları nedeni ile taşınan nemin bazı katmanlardan hızlı bir şekilde geçerken, bazı nem geçirgenlik direnci yüksek katmanların önünde birikmesi söz konusu olabilmektedir. Bundan başka, dış duvar katmanlarında, olağan şartlardaki nemin dışında, çevre şartlarının etkisi ile veya tasarım ve uygulama hatalarından ötürü, buharın suya dönüşmesi, yani ‘yoğuşma’ da meydana gelebilmektedir. Bunun sonucunda ise dış kabuğun kendisinden beklenilen performansı yerine getirememesi söz konusudur. Bina kabuğu ısı yalıtım değerinin istenilen düzeyde sağlanmasında nem kontrolü de zaman zaman zorunlu olmaktadır. Yapı malzemelerinin gözenekleri ve boşluklarını dolduran ‘kuru’ hava, malzemenin ısıl direncine olumlu katkıda bulunmaktadır. Gözeneklerdeki havanın nem oranının artması veya hal değiştiren buharın suya dönüşmesi sonucu, bu bölgelerde meydana gelen ısı akış debisi artmaktadır. Suyun ısı geçirme özelliğinin kuru havaya göre 25 kat daha fazla olması bu olgunun meydana gelmesinde en önemli etmen olarak ortaya çıkmaktadır [83].

ISI YALITIM SİSTEMLERİNDEN BEKLENEN ÖZELLİKLER Isı yalıtım sistemlerinin seçiminde,

Güneş ışınımı, hava sıcaklığı, nemlilik, rüzgar gibi dış çevreye ilişkin parametreler ile

Yalıtılacak binanın bulunduğu yer, binanın konumu, yönü, formu, bina kabuğunun ısı geçişine ilişkin fiziksel özellikleri, diğer malzeme ve     sistemler ile uyum gibi parametreler ele alınmalıdır[3].

Yapıda yalıtım için kullanılacak sistemleri her yönü ile iyi tanımak ve bu sistemlerin uygulama özelliklerini iyi bilmek, kullanım esnasında karşılaşılacak sorunları azaltmaktadır. Isı yalıtım malzemeleri olarak adlandırılan yapı malzemelerinde, kullanımlarına ilişkin bir takım özellikleri bulunması gerekir. Ancak bu özelliklerin tümünün bir malzemede bulunması da mümkün değildir. Bu nedenle, içinde bulunulan koşullara göre ısı yalıtım sistemleri optimum çözümleri gerçekleştirmelidir. Isı yalıtım malzemelerinden beklenen performans istekleri tablo 1’de verilmektedir[3].

Strüktürel İşlevsellik

Binalarda özellikle yatay ya da az eğimli yapı elemanlarının oluşturulmasında yeterli basınç dayanımına sahip ısı yalıtım sistemlerine ihtiyaç vardır. Mukavemetin yetersiz olduğu durumlarda, sistemin basınç mukavemetini artırmaya yönelik önlemler alınabilir veya yayılı ve noktasal yüklerin ısı yalıtım malzemesini ezmesine karşı belli kalınlıkta rijit katmanların (koruyucu şap gibi) yapılmasına gidilebilir. Bazı hallerde bu iki uygulamanın bir arada yapılması gerekebilir. Düşey yapı elemanlarında ısı yalıtım malzemelerinin kullanılmasında bu anlamda önlemlere genelde gerek yoktur[4].

Genleşmeye karşı dayanıklılık ve özellikle eğilmeden kaynaklanan çekilme gerilmelerinin karşılanabilmesi için ısı yalıtım malzemesinin yeterli bir çekme mukavemetine sahip olması gereklidir.

Isı yalıtım malzemelerinin değişik dış etkenlerde hacim ve şeklini değiştirmemesi beklenir. Islandığı aman şişen ve üzerine basıldığı zaman ezilen bir ısı yalıtım malzemesi özelliklerini yitirecektir. Bu durumda konstrüktif önlemler alınması gerekecek, bu ise maliyeti arttıracaktır.

Fiziksel Özellikler

Isı yalıtım malzemelerinin genelde yüksek düzeyde ısı tutuculuğa sahip olmaları istenir. Düşük sıcaklıkların yalıtılmasında kullanılan ısı tutucular ile yüksek sıcaklıkların yalıtılmasında kullanılan ısı tutucuların cinsleri önemli farklılıklar gösterir. Yüksek sıcaklık söz konusu olduğunda malzemenin yanmazlığı önem kazanırken, düşük sıcaklıklarda örneğin bir soğuk hava deposunda kullanılan ısı tutucu malzemeler için yanmazlık önemini yitirebilmektedir. Bu açıdan ısı tutuculuk seviyesinin hangi düzeyde olması gerektiği kullanma yerinin koşulları ile belirlenir.

Isı yalıtım malzemelerinin bünye yapıları gereği birim hacim ağırlıkları düşük olmak zorundadır. Buhar difüzyon direncinin hangi seviyede olacağı ısı yalıtım malzemesinin kullanılacağı yerin koşullarına bağlı olarak belirlenir.

Dayanıklılık

Isı yalıtım malzemelerini işlevlerini yerine getirebilmeleri ve de sürdürebilmeleri için nemlenmemeleri ve ıslanmamaları gerekmektedir. Zira, bu durumda malzemenin kuru  hareketsiz hava içeren boşlukları su ile dolduğu ya da nemlendiği için malzeme kendisinden beklenen yalıtım görevini yerine getiremez hale gelir. Bu durumdan kaçınmak için ısı yalıtım malzemesinin uygun bünye yapısında ve uygun cinste olması, bunlar sağlanmadığı takdirde ısı yalıtım malzemesinin su ve nemden kesinlikle korunması gereklidir.

Isı yalıtım sistemlerinin de diğer yapı sistemleri gibi kimyasal etkilere açık olması malzemenin zamanla niteliğini yitirmesi nedeniyle önemlidir ve kimyasal etkilere karşı dayanıklı olması beklenir.

Isı yalıtım malzemelerinden beklenen diğer bir özellik de yanmaya dayanıklı olmasıdır. Isı yalıtım malzemeleri değişik kökenli malzemelerden oluşmaktadır. Organik, anorganik ya da sentetik oluşlarına göre bu tür malzemeler yanıcı ya da yanmaz olabilirler. Genelde bu tür malzemelerin yanmaz oluşu ideal bir durum olmakla birlikte, kullanma yerinin gerektirdiği alt ve üst sıcaklık limitlerine uygun olmak koşulu ile değişik ısı tutucular kullanılabilir[4]. Yapılan araştırmalara göre yangın sırasındaki ölümlerin büyük bir bölümü yoğun duman ve zehirli gazlar nedeniyle olduğundan, yalıtım malzemelerinin yangın sırasında yaydığı koyu  duman ve gaz miktarı da önem taşımaktadır. Bu nedenle yalıtım malzemelerinin yangına dayanıklılığının yan sıra koyu duman çıkarmama ve zehirli gaz yaymama özelliğine de sahip olması gereklidir.

Kokusuzluk

Isı yalıtım malzemelerini herhangi rahatsız edici bir kokusunun gerek uygulama ve gerekse uygulamadan sonra olmaması gerekir.

İşlenebilirlik

Bir ısı yalıtım malzemesini kullanma yerine uygulanabilmesi için değişik aletlerle kesilebilmesi, delinebilmesi, çakılabilmesi, yapıştırılabilmesi, oyulabilmesi vb. işlemlerin kolaylıkla yapılabilmesine elverişli olması istenir. Güç işlenen malzemeler işçilik maliyetini arttıracağı için, işlenebilirlik ısı yalıtım malzemelerinde aranan önemli bir özelliktir.

Ekonomiklik

Isı yalıtım malzemelerinde bulunması gereken ve yukarıda sayılan özelliklerin tek bir malzemede bulunması pratik olarak mümkün olmamasına rağmen, bu özelliklerin birçoğunu barındıran malzemeler fiyatlarının yüksek oluşu nedeniyle yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bu nedenle ucuzluk da ısı yalıtım malzemeleri seçiminde bir kriter oluşmaktadır.

Kullanıcı Sağlığı Açısından Uygunluk

Isı yalıtım malzemelerinin, çevre sağlığı ve kullanıcı sağlığı açısından zararlı maddeler içermemesi gerekmektedir. Ayrıca, hava kalitesini olumsuz etkilememesi için hijyenik olması da kullanıcı sağlığı açısından istenmektedir.

Bitirme Malzemeleri ile Uygulama Uyumu

Isı yalıtım malzemeleri genellikle dış etkilere ve mekanik etkilere açık olmaları nedeniyle başka bir malzeme ile korunmaktadır. Bitirme malzemesi olarak çoğunlukla sıva kullanılmaktadır. Pratikte yer alan çoğu ısı yalıtım malzemesi sıva tutucu özelliğe sahiptir. Günümüzde gevşek ve yumuşak ısı yalıtım malzemeleri üzerine uygun katmanların kullanımı ile sıva uygulamaları yapılabilmektedir [3, 4].

NEM KONTROL SİSTEMLERİ

Dış kabukta, nem geçişinin ve depolanmasının kontrolünde iki temel stratejiden söz edilebilir. Bunlar; olanaklar ölçüsünde nemin bir engel ile karşılaşmadan geçişine olanak tanıyan sistemler ile nem geçişinin uygun bölgelerde engellendiği buhar kesicili sistemlerdir.  Dış kabukta nem kontrolü için uygulanabilecek bir üçüncü yöntem ise bina bileşenlerine olumsuz etkisi olabilecek iç ortamda var olan nemin, mekan havalandırması ile kontrol edilmesi olarak tanımlanabilir [4].

Geçirgen ve Havalandırma Katmanlı Sistemler ile Kontrol

Dış kabukta nem kontrolünün önemli stratejilerinden biri, su buharı geçirgen katmanlar ile havalandırma katmanının birlikte kullanıldığı sistemlerdir. Dış kabuğun iç tarafındaki katmanların, su buharının bir engelle karşılaşmadan, kabuk kesitinin içindeki havalandırma katmanına ulaşmasını sağlayacak biçimde seçilmiş ve düzenlenmiş olması gerekmektedir. Kabuğun bu bölgesinden geçen nem, havalandırma katmanına ulaştıktan sonra bu bölgedeki hava hareketi sayesinde uzaklaştırılarak, uygun boşluklardan dış ortama aktarılmaktadır.

‘Buhar’ Kesicili Sistemler ve Isıl Direnç ile Kontrol

Buhar kesicili sistemde, dış kabuğun buhar basıncının yüksek olduğu tarafa bir buhar geçirimsiz katmanın yerleştirilmesi söz konusudur. Böylece, nemin kabuğun sıcaklığı düşük olup, yoğuşmaya neden olabilecek katmanlara ulaşması engellenmektedir. Dış kabuğun iç yüzeyindeki düşük sıcaklık nedeni ile yüzeysel (görünür) yoğuşma meydana gelmemesi için, kabuğun ısıl direncinin, iç yüzey sıcaklığının belirli bir düzeyin üzerinde olacak biçimde düzenlenmesi gereklidir.

Değişik tipteki nem akışının veya bunun malzeme veya sistem içinde depolanmasının oluşturacağı zararları engellemek amacıyla nemin uygun bir bölgede kesilmesi amacı ile uygulanan katmanlar ‘buhar kesici’ olarak tanımlanmaktadır. Buhar kesici malzemelerin temel özelliği, nem geçişine belirli bir düzeyde direnç oluşturmasıdır. DIN 52 615’e göre bir malzemenin, ‘buhar kesici’ olarak tanımlanabilmesi için buhar difüzyon direncinin; en az sd = 1500 m olması gerekmektedir. ASHRAE’ye göre ise bir malzemenin, ‘buhar kesici’ olarak tanımlanabilmesi için geçirgenliğin; en fazla 60 ng/(sm2Pa) olması beklenmektedir .

Mekan Havalandırılması ile Nem Kontrolü

Dış kabukta nem kontrolünün en etkili yöntemi ise iç ortamda nem miktarının ve buna bağlı olarak  buhar basıncının riskli olmayacak bir düzeyde tutulması biçiminde gerçekleştirilebilir. Nemin istenilen düzeyde tutulması, iç ortamdaki nemin, aktif veya pasif yöntemler ile uzaklaştırılması yolu sağlanabilmektedir.

SONUÇ

Isıtma enerjisi korunumunu sağlamak için ısı yalıtımında ve nem kontrolünde süreklilik hedeflenmelidir. Bu hedeflere yönelik olarak uluslararası platformda geliştirilen teknoloji ve gelişmiş ürünlerin ülkemizdeki yalıtım sektöründe de yer aldığı bilinmektedir. Ancak uygulamalarda istenilen düzeyde performans sağlanabilmesi için yalıtım sektöründe çalışanların ve bu konuda bilimsel çalışmalar yapan kişiler ve bina kullanıcılarının birlikte çözümler üretmesi yararlı olacaktır.

Enerji korunumu ve yalıtım konularında, uzun yıllardır bilimsel alanda ve uygulama alanında çalışan kişilerin sunduğu çalışmaların sonuçlarının ülkemizin enerji politikasının belirlenmesi ve uygulanmasına yansıması hedeflenmelidir.