Hüseyin GÜLLÜCE / Süleyman KARSLİ  
Atatürk Üniversitesi Pasinler Meslek Yüksekokulu Doğalgaz Bölümü

Enerji kaynaklarının, sınırlı olduğu dünyamızda bilinçli bir şekilde kullanılması gereklidir. Daha yaşanabilir bir dünyayı geleceğe miras bırakmanın yolu açıkça enerji kaynaklarının verimli kullanılmasından geçmektedir. Binalarda enerji verimliliği son zamanlarda gittikçe önem kazanmaktadır. Konfor şartları değişmeden hatta daha da iyileştirecek şekilde enerjinin verimli kullanılmasının temel şartı binalara en uygun ve istenen nitelikte yalıtım yapılmasıdır. Bu amaçla bina dış cephelerinde uygun yalıtım malzemeleri, pencere ve kapılarda ise ısı yalıtımlı doğrama ve ısı yalıtımlı camlar kullanılarak ısı kayıpları minimuma indirilmeye çalışılmaktadır.

Binaların en çok dış etkilere, hava şartlarına maruz kalan en önemli kısmı çatısıdır. Özellikle kış aylarında kar yağışı, bahar aylarında yoğun yağmur ve rüzgar, yaz aylarında ise yüksek sıcaklık çatılarda çeşitli deformasyonlara sebep olmaktadır. Bu deformasyonların minimuma indirilmesi için tekniğe uygun yeni nesil çatı ve yalıtım malzemelerinin uzmanların kontrolünde teknik detaylara dikkat edilerek bina çatılarına uygulanması şarttır. Gerekli özen gösterilmeyen teknik detaylara dikkat edilmeden uygun olmayan malzemelerin kullanılması binalarda çok büyük sıkıntılara yol açmaktadır. Özellikle binaların en üst katlarında oturanlar hem su sızıntılarından hem de ısı kaybından çok fazla miktarda mağdur olmaktadırlar. Bu mağduriyetin önlenmesi için uzman firmaların çoğalması ve gerekli alt yapının oluşturulması çok önem arz etmektedir.

Binalarda klasik çatıların yanında teras çatılarda çokça kullanılmaktadır. Bu tip çatılar yapımı gereği olarak birçok sorunu da beraberinde getirmektedir. Özellikle su yalıtımı çok önem kazanmaktadır. Erzurum gibi soğuk iklim şartlarında bulunan yapılarda kışın çatıdan düşen buzlar insanlarda ölüm ve yaralanmalara neden olmaktadır. Bu tip kazalar yeni yapılan yapıların özellikle insanların yoğun geçiş noktaları olan ön kısımlarının teras çatı şeklinde yapılması çözüm olarak düşünülmüş bazı binalar bu şekilde yapılmıştır. Ancak zamanla teknik detaylara önem verilmemesi, uzman yalıtım ustalarının olmaması bu bölgelerde akıntılara neden olmuş, bu kısımlar çelik çatıyla kapatılmıştır. Bu durum yapılan binalarda teras çatı kullanımını azaltmıştır. Oysa yeterli bilgi birikimi ve uygun malzeme uzman işbirliğiyle bu tip hatalar düzeltilebilir ve teras çatılar çok amaçlı olarak kullanılabilir. Bu nedenle teras çatıların termal özelliklerinin iyi bilinmesi gereklidir.

Çatılar

Çatılar genellikle teras ve eğimli olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Teras çatılar, eğimi % 5'ten az olan çatılar olarak kabul edilir. Teras çatı üzerine çeşitli aparatların kolaylıkla yerleştirilmesine ve çatıda çeşitli aktivitelerin yapılabilmesine izin vermesi nedeniyle çok avantajlıdırlar. Eğimli çatılar ise eğimi %5'ten fazla olan çatılardır.  Eğimli çatılar genellikle kar yağışının fazla olduğu soğuk iklimlerde tercih edilir.

Teras çatılar, üzerinde gezilmeyen üzerinde gezilebilen veya otopark ve bahçe teras gibi farklı şekillerde tasarlanmaktadır. Bu terasların oluşturulmasında kullanılan malzemelerin özellikleri ve uygulama durumları Tablo 1’de verilmiştir. 

Tablo 1. Teras çatıların bileşen detayları (Yalteks, 2008)

Son zamanlarda en çok kullanılan teraslardan birisi de uygun iklim koşullarında bahçe teraslardır. Bahçe teraslarda su yalıtımı için en kritik nokta, bitki köklerinin susuz kalmaları durumunda derinlere doğru gelişerek su yalıtım membranlarına zarar vermeleridir. Bu nedenle su yalıtım katmanının üstüne beton şap yapılması veya bitki köklerine dayanıklı membran kullanılması gerekmektedir. Bahçe terasların su yalıtımında iki tip bitümlü su yalıtım membranı kullanılabilmektedir. Biri normal bitümlü membran, diğeri ise bitki köklerine dayanıklı bitümlü su yalıtım membranıdır. Birinci tip normal membran kullanılması durumunda, su yalıtım katmanının üstü 4-5 cm kalınlıkta beton şap katmanıyla bitki köklerine karşı korumaya alınmalıdır. Bitki köklerine dayanıklı bitümlü su yalıtım membranı ise, en agresif bitki köklerine karşı test edilmiş olup bitki köklerini yalıtım katmanına yaklaştırmama özelliğine sahiptirler. Dolayısı ile bu tip membran kullanımında beton şaptan tasarruf edilirken yapının da hafifletilmesi sağlanmış olmaktadır.

Eğimli çatılarda çatı kaplama malzemesi olarak asfalt shingle, kiremit, oluklu levhalar, sandviç veya trapez saç kullanılabilir. Eğimli çatı kaplama malzemesi seçiminde ekonomi, uzun ömür, estetik gibi kriterlerin yanında rüzgâr performansının da dikkate alınmasında büyük fayda bulunmaktadır. Çatı arasının kullanılmadığı yapılarda ısı yalıtımı çatı döşemesinin üstüne serilmeli, çatı arası kullanılan yapılarda ise ısı yalıtımı eğimli çatı yüzeyine yerleştirilmelidir.

Yapılan inceleme ve irdelemelere göre teras çatı konstrüksiyonlarında yıl boyunca oluşabilecek sıcaklık limitleri şu faktör ve parametrelere bağlıdır (Yılmaz, M);

·         Yapının bölgesel konumu

·         Yapının yüksekliği

·         Dış hava sıcaklığı ve güneş ışıması

·         Yönlere göre konumu

·         Çatı yüzeyinin eğimi ve rüzgar şartları

·         Çatı yüzeyinin yapısı ve rengi

·         Işık emme-yansıtma özelliği

·         Isı yalıtım tabakası

·         Çatı tabakasının ısı depolama yeteneği veya ısı ışınlama yeteneği

·         Çatı tabakasının kalınlığı

·         Çatı tavanının tabaka sıralaması

·         Çatı altındaki oda sıcaklığı vs.

Yaz ve kış dış iklimsel şartlarda gün boyunca oluşan sıcaklık farkları, teras çatı konstrüksiyonlarını etkileyerek konstrüksiyonlarda deformasyonlara ve basınç ve çekme gerilmelerinin oluşmasına neden olmaktadır. Oluşan bu deformasyon ve gerilmelerin büyüklüğü ise aşağıda sıralanan faktörlere bağlıdır;

·         Teras çatının uzunluğu,

·         Taşıyıcı beton döşemenin ısıl genleşme katsayısı (α),

·         Çatının maruz kaldığı maksimum sıcaklık ve minimum sıcaklık değerleri,

·         Çatıda yer alan değişik yapı malzemelerinin elastikiyet modülü.

Teras çatının uzun ömürlü olması için yukarıdaki kriterlerin göz önüne alınarak dizayn yapılması, malzeme uzama ve kısalmalarına dikkat edilmesi uygun bir su drenaj sisteminin konulması şarttır. Ayrıca özellikler soğuk bölgelerde malzemenin uzama ve kısalması nedeniyle oluşabilecek çatlaklar arasına giren su donmakta böylece genleşen su hacmi nedeniyle kaplama patlamakta zamanla en küçük kılcal çatlaktan aşağıya su sızmaktadır. Oluşabilecek benzeri durumları önceden belirleyerek uygun yalıtım yapılmalıdır.

Teras Çatıların Termal Özellikleri

Yapının çevre havasıyla temas eden teras çatı soğuk yüzeylerinde, küf, rutubet ve mantarlaşmanın önüne geçmek için standartlara uygun nitelikte yalıtım malzemelerinin kullanılması gerekir. Yalıtım malzemesinin buhar difüzyon direnci yüksek, ısıl iletkenlik katsayısı 0.06 W/mK değerinin altında olan ürünler tercih edilmelidir. Yapı teras çatı  yalıtım uygulaması yaparken Avrupa ülkelerinde olduğu gibi 3 cm veya 4 cm değil 20-30 cm kalınlığında, su yalıtımında ise 1-2 mm yerine toplam 9-10 mm’lik yalıtım kalınlıkları kullanılırsa sadece ısıl yalıtımdan sağlanacak tasarrufun 4-5 milyar dolara ulaşacağı tahmin edilmektedir (Mohamed, A., vd., 2008). Yalıtım, yapı bileşenlerinin ısıl direncini artırdığı için çevresiyle gerçekleşen ısı geçişini önemli oranda azaltmaktadır. Yapı bileşenleriyle beraber kullanılan yalıtım malzemesinin kalınlığı, iletim katsayısı, buhar difüzyon direnci, korozyon direnci vb özellikleri enerji verimliliği yüksek yapı tasarımı bakımından oldukça önemlidir.  Yalıtımla yapı bileşenlerinin ısıl dirençlerinin artırılması duvar, teras, döşeme gibi yapı bileşenlerinden kış aylarında iletimle ısı kaybını, yaz aylarında ise iletimle ısı kazancını azaltmaktadır. Bununla beraber yalıtım malzemesinin kalitesi, kalınlığı vb. özellikleri maliyetini doğrudan etkilemektedir ve enerji tasarrufu ile maliyet ilişkisi analizlerde mutlaka birlikte değerlendirilmesi geren iki parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu amaçla her bir yapı bileşeni için işletme şartları dikkate alınarak optimum yalıtım kalınlığı ve çevresel şartlara en uygun yalıtım malzemesinin seçimi bu kapsamda önemli bir mühendislik yaklaşımı olmaktadır. Daha önce yapılan çalışmalarda, yalıtım malzemesi olarak taş yünü ve polisytrenin kullanılmasıyla 21 $/m²’lik bir enerji tasarrufu ile 1-3 yıllık bir pay-back periyodu sağlandığı tespit edilmiştir (Mustafa GÖLCÜ vd., 2006).

Termal izolasyon için çok küçük yalıtım kalınlığı gerektiren yapı tasarımlarında aynı zamanda büyük oranda potansiyel yalıtım malzemesi geliştirilmiştir. İsviçre’de son yıllarda bu tip malzemeler sıkça yapı teraslarında kullanılmaya başlanmıştır. Döşeme altından ısıtmalı teras alanlarında hem düşük U değerini sağlamakta hem de ince yalıtım kalınlıkları nedenleriyle iç ve dış döşeme kot seviyelerini eşit tutmaktadır. 25 yıllık bir kullanım periyodunda teras çatı bileşenlerinin termal iletkenlikleri 4,2*10^-3W/mK değerinden 7,1*10^-3W/mK’e artmaktadır. Elde edilen bu 2,9*10^-3W/mK’lik artış Avrupa standartlarına uygun özellikte bir yalıtım ürününün kullanıldığını göstermektedir (Samuel, B., vd., 2007).

Teras çatılarda termal yalıtımın kullanımı ve yapı malzemelerinin özel türlerinin kullanımı hem sıcak hem de soğuk iklim bölgelerinde son yıllarda önemli oranda artmıştır. Bu artış enerji maliyetlerindeki artışa paralel olarak özel ve resmi yapılarda oturan insanların termal konfor isteklerinden kaynaklanmaktadır. Bilindiği gibi yapıların termal dizaynları iç şartlara, mevcut klimatik şartlara ve yapı bileşenleri malzemeleri ile yalıtıma bağlıdır. Tam bir yapı termal analizi tüm ısı transfer mekanizmalarının geçerliliği ve yapı bileşenlerinin birden çok farklı malzemeden oluşması nedeniyle oldukça kapsamlıdır. Analiz zamanla değişen dış çevre sıcaklığı, rüzgâr hızı ve solar radyasyona bağlıdır. Aynı zamanda ortamda bulunan ekipman, aydınlatma ve pencerelerden geçen solar radyasyon, hava değişim oranının yanı sıra dış hava enfiltrasyonun neden olduğu ısıl kazançlarda hesaba katılmalıdır. Bu nedenle yapı enerji hesaplamalarında bin metodu, derece gün metodu ve ısı transfer fonksiyonu gibi farklı analiz metotları kullanılmaktadır (Mustafa GÖLCÜ vd. 2006, Nuri Şişman vd., 2007).

Duvar dış yüzeylerine çoğunlukla yalıtım uygulaması yapılmaktadır. Duvar dış yüzeylerinde yalıtım malzemesinin kullanımı dış duvar yüzeylerinin mekanik ve termal gerilmelere karşı direncini azaltmaktadır. Çoğu yalıtım malzemesinin mekanik ve termal gerilmelere karşı mukavemeti zayıftır. Yazın sıcak iklimlerde çatı dış yüzey sıcaklığı dış dikey yüzeylerden daha yüksek hissedilebilir. Bu durumun tam tersine kışın açık havalı gecelerde çatı dış dikey yüzeylerdekinden çok daha soğuk olabilir. Teraslarda kullanılan yalıtım malzemelerinin işletim ömrü ölçümleri göstermektedir ki çatı yalıtım malzemesinin pay back periyotları yaklaşık 3,8 yıldır. Aynı çalışmada 50 mm’lik çatı yalıtımı olan bir yapıda sağlanan yıllık enerji tasarrufunun yaklaşık %19’a ulaştığı tespit edilmiştir.

Polysytren tipi yalıtım malzemesinin yapı duvar ve çatılarında kullanılması halinde % 76,8’e varan bir enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür Aynı şekilde vakum yalıtım panelleri de yüksek termal dirençlerinden dolayı son birkaç yıldır yapı teknolojisinde kullanılan önemli bir yalıtım malzemesi olarak dikkatimizi çekmektedir. Zira vakum yalıtım panelleri klasik yalıtım malzemelerine göre sekiz kat daha yüksek termal dirence sahiptir ve ince yalıtım tabakası özellikleri sayesinde enerji verimliliği yüksek yapı tasarımında kullanımları oldukça uygundur Bilindiği gibi yapılardaki eksik yalıtım ve standart dışı uygulamalar nedeniyle Türkiye’de ısınma için kullanılan enerji tüketimi çok yüksektir.  Konutlarda ısınma için ortalama tüketim yılda 200 kWh/m² den fazladır (Mustafa GÖLCÜ vd. 2006, Nuri Şişman vd., 2007). Soğuk iklim bölgelerinde 5-6 ay gibi uzun bir ısıtma periyodu göz önüne alınırsa tüketilen enerji oranı korkunç boyutlara ulaştığı görülmektedir (Mustafa GÖLCÜ vd., 2006). Tablo 2’de gelişen yapı teknolojisiyle beraber termal bakımdan farklı özellikleri olan değişik yapı çatı/terasları için termal özellikler verilmiştir. Tablodaki transfer fonksiyon katsayısı TFCs çatı/teras gibi yapı elemanlarında ısı akışı enstantanelerini tarif etmek için sıkça kullanılan bir transfer fonksiyon katsayısı olup çatı/teras yapım malzemelerinin fiziksel özellikleriyle beraber ısıl iletkenlik hesaplarında kullanılan temel bir tasarım parametresidir (G.A. Florides vd., 2002).

Tablo 2. Değişik çatı sistemlerinin termal özellikleri.

Sonuç ve Öneriler

·         Yalıtım uygulamalarında teras çatı estetiğini bozmayacak yalıtım uygulaması yapılmalıdır.

·         Yapı teras çatı kısımlarının su sızdırmazlık yalıtımlarının yapılması yapıyı suyun korozif ve aşındırıcı etkisinden koruyacaktır.

·         Teras çatı su yalıtım malzemelerinin seçiminde, öncelikle yapının nasıl bir su etkisine maruz kalacağı, teras çatının hangi kısımlarında kullanılacağı tespit edilmeli daha sonra bu özellikleri sağlayan ve mekanik/ısıl etkilere uzun süre dayanıklı konstrüksiyonlar seçilmelidir.

·         Düz çatı yalıtımı için klasik çatı uygulamasında, taş yünü ve cam yünü gibi mineral esaslı ve açık gözenekli malzemelerin kullanılması durumunda bu malzemeleri oluşabilecek nemden korumak için buhar kesici kullanılması gerekir. Ancak yalıtımda sıkıştırılmış ya da genleştirilmiş polistren köpük kullanılması durumunda buhar kesiciye gerek yoktur ki bu da yalıtım maliyetini azaltır.

·         Isıl yalıtım uygulamalarında, taş yünü ve cam yünü gibi mineral esaslı ve açık gözenekli yapıya sahip malzemelerin suyla direkt temas eden ve termal/mekanik gerilmelerin yüksek olduğu uygulamalarda kullanılmaması gerekir. Bu gibi durumlarda kapalı gözenekli ve mekanik dayanımı yüksek malzemeler kullanılmalıdır.

·         Özellikle çok katlı toplu konutların düz teras çatılarının yalıtımında mineral esaslı Multipor (Ytong) kullanıldığında yaz mevsiminde güneş ışınımı yüzey sıcaklığını 60-70 ⁰C’ye ulaştırdığında hacim sabitliğini koruduğundan yüzeyde deformasyonların oluşmasını önleyecektir.

·         Birikinti sularını sorunsuz bir şekilde tahliye edebilecek su yalıtım bantlı süzgeç sistemi tercih edilmelidir.

·         Teras çatılarda ısıl yalıtım malzemesi olarak taş yünü ya da polisytrenin kullanılmasıyla 21 $/m²’lik bir enerji tasarrufu ile 1-3 yıllık bir pay-back periyodu sağlandığı tespit edilmiştir.

·         Düz ve teras çatılarda uygulan ısıl yalıtım uygulamalarında, XPS ve EPS gibi ısı yalıtım malzemeleri rahatlıkla kullanılabilir. XPS ile daha iyi ve mekanik etkilere dayanıklı bir yalıtım sağlanırken EPS ile daha ekonomik bir yalıtım sağlanır.

·         Düz yalıtımlı teras çatı, 0,15m tesviye betonu ve yüksek yoğunluklu beton donanımı, 0.10m polystyren yalıtım, 0,07m şap ve 0.004 m 0,55 solar absorbsiviteye sahip alüminyum boya kaplı asfalt bileşenli teras çatı konfigürasyonu,  TFCs=6, k= 1,022 [w/mK] ve Q_Yıllık=2705 [kWh]’lik termal özellikleriyle soğuk iklim bölgeleri için ideal bir teras çatı olma özelliğini taşımaktadır.

·         Teraslarda kullanılan yalıtım malzemelerinin işletim ömrü ölçümleri göstermektedir ki çatı yalıtım malzemesinin pay-back periyotları yaklaşık 3,8 yıldır. Teras çatıda 50 mm’lik bir ısıl yalıtımı kullanıldığında yapıda sağlanan yıllık enerji tasarrufunun yaklaşık %19’lara ulaşmaktadır.

·         Yapı teras çatılarında gerçekleşen ısıl kayıp/kazanç hesaplamalarında bin metodu, derece gün metodu ve ısı transfer fonksiyonu gibi yeni ve daha hassas analiz metotları kullanılmalıdır. Yapı teras çatıları için optimum yalıtım kalınlığı hesaplanırken ömür maliyet analizininde mutlaka hesaba katılması gerekir. Toplam ısıtma maliyeti, sistemin işletim süresi (N) ve şimdiki değer faktörü (PWF)’ye bağlı denklem sistemleri dikkate alınmalıdır.

Kaynaklar

1.       Afacan, Özgür,  Çevresel Etkiler ve Su Yalıtımı, İzoder 2008

2.       Brunner, S., Simmler, H., In situ performance assessment of vacuum insulation panels in a flat roof construction, Vacuum, 82, 700-707, 2007.

3.       Dağsöz Alpin Kemal, Işıkel Korhan, Bayraktar Kemal Gani, Yapılarda Sıcak Etkisinin Getirdiği Problemlerin  Isı Yalıtımı İle Çözümü Ve Enerji Tasarrufu, IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi

4.       Dimoudia, A., Lykoudisb, S., Androutsopoulosc, A., Thermal performance of an innovative roof component, Renewable Energy, 35, 2257-2271, 2006.

5.       Gölcü, M., Altan Dombaycı, Ö.A., ve Abalı, S.,  Denizli için optimum yalıtım kalınlığının enerji tasarrufuna etkisi ve sonuçları, J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ., 21, 4, 639-644, 2006.

6.       Gel Mustafa Kemal, Temelden Çatıya Su Yalıtımının Önemi Ve Uygulamalar, TMMOB Makina Mühendisleri Odası Yalıtım Kongresi 23-24-25 Mart 2001 Eskişehir-Türkiye.

7.       İzocam Teknik Yayınları,  www.izocam.com.tr; 2009.

8.       Floridesa, G.A., Tassoub,  S.A., Kalogiroua, S.A.,, Wrobelb, L.C., Measures used to lower building energy consumption and their cost effectiveness, Applied Energy, 73-298, 2002.

9.       Karakoç, T.H., Uygulamalı TS 825 ve Kalorifer Tesisatı Hesabı, Editör, İZOCAM A.Ş., 169-220, 2001.

10.    Kubal, M. (2000). Construction Waterproofing Handbook. New York: McGraw-Hill 35

11.    Mohamed A. M., Ahmad Al D., Improving thermal performance of the roof enclosure of heavy construction buildings, Applied Energy, 85, 911–930, 2008.

12.    Öcal M. Emin, Isı Ve Su Yalıtımının Etkinliğini Büyük Ölçüde Azaltan Küçük Hatalar, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Tesisat Mühendisliği Dergisi, Mart-Nisan 2001

13.    Sami A. Al-Sanea, Thermal performance of building roof elements, Building and Environment, 37, 665 – 675, 2002.

14.    Sisman, N., Kahya,E., Aras, N.,  Aras, H., Determination of optimum insulation thicknesses of the external walls and roof (ceiling) for Turkey’s different degree-day regions, Energy Policy , 35,  5151–5155, 2007.

15.    Şengül Demet, Sayın Barış, Kaplan Seyit Ali, Su Ve Isı Yalıtımının Yapılarda Uygulanmasının Gerekliliği Ve Yalıtımdaki Uygulamaların Emniyet Ve Ekonomi Açısından Değerlendirilmesi, II. Mühendislik Bilimleri Genç Araştırmacılar Kongresi MBGAK 2005 İstanbul 17–19 Kasım 2005.

16.    Yalteks Yalıtım Malzemeleri Üretim ve Pazarlama web sayfası ürün detayları, www.yalteks .com

17.    Yılmaz, Meltem,  Binalarda Isı Yalıtımı İle Enerji Verimliliği ve XPS İle Çözümler, , Isı Yalıtımı Sanayicileri Derneği, www.xpsturkiye.org

18.     Ytong, Ertokat Nuri, Yeni Nesil Isı Yalıtım Malzemesi: Multipor, 1.Ulusal Enerji Verimliliği Forumu 15-16 Ocak 2009, İstanbul