Yalıtım ve Enerji Verimliliği

Yalıtım ve Enerji Verimliliği

Önceki yazılarımda hep enerji ve ısının davranışlarını, termodinamik temellerini anlatmıştım. Bir ısı sisteminin veriminin arttırılmasındaki en önemli nokta sistemin ısıya karşı yalıtılmasıdır. Örneğin, evlerimizi ısıtmakta kullandığımız kalorifer sistemimizin ısıl olarak yalıtılmış olması, soğuk kış günlerinde kazak giymenize gerek kalmadan –ısıl konforunuzu bozmadan- daha az yakıt ile ısınmanıza olanak sağlar.

Öncelikle, yine her zamanki gibi tanımlarımızı yapmalı terimleri ve modelleri kafamızda tam anlamıyla kurmalıyız. Ezberlemeden, tanımı sorulduğunda otomatiğe bağlamadan, bilerek cevaplayabilmek adına terimler ve işleyiş mekanizması iyice anlaşılmalıdır.

·         Terimler ve İşleyiş

Isı: Bir enerji formudur. Maddelere etkidiğinde sıcaklıklarını arttırır. Termodinamiksel olarak sıcak ortamdan soğuk ortama doğru hareket eder.

Sıcaklık: maddenin tuttuğu ısıdan dolayı gözlenen bir özelliğidir. Diğer bir deyişle, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi yani bir ısı yoğunluğudur.

Isıl Konfor: Bir mekân içerisinde, insanların üşümediği veya sıcaktan bunalmadığı, nemden şikâyet etmedikleri durumda, bulundukları mekân ısıl konfora ulaşmış bir sistem demektir.

Verim: Bir sistemin aldığı enerjiye oranla verdiği iştir.

Isıl Kayıp: Sıcak ortamdan, soğuk çevreye ısı akışı olması sonucu, sıcak sistemin ısısındaki azalmadır.

Isıl Kazanç: Sıcak ortama, ısı geçişidir. (Isıtma sisteminden eve ısı geçişi)

Isıl Direnç: Bir malzemenin sıcak ortam ile soğuk ortam taraflarındaki yüzeylerinden ısıyı geçirmek istemeyişidir. Malzemenin karakteristik bir özelliğidir.

Isı Geçirgenlik Katsayısı U (W/m2K): Farklı malzemelerin arka arkaya dizilmesiyle oluşan bir yapı elemanının ısı geçişine göstermiş olduğu dirençtir. U, malzemelerin ısı iletim katsayısı (λ) ve ısı geçiş yönündeki kalınlığına bağlıdır. U değeri ne kadar küçük olursa, ısı kaybı da o kadar az olur.

Yalıtım (İzolasyon) : Isıl kazanç ve/veya ısıl kaybın engellenmesi amacıyla, yüksek ısıl dirence sahip bir malzeme ile sistemin çevre ile ilişkisinin kesilmesidir.

            Isının üretilmesi, sıradan bir kalorifer tesisatına sahip evlerde, kombilerde gerçekleşir. İşte ilk kayıp bu esnada olur. Isının üretimi esnasında kullanılan yakıt doğalgazdır. Kombiniz, atmosferden çektiği hava ile doğalgazı karıştırıp ateşler. Kombinin verimi, yakıtı yakabilme oranıyla ve yanma sonrasındaki gazların düşük sıcaklığa sahip olarak atılmasıyla doğrudan ilişkilidir. Termodinamiğin ikinci yasasınca, kombiniz yakıttan elde ettiği ısının bir kısmını tesisattaki suyu ısıtmakta kullanırken, bir kısmını yanmış sıcak gazları atarken, gazların ihtiva ettiği enerjiyle atacaktır. Burada mühim olan, atılan gazların sıcaklığının yani ihtiva ettiği enerjinin geri kazanılmasıdır. Bu işlemi gerçekleştirebilen kombilere “yoğuşmalı kombi” denir. Bu tip kombilerin ısıl verimi oldukça yüksektir. Yoğuşmalı kombi kullanmanız, ısıtma giderlerinizi ciddi anlamda düşürecektir.

            Fakat evlerdeki ısıl kaybın büyük bir kısmı yalıtılmamış duvarlar ve tesisattan kaynaklanmaktadır. Doğalgaz kalorifer tesisatı sonradan kurulmuş bir evde, tesisat boruları açıkta gider ve çok fazla dirsek kullanılır. Dirsekler, suyun akışını yavaşlattığından kombinin su pompası üzerinde fazladan bir yük oluşturur. Bu olay yakıt tüketimini ve elektrik enerjisi sarfiyatını arttırmaktadır. Ev seçiminde, doğalgaz tesisatının sonradan dönüşümle olmayan evleri tercih etmenizde verimlilik açısından önemlidir.

            Yalıtılmamış duvarların etkisine gelince, en büyük etkenin bu olduğunu söyleyebilirim. Bir sistemin ısı kaybını hesaplamak için “Fourier Kanunu” kullanılır. [ Q =  -k x A x (dT / dL) ] Bu formülde k, malzemenin ısı iletim katsayısı, A duvarın yüzey alanı, dT çevre ile ortamın sıcaklık farkı, dL ise duvarın kalınlığı. Görüldüğü üzere, duvarın yüzey alanından veya soğuk bir kış gecesi evin sıcaklığını azaltarak sıcaklık farkından taviz verilemez. Bir sistemin ısıl kaybını azaltmanın en mantıklı ve geçerli yolu duvar kalınlığını veya kullanılan malzemeyi değiştirmektir. Ancak, duvarın kalınlığı ile gelişi güzel oynanamayacağı için, iş yine doğru malzeme seçimine gelmektedir.

İşte tam bu noktada, malzemelerin ısıl dirençleri devreye girmektedir. Isıl direnç, düz bir duvar için

R = L / (k x A) dır. Formülasyondan da görüldüğü üzere, malzemenin ısı iletim katsayısı  “k” düştükçe, ısıl direnci artmaktadır.

·         Yalıtımın Önemi ve Yalıtım Malzemeleri

Yalıtım, enerji verimliliğin en önemli noktasıdır. İyi yalıtılmış bir evin, ısınma giderleri %30 oranında düşürülebilmektedir. Yukarıda açıkladığım ısı transferi hesabında en önemli noktanın yalıtım malzemesinin seçimi olduğunu gördük. Metaller ısı yalıtımı için uygun malzeme grubu değildir. Seramikler ise yüksek sıcaklıklara dayanabilirler fakat ısı yalıtımda o kadar iyi değillerdir. Geçmiş dönemlerin tekniğiyle inşa edilmiş binalarda, en basit yalıtım malzemesi tuğladır, sıvadır. Tuğlalar, geleneksel seramikler olup, ısıl dirençlerinin büyük olmasının sebebi içlerindeki hava boşluklarıdır. Sabit hacimli havanın ısı iletim katsayısı k = 0.627 W/m.K dir. Fakat tuğlanın kendi ısı iletim katsayısı ise 0.811 W/m.K dir. Bunların bileşkesi alındığında ve çevre sıcaklığı 0 derece, oda sıcaklığı 23 derece alınırsa, yalıtımsız duvarın ısı kaybı kabataslak olarak Q= 260 kW/h olmaktadır. Aksine, bu duvar yalıtımlı olsa idi, 5cm kalınlığında polistiren köpük ile kaplanmış yalıtılmış bir duvar üzerinden hesap yapılırsa, aynı şartlar altında ısı kaybı Q= 70 kW/h olur.

Görüldüğü üzere, yalıtım malzemesi ile kaplanmış yalıtılmış bir sistem ne kadar da az ısı kaybetmektedir.

Yalıtım malzemesi seçimine gelirsek, metal ve seramiklerin uygun olmadığını yukarıda arz etmiştim. Fakat polimer malzemeler, ısı ve ses yalıtımı için biçilmiş kaftandır. Şu anda ısı yalıtımı ile ilgilendiğimizden, polistiren ve poliüretan köpüklerden bahsetmek istiyorum. Bu polimerler dünya üzerinde en küçük ısı transfer katsayısına (k= 0.032 W/m^2.K ve k= 0.026 W/m^2.K) sahiptirler. Dolayısıyla ısıl dirençleri çok yüksektir. Günlük hayatınızda kullandığınız plastiklerin çoğu polistirendir. Kısaltması “PS” dir ve geri dönüşüm numarası “6” dır. Köpük bardak olarak bildiğiniz ve içerisine kaynar su koyduğunuz halde elinizde tutabildiğiniz malzemede polistirendir.

2000’li yıllarda enerji tasarrufunun arttırılması, ısıl kaybın azaltılması düşüncesi ülkemize girmiştir. Bu esnada inşa edilen binalarda, tuğla aralarında oksit sarısı renkte köpük kullanılmıştır. Bu malzeme ise poliüretandır. Köpük olarak üretilmeli kastidir. Çünkü köpükler bir sünger olarak modellenebilir. Hem poliüretan ve polistiren polimerlerinin düşük ısı transfer katsayısı hem de üretim esnasında içerisinde hava olan veya vakum olarak kalan kabarcıklar, malzemenin toplam ısıl direncini arttırmaktadır.

Günümüzde ise, dış cephe kaplaması olarak bilinen bir uygulama hayli yaygındır. Yeni yönetmeliklerle, 2017 yılına kadar tüm binaların dış cephe yalıtımlarının yapılması mecbur kılınmıştır. Binanın yalıtımsız dış cephesine, poliüretan veya polistiren köpüğü tutacak bir harç sürülür. Bu harç, seramik tabanlı bir malzemedir ve yapışmanın yanında yüksek ısıl direnç ve nem direnci sağlar. Daha sonra bu harcın üzerine, yine dıştaki yüzeyi seramik kaplı fakat sürülen harca yapışacak yüzeyi kaplamasız olan polistiren veya poliüretan köpük yapıştırılır. Yani dışarıdan içeriye doğru malzeme sırası şöyledir, Seramik kaplama- Yalıtım köpüğü – Seramik Harç – Duvar – İç Sıva. Isının iletiminin en çok engellediği bölge, yalıtım köpüğünün olduğu bölgedir. En az 3cm kalınlığında plaka şeklinde bir köpük kullanılmalıdır.

·         Enerji Verimliliği

Herkes evinde ısıl konfor sağlamak ister. Fakat özellikle çetin iklimi olan coğrafyalarda bu iş oldukça karmaşık hale gelir ve kulaktan dolma bilgiler yetersiz kalır. Pencere altlarına bez sokuşturma, duvarlara halı asma gibi yöntemler, iç ortam ile çevre arasındaki sıcaklık farkı arttıkça yetersizleşir. Evinizin ısıl konforunu yaz-kış sağlamak ve bu esnada minimum enerji kullanmak ciddi bir mühendislik problemidir. Bu konu hakkında, birkaç ufak tüyo vereceğim.

Yeni alacağınız ev için, şu hususlara dikkat etmelisiniz.

1)      Bütçenize uygunsa, mutlaka yoğuşmalı kombi tercih edin. Yatırım maliyetini kısa sürede çıkaracaktır.

2)      3+1 planın bir evde en az 8 petek olmalıdır. Şunu unutmayın ki, az petek az fatura demek değildir. Petek sayısı azaldıkça, sistem basıncı artacaktır ve kombi zorlanacaktır. Bu da fazladan yakıt masrafıdır.

3)      Sonradan doğalgaz dönüşümü yapılmış bir ev ile, inşa esnasında doğalgaz tesisatı çekilmiş bir ev arasında %5 ~ %10 oranında ısıl kayıp fazlası vardır.

4)      Kombinizin ayarı ile çok fazla oynamayın. Rölantide çalışan bir kombi, tesisat su sıcaklığını sabitler ve düşük miktarda ısıl kayıp yaşar. Fakat kapatılmış ve tamamen soğumuş bir tesisatın tekrar ısıtılması esnasında fazla enerji harcanır. Ancak uzun süreli evi terk etme durumunda kombinizi kapatın.

5)      Yalıtım uygulanmış olmalı. Yalıtımı yapılmış bir binanın, yalıtımsız binalara oranla %30 daha verimli hale geldiğini yukarıda da belirtmiş ve açıklamıştım.
6)   Termostatik vana kullanmayı tercih edin. Termostatik vana kullanarak %15 civarında enerji tasarrufu yapmak mümkündür.

Sonradan doğalgaz dönüşümü yapılan bir ev içinse, şu hususlara dikkat etmelisiniz.

1)      Yine yoğuşmalı kombiyi öneririm.

2)      Tesisatı olabildiğince evin içerisinden geçirmeye ve en az sayıda dirsek kullanmaya özen gösterin. Eğer tesisatın bir kısmı özellikle de kombiden ilk çıkış bölgeleri evin dışında kalıyorsa, mutlaka cam elyafı veya köpük ile o bölgeyi yalıtın. Yoksa ısıl kayıp çok fazla olacaktır.

3)      Tesisat akışkanı olarak su yerine daha verimli taşıyıcılar kullanabilirsiniz. Yatırım maliyeti bir nebze fazlada olsa, uzun vadede kendini amorti edecektir. %10 ~ %15 ısıl kazanç sağlayabilirsiniz.

4)      Az sayıda petek kullanmaktan kaçının. Yukarıda da söylediğim gibi 3+1 planında bir ev için mutlaka en az 8 petek olmalıdır.

Enerji tasarrufu içinse, yukarıdaki hususlara dikkat etmenizin yanında bazı özel noktalara da özen göstermenizde fayda vardır.

1)      Gece olduğunda perdelerinizi kapatın. Bu sayede ışınım yoluyla olan ısı kaybının bir kısmını engelleyeceksiniz.

2)      Çift camlı pencereleri tercih edin.

3)      Evinizi havalandırmanız esnasında, altında veya yakınında petek bulunmayan pencere veya kapıları tercih edin. Örneğin, balkon kapısı olan bir salonu havalandırırken, salon penceresini değil de balkon kapısını tercih edin. Çünkü salon penceresinin altında kalorifer peteği vardır ve eğer o pencereyi açarsanız, ısıl kaybınız artar.

4)      Kullanmayı düşünmediğiniz peteklerin dahi vanalarını tam sıkmayın. Mutlaka bir nebze suyun akışına izin vermelisiniz. Tabi ki tesisat planı önemlidir. Çift veya tek dağıtmalı sisteme veya ev planına göre davranmalısınız. Bu konuda bir uzmandan yardım isteyiniz.

5)      Kombinizin yıllık veya iki yıllık periyodik bakımını atlamayınız. Kurum bağlamış bir yanma odası, kombinizin ısıl verimini düşürecektir.

6)      Elektrik ile ısınmanın daha temiz ve verimli olduğu doğrudur. Fakat bu yöntem iyi yalıtılmış ve güzel planlanmış bir mekân için geçerlidir. (ısı pompası, klima vb..)

Bu yazımda enerji verimliliğini ve yalıtımın önemini arz etmeye çalıştım. Fikirleriniz ve önerileriniz, ilaveleriniz, düzeltmeleriniz benim için çok önemli olduğundan, aklınıza gelen en ufak şeyleri bile bana e-posta atmanızı rica ediyorum.

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi