KIRKLARELİ İLİ İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI HESAPLAMASI
Kıvanç UNCU,151820053094
MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ,MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ,ESKİŞEHİR OSMANGAZİ ÜNİVERSİTESİ
ESKİŞEHİR,TÜRKİYE
30.10.2008
ÖZET
Derece-gün yöntemi ile bir binanın ısıtma ve soğutma enerji ihtiyacını belirlemek mümkündür. Farklı bölgelerdeki farklı iklim koşulları ısıtma veya soğutma enerjisi ihtiyacını önemli ölçüde etkileyebilmektedir. Tüm dünyada özellikle ısıtma ve ısı yalıtımı uygulamaları için derece-gün sayıları kullanılarak coğrafik bölgelerden farklı olarak derece-gün bölgeleri tespit edilmektedir. Belirlenen ısıtma ve soğutma derece-gün bölgelerine yer alan iller, tablolarda gösterilmektedir. Elde edilen sonuçlar TS 825 “Binalarda Isı Yalıtımı Kuralları” standardında sadece ısıtma uygulamaları için verilen 4 derece-gün bölgeleri ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada Kırklareli ili için duvarlarda DD ile optimum yalıtım kalınlığı belirlenecektir.Türkiye’de dört farklı derece gün bölgesi bulunmaktadır. Kırklareli 3. bölgede yer almaktadır. 18 oC denge sıcaklığında yıllık ısıtma derece gün sayısı DD=2274’dir.
Bu çalışmada düzlem dış duvardan oluşacak kayıpları önlemek için dış duvarda optimum yalıtım malzemesi kalınlığı derece gün sayısına göre hesaplanmıştır.
1) GİRİŞ
Enerji ihtiyacındaki artış ve çevresel bilinç tüm dünyada zorunlu enerji kaynaklarını daha verimli kullanmamıza sebep olmuştur. Binalarda izolasyon yapmak enerji tüketimini olumlu önde etkilemiştir ve iyi bir ekonomik kazanç olmuştur.
Yalıtım malzemesi kalınlığı bölgedeki ortalama hava sıcaklığı, nem oranı, yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı ve fiyatı göz önüne alınarak seçilmelidir. Yalıtım malzemesi kalınlığı arttırılarak enerji tasarrufu ve dolayısıyla da hava kirliliği azaltılır. Ancak yalıtım kalınlığının hiç ısı kaybı olmayacak şekilde arttırılması ne ekonomik nede mümkündür. Yalıtım yatırım tutarı ile bunun sonucunda sağlanacak tasarruflar arasında bir denge noktası belirlenmelidir. Dengenin kurulduğu bu nokta optimum yalıtım kalınlığını verir. Yalıtım kalınlığının tespitinde yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı ve fiyatı bölgedeki ortalama hava sıcaklığı ısıtmada kullanılan yakıt fiyatı, kanun ve yönetmelikler gibi faktörler ile yatırımların değerlendirilmesinde kullanılan peşin değer (PW) yöntemi kullanılarak bir sistem geliştirilebilir.
2) METOD
Binaların ısıl yalıtım kuralları TS 825’e göre belirlenmiştir. Bir evin ısıl izolasyon hesaplaması yapılırken duvar kalınlıklarının ve duvar malzemesinin ısı iletim katsayılarının bilinmesi gerekir.
Optimum yalıtım kalınlığı bölgedeki ortalama hava sıcaklığı,nem oranı,yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı ve fiyat dikkate alınarak seçilir. Yalıtım malzemesi kalınlığı arttırılarak enerji tasarrufu ve dolayısıyla hava kirliliği azaltılır. Ancak yalıtım kalınlığının hiç ısı kaybı olmayacak şekilde arttırılması ekonomik değildir. Fiyat ve yalıtım kalınlığı ile sağlanacak tasarruf arasında belirli bir denge olmak zorundadır. İşte bu dengeli nokta optimum yalıtım kalınlığını verir. Optimum yalıtım kalınlığının tespitinde yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısı,bölgedeki ortalama hava sıcaklığı,ısıtmada kullanılan yakıt fiyatı,kanun ve yönetmelikler gibi faktörler ile yatırımların değerlendirilmesinde kullanılan peşin değer yöntemi kullanılarak bir algoritma oluşturulacaktır.
Bu hesaplamalarda amacımız düzlem dış duvarlardan kayıpları önlemek için dış duvara optimum yalıtım malzemesi kalınlığını DD göre tespit etmektir.
Bu amaçla ısıtma için yıllık enerji ihtiyacını (Eh) şu denklemle hesaplayabiliriz;
Burada U duvarların ısı geçiş katsayısı(W/m2K),η ısıtma sistem verimini göstermektedir.
Duvarın toplam ısı geçiş katsayısı U,duvarı oluşturan katmanların dirençleri oluşturularak hesaplanır.
,
,
Yalıtım tabakasının ısı iletim direnci , ifadesiyle de verilebilir. O halde toplam ısı geçiş katsayısı şu halini alır;
Denklemde yalıtım malzemesiz dirençlerin toplamıdır. Şimdi yukarıda bahsedilen formüllerle gerekli düzenlemeleri yapıp sayısal işlemleri uygularsak;
Optimum yalıtım kalınlığı dış ortam sıcaklığına,ısıtma periyodu uzunluğuna,çalışma süresine,sistem verimi ve yalıtım malzemesi özelliklerine göre belirlenir. Yalıtımlı bina için yıllık yakıt maliyeti;
yakıtın birim maliyeti,H yakıtın alt ısıl değeri, ısıtma sisteminin verimini göstermektedir.
Yıllık ısıtma maliyeti yalıtım malzemesinin N yıllık ekonomik ömrü için yıllık ısıtma maliyetinin peşin değerlerinin toplamıdır. Bu değer yalıtımların değerlendirilmesinde kullanılan peşin değer yöntemi ile hesaplanabilir. Yalıtım malzemesinin ekonomik ömrü N,faiz oranı , enflasyon oranı , olmak üzere reel faiz oranı ;
Reel faizi veren (6) denklemi ile şimdiki değer faktörü(PW) aşağıda verilen ifadeyle bulunur;
şeklinde hesaplanır.
, $/m2 cinsinden yatırım yalıtım maliyetini tanımlar;
, $/m3 cinsinden yalıtım malzemesi maliyetini , yalıtım kalınlığını gösterir.
Böylece yalıtımlı bir binada N yıllık toplam ısıtma maliyeti denk (9)’ daki gibi hesaplanır.
Denk(9) u incelersek denk(5) deki bazı kavramları içerdiğini görürüz. O halde düzenlenirse;
Yalıtım malzemesinin kullanımı sırasında oluşacak değerin ekonomik olup olmadığını,yalıtım malzemesi kullanıldığında sağlanan enerji tasarrufu ile yatırım maliyetinin mukayese edilmesi ile tespit edilmesi gerekir.
· ,yalıtım malzemesi kullanılmadığında (x=0) oluşan enerji maliyeti
· , yalıtım malzemesi kullanıldığında oluşan enerji maliyeti
şeklinde tanımlanırsa, kazanç faktörü;
N yıllık toplam kazanç faktörü ise;
Denk (12)’deki ilk terim yalıtım malzemesi kullanılmadığı durumda (x=0),ikinci terim ise yalıtım malzemesi kullanıldığında (x≠0) ortaya çıkan toplam maliyetleri ifade etmektedir. Belirtilen iki maliyet arasındaki fark sağlanan enerji tasarrufunu verir. Denk (12)’deki son terim yalıtım yatırım maliyeti olup enerji tasarrufu ile yalıtım maliyetinin farkı kazancı ifade eder.
Optimum yalıtım kalınlığını veren ifadeyi bulmak için denk (12)’yi x’e göre türevini almak gerekir ve alınan türevi sıfıra eşitleyerek x optimum değeri okunur.
şeklinde hesaplanır.
Yukarıda açıkladığımız denklemleri şimdi sırayla sayısal olarak hesaplamalarını yapıp sonuçlarını alırsak şu sırayı izlememiz gerekir;
Optimum yalıtım kalınlığını hesaplamadan önce elimizdeki veriler şunlardır;
|
Yakıt olarak
KÖMÜR
|
Ekonomik Veriler
|
Yalıtım Malzemesi
|
|
H=
=0,185 $/kg
|
N=10 YIL
i=%17,79
g=%9,32
|
TAŞ YÜNÜ
k=0,04 W/mK
|
KIRKLARELİ İLİ İÇİN VERİLER;
|
hiç
|
8.14 W/m2K
|
|
hdış
|
23.26 W/m2K
|
|
İç sıva ısı iletim katsayısı
|
k=0.87 W/mK L=0.02 m
|
|
Dış sıva ısı iletim katsayısı
|
k=1.4 W/mK L=0.03 m
|
|
Duvar ısı iletim katsayısı
|
k=0.45 W/mK L=0.17 m
|
|
Verim
|
η =0.70
|
şeklinde tablo halinde verilebilir.
Hesaplama yöntemimiz şu şekildedir;
ü Kırklareli ili için yıllık derece-gün değeri;
ü Reel faiz oranını bulmamız gerekir. Çünkü optimum yalıtım kalınlığında bulunan PWF değeri için reel faizi bulmamız gerekmektedir. Bu işlem için;
ü Şimdi PWF(şimdiki değer faktörü) değerimizi bulabiliriz;
ü yalıtım malzemesi haricindeki direnç toplamını hesaplarsak;
Şeklinde optimum yalıtım kalınlığı için gerekli tüm verilere ulaşmış oluruz. Artık bulduğumuz bu verileri x optimum yalıtım kalınlığı için gerekli formülde yerine koyarsak;
şeklinde optimum yalıtım kalınlığı bulunur.
ü Isıtma için yıllık enerji ihtiyacını (Eh) şu denklemle hesaplayabiliriz;
ü cinsinden yatırım yalıtım maliyeti;
ü Yalıtımlı bina için yıllık yakıt maliyeti;
ü Yalıtılmış binanın yıllık toplam ısıtma maliyeti;
ü Yalıtılmamış binanın yıllık ısıtma maliyeti;
ü 10 yıllık toplam kazanç;
(
Toplam net enerji tasarrufunun,yalıtımlı haldeki ısıtma maliyetinin,yalıtımsız haldeki ısıtma maliyetinin belirli x izolasyon kalınlığına göre değişimini gösteren tabloyu hazırlarsak;
Öncelikle datalarımızın belirtildiği tabloyu hazırlamamız gerekir;
Tablo 1: İzolasyon kalınlığı göre enerji ihtiyacı,yalıtımlı ve yalıtımsız ısıtma maliyeti,toplam enerji tasarrufu değerleri
|
İzolasyon kalınlığı
(m)
|
Yıllık Enerji İhtiyacı
(W/m2)
|
Yalıtımlı halde ısıtma maliyeti
($/m2)
|
Yalıtımsız halde ısıtma maliyeti
($/m2)
|
Toplam net eneri tasarrufu
($/m2)
|
|
0,01
|
335056191,3
|
17,552
|
5,92697
|
|
0,015
|
291551440,1
|
15,953
|
7,52597
|
|
0,02
|
258045942,3
|
14,846
|
8,63297
|
|
0,025
|
231447655,2
|
14,078
|
9,401
|
|
0,03
|
209820267,2
|
13,555
|
9,92397
|
|
0,035
|
191889363,1
|
13,214
|
10,26497
|
|
0,04
|
176781867,8
|
13,011
|
10,46797
|
|
0,045
|
163879588,6
|
12,917
|
10,56197
|
|
0,05
|
152732530,6
|
12,908
|
10,57097
|
Grafik 1: Yalıtım kalınlığına göre yalıtımlı bir binanın ısıtma maliyeti
Şekilde yalıtım kalınlığıyla yalıtımlı bir binanın ısıl maliyetinin nasıl değiştiğini gösteren grafik bulunmaktadır. Görüldüğü gibi yalıtım kalınlığı arttıkça ısıtma maliyeti azalmaktadır. İşte bu esnada bizim optimum yalıtım kalınlığı hesaplamamız gerekir. Yalıtımın çok kalın olması da bizim işimizi görmeyebilir. Ayrıca yalıtım malzemesi kalınlığı arttıkça yatırım yalıtım malzemesi maliyeti de artmaktadır.Bu bakıma yukarıda hesapladığımız gibi optimum yalıtım kalınlığı hesaplaması yapmamız gerekir.
Grafik 2: Yalıtım kalınlığına göre enerji tasarrufu
İlk grafikte yalıtım kalınlığı arttıkça görüldüğü gibi ısıtma maliyeti azalmaktaydı. Yukarıdaki grafikte de görüldüğü gibi yalıtım kalınlığı arttıkça enerji tasarrufu da artmaktadır.
Grafik 3: Yalıtım kalınlığına göre yıllık enerji ihtiyacı
Grafikten de okunduğu gibi yalıtım kalınlığı arttıkça yıllık enerji ihtiyacı azalmaktadır. Örneğin yalıtım kalınlığı 0.01m iken enerji ihtiyacı 335056191,3 W/m2 olup, yalıtım kalınlığı 0.04m iken 176781867,8 W/m2 olmaktadır. Görüldüğü gibi enerji miktarındaki azalış çıkartılmıştır.
Optimum yalıtım kalınlığı hesaplamalarında uygulanan kurallar ve sonuçları TS 825 “Binalarda Isı Yalıtımı Kuralları” standartlarına paralel olmalıdır. Aldığımız hesaplamalarda bu standartlara göre işlemlerimizi uygularız. Hesaplamalardan da görüldüğü gibi optimum yalıtım kalınlığı birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörleri göz önünde bulundurarak Türkiye’nin her bölgesinde gerekli optimum yalıtım kalınlığını hesaplayabiliriz. Bu hesaplamalarımızı belirli kurallar çerçevesinde yapabiliriz.
şeklinde hesaplarız.
Tablo 2: Optimum yalıtım kalınlığı,yıllık tasarruf,geri ödeme
|
KIRKLARELİ
|
DD
|
DUVAR İÇİN OPTİMUM YALITIM KALINLIĞI (m)
|
İZOLASYON MALİYETİ
($/m2)
|
10 YILLIK TASRRUF
($/m2)
|
GERİ ÖDEME PERİYODU
(yıl)
|
|
|
2274
|
Yukarıdaki tabloda bizim aldığımız,hesapladığımız tüm değerler görülmektedir.
YUKARIDAKİ DENKLEMLERDE SAYISAL HESAPLAMALAR KİŞİSEL HAKLARDAN DOLAYI GÖSTERİLMEMEKTEDİR.
This page was designed by Kıvanç UNCU
K. UNCU
