Isı Yalıtımı ile Isı Depolanması Arasındaki Uyumlu Ölçü
And Akman
Güneş, bir kuş yuvası ve eski insanların yaptıkları doğal barınaklar bize en doğru, bütünsel ısısal öğretileri gösterirler. Bu öğretiler Salt ekonomik bİr yönelimde olmadıklarından yanlış ve aldatıcı değillerdİr.
Isı, ortama etkiyen tüm faktörler bir uyum içinde sıralandığında doğruluk kazanır. Bu faktörlerin belli başlıları: depolama, yalıtım, ısının düşürülmesi, yüzey ve hacim sıcaklıkları, ayak sıcaklığı, enerji kayıpları, ısınma süresi, ısısal dengeler, kuruma süresi, ısı köprüleri, su buharının yoğunlaşması, iç ve dış ısı kaynaklarının kullanımı ve hava akımlarıdır. Ayrıca bölgedeki iklim koşullarının, havadaki nem oranının, ısıtma sisteminin (ışınım, konveksiyon), havalandırmanın, havanın elektriksel komponentlerinin (iyonizasyon, elektromanyetik yükler ve alanlar) göz önünde bulundurulması gereklidir.
Günümüzdeki ısı izolasyonu anlayışında ise yukarıda belirtilen faktörlerin çok azı hesaba katılmakta, hatta;
- *1cm kalınlığındaki ısı yalıtım malzemesinin, altındaki malzemenin ısı depolama kapasitesini %76’ya varan bir oranda azaltabildiği, a Isınma süresi 1 saat olan ahşap yapı betondan inşaa edilseydi, bu sürenin 6 saate çıkacağı, a Kuzeye bakan pencerelerin tüm yapıdaki ısı kayıplarının %80’ine sebep olabileceği
- pek bilinmemekte, çözümlenmesi gereken problem olarak bugün yapı olgusuna aktarılmamaktadır. En uygun çözüm doğal iklimlemedir. Havadaki nem oranı, ısısı ve bileşimi açısından ideal iç mekan iklimini oluşturmak:
- * Ahşap, kerpiç, kiremit gibi insan bünyesi ile bağdaşan yapı malzemelerinin kullanılmasına,
- * Güneş enerjisinden pasif faydalanıma (cam alanların doğru yönelimi, büyüklüğü ve yalıtımı),
- * Ağaçların, çalıların ve sarmaşıkların tertipleşik yerinde kullanılmasına, bağlıdır.
Isınma masrafları bu doğal-teknik önlemler ile %50-70 e varan oranlarda azaltılabildiği gibi, aynı zamanda hem yapı hasarları oluşmaz hem de astım, romatizma, alerjiler ve tansiyon gibi, iklim hastalıklarına karşı kendimizi korumuş oluruz.
Tüm Dünya’da insan nüfusu ve tüketimi hızla çoğalmakta, buna paralel olarak enerji ihtiyacı da artmaktadır. Çok miktarda enerji tüketimi nedeni ile kentsel hava kirliliği artmakta doğal enerji kaynakları azalmakta, enerji pahalılanmaktadır.
Son senelerde yurtdışında büyük alışveriş merkezleri, ofis kompleksleri ve genel müdürlük yapıları gibi prestij binalar, inşaat teknolojisinin en yeni sistemleri kullanılarak inşaa edilmektedir. Çalışan insanların konforlarının temini ve üretkenliklerinin artırılması için bu tip yapılarda klima ve havalandırma yapılması mecburiyeti ortaya çıkmaktadır. Şüphe yok ki herhangi bir ısıtma ve soğutma sistemi kullanılarak her tipteki binayı enerji tüketerek klimatize etmek mümkündür. Ancak yapı biyolojisi ilkelerince bu enerji tüketimini minimuma indirgeyecek, hatta gereksiz kılacak tasarım ve malzeme seçimine gidilmesi önceliklidir. İnsanların yaşadıkları hacimlerin ısıtılmasının, havalandırılmasının veya iklimlendirilmesinin amacı kişiler için uygun bir iç iklimin elde edilmesidir. Bu iklim “uygun bir hava kalitesi ve uygun bir ısıl çevre “ olarak tanımlanabilir.
Gelişme çabaları içinde olan ülkemizde ise durum batı ülkelerinden çok farklıdır. Çok hızlı bir nüfus artışı ve şehire göç mevcuttur. Bu nedenle konut açığını en kısa sürede ve en ekonomik yoldan karşılamayı amaçlayan aşırı ve genelde sağlıksız yapılaşmada ekonomiklik hiç bir zaman kullanıcıların iklimsel konfor koşullarından sağlıkları pahasına ödün vermeleri veya iklimsel konfor şartlarını sağlamak için gereğinden fazla harcama yapmaları - diğer bir deyişle ilk yatırım maliyeti düşük binalarda zorunlu olarak işletme malyetinin yüksek olması - anlamına gelmemelidir.
Yaz aylarında sıcak havanın rahatsızlığını giderecek çareler bulmak ve bu dönemde geçici bir süre için dahi olsa, serin bir ortamda barınmak herkesin arzusudur.
İlk bakışta, bu ihtiyacın giderilmesinin ancak klima kullanımı ile çözülebileceği ve birçoğunun bütçesini aşan bir yatırımı gerektirdiği için de, arzulansa dahi, mümkün olmadığı düşünülebilir. Bu kısmen doğru bir yorumdur çünkü ortamların sıcaklıklarını belirleyen denge, onların zaman içindeki ısıl kazanç ve kayıplarından oluşur. Isıtılan ortamın yalıtım malzemesi kullanılarak sıcak tutulabildiği bilindiği halde, aynı ortamın özgül kütlesi ağır, ısıyı depolayan malzemeler ile yazın serin tutulabileceği gözden kaçmakta, dikkate alınmamaktadır.
En önemli konfor koşullarından biri olan iç ortam sıcaklığı; yapıyı çevreleyen duvarların, çevre sıcaklığı, güneş ışınımı, rüzgar hızı gibi dış atmosferik şartlarla etkileşimi sonucu değişmektedir. Bilindiği gibi iç ortam sıcaklığını belirleyen ve duvar üzerinden mevsimlere göre ısı kazancı veya ısı kaybı şeklinde bir ısı akımı söz konusu olmaktadır.
Isı kazancı, dış ortamdan daha düşük sıcaklıkta bulunan iç ortama (yapıya) doğru ısı transferidir. Isı kazançları karmaşık ve gün uzunluğu boyunca sürekli farklı olarak değişen kısımlardan oluşmuştur.
Bir yapının toplam ısı kazancı genel olarak şu kısımlardan meydana gelmektedir:
*Yapı elemanlarından (duvar, çatı, döşeme, pencere…) gelen ısı kazançları.
* İnsanlardan gelen ısı kazancı.
*Aydınlatma ve diğer elektrikli cihazlardan gelen ısı kazancı.
Binaların ısıtma enerjisi ihtiyacını etkileyen faktörleri de şöyle özetleyebiliriz:
Bina özellikleri: İletim ve havalandırma yoluyla gerçekleşen ısı kayıpları (varsa ısı geri kazanımı) ve ısıl kapasite,
Isıtma sisteminin karakteristikleri: Özellikle kontrol sistemleri ve ısıtma sisteminin, ısıtma enerjisi ihtiyacındaki değişmelere cevap verme süresi,
İç iklim şartları: Binayı kullananların istediği sıcaklık değeri, binanın farklı bölümlerinde ve günün farklı zamanlarında bu sıcaklık değerlerindeki değişmeler,
Dış iklim şartları: Dış hava sıcaklığı, hakim rüzgarın yönü ve şiddeti,
İç ısı kazanç kaynakları: Isıtma sistemi dışında, ısıtmaya katkısı olan iç ısı kaynakları, yemek pişirme, sıcak su elde etme, aydınlatma gibi amaçlarla kullanılan ve ortama ısı yayan çeşitli cihazlar ve insanlar,
Güneş enerjisi: Pencere gibi saydam bina elemanlarından ısıtılan mekâna doğrudan ulaşan güneş enerjisi miktarı.
Bilindiği gibi, gün boyunca güneş ışınımı ve çevre sıcaklığının yapı üzerindeki etkisi sürekli değişmektedir. Bu nedenle yapının opak ve saydam elemanlarından gelen ısı kazancı, zamana bağlı olarak sürekli değişmektedir. Yapının maksimum ısı kazancının ve zamanının saptanmasında opak ve saydam elemanlardan gelen ısı kazançları etkili olduklarından, yapı elemanları ısı kazancı hesaplarında dikkate alınması gereken en önemli kısımlardır.
Isı kazanç ifadelerinden bilindiği gibi, herhangi bir duvar için sabit yüzey alan ve sabit sıcaklık farkları düşünüldüğünde, ısı transferini azaltmak ancak ısıl direncin (R) büyütülmesiyle olabilmektedir. Isıl direncin büyütülmesi, yapı elemanlarının kalınlığının çok büyütülmesini veya ısı iletim katsayısının çok küçültülmesini gerektirmektedir. Yapı duvarlarının fazla kalın yapılması; binaya aşırı yük getireceği gibi depreme dayanıklılık ve işçilikten, malzeme maliyetine kadar artışın yanında, kapalı alanlarda daha az hacim anlamına da yorumlanması, yapı biyolojisi bakımından önceliklerin doğru sıralanmaması olarak kabul edilir. Özgül ağırlığı, dolayısı ile ısı depolama kapasitesi yüksek dolu tuğla ya da kerpiç gibi yapı malzemelerinin kullanılması hem insan sağlığı bakımından daha önceliklidir, hem de enerji tasarrufu sağladığından uzun vadeli ekonomi anlamına gelir.
Isıl direncin artışı oranında daha az ısı kayıp ve kazancı, dolayısıyla herhangi bir iklimlendirme cihazı kullanılmadığı durumda daha konforlu bir doğal iklimlendirmeyi, herhangi bir ısıtma-soğutma cihazı kullanılması durumunda ise çok daha az enerji tüketimini yeterli kılacaktır. Düşük işletme maliyetleri yanında ihtiyaç duyulan soğutma yükünün yapıda ısı depolama uygulaması ile azaltılması; daha küçük kapasiteli cihazların yerleştirilmesine ve ilk yatırım masraflarındaki azalmaya neden olarak ısı yalıtımının daha işin başında kendini amorti etmesini sağlayacaktır.
Burada duvar şeklinin, malzemesinin ve detayının belirlenmesinin, enerji tasarrufu ve binaların kullanımı süresince işin ekonomikliği açısından ne kadar önemli olduğu gözardı edilmemelidir.
İç-dış ortam arasında bir sınır oluşturan yapı dış duvarları, sürekli değişen dış iklimsel koşulların etkisi altında kalmaktadır. Dolayısıyla yapı içerisinde istenen iklimsel konfor, dış yapı elemanlarıyla doğrudan ilişkili olmaktadır. Özellikle yaz koşullarında, zamana göre sürekli değişen çevre havası sıcaklığı ve güneş ışınımı gibi dış etkilerin sonucu oluşan ısı kazançlarının üzerinde durulması oldukça önemlidir ve bu iç iklimsel konfor şartlarının öncelikle klima cihazlarına gerek kalmayacak şekilde sağlanması hedeflenmelidir. Ancak bu şartlar iklimlendirme cihazı çalıştırılarak sağlanacaksa, binanın kullanım süreleri içerisinde daha az enerji harcanması için, ısı kazançlarının olabildiğince azaltılması yoluna gidilmelidir. Bunun için en uygun yol, yapıların dış yüzeyinin büyük bölümünü oluşturan yapı bileşenleri özelliklerinin, bina proje aşamasında dikkate alınmasıyla olabilmektedir.
Binanın bulunduğu yerin iklim koşulları doğrultusunda cephelerinin farklı duvar detaylarında çözümlenmesi gerekmektedir. Örneğin orta Anadolu karasal ikliminde kuzey cephelerin ısı yalıtımına, güney cephelerinin de ısı depolanmasına önceliklendirilmeleri doğrudur ki bu hem insan hem de çevre sağlığı bakımından kendiliğinden üretilmiş doğal çözüm anlamına gelecektir.
İnsanların barındığı veya çalıştığı binalarda, dış ısıl iklim etkilerinden korunma, insan sağlığı, onarım giderleri, yakıt ekonomisi ve ilk yapım giderleri yönlerinden önemlidir ve bu iklim etkilerinden yeterli olarak korunma, sağlığa uygun, bir iç iklimsel çevrenin sağlanmasının temel şartıdır. Bu da hacimlerin ısı ihtiyacı ve bunu sağlamak için yapılan ısıtma giderleri hacmi çevreleyen bileşenlerin ısı yalıtım ve ısı depolama yeteneklerine bağlıdır.
Dikkat edilmesi gereken belli başlı hususları özetle sıralayacak olursak:
Sıcaklık etkilerinden yeterince korunma hacmi çevreleyen yapı bileşenlerinin yüzeylerinde su buharı yoğuşmasını önler, bileşenlerde sıcaklık değişimlerinin oluşturduğu hareketleri küçültür ve böylece yapıda bu olaydan ileri gelebilecek zararları önleyerek, yakıt giderlerini azaltmakla birlikte, binanın bakım ve onarım giderlerini de azaltır.
Binanın projelendirme döneminde alınacak önlemlerle (örneğin bina yerinin doğru seçilmesiyle) ısı ihtiyacı etkilenebilir. Rüzgâr etkisi altındaki bir binada ısı kaybı, komşu binalar, bitki ve ağaçlarla korunmuş olanlara oranla daha çoktur.
Bina dış yüzeylerini büyütmenin ısı kaybını da o oranda artıracağı, projelendirme döneminde gözönünde tutulmalıdır.
Ayrık bir binadaki ısı kaybı, aynı büyüklük ve inşaat biçiminde yapılan bitişik düzendeki başka bir binaya göre daha fazladır.
Bir bina içindeki odaların birbiri ile olan ilişkisi (örneğin, ısıtılan hacimlerin yan yana veya üstüste yerleştirilmesi) büyük önem taşır.
Isı kaybını önlemek için bina girişlerinde rüzgârlık yapılmalıdır, yani dış kapıdan ayrı olarak kendiliğinden kapanan ikinci bir kapı düzeni.
Büyük pencere yüzeyleri, (çift yüzeyli pencere, bitişik pencere, özel birleştirilmiş çok katlı camlı pencere bile olsa) ısı kaybını çoğaltır. Köşe odalarda, pencerelerin binanın dış duvarlarından yalnız birinde olması, ısı etkilerinden korunma yönünden daha doğrudur.
Bacalar ve tesisat boruları dış duvarlar üzerinde bulunmamalıdır. Bu önlem yakıttan tam yararlanma, baca gazlarının soğumasını, bacanın kurum tutmasını, tesisat borularının donmasını önleme bakımlarından önemlidir.
Duvar ve döşemelerin ısı depolama yeteneği, sadece kışın ısıtmanın durması halinde çabuk bir soğumayı, yazın da özellikle güneş etkisi altında, yapı bileşenleri bulunan hacimlerde, hava sıcaklığının gündüz saatlerinde aşırı yükselmesini önlemeye yaramaz, dahası doğru yönlenmiş tasarım ile yapının tüm iç iklim koşullarını pasifçe sağlayabilir. Isı depolama yeteneği yapı bileşeninin kütlesi ve yapıldığı malzemenin özgül ısısı ile doğru orantılıdır.
Bilindiği gibi insanın iklimsel ihtiyaçları, yaşamını devam ettirebilmesi için sağlığında sürekliliğin sağlanması ve işindeki verimin artırılması için mutlaka karşılanması gereken biyolojik ihtiyaçları arasındadır. O nedenle, ölçeği ve fonksiyonu ne olursa olsun, herhangi bir çevrede kullanıcıların iklimsel konfor ihtiyacı mutlaka sağlanmış olmalıdır. Çevrenin iklimsel performansının en iyi göstergesi ise, enerji harcamalarına karşılık o çevrede oluşan iklimsel koşullardan kullanıcıların ne derece hoşnut olduğudur.
Binaların istenilen iç iklimsel koşulları sağlayabilmesi için, tasarım aşamasında iç mekan konfor koşullarına etki edecek parametrelerin dikkate alınması gerekmektedir. Bu nedenle iç ortam sıcaklığını belirleyen ısı kayıp ve kazançlarını dengeleyecek önlemler, tasarım aşamasında göz önüne alınmalıdır.