Isı yalıtım malzemelerinin özelliklerinin uygulamaya etkileri
Effects of the insulation materials' properties to the application
Yazar: SELEN ÜLKER
Danışman: DOÇ. DR. LEYLA TANAÇAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Ekolojik özellikler = Ecological properties ; Isı geçişi = Heat transfer ; Isı performansı = Heat performance ; Isı yalıtımı = Heat insulation ; Yalıtım malzemeleri = Insulating materials ; Yalıtım sistemleri = Insulation systems ; Yalıtım yöntemleri = Insulation methods ; Yangın güvenliği = Fire safety ; Yoğuşma = Condensation ; İnsan sağlığı = Human health

Özet:
Mevcut birincil enerji kaynaklarının giderek azalması ve tüm dünyanın sera gazı salınımlarının artışıyla paralel olarak gelişen küresel ısınma gerçeğiyle tanışması enerjinin etkin kullanımı ve korunumu kavramlarının önem kazanmasına sebep olmuştur. Aşırı enerji tüketiminin büyük bölümü ise yapılardaki ısıtma, soğutma ve iklimlendirme ihtiyaçlarından kaynaklanmaktadır. Isıl konforun mekanik sistemlerin en az kullanılarak sağlanmasını hedefleyen ısı yalıtımı ile sağlanması mümkündür.Yapılmış mevcut sınıflandırmalar ele alındığında, malzemenin veya içinde bulunduğu sistemin karşı koyduğu ısı akımına yönelik bir sınıflandırmanın yapılmadığı görülmektedir. Oysaki yapı bileşeni bünyesinde oluşan ısı akımı türü, malzeme ve sistemin hangi türde olması gerektiğine karar verirken büyük önem taşımaktadır. İletim, taşınım ve ışınım ısı akımları genellikle bir arada gözlendiğinden değerlendirme sadece malzeme bazında değil, bir sistem bütünü olarak ele alınmalıdır.Karşı koyduğu ısı akımına göre ısı yalıtan malzeme ve sistemler:?İLETİME KARŞI KOYAN MALZEME VE SİSTEMLER-Dirençli Yalıtım Malzemeleri: Bitkisel ve hayvansal lifler, Mantar, Cam yünü, Taş yünü, Genleştirilmiş polistiren, Ekstrude polistiren, Poliüretan köpük, Fenol köpük, Cam köpüğü, Genleştirilmiş perlit, Genleştirilmiş mika-Hava Tabakalı Yalıtımlı Cam?TAŞINIMA KARŞI KOYAN MALZEME VE SİSTEMLER-Sığal Yalıtım Sistemleri: Doğrudan kazanç, Isı depolama duvarı, Güneş odası-Saydam Yalıtım Malzemeleri: Optik özellikleri değişen malzemeler, Optik özellikleri değişmeyen malzemeler-Faz Değiştiren Malzemeler?IŞINIMA KARŞI KOYAN MALZEME VE SİSTEMLER-Yansıtıcı Yalıtım Malzemeleri-Işın Bariyeri-Işınım Kontrol Astarları-Low-e CamBir yalıtım malzemesinin sağlaması beklenen birçok özellik olmasına rağmen, beklenen tüm özelliklerin tek bir malzeme bünyesinde toplanması mümkün değildir. Dolayısıyla kullanılan yalıtım malzemesinden en iyi performansı alabilmek için, kullanım yeri ve özelliklerine en uygun olan malzemenin seçilmesi önem kazanmaktadır. Bu nedenle, ısı yalıtım malzemelerinin sahip olduğu özellikler bilinmeli ve uygulanacağı sistem bütünü içinde değerlendirme yapılmalıdır.Yapının tasarlanması aşamasında gerekli önlemlerin alınması, yapının ömrü boyunca sağlıklı bir şekilde hizmet edebilmesini mümkün kılmaktadır. Bu nedenle yapıları oluşturan konstrüktif bileşenlerin ısıl performansları yüksek olanlar arasından seçilmesi ve buna rağmen yetersiz kalacağı durumlarda ısı yalıtımı yapılması gerekmektedir. Isı yalıtımının, yapının bulunduğu iklim bölgesinin gerektirdiği şartları karşılayacak en doğru sistemle kurgulanabilmesi amacıyla, kullanılacak malzemenin tüm niteliklerinin değerlendirilmesi büyük önem taşır. Bu anlamda ısı yalıtım malzemesini sadece ısıl performansı bakımından değerlendirmek yanlış bir yaklaşımdır. Çünkü ısı yalıtım performansı oldukça yüksek olan bir malzeme, buhar geçirgenliği, yangın dayanımı, durabilite, çevresel etkiler, vb. diğer özellikleri bakımından ele alındığında beklenen performansı karşılayamayabilir.Avrupa ve Türkiye'de tüketilen ısı yalıtım malzemesi değerleri, yapı bileşenlerinde sağlanması zorunlu olan U değerleri, çatı ve duvarlarda uygulanan yalıtım kalınlıkları gibi birtakım değerler karşılaştırıldığında Türkiye'de yalıtım bilincinin henüz tam olarak oturmadığı gözlenmektedir. TS 825 ısı yalıtım yönetmeliği Ocak 2009 tarihinde yapılan bir revizyon ile yeni tasarlanan yapılarda ısı yalıtım yapılması zorunlu hale getirilmiştir. Ancak yaygın olarak uygulanan yalıtım sistemi; mevsim koşulları, yapının kullanım amacı ve şekli, malzemenin karşılaması beklenen performans özellikleri, vb. gibi unsurlar göz önünde bulundurulmadan polistiren ısı yalıtım malzemeleriyle yapılan dış cephe mantolama sistemidir.Ancak hakim iklim koşulları göz önünde bulundurularak yapılacak en uygun yalıtım şeklinin kış etkileri baskın bölgelerde içten, yaz etkileri baskın bölgelerde dıştan yapılan yalıtımlar olduğu gözlenmektedir. Ayrıca kullanılan mantolama sistemleri paket halinde satılmakta ve polistiren malzemenin dış yüzeyde kullanılması halinde iç yüzeyde uygulanması gerekli olan buhar kesici dikkate alınmamaktadır. Bu da kesit içinde yoğuşmaya sebep olarak ısı yalıtım etkinliğinin azalmasına neden olmaktadır.Bu amaçla yalıtım malzemesi tüketim değerleri baz alınarak belirlenmiş en çok kullanım oranına sahip beş yalıtım malzemesi (cam yünü, taş yünü, genleştirilmiş polistiren, ekstrude polistiren ve poliüretan köpük) ile TS 825 tarafından belirtilmiş dört iklim bölgesinde hangi malzemelerle ne tür bir katmanlaşma yapılırsa en etkin çözümün elde edileceği araştırılmıştır.Yapılan hesaplamalar sonucunda en etkin çözümün derece-gün bölgelerine ve farklı malzeme katmanlaşmalarına göre değişkenlik gösterdiği ve her iklim bölgesinde aynı performansla kullanılacak genel geçer tek bir yalıtım sisteminin olmadığı görülmüştür. Gerek polimer esaslı köpük malzemelerin gerek mineral lifli malzemelerin kullanıldığı iklim bölgesi ve duvar kesitinde kullanıldığı diğer malzemelerle birlikte değerlendirilmesi gerektiği ve koşullara göre olumlu ve olumsuz özellikleri bir arada barındırmalarından yola çıkılarak alınması gereken önlemler önerilmiştir.Ayrıca her bölge için gereken ısı yalıtım malzemesi kalınlığının değişken olması ve kullanıldığı sistem bünyesine göre gerek duyulan malzeme kalınlığının farklı olması sebebiyle paket sistemlerin ezbere kullanımlarının yapı-kullanıcı sağlığını ve ülke ekonomisini olumsuz etkileyebileceği vurgulanmıştır.

Abstract:
Due to the scarcity of primary energy sources and the increase in global warming effects depending on greenhouse emissions, the efficient use and conservation of energy has become vitally important. Because of the excessive amounts of energy consumption resulting from domestic heating and cooling in buildings, these studies have focused in thermal insulation levels of buildings is the easiest and most economic solution for excessive amount of thermal insulation has lately been understood and even today, it has not yet reached the necessary levels. This situation can be seen clearly when thermal insulation levels of buildings and consumption of these materials are considered.By considering the existing classifications of thermal insulation materials, there is a fact that an important classification about occurring heat flow has forgotten. However, when deciding the proper material and system selection the occurring heat flow type in a building component is consequential. This can be as conduction, convection or radiation. It is also an important point of view that the heat flow usually actualizes in a combination of two or three of them. So the exact assessment can be done by approaching the whole system base, not only the material.The classification of materials and systems about the resisting heat flow type is:?MATERIALS and SYSTEMS RESISTING to CONDUCTION-Resistant Insulation Materials: Vegetal and Animal fibers, Corrugated cork , Glass wool, Rock wool, Expanded Polystyrene, Extruded Polystyrene, Polyurethane foam, Phenol foam, Cellular glass, Expanded perlite, Vermiculite-Air Layered Insulating Window System?MATERIALS and SYSTEMS RESISTING to CONVECTION-Capacitive Insulation Systems: Direct gain, Heat storage wall, Sun space-Transparent Insulation Materials: Materials which have changeable optical properties, Materials which have unchangeable optical properties-Phase-Change Materials?MATERIALS and SYSTEMS RESISTING to RADIATION-Reflective Insulation Materials-Radiant Barriers-Radiation Control Coatings-Low-e GlassDespite there are numerous properties of a thermal insulation material wished to be obtained, it is not possible to gather these properties all in one. Therefore, to get the best performance, it is important to make the best choice according to using space and its characteristics. For this reason, general characteristics of thermal insulation materials should be known and the total estimation should be done by considering the whole system that the material used in.It is feasible that accommodation of existing comfort conditions during the service life of a building only by making the right decision while designing it. For that reason, building materials should be chosen from performing the best thermal properties. If it is defective for some circumstance, using thermal insulation is necessary.In accordance with Turkish standard TS 825 revision dated January 2009, it has been compulsory to design new buildings insulated. Merely, commonly used exterior thermal sheating system with polystyrene is not suitable for when considering the seasonal conditions, the function and operating system of the building, the properties that the insulation material wished to be obtained, etc. Also because of the high vapor diffusivity resistance of polystyrene foam, condensation problem can occur by placement it on the exterior side of a wall.The best performance can be achieved by placing the insulating material close to the point of the entry of heat flow. This means placement of insulation to the inside for climatic regions where winter heating is dominant and to the outside where the summer cooling is dominant. However, for practicality it is common to use insulation to the outside in the form of exterior insulation sheathing systems in Turkey.In that sense, most commonly used insulation materials (glass wool, rock wool, expanded polystyrene, extruded polystyrene and polyurethane foam) combined with gas concrete, insulation brick and vertically perforated brick having the same interior and exterior coatings in three different types of wall insulation (insulation placement to the outside, insulation placement to the inside, insulation placement in the middle) for each zone of Turkey.After the calculations, it has been seen that the most effective result varies according to the climatic regions and different placements of the materials. So it is a fact that there is no generally accepted ?an exact insulation system? which performs equally effective for all conditions. Whether polymer based foamy or mineral fiber insulation materials must be evaluated by considering in which climatic region it is used and what are the other materials characteristics that used together. It is suggested to take some precautions because of all the insulation materials can be favorable or not for an existing condition according to their characteristics.Furthermore, for each zone, because of the required insulation material thickness varies and each system of different construction type requires specific insulation material use, applying the consuetudinary exterior thermal sheathing system with polystyrene with the same insulation thickness will cause negative effects about country?s economy and the health and welfare of the building and dwellers.