Boru yalıtımında farklı boru çapları için hava boşluğunun yalıtım kalınlığı ve kullanım ömrü maliyetleri üzerine etkileri
The effects of air pocket for different pipe diameters on insulation thickness and lifetime costs in pipe insulation
Yazar: ALİ DAŞDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KEÇEBAŞ
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Enerji, tüm dünyada ekonomik kalkınma için en temel gereksinimdir. Ülkeler ekonomi politikalarını genellikle enerji üzerine kurar ve enerjiyi elde etmek için çalışırlar. Günümüzde kullanılan enerjinin büyük çoğunluğunu fosil kaynaklı tüketilebilir enerji kaynakları oluşturmaktadır. Fosil kaynaklı yakıtlar tüketile bilirliğinin yanında saldığı sera gazının etkisi ile insan sağlığını tehdit etmekte ve çevreye büyük zararlar vermektedir. Enerjiyi elde etmek kadar elde edilen enerjiyi doğru ve etkin kullanmak da büyük önem taşımaktadır. Elde edilen enerjinin büyük bölümü ısı transferi için kullanılmaktadır. Bundan dolayı taşıma esnasında veya kullanım esnasında ısı kaybını en aza indirmek, ekonomik açıdan etkisini arttıracağı gibi çevresel açıdan da sera gazı salınımını azaltacaktır. Isı kaybının önüne geçmek için yapılması gereken işlem ısı yalıtımıdır. Isı yalıtımı sayesinde ısı kaybı azalacağından, hem enerji maliyeti düşecek hem de sera gazı salınımı azalacaktır. Ancak ısı yalıtımını da yaparken yalıtım kalınlığı büyük önem taşımaktadır. Borular için yapılan yalıtım da eğer yeteri kadar yalıtım yapılamamışsa yalıtımın bir önemi olmayacağı gibi çok fazla yalıtım yapılırsa bu kez de yatırım maliyetini arttıracağından enerji tasarruf maliyetinde düşüş, geri ödeme sürelerinde artışlar gözlenecektir. Bu sorunların önüne geçmek için yapılması gereken yalıtım kalınlığını belirlerken optimum yalıtım kalınlığının bulunması ve yalıtım maliyetinin en aza, enerji tasarrufunu en fazla seviyeye çıkartacaktır. 
Borulama sistemlerinde etkin yalıtım yöntemleri kullanarak ısı kayıplarını ve onun ekonomik ve çevresel etkilerini en aza indirmek dünya çapında önemli bir konudur. Bu çalışma, çelik boruların farklı çapları için yalıtım kalınlığı ve yaşam döngüsü maliyetleri üzerine hava boşluğunun etkileri incelenmiştir. Hesaplama yöntemi olarak ısıtma derece günlere dayanan yaşam döngüsü maliyet analizi kullanılmıştır. Böylece yalıtım kalınlığı, hava boşluğu, boru çapı ve ısıtma derece gün değerlerine göre amaç fonksiyonları olan optimum yalıtım kalınlığı, enerji maliyet tasarrufu ve geri dönüş süresi karşılaştırmalı değerlendirildi. Çalışma için Afyonkarahisar şehri seçildi, hesaplamalar için yalıtım malzemeleri XPS, Taş Yünü ve EPS, yakıt türü olarak da kömür, fueloil ve doğalgaz kullanılmıştır. Yapılan çalışmada boru çaplarını kıyaslamak için 50 mm, 100 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm ve 1000 mm'lik paslanmaz çelik boru çapları kullanılmıştır.	Boru yüzeyinde hava boşluğunun olmadığı 0 cm ve 1 cm'lik aralık ile 1 cm'den 5 cm'ye kadar hava boşluğu kalınlıkları düşünülmüştür. Sonuçlar gösterdi ki hava boşluğu kullanılmasıyla küçük ve büyük çaplı borularda optimum yalıtım kalınlık değerlerinde sırasıyla 89% ve 57%'lik bir düşüş sağlanmıştır. Ilık iklimlerde hava boşluğunun ve soğuk iklimlerde ise yalıtımın kullanılması tavsiye edilir. Ayrıca amaç fonksiyonları için faiz oranı, iskonto oranı, ömür, yakıtın birim maliyeti, yalıtımın birim hacim maliyeti, ısıtma derece gün ve hava boşluk değeri parametrelerinin duyarlılık analizi yapılmıştır. Çalışma metodolojisine dayanılarak ömür, hava boşluğu ve yakıtın birim maliyeti parametrelerin amaç fonksiyonları üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Hava boşluklu yalıtım uygulandığında optimum yalıtım kalınlığını düşürmekle birlikte büyük çaplı borularda enerji maliyet tasarrufu artarken küçük çaplı borularda geri dönüş süresi düşmektedir.

Abstract:
Energy is the most fundamental requirement for economic development all over the world. Countries generally base their economic policies on energy and work to obtain energy. The majority of the energy used today consists of fossil-based consumable energy sources. Fossil fuels threaten human health with the impact of greenhouse gas that it releases besides its consumability. It is important to use the obtained energy correctly and effectively as well as to obtain the energy. Most of the energy obtained is used for heat transfer. Therefore, minimizing heat loss during transportation or use will increase the economic effect and reduce greenhouse gas emissions in environmental terms. The process to prevent heat loss is thermal insulation. As the heat loss will be reduced by means of thermal insulation, both the energy cost will be reduced and the greenhouse gas emission will be reduced. However, the insulation thickness is of great importance when making thermal insulation. Insulation for pipes will not be important if insulating is not enough and if too much insulation is done, this time will increase the investment cost and decrease in energy saving cost and payback periods will be observed. In order to determine the insulation thickness that should be done to prevent these problems, finding the optimum insulation thickness and minimizing the cost of insulation and energy saving will be maximized.
Minimizing heat losses and its economic and environmental impacts by using effective insulation methods in piping systems is an important issue worldwide. In this study, effects of air gap on insulation thickness and life cycle costs for different diameters of steel pipes were investigated. Life cycle cost analysis based on heating degree days was used as calculation method. Thus, the insulation thickness, air gap, pipe diameter and heating degree day values according to the purpose of the optimum insulation thickness, energy cost savings and return time was evaluated comparatively. The city of Afyonkarahisar was selected for the study, insulation materials XPS, Rock Wool and EPS were used for calculations and coal, fueloil and natural gas were used as fuel type. Stainless steel pipe diameters of 50 mm, 100 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm and 1000 mm were used to compare the pipe diameters. Air gap thicknesses of 1 cm to 5 cm with an interval of 0 cm and 1 cm without air gap on the pipe surface were considered. The results showed that by using an air gap, optimum insulation thickness values of small and large diameter pipes were reduced by 89% and 57%, respectively. It is recommended to use the air gap in warm climates and insulation in cold climates. For the purpose functions, interest rate, discount rate, life, unit cost of fuel, unit volume cost of insulation, heating degree day and air gap value parameters were analyzed. Based on the study methodology, life, air gap and unit cost of fuel have a significant effect on the objective functions of the parameters. When air gap insulation is applied, it decreases the optimum insulation thickness, while the energy cost saving increases in large diameter pipes and the return time decreases in small diameter pipes.