Yüksek performanslı ısı yalıtım malzemesi olan vakum yalıtım panellerinin bina uygulamaları için kullanımının karşılaştırmalı olarak incelenmesi

Günümüzde enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Avrupa Birliği'nin resmi verilerine göre 1997 yılında, Avrupa ülkelerinde toplam enerji tüketiminin %40,7'lik kısmı konutlarda ve ticari binalarda olmuştur ve bu toplam enerji tüketiminin yaklaşık %25'lik bölümü binalardaki ısı yalıtımı ile ilgilidir. Bu veriler doğrultusunda ülkeler yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri üzerinde çalışmayı yoğunlaştırmıştır. Vakum yalıtım panelleri yarın için umut verici kabul edilen yüksek performanslı termal yalıtım çözümlerinden biridir. Vakum yalıtım panellerinin çekirdek malzemesine bağlı olarak termal iletkenlik değerleri 0,004 W / kadar düşük olabilmektedir. Bu değer yaygın kullanılan ısı yalıtım malzemelerine göre, vakum yalıtım panellerinin performansının 8-10 kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Vakum yalıtım panelleri hem yeni yapılan binalarda hem de iyileştirme çalışması yapılan binalarda kullanılmaktadır. Özellikle çeşitli tasarım kısıtlamaları bulunduraniyileştirilmesi yapılacak binalarda ısı yalıtım yönünden vakum yalıtım panellerininçözüm sağlaması, panellere olan ilgiyi arttırmıştır. Sağladığı faydalara rağmen, vakum yalıtım panellerinin kullanımının bina sektöründe yaygınlaşamamasınınsebeplerinin başında; maliyetinin yüksek oluşu ve kalite güvencesi, resmibelgelendirme eksikliği gelmektedir. Panel kullanıcılarına daha iyi bir kalite güvencesi sağlanması, panel zarf teknolojisinin ilerletilip ve çekirdek malzemesiningeliştirilip maliyetinin düşürülmesiyle vakum yalıtım panellerinin binalar için rekabetçi bir ısı yalıtım malzemesi olması sağlanabilir. Tez çalışmasının ilk bölümünde çalışmanın konusu, amacı, kapsamı ve yöntemleri belirtilmiştir. İkinci bölümde, ısı yalıtım malzemelerine dair genel bilgiler verilmiştir. Isı yalıtım malzemesinin tanımı yapılmış ve ısı yalıtım malzemesi seçiminde dikkat edilmesi gereken özellikler açıklamalarla sıralanmıştır. Yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemelerinin görseller ile açıklamaları yapılmıştır. Bunlar: mineral yünler, genleştirilmiş polistren köpük, ekstrüde polistren köpük, selüloz, mantar yalıtım levhaları ve poliüretandır. Ardından, yalıtımstandartları ve binalarda kullanılan enerji miktarları belirtilerek yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin gerekliliği vurgulanmıştır. Günümüz yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin tanımlamaları yapılmıştır. Bunlar: vakum yalıtımpanelleri, aerojeller, gaz dolu paneller ve faz değiştiren malzemelerdir. Çalışmanın üçüncü bölümünde ise, günümüz için bina uygulamalarında en umut verici yüksek performanslı ısı yalıtım malzemesi olan vakum yalıtım panelleri detaylı bir şekilde anlatılmıştır. Vakum yalıtım panellerinin tarihçesine ait bilgiler paylaşılmıştır. Sonrasında, vakum yalıtım panellerinin yapısını oluşturan elemanlarıntanımı yapılmıştır. Bunlar: çekirdek malzemesi, zarf, gaz gidericiler, kurutucular ve opaklaştırıcılardır. Vakum yalıtım panelin çekirdek malzemesinin sahip olması gereken özellikler sıralanmıştır. Farklı vakum yalıtım panel çekirdek malzemelerinintanımları yapılmış ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu malzemeler : silis dumanı, aerojeller, poliüretan köpük ve cam lifidir. Bunların arasından bina uygulamaları için en uygun olanı silis dumanıdır. Sonrasında, vakum yalıtım panel zarf malzemesinin özellikleri açıklanmıştır. Vakum yalıtım panellerinde kullanılan zarf çeşitleri belirtilmiştir. Bunlar: metal laminant film ve metalize çok katmanlı polimer laminantfilmdir. Metalize çok katmanlı polimer laminant film, günümüzde bina uygulamaları için en yaygın olanıdır. Vakum yalıtım panellerin özellikleri üç alt başlık altında incelenmiştir: termal köprüetkisi, servis ömrü ve panelin sandviç panel olarak kullanımıdır. Termal köprüler, yapı boyunca yapı bütününe göre yüksek bölgesel ısı akışına veya düşük iç yüzey sıcaklığına sahip olan alan veya noktalardır. Termal köprüler, binazarfında ısı kaybının artmasına neden olur ve bina zarfının iç yüzeyinde yoğuşmariskini arttırır. Vakum yalıtım panellerindeki termal köprünün nedenleri şunlardır:çekirdek malzemeyi saran ince film bariyeri nedeniyle termal köprü, bitişik iki panelarasındaki küçük hava boşluğu nedeniyle termal köprü ve yapısall düzensizliklernedeniyle termal köprü etkisidir. Çalışmada vakum yalıtım panel zarfının yarattığıtermal köprülerin incelenmesine ait araştırmalardan bahsedilmiştir. Yaşlanma ve dayanıklılık vakum yalıtım panelinin hizmet ömrünü etkileyen iki ana faktördür. Yaşlanma sürecinde vakum yalıtım panelinin termal performansı zamanlaşu şekilde azalmaktadır: iç gaz basıncının artmasıyla ve iç su miktarınınartmasıyladır. Dayanıklılık, bir vakum yalıtım panelinin bariyer zarfının bozulmasına neden olacak etkilere dayanma gücüdür. Bina uygulamaları için vakum yalıtım panellerinin hizmet ömrü önemli bir etkendir. Binalar için en az 50 yıl tercihen 100 yıla kadar bir kullanım ömrüne sahip olunmaları istenmektedir. Günümüzde binalar için uygulanan vakum yalıtım panellerinin 25-50 yıl arasında bir hizmet ömrüne sahip olduğu söylenebilir. Servis ömrü başlığı altında ortalama sıcaklığın vakum yalıtım panellerinin performansını nasıl etkilediği, yapılan örnek çalışmalarlabelirtilmiştir. Vakum yalıtım panellerinin performansı, bulundukları ortamınsıcaklığından etkilenmektedir. Vakum yalıtım panelleri başka malzemeler ile örtülerek sandviç panel olarak kullanılabilir. Böylelikle, hem yapım esnasında hem de kullanımda panellerikorumak mümkün olur ve panelin zarar görme riski azaltılabilir. Üçüncü bölümde daha sonra, vakum yalıtım panellerinin uygulanması ve fizibilite çalışmalarına ait veriler açıklanmıştır. Bu çalışma, 1999- 2002 yıllarında ABD Konut ve Kentsel Gelişim Bakanlığı tarafından, ABD'deki konut binalarında vakum yalıtım panellerinin piyasa potansiyelini değerlendirmek için gerçekleştirilmiştir. Vakum yalıtım panelleri ile yapılan fizibilite çalışmasında İngiltere'de örnek bir ofis binası kullanılarak vakum yalıtım panelleri ile EPS'nin yalıtım senaryoları ve kendilerini geri ödeme süreleri kıyaslanmıştır. Bu geri ödeme sürelerinde vakum yalıtım paneli kullanılarak elde edilen kiralanabilir alandan, elde edilebilir ilavegelirler dikkate alındığında vakum yalıtım panellerinin kendilerini geri ödeme süresi önemli ölçüde azaldığı belirtilmiştir. Ardından vakum yalıtım panellerin binalarda uygulandığı yerler sıralanmıştır: Vakum yalıtım panellerin zeminde kullanımı, Vakum yalıtım panellerinin kapılarda kullanımı, Vakum yalıtım panelinin cephe ve duvarda kullanımı, Vakum yalıtım panellerinin teras ve çatılarda kullanımı, Vakum yalıtım panellerinin cam cephelerde kullanımı, Vakum yalıtım panellerinin çatı katı merdivenlerinde kullanımı. Ardından, vakum yalıtım panellerinin uygulandığı örnek bina uygulamalarına yer verilmiştir. ECBCS'de analiz edilmiş ve belgelenmiş 20 yapı karakterize edilerektabloları sunulmuştur. Sonrasında, vakum yalıtım panellerinin yaşam döngüsüne etkileri konusuna değinilmiştir. Vakum yalıtım panellerinin üretiminde, sonrasında kazanılan enerjidendaha çok enerji tüketmesi durumu ve vakum yalıtım panel kullanımıyla elde edilenfaydalardan daha fazla ekolojik hasara neden olup olmadığının araştırıldığıçalışmadan bahsedilmiştir. Çalışmanın üçüncü bölümünün sonunda gelecekte olası bina ısı yalıtım malzemelerine değinilmiştir. Öncelikle, gelecekte yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri için önerilen gereksinimler tablo halinde sunulmuştur. Ardından vakum yalıtım panel malzemesinin gereksinimlerinden bahsedilerek bu gereksinimlerinçekirdek ve zarf malzemesinde ne gibi değişimler yapılarak karşılanabileceğianlatılmıştır. Gelecekte olası yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinden bahsedilmiştir. Bunlar: vakum yalıtım malzemesi, gaz yalıtım malzemesi, nano yalıtım malzemesi, dinamik yalıtım malzemesi ve NanoCon'dur. Çalışmanın dördüncü bölümünde değerlendirme çalışması yer almaktadır. Vakum yalıtım panelleri genel bir bakış açısıyla anlatılmıştır ve yaygın kullanımını engelleyen faktörlerden bahsedilmiştir. Bunlar: yüksek fiyat, vakum yalıtım panelteknolojisine ve panelin bina uygulamalarına düşük güvendir. Panel maliyetlerinin nasıl azaltılabileceği açıklanmıştır. Kalite güvencesi ve resmi belgelendirmeler ile kullanıcıların güvenini kazanıp kullanımının artacağından bahsedilmiştir. Vakum yalıtım panelinin avantaj ve dezavantajları bir tablo halinde sunulmuştur. Yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ve yüksek performasnlı ısı yalıtım malzemelerinin teknik özellikleri bir tabloda sunulmuştur. Gelecekteki olası ısı yalıtım malzemelerinin kısa tanımlaması yapılarak avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir ve günümüz, gelecekteki olası yüksek performanslı ısı yalıtım malzemelerinin yarının yüksek performanslı ısı yalıtım malzemeleri ve çözümleri olma potansiyelleri bir tabloda belirtilerek karşılaştırılmıştır. Çalışmanın son bölümünde ise sonuç kısmı yer almaktadır. Yapılan literatür araştırmaları tekrar gözden geçirilerek çalışma özetlenmiştir. Bu çalışmanın hangi konularla bağlantı sağlanarak geliştirilip ilerletilebileceği açıklanmıştır.