Enerji ve Çevre Dersi 3. Ünite Özet

Giriş

Son zamanlarda iklim değişimine yol açan karbon dioksit gibi zararlı sera gazların çevreye aşırı salınması, sıcaklığın artmasına dolayısıyla çevrenin değişimine neden olur. Bu konuya karşı duyarlılık gösteren dünya ülkeleri zararlı gaz salınımını azaltacak yöntemler üzerinde ciddi çalışmalar yapmaktadır. Salınımın başlıca nedeni ise ısıl konforun sağlanması için kullanılan geleneksel fosil tabanlı yakıtlardır. Isıl konfor için kullanılan yakıtın az kullanımı ise hem salınımın azalmasına hem de ekonomik fayda sağlayacaktır. Bu nedenle bina yalıtımında kullanılan yalıtım malzemelerinin kalitesinin arttırılması gerekmektedir.

Isısal Yalıtımın Kısa Tarihçesi

Tarih boyunca ısıl konforun sağlanması amacıyla konutlarda yalıtım malzemesi kullanılagelmiştir. Özellikle iklimin sürekli değiştiği kuzey yarım kürede bu konu üzerinde çok emek harcanmıştır. Yalıtım malzemesi olarak başlangıçta yaşam alanlarında bulunan organik yapılar kullanılmıştır. Vahşi hayvanların kürkü, tüyü ile birlikte kurutulmuş ot dahi yazın sıcağın kışın soğuğun etkisini azaltmak için kullanılmıştır.

Toprağın ve büyük taş blokların iyi bir yalıtım malzemesi olduğunu gören ilk uygar toplumlar, Anadolu’da günümüzde kerpiç diye tanımlayabileceğimiz topraktan ev ve kaya oyuklarını yaşam ortamı olarak kullanmışlardır. Antik Yunan ve Romalılar ise çabuk tutuşma özelliği olmayan fakat ısı yalıtımı iyi olan asbesti kullanmışlardır.

Başlangıçta yumuşak ve hava akışını sağlamak amacıyla ayak tabanı olarak kullanılan mantarın ise iyi bir yalıtım malzemesi olabileceği Romalılar tarafından öngörülmüştür. Mantarın oldukça fazla bulunduğu İspanya ve Afrika’da mantar yine konutların yalıtımı için kullanılmıştır.

Kuzey Avrupa ülkelerinden Norveç ve İzlanda’da 12. ve 13. yüzyıllarda şömine bacasından kayıp olan ısının bina içinde kullanılmasıyla yapay ısı kaynağı elde etmişlerdir.

Yaz ve kış aylarındaki sıcaklıklar arasındaki farkın yüksek olduğu orta kuşak karasal ve tundra ikliminin yaşandığı kuzey Amerika ve Avrupa ülkelerinde ve kurutulmuş bitkisel atık ve kil karışımı kullanılmıştır.

Kuzey batı Amerika’da, tahta kırıkları ve talaşı, fiyatının uygunluğu ve üretimi kolay olduğundan yalıtım malzemesi olarak yaygın bir şekilde bu devirde kullanılmıştır. Elde edilen talaş ve tahta kırıkları, kireç veya başka kimyasallar ile işleme tabi tutulup su emilimine, yangına, çürümeye ve haşerelere karşı dirençli hale getirilmiştir.

Galler’de 1840, Amerika’da ise 1875 yılından başlayarak, kışın soğuktan donma yazın buharlaşmasını engellemek için boruların dışının kaplanmasında doğal sentetik mineraller veya metal oksit içerikli maden yünü kullanılmıştır. Bundan yaklaşık 60 yıl sonra ise yüksek sıcaklıktaki seramik benzeri malzemelerin eritilmesiyle elde edilen taş yünü ise yine boru yalıtımı, filtre malzemesi ve ses yalıtım malzemesi olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Eski çağlarda cam veya iç mimaride süsleme olarak kullanılan fiberglas ise teknolojinin kullanılmaya başlamasıyla 1931 yılında eritilmiş uzun cam içinden yüksek basınçlı buhar püskürtülmesi ile elde edilmiştir.

İkinci Dünya Savaşı sırasında polistren içerikli malzemeler geliştirilmiştir. Bu malzemenin hafif olması çok katlı binaların üzerini kaplama sırasında binanın taşıyıcı elemanlarına getirdiği yükü hafifletmekte ve kolay şekillendirilebilir olması avantaj sağlamaktadır. Bu nedenle çok iyi yalıtım malzemesi olarak bilinir. Günümüzde polistren malzemesinin ekstrüzyon işlemi denen bir yöntemle çekilmesi sonucunda eksrüde polistren köpük ve su buharı ile teması sonucu, ham madde granüllerinin içinde bulunan pentan gazının granülleri şişirmesi ve birbirlerine yapıştırması sonucu üretilen ekspande polistren köpük üretilmektedir.

1970’li yıllarda yaşanan petrol krizinden sonra, doğal yollar ile yalıtım malzemesi üreten firmaların yerine maliyeti daha düşük suni yalıtım malzemesi yapan firmalar ayakta kalmıştır. Üre formaldehit köpük yalıtım malzemesi ise bina endüstrisine 1960’lı yıllarda girmiştir. İnsan ve çevre sağlığı için risk oluşturmasına rağmen 1980’li yıllarda kullanılmaya başlanmıştır. Formaldehitin su ile çözülebilmesinden dolayı kolaylıkla insan sağlığı açısından uzun vadeli sağlık sorunları oluşturacağı rapor edilmesine rağmen hâlihazırda kullanılmaktadır.

Isı Yalıtım Malzemeleri

Yaygın olarak kullanılan yalıtım malzemeleri şunlardır:

Cam Yünü (Fiberglas)

Cam pamuğu olarak da bilinen bu yalıtım malzemesi silis kumunun eritilerek elyaf haline getirilmesi ile elde edilir. Diğer bir yöntem ise erimiş cam platin bir levha üzerine yüksek basınç uygulayarak ince lifler oluşturulmasıdır.

Taş Yünü

Cam yünü¨ ile temelde aynı malzeme içeriklidir. Bir inorganik hammadde olan bazalt veya diyabaz taşının 1350°C-1400 °C gibi yüksek sıcaklıkta ergitilerek elyaf haline getirilmesi ile elde edilen bir malzemedir.

Eksrüde Polistren Köpük

Yapısını oluşturan malzemelerin düzgün dağılım gösterdiği (homojen) hücre yapısına sahip organik bir malzemelerdir.

Ekspande Polistren Köpük

Polistren hammaddesinin, su buharı ile teması sonucu, hammadde granüllerinin içinde bulunan pentan gazının granülleri şişirmesi ve birbirlerine yapıştırması sonucu meydana gelmektedir.

Poliüretan Köpük

Karbon dioksit ve pentan gibi iki ayrı kimyasal malzemenin bir araya getirilmesi ile üretilen organik bir malzemedir.

Selüloz

Atık kâğıtların geri kazanılmasıyla elde edilmektedir. Yalıtım yapılması istenen bölgede sandviç¸ yapısı oluşturularak arası doldurma ve püskürtülerek uygulanır.

Yalıtım Malzemelerinin Sınıflandırılması

Isı yalıtımı için kullanılması planlanan malzemenin seçimi, binanın türüne, bulunduğu yerdeki iklim koşullarına, kullanılacak yalıtıcı malzemenin kalınlığı ve konumlandırma gibi ekonomik ve ekolojik etkilerine bağlıdır. Bir yalıtım malzemesi seçilirken aşağıdaki durumlar dikkate alınır:

• ısısal iletkenliği,
• nem alma miktarı,
• yanma sıcaklık aralığı ve yanış özelliği,
• kimyasal etkenlere karşı direnci,
• biyolojik etkenlere karşı direnci,
• mekanik dayanıklılık (hem üretim hem de montaj sırasında oluşabilecek),
• çevresel etkileri.

Teknolojinin ilerlemesi ile yeni yalıtım malzemeleri geliştirilmektedir. Bu malzemeler şöyle sınıflandırılabilir:

• İnorganik malzemeler
  • Köpük tipi
    • Cam köpük
  • Lif tipi
    • Cam yünü
    • Taş yünü
• Organik Malzemeler
  • Köpük tipi
    • Ekspande polistiren
    • Ekstrüde polistiren
    • Poliüretan
  • Genişleyen köpük
    • Mantar
    • Melamin köpük
    • Fenol köpük
  • Lif tipi
    • Koyun yünü
    • Pamuk yünü
    • Hindistan cevizi
    • Selüloz
• Kompozit malzemeler
  • Silikonlandırılmış kalsiyum
  • Alçıtaşı köpüğü
  • Ahşap yünü

Yaşam Döngü Analizi

Yaşam döngü analizi (YDA) ürün veya hizmet üretiminde kullanılan malzemelerin yaşam boyunca tüm evrelerindeki çevresel etkilerinin değerlendirilmesi için kullanılan bir yöntemdir.

Üç kurum tarafından oldukça destek görmektedir. Bunlar;

• Birleşmiş Milletler Çevre Programı (United Nations Environment Development UNEP),
• Çevresel Zehirlilik ve Kimya Topluluğu (The Society of Environmental Toxicology and Chemistry - SETAC),
• Uluslararası Standardizasyon Organizasyonu (ISO).

ISO tarafından kabul gören ISO 14040 (Çevresel Yönetim-Hayat Boyu Değerlendirme-Prensipleri ve Çerçevesi) ile ISO 14044 (Çevresel Yönetim-Hayat Boyu Değerlendirme-Gereksinimleri ve Kılavuzları) standardları ile desteklenmektedir. YDA ham maddenin çıkarılmasından, işlem görmesi, imalatı, taşınması, kullanımı ve son olarak malzemenin yeniden kullanılması, geri dönüşümü veya atık durumuna gelmesine kadar olan süreci “beşikten mezara” (cradle to grave) kapsamaktadır.

YDA temelde dört aşamalı bir süreçtir:

• Amaç ve kapsam,
• Envanter analizi,
• Etki analizi,
• Yorumlama

Yalıtım Malzemeleri İçin Yaşam Döngü Analizi

Yalıtım malzemelerinin yaşam döngüsü, ham maddesinin elde edilmesiyle başlamakta ve atık ile son bulmaktadır. Yalıtım malzemelerinin üretilmesi aşamasında ham madde temini dışındaki ilk aşama enerji üretimi aşamasında harcanan enerjidir. Bu karşılaştırma bize yalıtım malzemesinin işleme maliyetini de ortaya koyar.

“Beşik”, kullanılan hammaddenin çıkarılması ve üretilmesindeki gerekli olan yer ve zamanı, “Mezar” ise ürün ve kullanılan kaynakların doğaya geri döndüğü yer ve zamanı ifade eder.

Ötrofikasyon: Besinlerin büyümesinde etkili olan azot ve fosfor gibi maddelerin durgun sulu ortamlarda aşırı bitki büyümesine yol açması ve fazla oksijen tüketimi.

Yalıtım Malzemelerinin Kullanım Ömrü ve Geri Dönüşümü

Bina yapımında kullanılan malzemelerin geri dönüşümü belki de çevre için en önemli faktörlerden birisidir. Yalıtım malzemelerin geri dönüşümlü ürün içermesinin temelde üç avantajı vardır. Bunlar;

• malzemenin üretiminde daha düşük doğal kaynağa ihtiyaç duyulur,
• malzeme katı atık haline döndürülür,
• malzeme üretimi sırasında daha düşük enerji kullanımına neden olur.

Yalıtım malzemelerinin geri dönüşümü düşünüldüğünde belki de en iyi örnek selülozdur. Yalıtım malzemesi olarak kullanılan selülozun birim ağırlığının %80’nin de geri dönüşüme uygun gazete kağıdı, geri kalanında ise çürümeyi ve yapışmalarını sağlayan malzemelerden oluşur. Polistren içeriğinde yüksek miktarda petrol gibi fosil yakıtlı malzemelerden üretilmekte ve birim ağırlığının ancak % 9’u geri dönüşüme kazandırılmaktadır.