Isıtma Havalandırma ve Klima Sistemlerinde Enerji Ekonomisi Dersi 4. Ünite Özet

Giriş

Tesisatta enerji ekonomisi öncelikle yalıtımdan geçmektedir. Tesisat yalıtımının bina yalıtımından en önemli farkı, tesisatta karşılaşılan sıcaklık düzeylerinin binalardaki sıcaklık düzeyinden çok daha yüksek olmasıdır.Bundan dolayı tesisatta yapılacak yalıtım, enerji tasarrufu dolayısıyla enerji ekonomisi açısından çok önemlidir.

Tesisatta Enerji Ekonomisinin Önemi

Tesisatta ısı yalıtımı;

• Teknik yalıtım veya
• Endüstriyel yalıtım olarak da adlandırılmaktadır.

Tesisatta ısı yalıtımı;

• Klima tesisatı,
• Isıtma tesisatı ve
• Soğutma tesisatı gibi tüm tesisat alanlarında mevcuttur.

Yalıtım yapılırken dikkat edilmesi gereken önemli parametreler;

• Hangi durumda,
• Hangi yalıtım malzemesinin,
• Hangi uygulama ile kullanılması gerekliliğidir.

Dolayısıyla uygulamada akışkan sıcaklığının bilinmesi önemlidir. Eğer uygulamada kullanılacak malzeme ve kalınlığında bir hata yapılmış ise yoğuşma olmak üzere pek çok ciddi problem ortaya çıkabilmektedir.

Isıtma sistemlerinde yalıtım olmayışının ortaya çıkardığı sorunlar şöyle sıralanabilir:

• Enerji kaybı ve buna bağlı olarak işletme giderlerinin artması,
• Yüksek sıcaklık ve buhar armatürlerinde iş kazalarının ortaya çıkması,
• Kazan dairesinde yalıtımın mevcut olmaması durumunda aşırı ısınmaya bağlı olarak diğer sistemlerin zarar görmesi,
• Yalıtılmamış boru ve ekipmanların yüzey sıcaklığının yüksek olmasına bağlı olarak çeşitli iş kazaları riskinin mevcut olmasıdır.

Tesisat Yalıtımında Kullanılacak Malzemelerden Beklenen Özellikler

Tesisat yalıtımında kullanılacak malzemelerden kullanım yerlerine göre çeşitli özellikler beklenmektedir. Dolayısıyla tesisat ve endüstriyel uygulamalarda kullanılan yalıtım malzemelerinden beklenen özellikler ile yapılarda kullanılan ısı malzemelerinden beklenen özellikler farklılık göstermektedir.

Tesisat ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemeleri polietilen köpük, kauçuk köpüğü, cam yünü, poliüretan, cam köpüğü ve kalsiyum silikattır.

Tesisatta kullanılan ısı yalıtım malzemesi seçilirken aranan temel özellikler;

• Isı iletim katsayısı,
• Su buharı difüzyon direnç katsayısı,
• Yangın dayanımı,
• Korozyon riskinin az oluşu,
• Uygulama kolaylığı ve
• Ekonomikliktir.

Isı iletim katsayısı; yalıtım malzemesi seçimindeki en önemli özelliktir. ( ? ) sembolü ile gösterilen ısı iletim katsayının birimi W/mK’dir.

Yalıtım malzemesinin 1 metresinden, iki ortam arasındaki sıcaklık farkının 1 K olması durumunda geçirdiği ısı miktarı olarak tanımlanmaktadır. Dolayısıyla ısı iletim katsayısı ne kadar düşük olursa ısı kaybı da o derece az olacaktır. Yalıtım malzemesinin kalınlığı ve tipi ısı aktarımını doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle uygulanacak yalıtım malzemesinin fiyatı göz önünde bulundurularak optimum yalıtım kalınlığı belirlenmelidir.

Düşük ısı iletim katsayısına sahip malzemeler, yüksek ısı iletim direncine sahiptir.

Su buharı difüzyon direnç katsayısı sembolü µ’dür. Su buharı, sıcaklığına ve nemine bağlı olarak, kısmi buhar basıncı yüksekten düşüğe doğru ilerler. Bu ilerlemede malzemenin buhar difüzyon direncine bağlı olarak bir dirençle karşılaşır. Her yapı malzemesi, kalınlığına bağlı olarak buhar difüzyonuna karşı farklı davranış sergiler. Karşılaşılan bu direncin, havanın su buharı difüzyon direncine oranı, “su buharı difüzyon direnç katsayısı” olarak tanımlanır. Malzemeden su buharının tamamen geçmesi durumunda µ=1, su buharının hiç geçmemesi durumunda µ=sonsuz olarak alınmaktadır. Eğer µ değeri 10.000 ile 100.000 arasında ise bu malzemelere buhar kesici adı verilir.

Isı yalıtım malzemesinin çeşitli kuvvetlere dayanıklılığı ve direnci olması gerekmektedir. Isı yalıtım malzemesi kataloglarında;

• Basınca, çekmeye, gerilmeye karşı mukavemeti,
• Elastikiyeti, kırılganlığı ve sarsıntıya karşı dayanıklılığı verilmelidir.
• Ayrıca ısı yalıtım malzemesinin korozyon, küflenme, haşarat barındırma gibi etkenlere karşı direnci olmalıdır.

Isı yalıtımın malzemesinin;

• Hacimce su emme ve
• Gözenek yapısı da önemlidir.

Malzemeler pazarlanırken açık gözenekli mi, kapalı gözenekli mi olduğu mutlaka belirtilmelidir. Gözenek yapısına göre; difüzyon yoluyla su emme yüzdeleri değişiklik göstermektedir. Isı yalıtım malzemesinin testten önce ve testten sonraki ağırlıkları arasındaki farkın yüzdesi “difüzyon yoluyla su emme yüzdesi” olarak tanımlanmaktadır.

Isı yalıtım malzemesinin sıcaklığa dayanımı ve yanma sınıfı belirtilmelidir. Malzeme aleve ve yanmaya karşı dirençli olmalıdır. Yangın güvenliği açısından güvenilir bir malzeme olması gerekmektedir.

Yangın güvenliği açısından önemli kriterler;

• Yalıtım malzemesinin tutuşması
• Alev yayması,
• Çıkardığı ısı,
• Çıkardığı duman ve
• Toksititedir.

2003 yılından bu yana Avrupa Birliği ülkeleri için “yangın güvenliği standardı” oluşturulmuş ve yürürlüğe girmiştir.

Isı yalıtım malzemeleri uygulama kolaylığı sunmalıdır. Yapılacak işin niteliğine göre hafif, kolay taşınır, kolay depo edilebilir, kolay kesilebilir olmalı ayrıca az işçilik gerektirmelidir.

Isı yalıtım malzemesinin ekonomik olmasının yanı sıra uygulama maliyetinin de düşük olması istenmektedir.

Tesisat Yalıtımında Kullanılan Yalıtım Malzemeleri

Isı yalıtım malzemeleri genel olarak;

• Bina yalıtımında,
• Teknik tesisat yalıtımında ve
• Sanayi tesisat yalıtımında kullanılmaktadır.

Bina yalıtımında çatı, duvar, döşeme gibi yerlere uygulanırken, teknik tesisat yalıtımında ısıtma tesisatı ve sıhhi tesisatta uygulanmakta ve sanayi tesisat yalıtımında ise boru, kazan gibi tesisatlarda uygulanmaktadır.

Isı yalıtımı amacıyla kullanılan malzemeler genelde dört ana başlıkta toplanmaktadır. Bunlar;

• Mineral lifli malzemeler (cam yünü, taş yünü, seramik yünü),
• Sert plastik köpükler (Expanded Polistiren EPS, Extruded Polistiren XPS, fenol köpüğü, polüretan),
• Yumuşak köpükler ve
• Cam köpüğü kalsiyum silikat türü malzemelerdir.

Cam yünü , tesisat yalıtımında kullanılan önemli malzemelerden birisidir. Cam yününün ana maddesi silis kumudur. Cam yünü ergimiş camın çeşitli yöntemlerle lif haline getirilmiş şeklidir.

Cam yününün iki türü bulunmaktadır:

• Birincisi sarı renkte olup bakalitli cam yünü olarak anılmaktadır.
• İkinci cam yünü tipi beyaz renkte olup bakalitsiz cam yünü olarak adlandırılır.

Bakalitsiz cam yünü genellikle kazan, tank, boru gibi sanayi yalıtımında ayrıca şofben, fırın gibi ev cihazlarının yalıtımında kullanılmaktadır. Cam yününün ısı iletkenlik değeri ?= 0.040 W/mK civarındadır.

Taş yünü, cam yünü gibi lifli bir yalıtım malzemesidir. Bazalt, kireç taşı, dolomit gibi minerallerden elde edilmektedir. Dolomit kalsiyum ve magnezyumlu karbonat bileşiminden olan bir mineraldir. Tas yününün ısı iletkenlik değeri ?= 0.040 W/mK’dir.

Seramik yünü, özellikle taş yününün kullanılamadığı 1200-1400 °C gibi yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmektedir. Ayrıca seramik yünü diğer yalıtım malzemeleri olan cam yünü ve taş yünü gibi lifli bir malzemedir. Seramik yününün rengi beyazdır. Ekonomiklik açısından bakıldığında diğer lifli yalıtım malzemelerinden daha pahalıdır. Isı iletim katsayısı yoğunluğuna bağlı olarak değişmektedir.

Organik içerikli yalıtım malzemelerinin kullanımı son yıllarda artmıştır. Polistren sert köpük yapay bir organik ısı yalıtım malzemesi olup ülkemizde yaygın olarak strafor olarak bilinmektedir. Straforun yaygın olarak ısı yalıtımlarında kullanılmasının en önemli nedeni diğer ısı yalıtım malzemeleriyle karşılaştırıldığında daha ucuz olmasından dolayıdır. Strafor beyaz renkli bir yalıtım malzemesidir. Genleştirilmiş polistren EPS genel özellikleri itibariyle tüm yapı malzemeleriyle kolayca bağdaşmaktadır.

Ekstrude polistren XPS’in hücre yapıları ve dağılımı homojen olup, ? ısı iletim katsayısı değerleri EPS’ye göre biraz daha düşüktür. Farklı firmalar tarafından farklı renkte üretilmektedir. Ekstrude polistren XPS’in EPS’ye göre en önemli özelliği basınca karşı olan mukavemetinin fazlalığı ve buhar geçirimsizlik faktörünün yüksek olmasıdır. Ekstrude polistren XPS’in , ? ısı etkenlik değerleri yoğunluğa bağlı olarak değişmekte olup 30-36 kg/m ³ yoğunluk değerleri için ? lab. = 0,028- 0,031 W/mK arasında değişmektedir.

Poliüretan köpük , poliol ve izosiyonat olarak adlandırılan iki kimyasal maddenin karıştırılması esnasında havanın da yardımıyla köpürüp sertleşmesiyle elde edilmektedir. Poliüretan köpük genel olarak plastik esaslı ve sarı renktedir.

Elastomerik kauçuk köpüğü kapalı hücreli, tamamen esnek yapıya sahip, genleştirilmiş siyah sentetik kauçuk boru ya da levha şeklinde satılmaktadır. Elastomerik kauçuk köpüğünün ısı iletim katsayısı ? değerleri kullanıldığı sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. -20°C’de ? değeri 0,034 W/mK iken 0°C’de 0,036 W/mK değerinde olup 20°C’de ? değeri 0,038 W/mK’dir.

Polietilen köpük , etilen ve propilenden hazırlanan polimerlerden imal edilmektedir. Ayrıca esnek ve yarı esnek gözenekli olup plastik esaslı bir malzemedir.

PVC köpük , polivinilklorid esaslı termoplastik bir malzeme olup sert, yarı sert veya yumuşak olarak üretilmektedir.

Kalsiyum silikat, mineral esaslı bir yalıtım malzemesidir. Boru, levha, sprey veya form verilmiş özel parçalar olarak kullanılmaktadır. Kalsiyum silikatın su ilavesi ile sertleşen toz halinde olan şekilleri de mevcuttur.

Tesisatta Enerji Ekonomisi Sağlanabilecek Yerler

Tesisatta enerji ekonomisi büyük oranda ısı yalıtımıyla gerçekleştirilmektedir. Tesisatta ısı yalıtımı yapılabilecek yerlerden önceliği borulardaki yalıtım almaktadır. Borulardaki yalıtım içinden geçen suyun sıcaklığına göre üç alt başlıkta incelenmektedir:

• Soğuk hatlarda soğuk su borularının yalıtımı
• Ilık hatlarda sıcak su ve kalorifer borularının yalıtımı ve
• Sıcak hatlarda buhar, kızgın su borularının yalıtımıdır.

Tesisat yalıtımında kullanılan başlıca ısı yalıtım malzemeleri şunlardır:

• Prefabrik kauçuk köpüğü
• Prefabrik EPS veya XPS
• Prefabrik taş yünü
• Prefabrik cam yünü
• Prefabrik cam köpüğü
• Prefabrik polietilen köpük
• Prefabrik poliüretan
• Prefabrik fenol köpüğü
• Beyaz cam yünü
• Taş yünü şiltesi
• Enjekte poliüretan
• Kalsiyum silikat

Soğuk hatlarda soğuk su borularının yalıtımında , boruların içerisinden soğuk akışkan geçtiğinden dolayı boru yüzeyi soğuk olmaktadır. Borunun soğuk yüzeyi ile temas eden ortam havasındaki su yoğuşarak sıvı haline gelmektedir. Yoğuşan su korozyon, paslanma ve enerji kaybına neden olmaktadır. Dolayısıyla borularda yalıtıma ihtiyaç vardır.

Ilık hatlarda sıcak su ve kalorifer borularının yalıtımı, ısının mekâna dağılmasını önleyerek enerji kayıplarını en aza indirmek açısından önemlidir.

Sıcak hatlarda buhar ve kızgın su borularının yalıtımı, boru içerisinde geçen akışkan sıcaklığının yüksek olması nedeniyle daha büyük öneme sahiptir. Borulardaki suyun sıcaklığına göre prefabrik cam yünü, beyaz cam yünü veya taş yünü kullanılmaktadır.

Vana ve armatürler genellikle tesisatta ısı yalıtımı uygulamasının ihmal edildiği elemanlardır. Bu nedenle ısıtma veya soğutma tesisatlarında ciddi enerji kayıplarına sebebiyet verebilmektedirler. Ayrıca yoğuşma nedeniyle paslanmaya veya aşınmaya maruz kalıp cihazlar zarar görebilmektedir.

Endüstriyel ekipmanlarda yalıtım yapılırken sıcaklık aralığı göz önünde bulundurulmalı ve ona göre yalıtım malzemesi seçimi yapılmalıdır.