Atölye Çalışması 2 Dersi 6. Ünite Özet

Isı Yalıtımı Ve Isı İletimi

Özet
Sorularla Öğrenelim

Giriş

Dünyada ve Ülkemizde enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Elektrik enerjisinin üretilmesi ve tüketicilere ulaştırılması sürecinde sarfedilen iş gücü ve maliyet gözönüne alındığında, enerji tasarrufu kaçınılmazdır. Özellikle Ülkemizde kullandığımız elektrik enerjisinin büyük bir bölümünü dış kaynaklardan satın almamız ve büyük enerji tüketimimiz nedeniyle, bizler hayatımızın her alanında en küçük tasarruf şansını bile iyi değerlendirmeliyiz.

Dünyadaki petrol krizinden sonra, enerji fiyatlarının artmasıyla ısı yalıtımı ve enerji tasarrufu konuları daha fazla önem kazanmıştır. Kış mevsiminde daha az enerji harcayarak ısınmak veya yaz mevsiminde klima gibi herhangi bir soğutucu aygıt kullanmadan elde edilecek yakıt tasarrufu sayesinde hem aile hem de ülke ekonomisine katkıda bulunuyoruz. Bununla beraber, ısı yalıtımının yaşadığımız yapılar ve çevre üzerinde de birçok olumlu etkisi bulunmaktadır.

Bu deneyde ısı iletimi ve ısı yalıtımı hakkında teorik bilgi edindikten sonra, yüksek yalıtımlı bir model ev üzerinde öğrendiğiniz bilgileri kullanarak uygulama yapma olanağına sahip olacaksınız. Farklı yalıtım ve pencere malzemeleri ile ısı yalıtımının önemini inceleyeceksiniz. Bu değerlendirmeyi yapabilmek için model ev üzerinde sıcaklık ölçümleri gerçekleştireceksiniz. Uygulama ile ilgili verilerin ve öğrenilen bilgilerin değerlendirilmesi ile deneyinizi tamamlayacaksınız.

Güvenlik Önlemleri

Yapacağınız deneyde çalışırken güvenlik önlemlerine dikkat etmeniz gerekir. Kendi güvenliğinizin öncelikli olduğunu unutmayınız. Aşağıda verilen bazı güvenlik önlemlerini dikkatli bir şekilde okuyarak uygulamaya özen gösteriniz.

Elektrik çarpmaları ile ilgili ilk yardım bilgilerini öğreniniz. İlk yardım uygulamak durumunda kalırsanız, aceleci ve heyecanlı olmamaya çalışınız. Aksi halde olası bir kazaya uğramış arkadaşınızın yaşamını yitirmesine neden olabilirsiniz.
İlk yardım gereçlerinin kullanılabilir durumda olduğundan emin olunuz.
Gerekli ilk yardım merkezlerinin telefon numaralarını kolayca ulaşabileceğiniz bir yere not ediniz.
Deney araç ve gereçlerinizin doğru çalıştığından emin olunuz.
Arızalı araç ve gereçleri laboratuvarda sorumlu görevliye bildiriniz.
Arızalı olduğunu düşündüğünüz cihazları kesinlikle tamir etmeye çalışmayınız.
Deney düzeneğinizdeki termostatı kullanmadan önce izin alınız.
Devrenin kurulma aşamalarında termostatı çalıştırmayınız ve bu konuda arkadaşlarınızı uyarınız.
Ölçüm alırken ellerinizi devredeki sıcak bölgelere veya cihazlara temas ettirmeyiniz.
Ölçüm alırken arkadaşlarınızla konuşmayınız. Dikkatli olunuz, dalgınlık yapmayınız.
Mecbur olmadıkça enerji altında sürekli çalışmayınız.
Bütün dikkatinizin yaptığınız iş üzerinde olmasına özen gösteriniz.
Aceleci ve telaşlı olmayınız. Sakin olunuz.
Arkadaşlarınıza şaka yapmayınız.

Teorik Bilgi

Isı bir enerji türüdür ve sıcaklığın yüksek olduğu bir ortamdan düşük sıcaklıklı bir ortama transfer olur. Çayınızın zamanla soğuması ya da soğuk meşrubatınızın zamanla ısınması gibi en basit günlük deneyimlerimiz buna örnek olarak verilebilir. Akışın kolay sağlanacağı, direncin en az olduğu yol boyunca ısı akışı en fazla olur. İnsanların konforlu bir hayat sürdürebilmeleri için 20-22 °C sıcaklık ve % 50 bağıl nem değerine gereksinim duyulur. Kış mevsiminde dış ortam sıcaklığı 20 °C’nin oldukça altında seyreder. Yaz aylarında ise hava sıcaklıkları 20°C’nin üzerindedir. Bu nedenle, yaşadığımız binalarda kışın dış mekana enerji kayıpları veya yazın dış mekandan istenmeyen enerji kazançları meydana gelir. Bina içerisinde istenen konfor ortamının sağlanabilmesi için kış mevsiminde kaybolan ısının bir ısıtma sistemiyle karşılanması ve yaz aylarında kazanılan ısının bir soğutma sistemiyle iç ortamdan atılması gerekir. Hem ısıtma hem de soğutma sistemleri için enerji harcanır. Bu durum bir enerji tüketimine yol açar. Durum böyle iken yaşadığımız binalarda enerji kaybının mümkün olduğunca az olması son derece önemlidir. Ülkemizdeki büyük enerji tüketimi gözönüne alındığında, hayatımızın her alanında tasarruf yapmamız gerektiği gibi yalıtım da evlerimiz için vazgeçilmez olmalıdır. Binalarımız için elektrik ve su tesisatı ne kadar gerekliyse yalıtım da o kadar gereklidir. Isı yalıtımının aile ve ülke ekonomisi başta olmak üzere, yapılar ve çevre üzerinde birçok olumlu etkisi bulunmaktadır.

Sıcak ve soğuk maddeleri muhafaza eden termoslar, evlerin sıcak ve soğuktan korunması için ısı yalıtımı yapılması, pencerelerin çift cam yapılması, su borularının izocamla sarılması gibi olaylar ısı yalıtımı ile ilgilidir.

Farklı sıcaklıktaki iki ortam arasındaki ısı transferini azaltmak için yapılan işlemlere ısı yalıtımı denir. Bir yapıda ısı kazanç ve kayıplarının sınırlandırılması; ısıtma ve soğutma amaçlı olarak tüketilmesi gereken enerji miktarının azaltılması anlamına gelir. Bunu sağlayan malzemelere ısı yalıtım malzemeleri adı verilir. Isı yalıtım malzemeleri, bitişik yapı malzemelerinin ısı iletim direncini artırmak veya dışarıya kaçan ısı miktarını azaltmak amacı ile kullanılır. Isı yalıtım malzemelerinin en temel özelliği ısı iletim katsayısıdır. Isı, farklı sıcaklıklara sahip ortamlara geçişi sırasında, yalıtım malzemelerinin ısı iletim katsayılarına ve kalınlıklarına bağlı olarak bir dirençle karşılaşır. En genel anlamda ısı yalıtımı, ısı geçişini azaltan bir dirençtir.

Binalarda ısı yalıtımı yapılırken, ısı kaybının en çok gerçekleştiği yerler dikkate alınmalı ve yalıtım bir bütün olarak yapılmalıdır. Konutlardaki en büyük ısı kayıpları duvar, döşeme ve çatı ile baca, pencere, kapı gibi yapı elemanlarından gerçekleşmektedir. Isı yalıtımı dış taraftan, iç taraftan ve çift duvar arası (sandviç) olarak düzenlenebilir. Bu bölgelerde oluşan ısı kayıpları oranları yapının mimarisine, konumuna, ısı yalıtım durumuna ve kullanılan yapı malzemelerinin özelliklerine göre değişiklik göstermektedir. Isı yalıtım malzemeleri; ısı kayıp ve kazançlarının azaltılmasında kullanılan yüksek ısıl dirence sahip özel malzemelerdir. Avrupa standartlarında ısıl iletkenlik katsayıları 0,06-0,10 W/m K’nin altında olan malzemeler, ısı yalıtım malzemeleri olarak tanımlanır. Isı yalıtımında kullanılan ürünler açık gözenekli ve kapalı gözenekli olarak sınıflandırılabilir. Açık gözenekli veya elyaflı malzemelere; camyünü, taşyünü (mineral yünler), ahşap yünü, seramik yünü, cüruf yünü; kapalı gözenekli malzemelere ise EPS genleştirilmiş polistren, XPS ekstürüde polistren, elastomerik kauçuk, polietilen köpüğü, cam köpüğü örnek verilebilir. Bu malzemeler genellikle çatı, duvar, döşeme ve zemin gibi yapı elemanlarında ve tesisatlarda kullanılır. Bu malzemelerin yanı sıra pencereleri oluşturan kaliteli doğramalar ile yalıtım camı üniteleri de ısı yalıtımında büyük önem taşır. Isı yalıtım malzemelerinin seçiminde bazı özellikler aranmaktadır. Bu özellikler; ısı iletim katsayısı, su buharı difüzyon direnci, yangın sınıfı, sıcaklık dayanımı, basınç dayanımı, yoğunluk ve hacimce su emme olarak sıralanabilir. Yapacağınız bu deneyde ısı iletimini farklı duvar ve pencere malzemeleri için inceleme ile ilgili bir uygulama yapacaksınız. Duvar ısı yalıtım malzemesi olarak styropor (strafor olarak okunmaktadır) ve ahşap kullanacaksınız. Günlük hayatımızda strafor olarak bildiğimiz malzeme, yukarıda bahsedilen genleştirilmiş polistren (EPS) termoplastiktir; kapalı gözenekli, polistren taneciklerin şişirilmesi ile üretilen ve % 98’i kuru havadan oluşan bir ısı yalıtım malzemesidir. Ahşap yalıtım malzemesi ise çoğunlukla çatı uygulamalarında kullanılan sıkıştırılmış kontraplak tahtalardan oluşan bir yalıtım malzemesidir. Pencere materyali olarak eski tip normal cam ve çift cam ile uygulamalar yapacaksınız. Genel olarak ısı yalıtım malzemeleri, ısı enerjisi geçişini engelleyememekte fakat zamana bağlı enerji miktarının oranını azaltmaktadır. Bu ısı enerjisinin kaynağından başlayarak bir ortamdan diğer ortama geçmesi ısı geçişi (ısı akışı) olarak tanımlanmaktadır. Geçen ısı enerjisinin miktarı sıcaklık farkının yanı sıra yüzey alanına, zamana, ortamların Fiziksel özelliklerine, malzemelerin ısı iletim özelliklerine, kalınlıklarına ve kesit alanlarına bağlıdır. Bir duvar ile ayrılmış sıcaklıkları farklı iki ortam arasında ısı iletiminin nasıl gerçekleştiğini inceleyelim. Şekil 6.1’de herhangi bir duvar boyunca ısı enerji akışı gösterilmektedir. Şekil 6.1’de verilen örnek duvar yapacağınız uygulamanın teorik bilgisini anlamanız açısından önemlidir. Bu şekil üzerinde verilen Fiziksel niceliklerin açıklamaları aşağıdaki gibidir:

P : Enerji akışı
d : Duvar kalınlığı
T1 : İç ortam sıcaklığı
T2 : Dış ortam sıcaklığı
T1iç : Duvarın iç ortam tarafındaki sıcaklığı
T2dış : Duvarın dış ortam tarafındaki sıcaklığı
?1 : İç ısı transfer katsayısı (alfa olarak okunur.)
?2 : Dış ısı transfer katsayısı
? : Isıl iletkenlik (lambda olarak okunur.)

İletim ve taşınım vasıtasıyla ısı transferi birçok durumda birlikte olur. Şekil 6.1’de verildiği gibi iki farklı sıcaklıktaki ortamı ayıran bir duvar durumunda, T1 sıcaklığındaki iç ortamdan duvara ısı transferi olur. Duvar bu ısıyı T2 sıcaklığındaki dış ortama taşınım ile ısı iletimini gerçekleştirir. Bu durumda sıcaklık farkları ve hem duvarın ısıl iletkenlik (m) hem de ısı transfer katsayısı (?) önem kazanır.

Homojen ve düz (pürüzsüz) bir duvar boyunca ısıl enerji akışı bir denge durumunda hava-duvar ısı transferi ve duvardaki ısı iletimi yardımıyla belirlenir. Enerji akışı duvarın yüzey alanı (A) ve sıcaklık farkı ile ilişkilidir. Şekil 6.1’e göre, enerji akışı yönü soldan sağa doğru gösterilmektedir. Bu örnekteki duvarı evimizin bir duvarı olarak düşünürsek, şeklin en sol tarafı evin iç ortamı ve en sağ tarafı ise dış ortamdır. Bu iki durumu iç hava ve dış hava olarak değerlendirebiliriz. Bu durumda, ısı akışını bölgesel olarak ele alabiliriz. O halde evin içerisinden başlarsak, iç hava-duvar ısı transferi için ısıl enerji akışı (iç) eşitlik 6.1 ile ifade edilir. Burada gösterilen niceliklerin açıklamaları Şekil 6.1’den kolayca görülebilir. Daha sonra ısı akış yönüne göre duvar dış hava bölgesine geçtiğimizde, dış ısı iletimi eşitlik 6.2 ile ifade edilir. Her iki ifade için P ısı akışı bir diğer ifadeyle birim zamandaki aktarılan ısı miktarı olduğuna göre birimi watt (W) olacaktır.

Duvarın yüzey alanı (A) birimi metrekare (m2 ) ve T ile gösterilen sıcaklıklar kelvin (K) sıcaklık birimi olarak verilirse, böylece ısı transfer katsayısı (?) birimi watt / m2 kelvin (W/ m2 K) olarak elde edilir.

Kalınlığı d ve ısıl iletkenliği m olan duvardaki ısı iletimi ele alındığında, ısı akışı eşitlik 6.3 ile ifade edilir. Burada m ısıl iletkenliktir ve birimi watt / m.K olacaktır. Böylece, birim zamanda iletilen ısı için üç ifade elde edilmiş oldu. Bu üç ifade toplanır ve yeniden düzenleme yapılırsa eşitlik 6.4 elde edilir. Bu ifadede k, ısı geçiş katsayısı veya k değeri olarak bilinir ve eşitlik 6.5 olarak verilir. Ayrıca ısıl iletkenliği m ve kalınlığı d olan bir malzeme için eşitlik 6.6 olarak bir parametre tanımlanır. Burada ? (büyük lambda olarak okunur), ısı iletim katsayısı olarak bilinir ve birimi watt/m2.K’dir. Isı iletim katsayısı (?) malzemeye ve duvar malzemesinin kalınlığına bağlıdır.

Buraya kadar özetleyecek olursak; ısı iletiminde önemli ve kullanılan malzemeye bağlı olan üç farklı nicelik ele aldık. Bunlar; ? (ısı transfer katsayısı), k (ısı geçiş katsayısı) ve ? (ısı iletim katsayısı). Bu nicelikleri Yunan harfleri ile gösterdik. Bazen burada verilen harflerden farklı harflerle de gösterilebilir. Önemli olan fiziksel anlamlarıdır. Isı yalıtımında, ısının transferi, geçişi ve iletimi önemli olmaktadır. Bu fiziksel niceliklerin tersi ısıl direnç değerleri olarak bilinir ve eşitlik (6.5) ile verilir. Bu durumda 1/a; ısı transfer direnci, 1/ k; ısı geçiş direnci ve 1/K; ısı iletim direnci olarak tanımlanırlar. Bu katsayılar ne kadar küçük olursa ısı dirençleri de o kadar büyük olur anlamına gelir.

Şekil 6.1’de verilen tek bir duvar yerine bazı durumlarda birden fazla malzemeler birlikte kullanılarak (sandviç) yalıtım ardışık duvarlar ile gerçekleştirilebilir. Bu durumda, eşitlik (6.3) uygun bütün duvar tabakalarına uygulanarak ve ısı iletim dirençleri toplanarak eşitlik (6.5)’te yerine yazılırsa eşitlik 6.7 ifadesi elde edilir. Yapacağınız deneyde tek bir duvar malzemesi için ayrı ayrı ölçümler yaparak ısı yalıtımı ile ilgili katsayıları hesaplayacaksınız.

Bir duvar boyunca ısıl enerji akışı dış duvar ve dış hava arasındaki sıcaklık farkından belirlenir. Kapalı bir oda içerisindeki doğal hava akışı durumunda (deneyinizde olduğu gibi) ısı transfer katsayısı (?) uygulamada karşılaşılan bütün duvarlar için a = 8,1 W/m2 .K olarak alınabilir. Böylece, deneyinizde ölçümler sonucu yapacağınız hesaplamalarda kullanacağınız denklemler aşağıdaki şekilde olacaktır:

Eşitlik (6.2)’den P/A (birim alan başına ısı enerjisi gücü, watt/m2 ) elde edilir.
Eşitlik (6.4)’ten k (ısı transfer katsayısı, watt/m2 .K) elde edilir.
Eşitlik (6.3)’ten m (ısıl iletkenlik, watt/m.K) elde edilir.

Deneyde Kullanılan Araç ve Gereçler

Bu deneyde kullanacağımız gerekli araç ve gereçler aşağıda listelenmiştir. Bu araç ve gereçler, listede belirtilen numaraları ile Şekil 6.2’de gösterilmiştir.

Yüksek yalıtımlı model ev 1 adet
Yüksek yalıtımlı model ev tavanı 1 adet
Lamba yuvası (dışarıya hat bağlantılı) 1 adet
Lamba koruyucu kapağı 1 adet
Filament lamba (220 V/120 W) 1 adet
Termostat (sensör probu ile birlikte; maksimum 100 W) 1 adet
Sıcaklık sensörü 1 adet
Plastik bant 1 adet
Dijital kronometre (1/100 saniye) 1 adet
Tahta duvar bölmesi (kalınlığı d = 2 cm ) 1 adet
Strafor duvar bölmesi (kalınlığı d = 2 cm 1 adet
Normal cam (kalınlığı d = 4 mm ) 1 adet
Çift cam (kalınlığı d = 12-15 mm ) 1 adet
Sıcaklık ölçer (el tipi) 3 adet
Sıcaklık ölçer probu (sarı renkli) (Termokupl NiCr-Ni; maksimum 500 °C) 3 adet
Sıcaklık ölçer probu (siyah renkli) (Termokupl NiCr-Ni; maksimum 500 °C) 1 adet

Deneye başlamadan önce yukarıda listelenen ve Şekil 6.2’de gösterilen araç ve gereçlerin tam olduğunu kontrol ediniz.

Deney Düzeneğinin Kurulması

Ölçüm almadan önce deney düzeneğini kurmanız gerekir. İşe ilk olarak model evi oluşturmakla başlayalım. Şekil 6.3’te deneyde kullanacağınız, kenar duvarları değiştirilebilen bir model ev gösterilmiştir. Model evin kenar duvarları dışındaki kısımları yüksek yalıtımlı malzemelerden yapılmıştır. Şekilde görüldüğü gibi model evin kenarlarında herhangi bir malzeme henüz yoktur. Deneyinizde duvar veya pencere materyali olarak bu model evin kenarlarına farklı malzemeler yerleştirerek, bu malzemelerin ısı iletim özelliklerini belirleyeceksiniz. Böylece ısı yalıtımında kullanılan malzemeler hakkında bilgi sahibi olacaksınız.

Düzeneği oluşturmak için önce Şekil 6.3’te gösterilen model evi deneye uygun hale getirelim. Bunun için Şekil 6.4’te görüldüğü gibi Filament lambayı model evin içerisine yerleştirilmiş olan yuvaya sabitleyelim.

Şekil 6.4’te gösterilen 100 watt’lık Filament lambayı model evin içerisini ısıtmak için kullanıyoruz. Lambayı yerleştirdiğimiz yuvanın evin dışarısı ile hat bağlantısı Şekil 6.4’te kırmızı ok ve kırmızı çizgili halka ile gösterilmiştir. Model evin dışarısına çıkarılan bu bağlantı Fişini daha sonra kullanmak üzere emniyete alınız.

Evin içerisini homojen olarak ısıtmak ve ne kadar ısıtacağımız kontrol etmek amacıyla Filament lambanın bulunduğu yuvanın üzerini araç ve gereçler listesinde verilen koruyucu kapak ile kapatalım. Bu durum Şekil 6.5’te gösterilmektedir.

Lambayı içerisine yerleştirdiğimiz kutunun koruyucu kapağını Şekil 6.5’te gösterildiği gibi kapatalım. Bunu yaparken koruyucu kapağı iki elinizle tutmaya özen gösteriniz. Bu işlemin ardından kapağın üzerinde bulunan ve Şekil 6.5’te kırmızı ok ile gösterilen gri renkli vidaları yavaşça sıkarak kapağı sabitleyelim. Ayrıca kapak üzerinde size verilen sıcak uyarı işaretine dikkat ediniz (Şekil 6.5’te kırmızı halka ile gösteriliyor). Güç verilerek lambanın yanması ile model ev içerisindeki bu siyah kutu artık sıcak olacaktır. Bu nedenle deneyinizi gerçekleştirdiğiniz süre içerisinde ya da deneyinizi tamamladığınızda bu koruyucu kutuya temas etmeyiniz.

Model evin içerisine yerleştirdiğimiz Filament lambayı ve dolayısıyla evin içerisini ısıtmak için termostat kullanıyoruz. Termostat sayesinde evin sıcaklığının sabit olması sağlanır. Araçlar listesinde verilen termostat Şekil 6.6’da gösterilmiştir.

Isıtıcı termostatın açma/kapatma düğmesi, güç çıkışı ve sıcaklık ayar düğmesi Şekil 6.6’da kırmızı işaret balonları ile belirtilmiştir. Kullanacağınız termostat maksimum 100 watt güce sahiptir. O halde termostat çıkışını model evin içerisinde bulunan lambanın dış bağlantısını oluşturmak için kullanacağız. Şekil 6.6’da gösterilen sıcaklık ayar düğmesi ile Filament lambaya sağlayacağınız gücü değiştirebilirsiniz. Şekil 6.6’da ayrıca sensör (algılayıcı demektir) probu da gösterilmiştir. 5-uçlu bu prob, sıcaklık sensörüne bağlanan bir ara parça olarak kullanılacaktır

. O halde şimdi termostat sensörünü deney düzeneğinize bağlayalım. Şekil 6.7’de termostatın sıcaklık sensörü ve deney düzeneğine bağlanması verilmiştir. Model evdeki Filament lambayı içerisine yerleştirdiğimiz metal kutu üzerinde bulunan kanallara sıcaklık sensörünü Şekil 6.7a’da gösterildiği gibi yavaşça oturtalım. Termostat sıcaklık sensörünü Filament lambayı kaplayan metal kutu üzerindeki sıcaklığı algılamak için kullanıyoruz. Algılanan sıcaklık değerine göre termostat metal kutu üzerindeki sıcaklığı sabit tutacaktır. Bunu gerçekleştirmek için, metal kutu üzerine monte ettiğiniz sensör ile model evin dışında bulunan termostat arasında bağlantı kurmanız gerekir.

Şekil 6.7b’de sensör probunun model evin içerisindeki ve dışındaki prob bağlantı yerleri gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi sıcaklık sensörünün 5-uçlu probunu model evin zemininde bulunan bağlantı yerine monte edelim. Bunu yaparken Şekil 6.8’de verilen prob uçlarının hasar görmemesine özen gösteriniz. Model evin iç ısıtma sistemini tamamladık. Termostat bağlantılarını daha sonraki aşamalarda tamamlamak üzere model evi oluşturmaya devam edelim. Bu aşamada model evin inceleyeceğimiz duvar ve pencerelerini yerleştirelim.

İlk olarak kalınlığı d=2 cm olan strafor duvar bölmesini ele alalım. Şekil 6.9a’da gösterildiği gibi strafor yalıtım malzemesini model evin açık duvarlarından herhangi birisine araya girecek şekilde yerleştirelim. Bu işlemin ardından model evin kapattığımız boş kısmı strafor ile tamamen dolu olmalı, boşluk kalmaması gerekir. Bu nedenle Şekil 6.9b’de görüldüğü gibi, straforu yerleştirdiğiniz duvarın iç kısımlarında her iki tarafta sabitleyici vidalar bulunmaktadır. Bu vidalar yardımıyla straforu model evin boşluğuna sabitleyiniz. Bu işlemi yaparken duvarın her iki tarafında bulunan vidaları eşit olacak şekilde sıkmaya ve straforu deforme etmemeye dikkat ediniz.

Model evin duvarlarına farklı malzemeler yerleştirmeye devam ediyoruz. Bu aşamada evin bir diğer boş duvarına ikinci malzememiz olan tahtayı yerleştirelim. Deneyinizde kullanacağınız tahtanın kesit görünüşü Şekil 6.10’da verilmektedir. Bu şekilden de açıkça göreceğiniz gibi, bu sıradan bildiğimiz tahtalardan farklıdır. Tek parça bir tahta malzemesi yerine kullanacağınız yalıtım malzemesi sıkıştırılmış kontraplaklardan oluşmaktadır. Tabakalı bir yapıya sahiptir. Tahta (veya ahşap) yalıtım malzemeleri genellikle çatı ve döşeme uygulamalarında kullanılmaktadır.

Şekil 6.11’de sıkıştırılmış kontraplak tabakalardan yapılmış tahta malzemesinin deney düzeneğine konulması gösterilmektedir. Tahtayı yerleştirme işleminde iki elinizi kullanarak yavaşça boşluğa oturtunuz (Şekil 6.11a). Daha sonra Şekil 6.11b’de görüldüğü gibi, tahtayı duvarın her iki kenarında bulunan vidalar yardımıyla sabitleyiniz. Böylece, model evin açık olan dört duvarından iki tanesi yalıtım malzemeleri ile tamamlanmış olur.

Bir sonraki aşamada model evin pencerelerini oluşturalım. Pencere malzemesi olarak çift cam ve bildiğimiz sıradan cam kullanacaksınız. İlk olarak Şekil 6.12a’da gösterildiği şekilde çift cam malzemesini model eve yerleştirelim. Bu işlemi yaparken iki elinizle dikkatli bir şekilde monte etmeye özen gösteriniz. Evin pencere tabanına çift camı yavaşça oturtalım. Daha sonra Şekil 6.12b’deki gibi çift camı pencereye sabitleyelim.

Model evin açıkta kalan sol kenarını sıradan cam ile kapatalım. Bu kullanacağınız cam bildiğimiz eski tip adi cam malzemesidir. Kalınlığı araç ve gereçler listesinde belirtildiği gibi 4 mm’lik bir camdır. Aynı şekilde normal camı model eve monte ediniz (Şekil 6.13a) ve iç duvarlardaki vidalar ile camı yerleştirdiğiniz boşluğa sabitleyelim (Şekil 6.13b).

Isıtma sistemi, duvar ve pencere malzemelerinin yerleştirilmesi ile model evin iç tasarımını tamamlamış oldunuz. Artık evin içerisinde işimiz bitti. Bu durumda evin tavanını yerleştirebilirsiniz. Evin tavanı yüksek yalıtıma sahip bir tavandır. Kalın strafor malzemesi ile kaplanmıştır. Şekil 6.14’te model evin tavanının, ya da çatısı da diyebiliriz, yerleştirilmesi verilmektedir. Kenarları vidalı olan tavanı çapraz konumlardan tutarak dikkatli bir şekilde evin üzerini kapatınız (Şekil 6.14a) ve daha sonra köşelerinde bulunan vidalar ile tavanı sabitleyiniz (Şekil 6.14b).

Böylece, model ev deney ölçümlerinizi almak için hazır haldedir. Şekil 6.15’te model evin son durumu gösterilmektedir. Model evin iki duvarında strafor ve tahta yalıtım malzemeleri ve iki penceresinde çift cam ve normal cam bulunmaktadır.

Deneyin Yapılışı

Bir önceki konuda deneyde kullanacağımız model evi oluşturmamızı tamamladık ve deneyinizde ölçüm almaya başlayabilirsiniz. Isı yalıtımını farklı yalıtım malzemeleri için inceliyoruz. Deneyde aynı boyutlara sahip dört faklı malzeme kullanıyoruz. Yapacağınız deneyde gerçekleştirmeniz gereken iş, model evin ısıtılması süresince duvar ve pencere sıcaklıklarının ölçülmesidir. O halde ilk önce model evin içerisini ısıtmakla işe başlıyoruz. Daha önce model evin iç ısıtma bağlantılarını tamamlamıştınız. Şimdi model evin içerisini ısıtmada kullanacağınız Filament lambanın dışarıda bulunan termostata bağlantısını oluşturalım. Şekil 6.16’da termostatın sensör probunun model evin içerisine olan bağlantısı gösterilmektedir. Model evin alt köşesinde bulunan 5-boşluklu yuvaya 5-uçlu termostat probunu takalım. Böylece termostatın sıcaklık probu, evin içerisindeki Filament lamba koruyucu kapağının üzerinde bulunan sıcaklık sensörüne bağlanmış oldu.

Termostat probunu bağlamakla ısıtma sistemi tamamlanmış olmuyor. Aynı zamanda, Filament lambaya güç sağlamalısınız. Bunun için Filament lambanın güç çıkış bağlantısını termostata bağlamalısınız. Şekil 6.17’de gösteridiği gibi, Filament lambanın güç kablosunu termostatın 100 watt’lık çıkışına takalım. Bu durumda sıcaklık sensörü yardımıyla ölçeceğimiz sıcaklığa göre termostat kontrolü ile evin içerisini istediğimiz ölçüde ısıtabilirsiniz.

İkinci olarak yapmanız gereken iş duvar ve pencere sıcaklıklarını ölçmektir. Bunun için araç ve gereçler listesinde belirtilen el tipi sıcaklık ölçer kullanıyoruz.

Şekil 6.18’de deneyde sıcaklık ölçümleri için kullanacağınız dijital sıcaklık ölçüm aygıtı verilmektedir. Bu kullanacağınız ölçüm cihazının fonksiyon düğmeleri şekil üzerinde gösterilmiştir. Açma düğmesi “ON” ve kapatma düğmesi “OFF” olarak belirtilmiştir. Dijital ekrana sahip sıcaklık ölçer hem °C (santigrad derece) hem de °F (fahrenheit derece) birimleri cinsinden ölçüm yapmaktadır. Deneyde sıcaklık okumalarınızı °C cinsinden belirleyeceksiniz. Bu durumda ekranın sağ üst köşesinde °C işareti görülecektedir. Ayrıca, ekranda okuduğunuz değeri not etmeniz için sabit kalmasını istediğiniz durumlarda “HOLD” düğmesine basabilirsiniz. Böylece ekrandaki değer değişmeden kalacaktır. Fakat deneyinizde anlık sıcaklık okumaları yapacağınızdan HOLD düğmesini kullanmanıza gerek yoktur. Şekil 6.18’de aynı zamanda bu aygıtın sıcaklık ölçümlerini gerçekleştirebilmesi için kullanılacak prob yuvaları kırmızı halka ile gösterilmiştir. Şekil 6.18’de verilen sıcaklık ölçerin, sıcaklığı ölçecek olan sıcaklık probu olmadan kullanımı söz konusu değildir. Deneyinizde sıcaklık ölçümlerini yapmak için termokupl (İngilizcesi thermocouple) kullanıyoruz. Termokupl, ısıl çift olarak da bilinir. İki farklı alaşım veya metal uçların kaynak yapılması ile oluşturulan bir sıcaklık ölçü elemanıdır. Kaynak noktası (sıcak uç) ve diğer iki açık uç (soğuk uç) arasındaki sıcaklık farklarını esas alarak çalışır. Termokupl yapıldığı malzemelere göre farklı sıcaklık aralıklarında ölçüm yapabilir. Deneyinizde kullanacağınız termokupl probları, nikel krom alaşımı ve nikel (NiCr-Ni) malzemelerinin kaynak yapılması ile oluşturulan bir termokupl’dır ve maksimum 500 °C’ye kadar olan sıcaklıkları ölçebilir.

Termokupl problarını nasıl kullanacağınız Şekil 6.18’de detaylı olarak gösterilmiştir. Araç listesinde sarı renk olarak belirtilen termokupl’ın sıcaklık ölçere bağlanacak olan soğuk uçlarına ( + ve - ) dikkat ediniz. Sıcaklık ölçerin yuvalarına yerleştireceğiniz + ve - uçları termokupl’ın gövdesinde işaretlenmiştir. Bu durum Şekil 6.19’da kırmızı halka ile gösterilmiştir. Termokupl’ın + ve - uçlarını Şekil 6.19’da gösterildiği gibi tutarak sıcaklık ölçerin yuvalarına monte edelim. Bu işlemi yaparken termokupl uçlarının zarar görmemesi için dikkatli olmalısınız.

Termokupl’ı sıcaklık ölçere bağladıktan sonra artık sıcaklık ölçümlerinizi yapabilirsiniz. Sıcaklık ölçere bağlanan soğuk uçlara göre daha sıcak olacak olan ve sıcak uç olarak bilinen termokupl ucu Şekil 6.20’de gösterilmektedir. Deneyinizde sarı renkli termokupl’ın yanı sıra yine aynı malzemeden yapılmış siyah renkli termokuplda kullanacaksınız. Model evin iç sıcaklığını ölçmede daha pratik bir kullanıma sahip bu termokupl Şekil 6.20b’de verilmiştir. Her iki termokupl için sıcaklığı algılayacak bu uçları (Şekil 6.20a - b) önemlidir. Bu nedenle termokupl uçlarını ölçüm yaparken korumaya özen gösteriniz. Termokupl uçlarının ezilmemesine veya deforme olmamasına dikkat ediniz.

Deneyde kullanacağınız termokupl ucunu ölçüm yapmak istediğiniz noktaya temas ettirerek kolayca sıcaklığı sıcaklık ölçerden okuyabilirsiniz. Deneyinizde duvar malzemelerinin (strafor ve tahta) model ev içerisindeki iç duvar sıcaklıklarını ve evin dışarısındaki dış duvar sıcaklıklarını ölçeceksiniz. Bu işlem için iki tanesi içeride olmak üzere dört adet termokupl’e ihtiyaç vardır. Aynı zamanda, pencere malzemelerinin (çift cam ve normal cam) model ev dışarısındaki dış duvar sıcaklıklarını ve model evin iç sıcaklığını da ölçeceksiniz. Böylece deney ölçümleriniz için, üç termokupl ilavesi ile toplam yedi adet termokupl kullanılmalıdır. Deneyinizde üç sıcaklık ölçer ve dört adet termokupl’a sahipsiniz. Şekil 6.20b’de gösterilen uzun uçlu siyah termokupl’ı model evin iç sıcaklığını ölçmek için kullanmak uygun olur. Bu durumda altı adet termokupl duvar ve pencere sıcaklıklarının ölçümleri için gerekmektedir.

Model evin içerisine deney süresince müdahale etmek doğru olmayacaktır. Model evin tavanını açıp kapatmak ısı kayıplarına neden olarak ölçüm sonuçlarını etkileyecektir.

Deneyi ayrı ayrı yapmak ise uzun zaman alacaktır. Bu nedenle sahip olduğumuz üç adet sarı termokupl’dan iki tanesini strafor ve duvar malzemelerinin iç duvar sıcaklıklarını ölçmek üzere evin içerisine monte edelim ve bu termokupl’ları deney süresince evin içerisinden çıkarmayalım. Kalan bir adet sarı termokupl’ı model evin dış duvar sıcaklıklarını ölçmek için kullanabilirsiniz. Dolayısıyla belirli bir zamanda üç adet sıcaklık ölçer ile dört adet termokupl bağlantılarını değiştirerek yedi ölçüm yapacaksınız. Ölçümlerinizin eş zamanlı (aynı anda) olması gerektiğinden hızlı ve sistemli ölçüm yapmanız sonuçlarınızın doğruluğu açısından önemli olacaktır.

O halde ölçüm almaya başlamadan önce iki adet termokupl’ın sıcaklığı algılayan açık uçlarını model evin içerisine yerleştirelim. Şekil 6.21’de strafor ve tahta duvar malzemelerinin iç duvar sıcaklıklarını ölçmek üzere termokupl’ların model evin içerisinde yerleştirilmesi gösterilmektedir. Termokupl’ları model evin köşelerinde bulunan yalıtımlı boşluklardan içeriye alalım. Daha sonra termokupl kablosunu kontrol ederek istediğiniz duvara yaklaştıralım.

Burada şu durum önemlidir: Herhangi bir evin içerisindeki ısı akışı yukarıdan aşağıya doğru olacağından, bütün sıcaklık ölçümlerinizi aynı yükseklikten yapmalısınız. Model evin köşelerinde bulunan ve termokupl’ları içeriye dahil edilmesi için kullanılan boşluklar bulunmaktadır (Şekil 6.21). Bu boşluktan aynı zamanda model evin iç sıcaklığını da ölçeceksiniz. Bu nedenle termokupl’ları bu yükseklikle hemen hemen aynı olacak şekilde, yani duvarların tam orta noktasına gelecek şekilde yerleştirmeye dikkat ediniz.

Termokupl ucunu iç duvara bant yardımı ile tutturalım. Bunu yaparken plastik bantın deney esnasında çıkmaması için tek bir bant parçası yerine çapraz olarak ya da V şeklinde yerleştirilen iki parça bant kullanmak uygun olacaktır. Daha sonra yapıştırdığınız bantların ortasından termokupl’ı bantların altında olacak şekilde yerleştirelim ve hafifçe bantlara bastırarak termokupl’ın sabit durmasını sağlayalım. Bu son durum strafor ve tahta için Şekil 6.22’de gösterilmiştir. Eğer termokupl’ın duvar üzerinde sağlamlığından şüphe ediyorsanız, ev içerisinde başka noktadan da bant ile termokupl kablosunu tutturabilirsiniz. Model evin içerisindeki sıcaklık ölçüm düzenlemelerini yaptıktan sonra, daha önce Şekil 6.14’te gösterildiği gibi evin tavanını kapatarak vidalarla sabitleyiniz.

Daha sonra dış duvar sıcaklıklarını ölçeceğiniz için Şekil 6.22’de gösterilen V şeklindeki bant yapıştırma işlemini evin dış duvar ve pencereleri için de gerçekleştirelim. İkili parça bantları, tahta ile strafor dış duvarlarının ve çift cam ile normal cam dış duvarlarının orta noktalarına V şeklinde yapıştırınız. Bu hazırladığınız bantlar ile herhangi bir duvar veya pencerede ölçüm almak istediğinizde, termokupl’ı bantların altına yerleştirmek yeterli olacaktır. Böylece deneyinizde bulunan termokupl’lar ile seri ve çok sayıda ölçüm yapabileceksiniz. Bir duvarın sıcaklığını ölçtükten sonra sıcaklık ölçere bağlı termokupl’ı buradan çıkararak başka bir pencere veya duvar sıcaklığını ölçebileceksiniz.

Bu aşamada hazırlıklarınızı tamamladınız ve artık ölçüm almaya başlayabilirsiniz. Deneyi yaparken aşağıda verilen aşamaları sırasıyla gerçekleştiriniz.

İşe önce model evin içerisini ısıtmakla başlıyoruz. Bunun için termostatın güç kablosunu fişe takınız.
Termostatın sıcaklık ayar düğmesini “SIFIR” konumuna getiriniz ve arka tarafta bulunan açma düğmesine basarak açınız. Bu durum Şekil 6.23’te gösterilmektedir. Termostatı açtığınızda kırmızı uyarı lambasının yandığını göreceksiniz. Bu termostatın aktif olduğu anlamına gelmektedir.
Termostatın sıcaklık ayar düğmesini yavaşça arttırarak derecelendirilmiş bölmelerinden üçüncü bölmeye getiriniz ve bu kademede 3-5 saniye kadar bir süre bekleyiniz (Şekil 6.24).
Daha sonra sıcaklık ayarını dördüncü bölmeye getiriniz (Şekil 6.24) ve 3-5 saniye kadar bir süre bekleyiniz ve kronometreye basarak deney süresini başlatınız.
Kronometreyi takip edebileceğiniz bir yere alınız.
İlk sıcaklık değerlerini termokupl’lar ile okumaya başlayınız.
Evin içerisine yerleştirdiğiniz termokupl’ın dış bağlantı uçlarını ( + ve - uçlarını) sıcaklık ölçerlerden herhangi birisine bağlayarak straforun iç duvar sıcaklığını okuyunuz. Bu değeri sonuçlar kesimindeki Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Tahta duvarının iç sıcaklığını evin içerisine yerleştirdiğiniz termokupl’ın + ve - uçlarını sıcaklık ölçerlerden herhangi birisine bağlayarak okuyunuz. Bu değeri sonuçlar kesimindeki Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Model evin içerisinde bulunan termokupl’ların sıcaklık ölçerlere bağladığınız uçlarını çıkararak koruma altına alınız.
Şimdi model evin duvar ve pencerelerinin dış sıcaklıklarını ölçünüz. Bu durum Şekil 6.25 ve Şekil 6.26’da gösterilmektedir.
Bunu yaparken, model evin dışında herhangi bir yere yerleştirmediniz (değiştirilebilir) olan üçüncü sarı termokupl’ı sıcaklık ölçere bağlayarak strafor duvarının dış duvar sıcaklığını ölçünüz (Şekil 6.25). Bu değeri sonuçlar kesimindeki Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Strafor malzemesinin dış duvarından termokupl’ın sıcaklığı algılayan ucunu çıkarınız.
Tahta malzemesinin dış duvarına yapıştırdığınız bantların altına termokupl’ı yerleştirerek tahta dış duvar sıcaklığını okuyunuz (Şekil 6.26). Sonucunuzu Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Tahta malzemesinin dış duvarından termokupl’ın sıcaklığı algılayan ucunu çıkarınız.
Çift camın bulunduğu pencereye yapıştırdığınız bantların altına termokupl’ı yerleştirerek çift cam sıcaklığını okuyunuz (Şekil 6.25). Sonucunuzu Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Çift camdan termokupl’ın sıcaklığı algılayan ucunu çıkarınız.
Normal camın bulunduğu pencereye yapıştırdığınız bantların altına termokupl’ı yerleştirerek çift cam sıcaklığını okuyunuz (Şekil 6.26). Sonucunuzu Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Son olarak siyah renkli termokupl’ın + ve - uçlarını sıcaklık ölçerlerden herhangi birisine bağlayarak termokupl’ın sıcaklık algılayan uzun ucunu model evin kenarlarındaki boşluklardan içeriye geçirerek model evin iç sıcaklığını okuyunuz Bu durum Şekil 6.27’de gösterilmektedir. Sonucunuzu Çizelge 6.1’e t=0 için kaydediniz.
Dış ortam yani laboratuvarın sıcaklığını termokupl ile ölçünüz ve sonuçlar kesiminde ayrılan yere not ediniz.
Deneyinizin süresi 60 dakikadır. Isıtma işlemine başladıktan sonra model evin iç sıcaklığının denge durumuna gelmesi için yaklaşık olarak beklemeniz gereken süre olarak belirlenmiştir. Bu süre içerisinde model evin sıcaklığı da yaklaşık olarak 60 °C olabilir.
Deney süresince yukarıda açıklanan ölçüm işlemlerini 60 dakika içerisinde her 10 dakikada tekrarlayacaksınız. 10 dakika aralıklarla kullanılan malzemelerin iç duvar ile dış sıcaklıklarını ve pencere dış sıcaklıklarını, evin iç sıcaklığını ölçmek durumundasınız.
Kronometreye bakarak bu ölçüm işlemlerin zaman aldığını görebilirsiniz. Bu nedenle, ölçümlerinizi alırken 10 dakikalık periyodu değiştirmemelisiniz. Bir diğer ifadeyle; ölçüm sıranız aynı olursa, her bir ölçüm için 10 dakika zaman aralığı değişmemiş olacaktır. Ölçüm alma sıranızı değiştirmemeye dikkat ediniz.
60 dakika süre boyunca aldığınız ölçümleri t ile gösterilen zamanlar için Çizelge 6.1’e kaydediniz.
Ölçüm alma işlemleriniz bittiğinde, termostatın sıcaklık ayar düğmesini “SIŞR” konumuna getiriniz ve arka tarafta bulunan kapatma düğmesine basarak kapatınız. Fişini kablosundan tutmadan çekip çıkarınız.
Model evin içerisinin sıcak olduğunu unutmayınız ve kendi halinde soğuması için bırakınız.
Kullandığınız sıcaklık ölçerleri “OFF” düğmesine basarak kapatınız.
Sıcaklık ölçerlere takılı olan termokupl’ları çıkarınız.
Termokupl’ları düzgün bir şekilde koruma altına alınız.
Hesaplamalarınızı yapabileceğiniz uygun bir yerde sonuçlarınızı değerlendirmeye başlayınız.