Avrupa’da, ısı yalıtımı ile ilgili yasal mevzuatın sürekli daha sıkı hale gelmesi, Az Enerji Tüketen Yapılar (Low Energy Building) yaklaşımının giderek daha popüler olması, retrofit ve tesisat uygulamalarında alan kısıtı ile karşılaşılması, enstitü ve firmaları daha düşük ısı iletim katsayısına sahip yalıtım malzemeleri arayışına yöneltmiştir.

Alışılagelmiş yalıtım malzemeleri ile yeni beklentileri karşılamak ya çok pahalı ya da retrofit/tesisat uygulamalarında olduğu gibi alan kısıtı nedeniyle imkansızdır.

Son yıllardaki çalışmalar, özellikle, mikro gözenekli yapıdaki, ısıl prosesten geçirilmiş silika (fumed silica) ve silika aerojel (silica aerogel) ürünler üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu malzemelerin ısı iletim katsayıları, 10-22 mW/mK arasında değişmekte olup, alışılagelmiş yalıtım malzemelerine göre daha düşüktür.

Gerek mikro gözenekli yapıdaki gerekse alışılagelmiş yalıtım malzemelerinin vakumlanması suretiyle, 4 mW/mK gibi düşük değerlere inilebilmesi de mümkün olmaktadır. Bu ürünler, Vakum Panel (Vakumlanmış Yalıtım Panelleri) olarak anılmakta ve istenen sonuç açısından gelecek vadeden en önemli ürün olarak görülmektedir.

Tanıtım ve ispata yönelik uygulamalar (özellikle mikro gözenekli yalıtım malzemelerinden imal edilen vakum paneller için), geliştirilen yeni ürünlerin iyi bir performansa sahip olduğunu kanıtlamış, ancak, endüstriyel uygulamalar açısından gelişmeye açık olduklarını da göstermiştir.

Gelinen bu noktadan hareketle, Uluslar arası Enerji Ajansı (International Energy Agency), Yüksek Performanslı Isı Yalıtım Malzemeleri konusunda bir araştırma geliştirme çalışması başlatmayı kararlaştırmıştır. Bu çalışma kapsamında, tercihan mikro gözenekli yapıdaki yalıtım malzemeleri ile imal edilecek vakum paneller üzerinde yoğunlaşılacaktır. Çalışmalar 22-24 Ocak 2001 tarihlerinde Zurich’de düzenlenen uluslar arası bir konferans ile başlatılmıştır. Bu yazıda, sözkonusu konferansta sunulan bildiriler ışığında, ısı yalıtımı ile ilgili olarak Avrupa’da ve dünyada oluşan yeni beklentiler ve Yüksek Performanslı Isı Yalıtım Malzemeleri konusunda bilgi verilecektir.

Enerji teknolojisinde geçtiğimiz yüzyıl Isı Yalıtımı yüzyılıydı. Yalıtım Malzemelerinin pekçoğu 1950 yılından önce geliştirilmiş ancak, yoğun olarak petrol krizinden sonra kullanılmaya başlanmıştır. Petrol krizinden bu yana, yapılarda ısı yalıtımı, ısı kayıplarını engellemek ve enerji verimliliğini artırmada anahtar rolünü üstlenmişlerdir.

Uzun yıllar, 10 cm yalıtım açısından iyi bir kalınlık olarak kabul edilmiş ancak, enerji uzmanları optimum yalıtım kalınlığını 50 cm ve üzeri olarak hesaplamışlardır.

Bugün, Avrupa’daki pek çok Yönetmelik ve Standart, çatı ve duvarlarda U=0.2 W/m2K değeri aramaktadır. Bu da yaklaşık 20 cm yalıtım kalınlığına tekabül eder.

Konuya mimarlar açısından bakıldığında, retrofit pazarı ve teknik yalıtım başta olmak üzere pek çok uygulamada 20-50 cm gibi yalıtım kalınlıkları alan ihtiyacını gündeme getirmektedir. Uygulama ve kaybedilen alan açısından ortaya çıkan ilave maliyetler genelde yüksek olmakta, bu da, daha pahalı ancak daha etkin bir yalıtım malzemesini olanaklı kılmaktadır.

Alışılagelmiş malzemelerde, genel olarak, yalıtımı sağlayan havadır. Dolayısıyla, yalıtım malzemesinin performansı, havanın ısı iletim katsayısı olan 25 mW/mK değeri ile sınırlıdır. Bu sınırlamayı aşabilmek için, aşağıdaki teknolojilerin esas alındığı yeni teknikler geliştirilmiştir.

• Mikro gözenekli yapılar

• Vakum teknolojileri

• Özel gaz dolgular

İlk uygulamalar, ısı iletim katsayısı olarak 5 mW/mK seviyelerine inilebildiğini ve alışılagelmiş yalıtım malzemelerine göre 5-10 kat daha ince yalıtım kalınlıkları ile istenen sonuçlara ulaşılabildiğini göstermiştir.

Pazar araştırmaları, yüksek performanslı yalıtım uygulamaları için büyük bir potansiyel olduğunu göstermektedir. Bu ürünlerin başarılı olarak kullanılabileceği uygulama alanlarından bazılarını aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

• Cephe Uygulamaları ve Hafif Yapılar

• Duvarların İçten Yalıtımı

• Buzdolapları, Derin Dondurucular

• Tanklar ve Nakliye Konteynerleri

• Isıtıcılar, Bacalar ve Boru Tesisatları

Isı yalıtım malzemeleri, ısı iletim katsayılarına göre Şekil 1’de incelenmiş ve sınıflandırılmıştır. Buna göre:

• Alışılagelmiş Yalıtım Malzemeleri : l>20 mW/mK

• Mikro Gözenekli Yalıtım Malzemeleri :

10<l<20 mW/mK

• Vakum Paneller : l<10 mW/mK

 

Alışılagelmiş ısı yalıtım malzemelerine göre 2-5 kat daha ince yalıtım kalınlıkları ile aynı performansı veren ve ömrü süresince ısı iletim katsayısı ortalama olarak 15 mW/mK’in altında kalan ürünler, Yüksek Performanslı Isı Yalıtım Malzemeleri olarak kabul edilmektedir. Şekil 1 incelendiğinde, mikro gözenekli yapıdaki bazı yalıtım malzemelerinin ve vakum panellerin bu kapsama girdiği görülmektedir.

Mikro gözenekli yapıdaki silika esaslı yalıtım malzemeleri, Isıl Proses veya Islak Kimyasal Proses ile imal edilerek, Isı Prosesten Geçirilmiş Silika (Fumed Silica) ve Silika Aerojel (Silica Aerogel) adını alırlar.

Alışılagelimş yalıtım malzemelerinde, yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısını, gazdaki iletim, lgaz/hava, katıdaki iletim, lkatı ve ışıma, lışıma birlikte belirlerler. Genelde, l > lgaz/hava + lkatı + lışıma olmakla birlikte, köpükler ve aerojellerde yaklaşık olarak bir eşitlik söz konusudur. Alışılagelmiş yalıtım malzemeleri (Genel ve EPS Köpük) için, gazdaki iletim, katıdaki iletim ve ışımanın nihai ısı iletim katsayısına etkileri aşağıda gösterilmiştir (Değerler oda sıcaklığı içindir).

Alışılagelmiş EPS (15 kg/m3)

Isı İletim Katsayısı gaz/hava 25 mW/mK 25 mW/mK

Isı İletim Katsayısı katı 1-30 mW/mK 1 mW/mK

Isı İletim Katsayısı ışıma 1-10 mW/mK 11 mW/mK

Görüldüğü üzere, yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısını, büyük oranda içerdiği gazın yani havanın ısı iletim katsayısı belirlemektedir.

Mikro gözenekli yapıdaki yalıtım malzemeleri, örneğin aerojeller incelendiğinde, gözeneklerin çok küçük olması sebebiyle, gazdaki iletimin 5-10 mW/mK değerine düştüğü görülür.

Aerojellerin doğal opak yapısı nedeniyle ışıma etkisi de azalmakta, Isıl Prosesten Geçirilmiş Silika (Fumed Silica) ürünlerde bunu sağlayabilmek için opaklık sağlayan katkılar ilave edilmektedir. Sonuç olarak, silika aerojel ürünlerin ısı iletim katsayıları 20 mW/mK değerinin altında kalmaktadır.

Uygulama Alanları

Mikro gözenekli yapıdaki yalıtım malzemeleri, Yarı Şeffaf Yalıtım Sistemi, Vakum Panel ve Kompozit Ürün olarak aşağıdaki uygulamalarda kullanılabilmektedir.

• Çatı Yalıtımı

• Döşeme Yalıtımı

• Boru Tesisatı ve Depolama Tankı Yalıtımı

• Sandviç Cephe Sistemleri

• Güneş Kollektörleri

• Yarı Şeffaf Duvar/Pencere Elemanları

Vakum Panellerin Yapısı

Yukarıda da açıklandığı üzere, yalıtım malzemesinin ısı iletim katsayısını, büyük oranda, içerdiği gazın yani havanın ısı iletim katsayısı belirlemektedir. Bu hava boşaltıldığı takdirde, teorik olarak ürünün ısı yalıtım özelliğinin iyileştirilmesi de mümkündür. Bu noktadan hareketle vakum paneller geliştirilmiştir.

Vakum Panellerin yapısını aşağıdaki şekil ile tarifleyebiliriz.

Havanın boşaltılması sonucu vakum panellerde 5 mW/mK değerinin altında ısı iletim katsayılarına ulaşılabilmektedir.

Isı İletim Katsayısı gaz/hava 0 mW/mK

Isı İletim Katsayısı katı 3 mW/mK

Isı İletim Katsayısı ışıma 1 mW/mK

Isıl Prosesten Geçirilmiş Silika (Fumed Silica) ve Silika Aerojel (Silica Aerogel) dışında, Camyünü ve XPS gibi alışılagelmiş ürünler ve vakum panellerde çekirdek malzeme olarak kullanılabilmektedir. Tüm çekirdek malzemeler ile pilot üretimler yapılmış olup, üretimde yaşanan zorluklar, yüksek maliyetler ve uygulamadaki problemlerin aşılmasına yönelik çalışmalar devam etmektedir.

 

Vakum Panel Kullanım Alanları
Lojistik	Binalar	Ev Aletleri
- Konteynerler	- Cephe Kaplama	Soğutucular
- Tank-Konteynerler	- Çatı ve Döşeme Yalıtımı	Dondurucular
	- Binaların İçten Yalıtımı	Fırınlar
		Mikrodalga Fırınlar

Vakum Panellerin Uygulama Alanları

Uluslar arası Enerji Ajansı, IEA, tarafından başlatılan araştırma geliştirme çalışmasında Hedef Pazar binalardır. Bununla beraber, bugüne kadar ki tecrübeler ışığında, vakum panellerin kullanım alanlarını aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.

Vakum Paneller İle İlgili Gelişmeye

Açık Alanlar

Vakum paneller ile ilgili olarak, üretimde yaşanan zorluklar, yüksek maliyetler ve uygulamadaki problemlerin aşılmasına yönelik çalışmalar devam etmektedir. Bugüne kadar yaşanan problemleri, diğer bir deyişle gelişmeye açık alanları aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.

• Vakumlama prosesi bazı çekirdek malzemeler için zordur.

• Maliyet ve fiyat alışılagelmiş yalıtım malzemelerine göre yüksektir.

• Kırılgan oluşu en önemli dezavantajıdır.

• Ürünün 50 yıl ve üzerinde ömrü olduğu iddia edilmekte, ancak, tereddütler bulunmaktadır.

• Uygulama açısından tüm detaylar çözülmüş değildir.

Vakum Panellerin Ekonomik Açıdan

Değerlendirilmesi

Özellikle, Az Enerji Tüketen Yapılar (Pasif Ev-Passive House) yaklaşımı dikkate alındığında (5. Bölümde açıklanmıştır), yeni yapılarda Yüksek Performanslı Isı Yalıtım Malzemelerinin kullanılması aşağıdaki açılardan ekonomik olabilmektedir.

• Arazi Maliyeti

Az Enerji Tüketen Yapılarda (Avrupa’daki Pasif Standartlarda), alışılagelmiş yalıtımın hacmi, toplam yapı hacminin %30’una ulaşmaktadır. Dolayısıyla, yapı için gerekli zemin alanı artacaktır. Bu durumda, Vakum Panel ile yalıtım yapılması halinde; kapalı alan ve bahçe olarak hemen hemen aynı alan kullanılabilirken, arazi maliyetinden de tasarruf etmek mümkündür.

• Kullanılabilir Zemin Alanı Kazancı

Diğer taraftan, belirli bir yapı alanı için, vakum panel kullanılarak yapılacak yalıtım, daha büyük bir kapalı alan veya oda hacmi elde edilmesini sağlayacaktır.

Buraya kadar, yazının belirli bölümlerinde, Avrupa’daki, Az Enerji Tüketen Yapılar (Low Energy Building) - Pasif Evler (Passive House) kavramına değinilmiştir. Bu bölümde, Pasif Ev kavramı açıklanacaktır.

Pasif Ev, bir yapı standardıdır. Az Enerji Tüketen Yapılar Standardının bir şeklidir diyebiliriz. Standart şartlarını çeşitli teknolojiler, tasarımlar ve malzemeler kullanarak karşılamak mümkündür.

Pasif Evler, çok iyi ısı yalıtımına sahip olup, ısıtma sistemi ihtiyacının radikal olarak basitleştirildiği hatta ortadan kaldırıldığı yapılardır. Binanın yıllık ısıtma ihtiyacı en çok 15 kWh (m2a) olmalıdır.

Standardın Pasif Ev olarak adlandırılmasının sebebi, gerekli ısının esas olarak dışarıdan (pencereler yoluyla) ışıma ve içeriden, ev aletleri ve insanlardan yayılan ısı enerjisiyle temin ediliyor olmasıdır.

Yapının ısı yalıtımı öylesine iyi ve hatasız olmalıdır ki, ısıtma sistemi basitleştirilebilsin ve yatırım maliyeti düşürülebilsin. Sistem verimli olduğu ölçüde yatırım maliyetinden tasarruf etme imkanı olacaktır.

1. “High Performance Thermal İnsulation Systems” Semineri Bildirileri Zürih 22-24 Ocak 2001

İşletmelerde kestirimci bakım yöntemlerinin kullanımı, gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. Kestirimci bakım uygulamalarının sahip olduğu donanımların işletmeye kurulması, işletmeye başlangıçta bir maliyet getirmektedir. Fakat kestirimci bakım yönteminin kullanımı ile makina sistemlerinin ömürlerinin artırılması ve bakım için harcanan zamanın azalması sonucu üretimin daha az durması, bu ilk yatırım maliyetini bir süre sonra telafi edecektir. Özellikle sanayileşmiş ülkelerde bu olay daha önce kavranmıştır. Enerji sistemleri, kağıt, metal, gıda, tekstil endüstrisinde kestirimci bakım programlarının uygulanması oldukça faydalı sonuçlar vermektedir. Gelişmiş ülkelerde endüstride kestirimci bakım uygulamalarının kullanımı sonucunda oldukça önemli faydalar sağlanmıştır. Onarım maliyetleri % 50-80 azalmış, gelirler % 30 artmış, bakım maliyetleri % 50-80 azalmış, yedek parça ihtiyacı % 30 azalmış ve bunların neticesinde sistemlerin net karı %20-60 arasında artmıştır [1,5]. Bu bilgilerin ışığı altında ülkemizde de bilgisayar destekli kestirimci bakım uygulamalarının daha yaygın olarak kullanımının faydalı olduğu açıkça görülmektedir.

1. Bartos, F.J., 1999, Predictive Maintenance Maximizes Machinery Healths, Control Engineering, vol 46, no 7, pp. 51-52.

2. Johnson, B., Maxwell, H., 2000, Predictive Maintenance-The Effect on a Company’s Bottom Line, Lubrication Engineering, vol 56, no 10, pp. 19-29.

3. Köse, K., Çağlayan, İ., Mayıs 1991, Bilgisayar Destekli Kestirimci Bakım Semineri, TMMOB Kocaeli Bölge Temsilciliği, sf. 1-30.

4. Köse, K., Eylül 1988, Bilgisayar Destekli Kestirimci Bakım Planlaması, ODTÜ 3. Ulusal Makina Tasarım ve İmalat Kongresi, sf. 243-250.

5. Ball, P.G., 1998, Machine Wear Analysis- A Rotational Approach to Methods Integration for Maximum Benefits, Lubrication Engineering, vol 54, no 3, pp. 18-22.

6. Frend R., Saller E., 1996, Predictive Maintenance in Automotive Stamping Facilities, vol 30, no 11, pp. 16-21.

7. Maslach, J.K., 1996, Ferrografic Analysis of Grease-Lubricated Systems: An Analysis of Grease in Roller Bearings, Lubrication Engineering, vol 52, no 9, pp. 662-666.