1. yapi malzemeleri

2.5. TERMİK ÖZELLİKLER
2.5.1. Genleşme ve Büzülme
Bilindiği gibi tüm cisimler ısı aldıklarında genleşirler (boyca uzarlar, alanlarını genişletirler, hacimlerini büyütürler). Cisimler ısı aldıklarında önceki durumlarına göre daha fazla titreşim yaparlar, atomlar birbirlerinden daha fazla uzakta dururlar ve böylece genleşirler. Bu genleşme L =L₀ x (t₁-t₀) x α formülü ile ifade edilebilir. Genleşme sonucu malzemenin uzunluğu L = L₀ + L olur. Eğer cisim ısı almamış ısı vermişse genleşmenin tersi yani büzülme meydana gelir. Büzülme sonucu malzemenin uzunluğu L = L₀ - L olur. Bu eşitlikteki L ısıdan dolayı boydaki uzama veya kısalmayı gösterir. L₀ cismin ısı almadan veya vermeden önceki ilk uzunluğu, t₀ genellikle 20⁰C dir, t₁ genleşmeye veya büzülmeye neden olan ısı, α ise malzemenin genleşme katsayısıdır(Kocataşkın,1975).Yapılarda ısı genleşmelerinin büyük önemi vardır. Yapıdaki bir malzeme uçlarından sabitlenmiş veya bir şekilde serbestçe genleşmesi önlenmiş ise, ısı aldığında malzeme serbestçe genleşemeyecektir ve ısı gerilmesi meydana gelerek kırılmalara, çatlamalara neden olacaktır. Bu durumu önlemek için, ya genleşme derzleri bırakılmalı, ya da genleşmeye göre boyutlandırma yapılmalıdır. Isı farklarından dolayı oluşacak gerilmeyi t = E xα x t formülüyle bulunur. Buradaki E malzemenin elastikiyet modülüdür. Yapılarda genleşme ve büzülmeden dolayı oluşan problemler; geniş yüzeyli beton, beton yol, demiryolu, hava alanı, taş – tuğla vb. duvar gibi yerlerde görülebilir. Tablo2.05’de bazı malzemelerin genleşme katsayıları görülmektedir(Eriç,1992).

Tablo 2.05.: Bazı Yapı Malzemelerinin Genleşme Katsayıları(Şimşek,2000).

Malzemenin Adı	Genleşme Kat. (cm/cm^0C)
Çelik	12x10^-6
Beton	10-12x 10^-6
Sıva	8-10x10^-6
Dolu Tuğla Duvar	5-8x10^-6
Curuf Betonu	6-7x10^-6
Ahşap	4-5x10^-6

2.5.2. Isı İletkenliği

Cisimlerde sıcaklığın artmasıyla atomların titreşimlerinin artacağını belirtmiştik. Bu titreşimler sıcak taraftan soğuk tarafa doğru yayılır. Sıcak taraftaki titreşimler daha hızlı, soğuk tarafta kiler daha yavaştır. Titreşimlere paralel olarak sıcak taraftan soğuk tarafa doğru ısı transferi meydana gelir. Böylece ısı sıcak taraftan soğuk tarafa iletilmiş olur.

Isı iletkenliği, homojen bir malzemenin kararlı hal şartlarında birbirine paralel iki yüzey sıcaklıkları arasında 1⁰C fark olduğunda, birim zamanda (1 saat) birim alanda (1m²), bu alana dik yöndeki birim kalınlıktan (1 m) geçen ısı miktarıdır. Isı iletkenliği; malzemenin cinsine, birim hacim ağırlığına, gözenek durumuna, rutubet miktarına, sıcaklık durumuna ve kalınlığına göre değişir ve () işarete ile gösterilir. Genel olarak hafif malzeme, ağır malzemelere göre daha az iletkendir. Birimi Kcal / m²xh⁰ C (m=metre, h=saat).Yapı ve yalıtım malzemelerinin ısı iletkenliği 10⁰ C ortalama sıcaklık ve pratik hem miktarına çevrilmesi suretiyle ısı iletkenliği hesap değeri (h) bulunur. Birim Kcal/mxh⁰C dir(Kemal,1995).
2.5.3. Yapılarda Isı Yalıtımı

Yapıyı ısı tesirlerinden koruma; insan sağlığı, yapının zarar görmemesi ve yakıttan tasarruf edilmesi açısından çok önemlidir. İnsan; hareketleriyle, hafif çalışmalarıyla yaklaşık olarak 100 Kcal/saat ısıyı çevresine vererek ısı kaybeder. Bu ısıyı kaybeden insan rahatlar. Yaz aylarında havaların sıcak olmasından dolayı insan yeterli ısıyı kaybetmediği için terler. Kışın ise havanın soğuk olmasından dolayı ısı kaybederek üşümeye başlar. Genel olarak insanın en çok rahat ettiği sıcaklık 18-22⁰C arasındaki sıcaklıktır. Dış ortamdaki ısıya müdahale edilemeyeceğine göre yapılarımızın iç ortamlarında özellikle kışın sıcaklıkların 18-22⁰C civarında olması istenir. İç hacimlerde istenen sıcaklığın sağlanabilmesi için yapının ısıya karşı izolasyonun yapılması gerekir. Bu izolasyon, yapıların ısı kaybının olduğu yüzeylere ısıyı geçirmeyen uygun malzemeler kullanılarak yapılır.

Gereken ısı yalıtımı yapılmayan binalar ilk anda ucuza mal olmuş görünse de yakıt masrafları fazla olacağından ekonomik olmaz. Ülkemizdeki yapıların tamamına yakını yeterli ısı yalıtımından mahrumdur. Yine ülkemizde üretilen tüm enerjinin % 37-40 konutların ısıtılmasında kullanılmaktadır. Konutların ısıtılmasında kullanılan fuel-oil, doğal gaz, hatta önemli bir miktarta kömür de ithal edilmektedir.

Türkiye’de örnek olarak 100 m² lik çatı alanına sahip bir yapıda, bir ısıtma döneminde izolasyon kalınlığına bağlı olarak elde edilen yakıt tasarrufunu hesaplarsak:

* İzmir’den İskenderun’a kadar Ege ve Akdeniz bölgelerinde, 6 cm.lik bir çatı izolasyonu yapılması durumunda, 2720 kg. linyit veya 710 Lt. fuel-oilden tasarruf edilebilir.

* Marmara ve iç Ege bölgesinde, 8cm.lik çatı izolasyonu durumunda, 6680 Kg linyit veya 1710 lt fuel-oil ya da 1830 m³ doğal gaz tasarruf edilebilir

* İç Anadolu ve Doğu Anadolu bölgesinde, 10cm.lik çatı izolasyonu yapılması durumunda, 10340 kg. linyit veya 2680 Lt. fuel-oil ya da 2840 m³ doğal gaz tasarruf edilebilir.

İnsanların barındığı veya çalıştığı binalarda, sıcaklık etkilerinden korunma, insan sağlığı, onarım giderleri, yakıt ekonomisi ve ilk yapım giderleri yönlerinden önemlidir.

-Sıcaklık etkilerinden yeterli olarak korunma, sağlığa uygun, bir iç iklimsel çevrenin sağlanmasının temel şartıdır.

-Hacimlerin ısıtma enerjisi ihtiyacı ve bunu sağlamak için yapılan ısıtma giderleri hacmi çevreleyen bileşenlerin ısı yalıtım ve ısı depolama özelliklerine bağlıdır.

-Sıcaklık etkilerinden yeterince korunma hacmi çevreleyen yapı bileşenlerinin yüzeylerinde su buharı yoğuşmasını önler. Bileşenlerde sıcaklık değişimlerinin oluşturduğu hareketleri küçültür ve böylece yapıda bu olaydan ileri gelebilecek zararları önleyerek, yakıt giderlerini azaltmakla birlikte, binanın bakım ve onarım giderlerini de azaltır.

-Binanın projelendirme döneminde alınacak önlemler (örneğin, bina yerinin doğru seçilmesi) ısıtma enerjisi ihtiyacını etkileyebilir. Rüzgâr etkisi altındaki bir binada ısı kaybı, komşu binalar, bitki ve ağaçlarla korunmuş olanlara oranla daha çoktur.

-Bina dış yüzeylerini büyütmenin ısı kaybını da o oranda artıracağı, projelendirme döneminde göz önünde tutulmalıdır.

-Ayrık bir binadaki ısı kaybı, aynı büyüklük ve inşaat biçiminde yapılan bitişik düzendeki başka bir binaya göre daha fazladır.

-Bir bina içindeki odaların birbiri ile olan ilişkisi (örneğin, ısıtılan hacimlerin yan yana veya üst üste yerleştirilmesi) büyük önem taşır.

-Isı kaybını önlemek için, bina girişlerinde rüzgârlık yapılmalıdır (dış kapıdan ayrı olarak kendiliğinden kapanan ikinci bir kapı düzeni).

-Büyük pencere yüzeyleri, (çift yüzeyli pencere, bitişik pencere, özel birleştirilmiş çok katlı camlı pencere bile olsa) ısı kaybını çoğaltır. Köşe odalarda, pencerelerin binanın dış duvarlarından yalnız birinde olması, ısı etkilerinden korunma yönünden daha doğrudur.

-Bacalar ve tesisat boruları dış duvarlar üzerinde bulunmamalıdır. Bu önlem yakıttan tam yararlanma, baca gazlarının soğumasını, bacanın kurum tutmasını, tesisat borularının donmasını önleme bakımlarından önemlidir.

-Duvar ve döşemelerin ısı depolama özelliği, kışın ısıtmanın durması hâlinde çabuk bir soğumayı, yazın da özellikle güneş etkisi altında bulunan hacimlerde, iç ortam hava sıcaklığının gündüz saatlerinde aşırı yükselmesini önlemek bakımından gereklidir. Isı depolama özelliği, yapı bileşeninin kütlesi ve yapıldığı malzemenin özgül ısısı ile doğru orantılıdır(TS825).
Bu nedenlerden dolayı malzemelerin ısı yalıtımı son derece önemlidir. Bu önemden dolayı 16 Ocak 1985 tarih, 18637 sayılı resmi gazetede yayınlanan yönetmelikle, yapılacak binalarda ısı yalıtımı zorunlu hale getirilmiştir. Daha sonra 8 Mayıs 2000 tarih ve 24043 sayılı resmi gazetede yayınlanan “Binalarda Isı Yalıtım Yönetmeliği” ısı yalıtımına önem ve ciddiyet kazandırmıştır. Ayrıca TSE tarafından Nisan 1985’te “TS 825 Binalarda Isı Yalıtımı Kuralları “adı altında yayımlanan standart uzun süre uygulamada kalmış, Mayıs 2008’de yeniden düzenlenerek yine “TS 825 Binalarda Isı Yalıtımı Kuralları “ adıyla yayımlanmıştır. Son olarak Bayındırlık ve İskan Bakanlığı tarafından hazırlanan “Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği “ 5 Aralık 2008 Tarihli ve 27075  sayılı Resmi Gazete yayımlanmış ve 5 Aralık 2009’da yürürlüğe girecektir. Bu Yönetmelik ile; dış iklim şartlarını, iç mekan gereksinimlerini, mahalli şartları ve maliyet etkinliğini de dikkate alarak, bir binanın bütün enerji kullanımlarının değerlendirilmesini sağlayacak hesaplama kurallarının belirlenmesini, birincil enerji ve karbondioksit (CO₂) emisyonu açısından sınıflandırılmasını, yeni ve önemli oranda tadilat yapılacak mevcut binalar için minimum enerji performans gereklerinin belirlenmesini, yenilenebilir enerji kaynaklarının uygulanabilirliliğinin değerlendirilmesini, ısıtma ve soğutma sistemlerinin kontrolünü, sera gazı emisyonlarının sınırlandırılmasını, binalarda performans kriterlerinin ve uygulama esaslarının belirlenmesini ve çevrenin korunmasını düzenlenmesi amaçlanmıştır.

Bu standardın amacı, ülkemizdeki binaların ısıtılmasında kullanılan enerji miktarlarını sınırlamayı, dolayısıyla enerji tasarrufunu artırmayı ve enerji ihtiyacının hesaplanması sırasında kullanılacak standard hesap metodunu ve değerlerini belirlemektir. Bu standard ayrıca aşağıdaki amaçlarla da kullanılabilir:

-Yeni yapılacak bir binaya ait çeşitli tasarım seçeneklerine bu standardda açıklanan hesap metodunu ve değerlerini uygulayarak, ideal enerji performansını sağlayacak tasarım seçeneğini belirlemek,
-Mevcut binaların net ısıtma enerjisi tüketimlerini belirlemek,
-Mevcut bir binaya yenileme projesi uygulamadan önce, uygulanabilecek enerji tasarruf tedbirlerinin sağlayacağı tasarruf miktarlarını belirlemek,
-Bina sektörünü temsil edebilecek muhtelif binaların enerji ihtiyacını hesaplayarak, bina sektöründe gelecekteki enerji ihtiyacını milli seviyede tahmin etmek(TS 825)
Bu standard aşağıda belirtilen binalarda uygulanır:
-Konutlar,

-Yönetim binaları,

-İş ve hizmet binaları,

-Otel, motel ve lokantalar,

-Öğretim binaları,

-Tiyatro ve konser salonları,

-Kışlalar,

-Ceza ve tutuk evleri,

-Müze ve galeriler,

-Hava limanları,

-Hastaneler,

-Yüzme havuzları,

-İmalât ve atölye mahalleri,
Genel kullanım amaçları dolayısıyla iç sıcaklıkları asgari 15C olacak şekilde ısıtılan iş yerleri ile endüstri ve sanayi binaları,

Yukarıda belirtilen amaçların birkaçına yönelik olarak veya bunlara benzer amaçlar için kullanılan binalar( TS 825).

Isı kaçaklarının çok olduğu yerler; dış duvarlar (%35), pencereler (%29), çatı döşemeleri (%18), hava sızmaları (%10) ve bodrum döşemeleri (%8) dir(Kemal,1995).


Binanın ısıtma enerjisi ihtiyacını etkileyen faktörler
Binanın ısıtma enerjisi ihtiyacını etkileyen faktörler aşağıda açıklanmıştır:
- Bina özellikleri: İletim, taşınım ve havalandırma yoluyla gerçekleşen ısı kayıpları (varsa ısı geri kazanımı) ve ısıl kapasite,

- Isıtma sisteminin karakteristikleri: Özellikle kontrol sistemleri ve ısıtma sisteminin, ısıtma enerjisi ihtiyacındaki değişmelere cevap verme süresi,

- İç iklim şartları: Binayı kullananların istediği sıcaklık değeri, binanın farklı bölümlerinde ve günün farklı zamanlarında bu sıcaklık değerlerindeki değişmeler,

- Dış iklim şartları: Dış hava sıcaklığı, hakim rüzgârın yönü ve şiddeti,

- İç ısı kazanç kaynakları: Isıtma sistemi dışında, ısıtmaya katkısı olan iç ısı kaynakları, yemek pişirme, sıcak su elde etme, aydınlatma gibi amaçlarla kullanılan ve ortama ısı yayan çeşitli cihazlar ve insanlar,

- Güneş enerjisi: Pencere gibi saydam bina elemanlarından ısıtılan mekâna doğrudan ulaşan güneş enerjisi miktarı(TS825).
Bu standardda belirtilen hesap metodunda, iletim, taşınım ve havalandırma yoluyla gerçekleşen ısı kayıpları ile iç ısı kazançları ve güneş enerjisi kazançları dikkate alınmıştır.
Isı yalıtımı genellikle ısı kaçaklarının çok olduğu yerlerde yapılır.
Isı yalıtımının avantajları:
* Enerji ve parasal tasarruf sağlar,
* Yoğuşma olmasını engeller,
* Donma olayını engeller,
* Korozyonu engellenir,
* Gürültü izolasyonuna katkı sağlar,
* İnsan sağlığını korumaya yardımcı olur(Özer,1982).
Kısaca ısı izolasyonunun amacı; binalardaki ısı kaybını önleyerek soğuk havalardaki yakıt giderlerini azaltmak, insan sağlığını korumak ve sıcak havalarda dışarıdan gelecek ısıyı önleyerek daha rahat sıhhi koşulları sağlamaktır. Bunun için ısıya yeteri kadar karşı koyabilen yalıtım malzemeleriyle yapılar izole edilmelidir. Isı yalıtımı ile ilgili hesaplar yapının proje aşamasında makine mühendisi tarafından yapılarak ısı yalıtım projesi hazırlanır ve uygulama için gerekli detaylar projede gösterilir. İnşaatçılar bu projeye göre ısı yalıtımını uygular.

Isı Geçirgenlik Direnci (1/), ısı geçirgenliğinin aritmetik tersidir, birimi m²xh⁰ / Kcal, ısı yalıtım hesaplarında kullanılır. Diş duvarların iç yüzeyleri belirli bir ısı seviyesinin altında ise su buharının yoğunlaşması sonucu sıva bozuklukları ve küflenmeler meydana gelir. İklim şartlarına göre yapı elemanları gereken ısı geçirgenlik dirençlerine sahip olmalıdır. Aşağıda ısı geçirgenlik direnci hesaplanmasına ait örnekler verilmiştir.

Tablo 2.06. : Yapı Malzeme Ve Bileşenlerinin Birim Hacim Kütlesi, Isıl İletkenlik Hesap Değeri (_h) Ve Su Buharı Difüzyon Direnç Faktörü ()

Malzeme veya bileşenin çeşidi	Birim hacim kütlesi kg/m^3	Isıl iletkenlik hesap değeri h W/mK	Su buharı difüzyon direnç faktörü 
Kristal yapılı püskürük ve metamorfik taşlar (mozaik vb.	> 2800 2600	3,5 2,3	10000 200 / 250
Bazalt	2700-3000	3,5	10000
Mermer	2800	3,5	10000
Yapay taşlar	1750	1,3	40 / 50
Granit	2500-2700	2,8	10000
Kum, çakıl, kırma taş (mıcır)	1800	0,70	3
Bims çakılı (TS 3234)	< 1000	0,19	3
Gözenekli doğal taş mıcırları	< 1200 < 1500	0,22 0,27	3 3
Genleştirilmiş perlit agregası (TS EN 14316-1)	< 100 100 < 400	0,060 0,16	3 3
Genleştirilmiş mantar parçacıkları	< 200	0,055	3
Polistiren, sert köpük parçacıkları	15	0,050	3
Testere ve planya talaşı	200	0,070	2
Saman	150	0,058	3
Kireç harcı, kireç-çimento harcı	1800	1,0	15 / 35
Çimento harcı	2000	1,60	15 / 35
Sadece alçı kullanarak (agregasız) yapılmış sıva	1200	0,51	10
Anorganik esaslı hafif agregalardan yapılmış sıva harçları	800 1000	0,30 0,38
Normal beton (TS 500’e uygun), doğal agrega veya mıcır kullanılarak yapılmış betonlar DonatılıDonatısız	2400 2200	2,50 1,65	80 - 130 70 / 120
Ahşap testere veya planya talaşı betonu Ahşap testere veya planya talaşı betonu	400 600	0,14 0,19	5-15 5-15
Yalnız doğal bims kullanılarak ve kuvars kumu katılmadan yapılmış betonlar	400 450	0,12 0,13	5-15 5-15
Buharla sertleştirilmiş gaz betonlar (TS EN 771-4'e uygun yapı elemanları dâhil)	350 400	0,11 0,13	5 / 10 5 / 10
Normal derz kalınlığında ve normal harçla yerleştirilen levhalar	500	0,22	5 / 10
Alçıdan duvar levhalar ve blokları (gözenekli, delikli, dolgu veya agregalı olanlar dâhil) (TS 451 EN 12859, TS EN 520, TS 1474'e uygun)	750 900 1000	0,35 0,41 0,47	5 / 10 5 / 10 5 / 10
Alçı karton plakalar (TS EN 520’ye uygun)	800	0,25	8 / 25
TS EN 771-1‘e uygun dolu veya düşey delikli tuğlalarla duvarlar	1200 1400	0,50 0,58	5 / 10 5 / 10
Normal harç kullanarak AB sınıfı tuğlalarla yapılan duvarlar	550	0,32	5 / 10
İğne yapraklı ağaçlardan elde edilmiş olanlar	600	0,13	40
Kontrplâk (TS 4645 EN 636), kontrtabla (TS 1047)	800	0,13	50 - 400
Yatık yongalı levhalar (TS EN 309, TS EN 12369-1)	700	0,13	50 / 100
Hafif odun lifi levhalar	< 200 < 300	0,046 0,058	5 5
Linolyum	1200	0,17	800-1000
Sentetik malzemeden kaplamalar (örneğin PVC)	1500	0,23
Halı vb. kaplamalar	200	0,06
Mastik asfalt kaplama > 7 mm	2000	0,70
Poliüretan (PUR) - (DIN 18159-1’e uygun) Isıl iletkenlik grupları 035 040	(>45)	0,035 0,040	30-100
Ekstrüde polistiren köpüğü -TS 11989 EN 13164'e uygun - Bina su yalıtımının dış tarafında 8) örneğin çatı örtüsünün 9) Isıl iletkenlik grupları	(≥ 30)	0,030 0,035	80-250
Poliüretan sert köpük TS 2193, TS 10981 ve TS EN 13165’e uygunIsıl iletkenlik grupları 025 030 035 040	(≥ 30)	0,025^15) 0,030 0,040	30-100
Cam köpüğü TS EN 13167'ye uygun Isıl iletkenlik grupları 045 050 055 060	(100-150)	0,045 0,050 0,060	^11)
Ahşap lifli ısı yalıtım levhaları - TS EN 13168'e uygun Isıl iletkenlik grupları 035 040 045 050 055 060 065 070	(110-450)	0,035 0,045 0,055 0,070	5
Mantar yalıtım malzemeleri Mantar levhalar - TS 304 EN 13170'e uygun Isıl iletkenlik grupları 045 050 055	(80-500)	0,045 0,050 0,055	5-10