Mevcut Binaların Cephelerinde Dıştan Isı Yalıtımı Uygulamalarının İstanbul’da Alanda İncelenmesi Ve Higrotermal Performansın Benzetimle Değerlendirilmesi

Abstract

Dünyada gittikçe artan enerji tüketiminin sonuçlarının çevreye verdiği zararları en aza düşürmek ve gelecek nesillere yaşanabilir kentler bırakabilmek için dünya genelinde çeşitli önlemler alınmaktadır. Bu kapsamda, bina sektöründe yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelme ve etkin enerji kullanımını sağlama konularında çeşitli resmi kuruluşlar ve sivil toplum kuruluşları tarafından projeler üretilmektedir. Ayrıca, enerji tasarrufu konusunda bina üretici ve kullanıcılarında farkındalık yaratma çalışmaları sürdürülmektedir. Binaların enerji tüketiminin azaltılması için yapılması gereken çalışmalardan biri, bina kullanım sürecinde ısıl konforun sağlanması için tüketilen enerjinin en aza düşürülmesinin sağlanmasıdır. Bu amaçla, bina kabuğunun ısı korunumunu sağlamak için bileşenlerde gerçekleşen kayıplar en aza indirilmeli ve bileşenler beklenilen performansı gerçekleştirecek şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca, bina kabuğunun ısıl performansından bahsederken, nemsel performansı göz ardı edilmemelidir. Çünkü; bina kabuk bileşenlerinin ısıl ve nemsel davranışları birbiriyle ilişkili iki etkendir ve sadece birinin kontrol altında tutulması durumunda kabuktan istenilen performansın elde edilmesi olanaklı değildir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde, çalışmanın amacı, kapsamı ve yöntemi anlatılmıştır. İkinci bölümde, Türkiye’de son dönemlerde enerji verimliliği kapsamında yapılan çalışmaların getirdiği yasal zorunlulukların ve konut ölçeğinde yakıt tasarrufu sağlama ihtiyaçlarının etkisiyle dıştan ısı yalıtım uygulamalarının yaygınlaşması konusu ele alınmıştır. Üçüncü bölümde, bina kabuğunun enerji performans gereksinimlerinden olan ısıl ve nemsel (higrotermal) performans tanımlanmış ve higrotermal performansın dış duvar yalıtımıyla ilişkisinden bahsedilmiştir. Ardından, bina bileşenlerinin higrotermal performansının hesaplanma yöntemlerine değinilmiştir ve higrotermal performansın benzetim yöntemiyle hesaplanmasında kullanılan benzetim araçlarından biri olan WUFI 2D tanıtılmıştır. Higrotermal performansın benzetim ve deney yöntemleri kullanılarak araştırıldığı yurtiçinde ve yurtdışında yapılmış bazı özgün çalışmaların kısa özetleri verilmiştir. Dördüncü bölümde, tezin alan çalışması kapsamında İstanbul Çapa semtinde gözlemlenen dıştan ısı yalıtımı uygulamalarına yer verilmiştir. Bu bölgede dıştan ısı yalıtımı uygulaması yapılan binaların mevcut duvar yüzeylerinde cam mozaik, seramik, mermer gibi su geçirmez özellikte kaplamalar, ve uygulamalarda ısı yalıtımı malzemesi olarak çoğunlukla genleştirilmiş polistiren (EPS) ve bazı örneklerde çekme polistiren (XPS) levhalar kullanıldığı görülmüştür. Yapılan uygulamalarla ilgili araştırma tespitleri yapılmış ve kontrol parametreleri belirlenmiştir. Tezin benzetim çalışmasını oluşturan beşinci bölümünde, alan çalışmasında gözlemlenen örneklerden yola çıkılarak, benzetim yöntemiyle higrotermal performans hesaplaması yapmak üzere örnek duvar kesitleri oluşturulmuştur. Oluşturulan kesitler farklı parametrelerle çeşitlendirilerek lisanslı bir yazılım olan WUFI 2D 3.3 benzetim aracında modellenmiştir. Daha sağlıklı ve güvenilir sonuçlar elde etmek amacıyla, modelleme ve benzetim süreçlerinin etkin ve doğru kullanımı için önce ön hazırlık ve doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalarda, programın kısıtlamaları, benzetimin girdileri ve çıktıları üzerine denemeler ve karşılaştırmalar yapılarak optimum sürede en uygun sonuçların elde edilmesine yönelik ön kararlar alınmıştır. Duvar kesitlerinin ısı yalıtımsız, ısı yalıtımlı, ve çeşitli kaplamalara göre farklı alternatiflerinin yıl içinde belirli zaman aralıklarında, İstanbul iklim koşulları altındaki higrotermal performansı hesaplanmıştır. Hesaplama sonuçları karşılaştırılarak, her bir kesitin uzun dönemdeki higrotermal performansı değerlendirilmiştir. Altıncı bölümde ise, İstanbul Çapa bölgesinde yapılan apartman ölçeğindeki mevcut binalara dıştan ısı yalıtımı uygulamaları ile ilgili tespitler ve higrotermal performansın hesaplanmasından elde edilen sonuçlar ve öngörüler tartışılmıştır. Bu tez çalışmasının, bu konuyla ilgili ileride yapılacak araştırmalar için bir referans olması düşünülmüştür.

Some precautions have been taken all around the world in order to minimize the results of increasing energy consumption and leave future generations habitable cities. In this respect, projects on inclining towards renewable energy sources in construction sector and providing effective use of energy have been made by some official institutions and non-governmental organizations. Besides, studies on raising awareness of energy saving in the manufacturers and users of buildings have continued. One of the studies that needs to be made to decrease the energy consumption in the buildings is to ensure that the energy consumed for thermal comfort is minimized. With this aim, the losses taking place in elements must be reduced to minimum to provide heat protection in the buildings, and the elements must be designed in a way to perform the expected performance. Moreover, while talking about thermal performance of the building envelope, moisture performance shouldn’t be ignored as thermal and moisture behavior of the building envelope elements are two connected factors, and as it is not possible to obtain the expected performance of the envelope by keeping only one of them under control. In the first chapter of this thesis, the aim, scope, and method of the study is explained. In the second chapter, the proliferation of external thermal insulation with the effect of legal obligations imposed by researches recently made in Turkey on the area of energy productivity and the needs of providing fuel preservation within residences is dealt with. In the third chapter, hygrothermal performance, which is one of the energy performance requirements of the building envelope, is defined, and the correlation between hygrothermal performance and external wall insulation is clarified. Afterwards, the methods of calculating hygrothermal performance of building elements are stated, and WUFI 2D, one of the simulation tools used in the calculation of hygrothermal performance via simulation method, is presented. Short summaries of some original studies conducted within and out of the country, in which hygrothermal performance is researched by using simulation and experimentation methods, are given. In the fourth chapter, external thermal insulation practices observed in Istanbul Capa district within the scope of the thesis are dealt with. It has been seen that in this region, in the existing wall surface of buildings where external thermal insulation is applied, waterproof coatings, such as glass mosaic, ceramics and marble are used, and plates mostly made of expanded polystyrene (EPS) and in some cases, extruded polystyrene (XPS) are preferred as thermal insulation material in the applications. Research findings on the applications in use have been reached, and control parameters have been determined. In the fifth chapter, which is about the simulation study of the thesis, sample wall sections have been formed by taking the samples observed in the field study into consideration in order to calculate the hygrothermal performance via simulation method. The sections have been diversified with different parameters and modelled in WUFI 2D 3.3 simulation tool, which is a licensed software. With the aim of obtaining more sound and reliable results, firstly preliminary preparation and verification studies have been made for effective and correct usage of modeling and simulation processes. In these studies, preliminary decisions on obtaining the most convenient results within the optimum duration have been taken by means of making tests and comparisons on the restrictions of the program and the input and output of the simulation. Hygrothermal performance of the wall sections that are varied depending on the existing wall coating and different insulation materials in Istanbul climatic conditions have been calculated within the intervals during the year. Long-term hygrothermal performance of each section has been evaluated by comparing the calculation results. In the sixth chapter, findings about the thermal insulation applications on apartment blocks in Istanbul Capa district and the results and predictions obtained by the calculation of the hygrothermal performance have been analyzed. It is expected that this thesis will be a reference for future studies in the area.