Investigating The Effect Of Thermal Bridges Through Balconies İn Respect Of Overall Building Energy Performance

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2015-12-22
Yazarlar
Yüce, Zafer
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Energy Institute
Enerji Enstitüsü
Özet
Depletion of fossil fuels, increasing energy prices and carbon emissions are high- lightened need for energy efficiency. Recently, countries develop their own energy codes and standards day by day. Green energy technologies, sustainable solutions and energy efficiency are preferred. Public policies and voluntary agreements are for people to consume low energy. With regard to their operation times, buildings account a considerable amount of energy consumption. In Turkey, most of buildings consume more energy than European countries. Lack of insulation on building envelope leads to an increasing pattern in energy consumptions as well as inaccurate commissioning process and imprecise life cycle cost assessments among many other related aspects. Thermal bridge issues generally not considered during design, construction and retrofitting phases. However, thermal bridges accounts significant role on overall energy consumption in building. Thermal bridges could occur different part of buildings such as roof, internal floor, pillar, ground floor and balcony. Through a building's life cycle thermal bridges effect energy consumption, durability and indoor environmental quality of building. Unwanted heat transfer leads to increase in energy consumption. Thermal bridge surfaces have lower temperature than indoor ambient temperatures. This situation may causes condensation in surface or in wall. Thus, durability of construction decreases. Furthermore, condensation on indoor surfaces effects moisture level and fungi grow in indoor spaces. Undesired indoor air quality may lead to decrease in comfort, worker performance. Moreover indoor air directly effects the health. In this study, balcony thermal bridges are investigated in terms of energy consumption also, surface condensation potential is assessed on the basis of surface temperature factor calculation. In order to conduct a thermal bridge study, an uninsulated two story residential building is selected where is located in Manisa Province. Base on building data, two dimensional heat transfer simulations are performed with Therm software. Therm outputs are derived to overall U value and these values are inputted into the eQuest software. Effects of thermal bridges are examined through a building energy model. Three case studies are developed as following; Case -1 : Existing condition (uninsulated), Case -2 :Exterior wall insulated condition, Case -3 : Exterior wall and balcony slab insulated condition. With the application of insulation layer to exterior wall (Case-2), heating energy consumption decreased by 48.8% also, cooling energy decreased by 22.3% compared to the existing case. With the insulation of exterior wall and balcony slab (Case-3), heating energy consumption decreased by 4.4% and cooling energy consumption decreased by 0.8% compared to case-2.
Fosil yakıtların azalması, artan enerji fiyatları ve fosil yakıtların çevreye olan olumsuz etkileri ile birlikte sürdürülebilirlik, enerji verimliliği karbon ayak izi gibi terimler günümüzde popüler bir hale geldi. Bir çok farklı disiplinin araştırmacıları artık bir araya gelerek enerjinin nasıl daha verimli kullanılabileceği hakkında çalışmalar yapmaya başladılar. Gelişmiş ülkeler enerji kullanımında yasal sınırlandırmalar getirerek insanları enerji verimli çözümler kullanmaya teşvik etmektedirler. Bunun yanında yenilenebilir enerji kullanımına teşvik sağlayarak yenilenebilir enerji üretiminin artması ile karbon salınımlarını ciddi orandan düşürmekle birlikte sürdürülebilir bir çevre oluşturmaktadırlar. Sürdürülebilir yaklaşım binanın ilk tasarım aşamasından itibaren dikkate alındığında aslında faydalanılabilecek bir çok kaynak olduğu görülebilmektedir. Bina tasarımının bu kaynakların kullanımına uygun yapılması ile binanın enerji tüketim miktarı büyük ölçüde azaltılabilmektedir. Bu şekilde doğal kaynaklarımızı daha etkin kullanmakla birlikte çevre ile dost sürdürülebilir şehirler inşa etmiş olmaktayız. Güneş enerjisi açısından baktığımızda günümüzde binanın ısıtma ve soğutma ihtiyacı belirli bir ölçüde sağlanabilmektedir. Eski mimarileri incelediğimizde Nevşehir bölgesinde bulunan tarihi yapılarda bunların çok eski örneklerine de rastlamak mümkün. Isı kütlesi denilen bu sistem ısı enerjisini içinde depolayarak ihtiyaç olan saatlerde çevresine yaymaktadır. Bölgedeki hakim rüzgar yönüne göre yapılan tasarımlarda havalandırma ihtiyacı da bir ölçüde karşılanabilmektedir. Binaların en çok enerji tüketen sistemlerinin ısıtma, soğutma ve havalandırma olduğu düşünüldüğünde yapılan tasarrufun da önemi kavranabilecektir. Diğer bir yandan fosil yakıtların ömrünün sonuna geldiğini düşünürsek enerjimizi daha verimli kullanmak, alternatif enerjilere yönelmek ve sürdürülebilirlik kavramını projelerde bütünsel bir şekilde kavramak gerektiği sonucunu çıkartabiliriz. Enerji genel olarak ulaşım, sanayi ve konutlarda tüketilmektedir. Binaların aydınlatma, ısıtma ve soğutma, sıcak su ihtiyacı gibi kullanımlar düşünüldüğünde ve binaların günlük kullanım süreleri de göz önüne alındığında tükettikleri enerjinin bir hayli fazla olduğu görülmektedir. Ülkemizde konut sektöründeki canlılık da düşünüldüğünde Türkiye için binalarda enerji verimliliği bir zorunluluk haline gelmiştir denilebilir. Enerjide dışa bağımlı oluşumuz ve mevcut yapıların enerji verimsiz oluşu bizi enerji verimliliği konusunda alt sıralara taşımaktadır. Almanya, İngiltere, Amerika gibi gelişmiş ülkeler LEED, BREEAM, Passive House gibi bina etiketleme prosedürleri geliştirerek binaların enerji tüketimlerini azaltıp enerji verimli teknolojilerin yaygınlaşmasını sağmaktadırlar. OECD ülkelerinde evsel binalarda enerji tüketiminin toplam enerji tüketiminde payının %43 olacağı öngörülmektedir. Türkiye'de ise toplam enerjinin %32'si binalarda, %33'ü ise ısıtma enerjisi için harcanmıştır. Veriler Türkiye'nin2004'te 19.9 MTEP, 2014'te 43.7 MTEP enerji tükettiğini göstermektedir. 10 yıl içinde toplam tüketimin %100'den fazla arttığı görülmektedir. Binaların toplam enerjinin yaklaşık 1/3'ünü tükettiği yukarıda açıklanmıştı. 2013 yılından alınan verilere göre Türkiye elektrik enerjisinin enerjisinin %43.8'ini doğal gazdan üretmektedir. Tüketilen doğal gazın % 30.8'i ve elektriğin %49'u binalarda kullanılmıştır. Enerji verimliliği strateji belgesine göre Türkiye 2023 yılında gayrisafi yurtiçi hasıla başına tüketilen enerji miktarını 2011 değerine göre %20 azaltmayı hedeflemektedir. Enerjinin verimli kullanılması bu hedefin gerçekleştirilmesindeki en önemli kriterdir. Binalarda net ısıtma enerjisi ihtiyaçlarını hesaplama kurallarına ve binalarda izin verilebilir en yüksek ısıtma enerjisi değerlerinin belirlenmesine dair Türk Standardı TS 825 ilk olarak Bayındırlık ve İskan Bakanlığı tarafından 1999 yılında resmi gazetede mecburi standart tebliği olarak yayınlanmıştır. Bu standart için zorunlu uygulama ise 2000 yılında başlamıştır. Bu standart, derece gün sayılarına göre Türkiye'yi farklı bölgelere ayırmıştır. Binaların senelik ısı ihtiyacı yüzey/hacim oranı esas alınarak faklı bölgeler için belirlenmiştir. Günümüzde denetimin yeterli yapılmamasına bağlı olarak ısı yalıtım çalışması yapılmayan binalar hala bulunmaktadır. Bunun yanında işletmeye alma prosedürlerinin tam anlamıyla uygulanmıyor oluşu binalarda enerji kayıplarını büyük ölçüde arttırarak tüketim oranlarımızı Avrupa ülkelerine göre kıyasla yükseltmektedir. Isı köprüleri, binalarda malzeme geçişlerinde ve/veya kalınlık değişimlerine bağlı olarak ısıl iletkenliğin değişmesi nedeniyle ısı geçişinin artmasıdır. Artan ısı geçişi enerji tüketimini arttırmakta ve binada hasara neden olabilmektedir. Isı köprülerinin oluştuğu yüzeylerde kış aylarında yoğuşma sıcaklığına inilmesi ile birlikte yoğuşma olayı gerçekleşmektedir. Yoğuşma, iç ortamda maddi kayıp yaratacağı gibi içerideki nem oranını etkilemesi ve küf oluşumunu tetiklemesi gibi nedenlerden ötürü iç hava kalitesini ve ısıl konforu olumsuz olarak etkilemektedir. İç hava kalitesindeki bu kötüleşme beraberinde hasta bina sendromu denilen durumunu oluşturmakta ve bina sakinlerin hastalanmasına neden olabilmektedir. Bu tür durumların iş yeri ve okullarda görülmesi performansın insanların performansının düşmesine beraberinde maddi kayıplara neden olmaktadır. Diğer bir yandan yüzeyde yoğuşma olması bina mukavemetini olumsuz etkilemektedir. Isı köprüleri binalarda çatı, balkon, köşeler, ara katlar, iç duvarlar, toprak temaslı zeminler, kolon ve sütunlar, pencere ve kapılarda meydana gelebilmektedir. EN 14683 standardında binalarda oluşabilecek değişik ısı köprüleri için kapsamlı bir tablo oluşturulmuştur. Bu tablolardan üzerinde çalışılacak ısı köprüsü seçilerek tabloda verilen lineer ısıl iletkenlik değerinin okunması ile birlikte dış duvarın ısıl iletkenliğinin ısı köprüleri ile nasıl değiştiği hesaplanabilmektedir. Elde edilen ısıl iletkenlik değeri ile birlikte binanın toplamda kaybedeceği ısı miktarı hesaplanıp, ısı köprüsünden kaynaklanan enerji kaybı bulunabilmektedir. Fakat EN 14683 standardı kullanılarak yapılan hesaplarda lineer ısıl iletkenlik değeri tablolardan okunduğu için içinde bir miktar hata pay da barındırmaktadır. EN 10211 standardı ısı köprülerinin nümerik olarak haşlanmasını açıklamaktadır. Bu standartta hesaplanmak istenen geometri standartta tanımlandığı sınır koşullar sağlanmak üzere spesifik bir bölgenin lineer ısıl iletkenliği hesaplanabilmektedir. Sonlu elemanlar yöntemi ile çalışan programlarda hesaplanmak istendiğinde standardın sonunda bulunan testlerin kullanılacak programa yaptırılması ve çıkan sonuçların standartta verilen sonuçlarla ne ölçüde uyduğu mukayese edilmelidir. Bu çalışmada Manisa'da iki katlı bir evsel bina seçilerek üç tane vaka çalışması yapılmıştır. Yapılan hesaplamalar EN 10211 standardı çerçevesinde yürütülmüş olup balkon kesiti için ısı köprü çalışması yapılmış ve bina enerji performansına olan etkileri incelenmiştir. Hesaplamalar sonucunda balkonlarda oluşan ısı köprülerinin ısıtma enerjisi tüketiminde %4.6, bina enerji performansına %3.1 mertebesinde etkisinin olduğu görülmüştür.
Açıklama
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Energy Institute, Yüksek Lisans
Tez (eng) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, Yüksek Lisans
Anahtar kelimeler
Enerji, Energy
Alıntı