Buhar difüzyonunun dış duvarların nem ile ilgili ve ısıl performansına etkilerinin değerlendirilmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım

Abstract

Binalarda, dış ortam ile iç ortamı birbirinden ayıran dış duvarlarda, iki ortam arasındaki kısmi buhar basınç farklarından dolayı, normal şartlar altında, sürekli olarak bir buhar difüzyonu meydana gelmektedir. Böylece buhar difüzyonu, dış duvarlarda nemliliğin en önemli etkeni olarak ortaya çıkmaktadır. Farklı malzeme özelliklerine sahip katmanlardan oluşan dış duvarlarda, buhar geçirgenlik direnci düşük olan katmanlardan "rahat" bir biçimde geçebilen su buharı, buhar geçirgenlik direnci yüksek katmanlar önünde birikebilmektedir. Malzeme nemliliğinin, bazı malzeme özelliklerini değişime uğratması nedeni ile önemli yapısal sorunlara neden olduğu bilinmektedir. Özellikle, buhar difüzyonu sonucu oluşan malzeme nemliliğinin, malzemelerin ısı iletkenlik katsayıları ve buhar geçirgenlik özelliklerinde meydana gelen artışlar ve bozulmalar sonucu, dış duvarların kendilerinden beklenilen ısıl ve nem ile ilgili performansı yerine getirememeleri sözkonusu olabilmektedir. Bina yapımı tamamlandıktan sonra, duvarın kendisinden beklenilen performansı yerine getirememesi durumunda, bu tür sorunların ortadan kaldırılmasının çok zor, hatta bazı durumlarda olanaksız, olduğu, açıktır. Bu nedenden ötürü bu tür sorunların ortaya çıkıp çıkmayacağının tasarım aşamasında belirlenip, yine bu aşamada gerekli önlemlerin alınması, dış duvarın kendisinden beklenilen performansı sürekli olarak karşılayabilmesi açısından, önemlidir. Bu çalışmada; tasarım aşamasında, farklı dış duvar seçenekleri arasında ısıl ve nem ile ilgili performanslanna bağlı olarak bir değerlendirme ve bunun sonucunda bir seçim yapma olanağı veren veya mevcut binaların dış duvarlarının ısıl ve nem ile ilgili performanslarının değerlendirilmesinde ve karşılaştırılmasında kullanılabilecek bir yaklaşım ortaya koyulmuştur. Yaklaşım ile gerçekçi sonuçlar elde edebilmek amacı ile; hesaplamalarda, gerçeği en iyi yansıtacak dış ve iç iklimsel verilerin kullanılması ve dış duvarı oluşturan malzemelerin fiziksel özelliklerinde, zamana ve duvar içinde, çevresel etmenlerden kaynaklanarak, oluşan olaylara bağlı olarak meydana gelen değişimlerin ve bunların buhar difüzyonu ile ısı geçişi üzerindeki etkilerinin göz önünde bulundurulması, ilkelerinden yola çıkılmıştır. Yaklaşımdaki zamana bağlı ve tek boyutlu ısı geçişi ve buhar difüzyonu bağıntılarının çözümünde sonlu farklar yöntemi kullanılmış ve hesaplamalar için bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Ortaya koyulan yaklaşım ile dış duvar seçeneklerinin; istenilen zaman aralığındaki, duvar içindeki ve yüzeylerindeki, sıcaklık dağılımı, doymuş buhar basıncı dağılımı, kısmi buhar basıncı dağılımı, buhar difüzyon direnç faktörü dağılımı, bağıl nem oranı dağılımı, malzeme nemliliği oranı dağılımı, ısı iletkenlik katsayılarının değişimi ve duvarda meydana gelen saatlik ısı geçiş miktarı gibi ısıl ve nem ile ilgili performans ölçütlerinden yararlanarak karşılaştırıp, seçim yapmak olanaklıdır. Çalışmanın kapsamında, geliştirilen yaklaşım kullanılarak, ısı yalıtım malzemesinin yeri ve malzemesine bağlı olarak geliştirilen dış duvar seçeneklerinin, Türkiye' nin farklı iklim bölgelerindeki çevresel etmenlere bağlı olarak gösterdikleri ısıl ve nem ile ilgili performanslannı ortaya koyan bir uygulama çalışması da yapılmıştır.

Binalarda, dış ortam ile iç ortamı birbirinden ayıran dış duvarlarda, iki ortam arasındaki kısmi buhar basınç farklarından dolayı, normal şartlar altında, sürekli olarak bir buhar difüzyonu meydana gelmektedir. Böylece buhar difüzyonu, dış duvarlarda nemliliğin en önemli etkeni olarak ortaya çıkmaktadır. Farklı malzeme özelliklerine sahip katmanlardan oluşan dış duvarlarda, buhar geçirgenlik direnci düşük olan katmanlardan "rahat" bir biçimde geçebilen su buharı, buhar geçirgenlik direnci yüksek katmanlar önünde birikebilmektedir. Malzeme nemliliğinin, bazı malzeme özelliklerini değişime uğratması nedeni ile önemli yapısal sorunlara neden olduğu bilinmektedir. Özellikle, buhar difüzyonu sonucu oluşan malzeme nemliliğinin, malzemelerin ısı iletkenlik katsayıları ve buhar geçirgenlik özelliklerinde meydana gelen artışlar ve bozulmalar sonucu, dış duvarların kendilerinden beklenilen ısıl ve nem ile ilgili performansı yerine getirememeleri sözkonusu olabilmektedir. Bina yapımı tamamlandıktan sonra, duvarın kendisinden beklenilen performansı yerine getirememesi durumunda, bu tür sorunların ortadan kaldırılmasının çok zor, hatta bazı durumlarda olanaksız, olduğu, açıktır. Bu nedenden ötürü bu tür sorunların ortaya çıkıp çıkmayacağının tasarım aşamasında belirlenip, yine bu aşamada gerekli önlemlerin alınması, dış duvarın kendisinden beklenilen performansı sürekli olarak karşılayabilmesi açısından, önemlidir. Bu çalışmada; tasarım aşamasında, farklı dış duvar seçenekleri arasında ısıl ve nem ile ilgili performanslanna bağlı olarak bir değerlendirme ve bunun sonucunda bir seçim yapma olanağı veren veya mevcut binaların dış duvarlarının ısıl ve nem ile ilgili performanslarının değerlendirilmesinde ve karşılaştırılmasında kullanılabilecek bir yaklaşım ortaya koyulmuştur. Yaklaşım ile gerçekçi sonuçlar elde edebilmek amacı ile; hesaplamalarda, gerçeği en iyi yansıtacak dış ve iç iklimsel verilerin kullanılması ve dış duvarı oluşturan malzemelerin fiziksel özelliklerinde, zamana ve duvar içinde, çevresel etmenlerden kaynaklanarak, oluşan olaylara bağlı olarak meydana gelen değişimlerin ve bunların buhar difüzyonu ile ısı geçişi üzerindeki etkilerinin göz önünde bulundurulması, ilkelerinden yola çıkılmıştır. Yaklaşımdaki zamana bağlı ve tek boyutlu ısı geçişi ve buhar difüzyonu bağıntılarının çözümünde sonlu farklar yöntemi kullanılmış ve hesaplamalar için bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Ortaya koyulan yaklaşım ile dış duvar seçeneklerinin; istenilen zaman aralığındaki, duvar içindeki ve yüzeylerindeki, sıcaklık dağılımı, doymuş buhar basıncı dağılımı, kısmi buhar basıncı dağılımı, buhar difüzyon direnç faktörü dağılımı, bağıl nem oranı dağılımı, malzeme nemliliği oranı dağılımı, ısı iletkenlik katsayılarının değişimi ve duvarda meydana gelen saatlik ısı geçiş miktarı gibi ısıl ve nem ile ilgili performans ölçütlerinden yararlanarak karşılaştırıp, seçim yapmak olanaklıdır. Çalışmanın kapsamında, geliştirilen yaklaşım kullanılarak, ısı yalıtım malzemesinin yeri ve malzemesine bağlı olarak geliştirilen dış duvar seçeneklerinin, Türkiye' nin farklı iklim bölgelerindeki çevresel etmenlere bağlı olarak gösterdikleri ısıl ve nem ile ilgili performanslannı ortaya koyan bir uygulama çalışması da yapılmıştır.