TÜBA-III. UYGULAMALI BİLİM EĞİTİMİ KURSU

TÜBA-III.UYGULAMALIBİLİMEĞİTİMİKURSU-FizikEğitimi
ISI YALITIMI_PROJE ÇALIŞMASI ÖZET BİLGİ
ISI YALITIMI
Maddelerin dış ortamlar ile ısı transferini azaltmak veya yavaşlatmak için yalıtkan malzemeler
kullanılmasına yalıtım denir.
Maddelerde yalıtımın yapılmasının nedeni bazı maddelerin bulunduğu ortama göre sıcak,
bazılarının da soğuk tutulmasının istenmesidir. Yalıtım için kullanılan malzemelerin ortak
özelliği bu malzemelerin yapısında hava bulunmasıdır. Hava iyi bir yalıtkandır. Çünkü havayı
oluşturan tanecikler arasındaki boşluk miktarı çok fazladır. Bu nedenle havayı oluşturan
tanecikler arasındaki ısı iletimi çok yavaş olur. Plastik köpüğün yapısındaki boşluklarda da
hava bulunduğu için plastik köpükte ısı yalıtkan olarak kullanılır ve ısı yalıtımı sağlanır.
Boşluk ortamında ısı iletimi olmaz. Çünkü vakumlanmış ortamlarda tanecikler boşaltıldığı
için ısı aktarımı gerçekleşmez. Termosların veya pencerelerde kullanılan çift camların içindeki
hava boşaltılarak ısı yalıtımı sağlanır.
YALITIM MALZEMELERİ
Isı yalıtımını sağlamak için kullanılan malzemelere yalıtım malzemeleri denir. Yalıtım
malzemeleri sayesinde besin maddeleri istenilen sıcaklıklarda muhafaza edilebilir, suyun
içilme sıcaklığı sağlanır, evlerde ısı yalıtımı sağlanır. Her yalıtım malzemesinin kullanım
amacı farklıdır. Farklı bölgelerin veya bir bölge içinde farklı yerlerin yalıtımında da farklı
yalıtım malzemeleri kullanılabilir. İyi bir ısı yalıtımının sağlanması için kullanılacak yalıtım
malzemeleri; ısı akışını yavaşlatmalı, çok yüksek veya çok düşük sıcaklıklara maruz
kaldığında özelliğini kaybetmemelidir.
Günlük hayatta kullanılacak yalıtım malzemeleri;
• Çevreye zarar vermemelidir.
• Ekonomik olmalıdır.
• Hafif olmalıdır.
• Yanmaz olmalıdır.
• Kolay uygulanabilmelidir.
• Zaman için de bozulup çürümemelidir, uzun ömürlü olmalıdır.
• Isı iletkenlik değerinde zamanla değişme olmamalıdır.
• Asit ve asit yağmurlarına karşı dayanıklı olmalıdır.
• Elastik olmalıdır.
• Böcek ve mikroorganizmalar tarafından tahrip edilmemelidir.
• Aşınma ve paslanma yapmamalıdır.
Yalıtım malzemeleri olarak; plastik köpük, ahşap, asbest, taş yünü, katran, cam yünü ve
silikon yünü kullanılır. (Mineral yünler = cam yünü ve taş yünü, polistiren köpük levhalar,
poliüretan köpük levhalar).
BİNALARDA ISI YALITIMI
Isı yalıtımı olmayan binalarda; kışın evin içi sıcak olduğundan ısı transferi içerden dışarı
doğru, yazın evin içi dışarıya göre soğuksa, ısı akışı dışarıdan içeri doğrudur.
Binalarda ısı yalıtımının sağlanması için;
• Dış cephe duvarlarında,
• Cam ve doğramalarda,
• Çatı ve döşemelerde,
• Tesisat borularında,
• Havalandırma kanallarında,
• Buhar iletim borularında,
• Toprakla temas eden bölümlerde ve katları ayıran bölümlerde,
• Garaj, depo gibi ısıtılmayan bölümlere bakan duvarlarda ısı yalıtımı yapılmalıdır.
F.Korur 1
TÜBA-III.UYGULAMALIBİLİMEĞİTİMİKURSU-FizikEğitimi
Kaynak: http://www.fenokulu.net/yeni/Fen-Konulari/Konu/Isi-Yalitimi-Konu-Anlatimi_462.html
Isı iletimi, ısı transferi işlemidir. Bu işlemde , atomik ölçekte moleküller arasında kinetik enerji
değiş tokuşu gerçekleşir. Burada , düşük enerjili parçacıklar , daha yüksek enerjili
parçacıklarla çarpışarak enerji kazanırlar. Bir metal üzerinde gerçekleşen ısı iletimi atomik
boyutlarda açıklanabilmesine rağmen , ısı iletim hızı ısıtılan maddenin özelliklerine de
bağlıdır. Isı transferi ; yalnızca iletim ortamının iki noktası arasında sıcaklık farkı varsa
oluşur.
Bir yapı malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısının düşük olması ısı yalıtımı için
yeterli midir?
Bir malzemenin ısıl iletkenlik katsayısının düşük olması "ısı yalıtımını" tek başına ifade etmek
için yeterli bir unsur değildir.
Isı Yalıtım Malzemesi, ısıl iletkenlik değerinin düşük olması yanında yeterli kalınlığa da sahip
olmalıdır, işte tam da ısıl iletkenlik ve kalınlık değerlerinin birleştiği noktada "ısı yalıtımını"
ifade eden değer olarak Isıl Direnç (R) ifadesi karşımıza çıkar. Isı yalıtım hesaplamalarında
Isıl Direnç, R (m² K/W) değeri (dolayısıyla ısıl iletkenlik + kalınlık değeri) kullanılır.
Isı Yalıtımı= R= Isıl Direnç=Kalınlık d(m)/ Isıl İletkenlik Katsayısı (W/(m.K) = d/λ
Isı yalıtımı yapılmasının amacı ısı kayıp ve kazançlarını önlemek olduğuna göre ısı yalıtım
malzemesinin bunlara karşı gösterdiği direncin de büyük olması gerekmektedir. Bu
büyüklükte denklemde görüldüğü gibi büyük kalınlık ve küçük ısıl iletkenlik katsayısına
bağlıdır. Kalınlıkla birlikte ısıl direnç artmaktadır.
Isıl İletkenlik (λ, W/m K): Bir malzemeden birim kalınlıkta, 1°K sıcaklık farklılığında geçen ısı
miktarının ölçüsüdür. Malzemenin iki yüzeyi birim sıcaklık farkına maruz kaldığında
gerçekleşmektedir. Giysilerde yüksek ısıl iletkenlik özelliği, fiziksel aktiviteler sırasında vücutta
oluşan fazla ısının uzaklaştırılmasını desteklemektedir. Kumaşların ısıl iletkenlik değeri, liflerin
ısıl iletkenlik katsayısının yanında, kumaş içerisinde hapsedilen hava miktarı ile de yakından
ilgilidir. Havanın ısıl iletkenlik katsayısı oldukça düşüktür ve bu nedenle içerisinde fazla
miktarda hava ihtiva eden liflerin ısıl iletkenlik katsayıları da düşük olmaktadır (Tablo 1).
F.Korur 2
TÜBA-III.UYGULAMALIBİLİMEĞİTİMİKURSU-FizikEğitimi
Tablo 1. Bu çalışmada kullanacağınız bazı maddelerin Isıl İletkenlik Katsayıları ve tek kat
kalınlıkları
Lif Cinsi / MADDE
Isıl iletkenlik katsayısı (𝜆)
(W/mK)
Tek kat kalınlık –
yaklaşık (cm)
Hava
Pamuk
Alüminyum Folyo
XPS Köpük
Sert Mukavva
Oluklu Mukavva
0,025
0,071
200
0,030
0,15
0,13
-Kullanıma göre
0,0012
2
0,5
0,5
NOT: Daha fazla ısıl iletkenlik katsayısı için bkz.
http://fikretkorur.guncelfizik.com/wp-content/uploads/cf3e258fbdf3eb7_ek.43-54.pdf
2
Isıl direnç (R, m -K/W) (Stabil durumda): Bir malzemenin iki kesiti arasındaki sıcaklık
farkının, kesitler arasındaki ısı akış hızına bölünmesi ile tanımlanan ve ısı aktarımına direnci
gösteren büyüklüktür. Malzeme kalınlığı ile doğru, ısıl iletkenlik ile ters orantılı olarak
değişmektedir. Özellikle soğuk hava koşullarında gerçekleştirilen aktivitelerde, yüksek ısıl
direnç özelliği ile giysilerde yüksek ısı izolasyonu sağlanabilmektedir.
Birden fazla yalıtım malzemesi kullanıldığı durumda U DEĞER HESABI;
Hiçbir malzeme kullanılmayan yüzeylerin ısı kaybı maksimum olacaktır. Buna karşılık
yalıtılmış yüzeylerde ısı kaybı az olsa da yine de kayıp söz konusudur. Bunu hesaplayabilmek
için o yüzeyde tek bir yalıtım malzemesi kullanılmış ise; (λ) ısı iletkenlik katsayısı (W/m.K);
2
birden fazla malzeme kullanılmış ise (U) ısı geçirgenlik katsayısı (W/m .K) değerinin bilinmesi
gerekir. Belirli bir sıralama şartı olmadan a, b, c, d, e, yalıtım malzemeleri bir yüzeyde
kullanıldığına U değer hesabı için (x-kalınlık, - 𝜆:ısıl iletkenlik katsayısı olmak üzere):
şeklinde hesaplanır.
𝑸
𝚫𝒕
1 𝑥! 𝑥! 𝑥! 𝑥! 𝑥!
=
+ + + +
U λa λb λc λd λe
𝚫𝑻
= −𝝀𝑨 𝚫𝒙 (J/s=watt)
Kesiti A , iki yüzeyi arasındaki sıcaklık
farkı ∆T (T2>T1 ) olan şekildeki ∆x
kalınlığındaki prizmayı düşünelim.
şeklinde olan formülü; birim zamandaki ısı iletimi olarak;
𝚫𝑻
𝑸𝒊𝒍𝒆𝒕𝒊𝒎 = −𝝀𝑨 𝚫𝒙 (watt)
şeklinde revize edebilir ve 𝜆 yerine U cinsinden değerini
yazarak Q ifadesini bulabiliriz. Q=?
𝜆 = Isı iletim katsayısı ( W/ m. K )
A =Dik kesit alanı ( m² )
∆x= Kalınlığı ( m )
∆T= Sıcaklık farkı ( K )
2
ÖRNEK: 16x16 ebatlarında XPS levhalar kullanarak yaptığım yaklaşık 1400 cm alana sahip
o
kutu içinde lambayı yakıp 1dk. sonra söndürüp ölçüme başladığımda sıcaklığı 70 C olarak
o
ölçtüm. 5 dakika sonra sıcaklık 40 C’ye düştü. Aynı kutunun içini tek kat alüminyum folyo ile
o
kaplayıp aynı ısıtma ve ölçme işlemini tekrarladığımda; 5 dakika sonunda sıcaklık 70 C’den
o
45 C’ye düştü. Bu iki olay sırasında kutudan dışarıya;
𝚫𝑻
-2
1. durumda 𝑸𝒊𝒍𝒆𝒕𝒊𝒎 = −𝝀𝑨
Q= 0,03x0,1400x(30/2.10 )= 6,30 (W)
𝚫𝒙
enerji aktarılırken,
2. durumda 𝑸𝒊𝒍𝒆𝒕𝒊𝒎 = −𝑼𝑨. 𝚫𝑻 1/U= 0,02/0,03+0,000012/200 ise U=1,493
𝑸𝒊𝒍𝒆𝒕𝒊𝒎 = −𝑼𝑨. 𝚫𝑻 Q=1,4930x0,1400x(25)= 5,23 (W)
enerji aktarılır diyebiliriz.
F.Korur 3