Bir ortamdan diğer bir ortama ısı geçişine ait hesapları

Bir
ortamdan
diğer
bir
ortama
ısı
geçişine
ait
hesapları
yapabilmek
için
yüzey geçiş katsayılarının (Tablo 3.1) ve her bir katmanın ısı iletkenlik katsayısı ve
kalınlığının bilinmesi yeterlidir. Bu verilerle;
bağıntısıyla A (m2) alandan Z (sn) zamanda geçen ısı akımı Watt olarak bulunur. Bu
bağıntıdaki (k) elemanın ısı geçirme katsayısı olarak;
bağıntısıyla hesaplanır. Bu bağıntıda TS 825'deki tanımlara göre;
1/k; Elemanın ısı geçirme direnci
(m20C/W),
1/ α 1.: Elemanın iç.yüzey ısı iletim direnci (m 2 °C/W),
1/Λ; Yapı elemanının ısı iletkenlik direnci, diğer bir deyişle ısı geçirgenliğinin
aritmetik olarak tersi (W/m2 °C),
1/αd; Elemanın dış yüzey ısı iletim direnci (m2oC/W),
ti;
İç sıcaklık
(°C),
td ;
Dış sıcaklık
(°C)
şeklinde tarif edilir.
Yukarıda verilen
Bağıntısındaki A (alan) ve Z (zaman), 1m2 ve 1 sn olarak alındığında bağıntı;
Q=k(ti-td) (W/m2)
halini alır. Bu bağıntı;
Q= (ti - td)/(1/k)
(W/m2)
şeklinde yazılıp yeniden düzenlendiğinde;
Q 1/k=(ti – td) (0c)
1/k yerine açık ifadesi olan
olur.
bağıntı konduğunda;
Isı akımının, yani Q 'nun, her bir katmanın direnci ile çarpımı sonucunda bulunan değerin o
katmanın iki yüzeyi arasındaki sıcaklık farkını verir. Zira, eşitliğin sağ tarafı iç ve dış ortamlar
arasındaki sıcaklık farkıdır ve sol taraftaki sıcaklık farklarının toplamına eşittir. Böylece, bir
veya birden fazla katmandan oluşan bir yapı elemanında ısı enerjisinin elemanın her bir
katmanının yüzeyinde oluşturduğu sıcaklık dereceleri aşağıdaki şekilde hesaplanabilir: Bu
şekilde bulunan sıcaklık farkları iç ortam sıcaklığından sırasıyla çıkarılarak her katmanın
yüzeyindeki sıcaklık derecesi bulunur ve işleme devam edilerek sonuçta dış sıcaklık değerine
ulaşılır. Örneğin üç katmandan oluşan bir duvarda; değerleri bulunur.
Burada,
ti; iç ortam sıcaklığı
td; dış ortam sıcaklığı
tiy.; duvarın iç yüzey sıcaklığı
tdy; duvarın dış yüzey sıcaklığı
tı; ınci katman ile 2nci katman ara sıcaklığı
göstermektedir.
δti, δtı .. δt1ı, δtd sıcaklık farklarının toplamı iç v~ dış ortam sıcaklık farklarının toplamına
eşittir. Hesaplarda hata yapma olasılığını azaltmak için bir kontrol ölçütü olarak
kullanılmalıdır. Konuyu daha da belirgin hale getirmek için ileride sayısal bir örnek
verilmiştir.
3.1.4.SÖNÜM, FAZ FARKI VE ISI BİRİKTİRME KAPASİTESİ (ISIL SIĞA)
Yapı kabuğu niteliğindeki bir yapı elemanımn yönetmeliklerce belirlenen bir ısı
yalıtımı sağlaması her. zaman için gerekliyse de tek başına bu özellik yeterli değildir. Yapı
elemanının, ısıl konforu sağlaması yönünden, tammlanmış belirli bir sıcaklığın altına
düşmemesi, yani bünyesinde bir miktar ısı enerjisi biriktirmesi de beklenir. Bu özelliğe ısıl
eylemsizlik (termik atalet) denmektedir. Isıl eylemsizliği belirleyen üç parametre vardır.
Bunlar; sönüm ve faz farkı ile ısı biriktirmedir. Sönüm; iç ve dıştaki sıcaklık değişim
genliklerinin oramdır. Diğer bir deyişle sönüm, kabuğun dıştaki sıcaklık değişikliklerini
içeriye iletmede gösterdiği ısı1 eylemsizliktir Bu değer ne kadar büyükse o eleman ısıl yönden
o kadar iyi eleman demektir. Şekil 3.1 'deki ABI Ai Bi oranına sönüm denir. Sönümü büyük
olan bir yapı elemanı ısıl eylemsizlik yönünden iyi bir elemandır.
Diger yandan faz farkı ise, yapı kabuğunun dışındaki sıcaklık düşmesi- nin içeriye
yansımasının
kabuk
tarafından
geciktirilmesi
olarak
tanımlanır.
Başka bir deyişle, faz farkı, kabuk dışındaki ısıl değişiklikleri içeri aktarma-da kabuğun
gösterdiği ısıl gecikmeyi zaman olarak ifade eden bir kavramdır. Örneğin, Şekil 3.1'deki gibi
bir dış kabukta dış sıcaklık +15°C'den -5oC'ye saat 21 :00' de düşüyorsa; içteki sıcaklığın da
+22°C' den + 16°C'ye düşmesi sabah saat 4:00'te oluşuyorsa yedi saatlik bir faz farkı var
demektir. Bu fark ne kadar uzun sürede oluşuyorsa duvar ısıl davranış bakımından o kadar
iyidir denebilir.
Şekil3.1-Söniim ve faz farkı grafiği. (Şekil, iç hacimde ısıtma yapılamadığına göre
çizilmiştir).
Yapı elemanının ısı biriktirmesi ve faz farkı oluşturmasında ısıl difüzyon katsayısı da
önemlidir. Bu katsayı ısı enerjisinin yapı elemanında hangi derinliğe kadar yayılabildiğini
gösterir. Isıl difiizyon katsayısı,
bağıntısıyla gösterilir. Bu bağıntıda,
λ; Isı iletkenlik katsayısı
δ; Homojen malzemenin yoğunluğu
c; Isınma ısısı ,(özgülısı) şeklinde tarif edilir.
Yapı elemanının tek katmanlı basit hali için bağıntı,
d 2 =at
şeklinde yazılabilir. Burada t, geçen zamanı; d ise bu zaman sonunda ısı enerjisinin elemanın
içinde ulaşabildiği derinliği göstermektedir.
Isı biriktirme kapasitesi (ısıl sığa) (Sp), kabuğu oluşturan malzemenin yoğunluğu (8), ısı
iletkenlik katsayısı (A), ve özgül ısısına (c) (Tablo 3.II) bağlı olarak ifade edilen bir
kavramdır. Q, depolanan ısı miktarını belirtmek üzere;
şekilde yazıldığında, T, sıcaklık değişim aralığıdır CC). Sp ısı biriktirme kapasitesi ise,
bağıntısıyla ifade edilir.
Burada;
p; çevrim periyodunu,
c; özgülısıyı,
λ; ısı iletkenlik katsayısını
Pı; homojen malzemenin yoğunluğunu
göstermektedir. pc çarpımına hacimsel özgül ısı denir. Bağıntıdaki p periyodu, 24 saat olarak
alındığında, bağıntı
haline gelir. Bu bağıntı tek katmanlı yapı elemanları için geçerlidir. S24 değerine günlük ısı
biriktirme kapasitesi denir. Birimi W/m2 °C'dir. Bütün bu açıklamalar gözönüne alındığında,
hafif bir yapı elemanının ısı iletkenlik yönünden ekonomik olduğunu, ancak yeterli ısıl
eylemsizlik sağ-lamadığını belirtmekte yarar vardır. Buradan görüldüğü gibi, bir duvarın
yüksek miktarda ısı biriktirebilmesi için kütlesinin büyük olması gerekmektedir; kütlesi
büyük bir malzemenin ise yoğunluğu fazla olacağından A 'sı da büyüyecek, sonuçta bu
malzemeden yapılmış bir duvar fazla ısı depolayacak ve iletecektir. Şu halde, duvarın ısı
biriktirme kapasitesinin yüksekliği olgusu ile duvarın ısıyı iletmesi olgusu birbirinin karşıtı
durumlardır. Tasarımda, bu özellik gözönüne alınarak iyi bir duvar için değişik katmanlardan
oluşan ve optimum çözüm olabilecek bir kabuk komposizyonu oluşturulması hedef
alınmalıdır. Bazı malzemelere ait sözü edilen değerler, bir karşılaştırma yapmak ve hesaplarda
kullanılmak üzere Tablo 3.II'de verilmiştir.
Tablo 3II. Bazı malzemelere ait ısıl değerler. (Tennent 1976, s.61)