Isı Kaybı Hesabı Nasıl Yapılır?

Isıtma tesisatının projelendirilmesinde ısı kaybının (Q_h) bilinmesi en önemli esastır. Tesisatta kullanılacak kalorifer kazanının cinsi ve gücü, ısıtma yüzeyleri, kömür, doğalgaz ya da fuel-oil kullanılacağı, bağlantı borularının çapı ve cinsinin belirlenmesinin tümü bina ısı kaybının iyi hesaplanabilmesine bağlıdır.

Termodinamik olarak  kışın dış hava sıcaklığı oda sıcaklığından düşük olduğu için, ısı devamlı olarak mahal içerisinden dışarı doğru akmaktadır. Konfor şartlarından bahsetmek için dışarıya doğru kaybolan ısının içerden dengelenmesi lazımdır.

Bu sebeplerden nedenlerden dolayı, ısı kaybı hesabı yapılırken dört ana unsurun önceden bilinmesi gerekir;

• Sıcaklıklar: Dış hava sıcaklığı ve hesabı yapılacak hacmin istenilen sıcaklığı.
• Toplam ısı transferi katsayısı (k): Bu değer, yapının özelliklerine göre, ya hesaplanır ya da çizelgelerden alınır.
• Yapı ölçüleri: Yapının bütün kısımlarının metrik olarak ölçüleridir. Mimari projelerde belirtilmiş olması gerekir.
• Diğer etkenler: Binanın konumu, sistemin çalıştırılma şekli, temizliği, yeri, yapı tipi, hava akım yönü vb.

Kapalı bir hacmin ısı kaybı taşınımla ısı kaybı ve havalandırma ısı kaybı olmak üzere iki şekilde olmaktadır. Bir mahalin toplam ısı kaybı aşağıda verilen eşitliklerle bulunur.

∑ Q_h = ∑ Q_T + ∑ Q_H        (W)

∑ Q_h : Mahallin toplam ısı ihtiyacı (W)

∑ Q_T : Taşınım (transmisyon) ısı kaybı (W)

∑ Q_H: Havalandırma ısı kaybı (W)

Taşınım (Transmisyon) Isı Kaybı (Qt)

Mahallin kapı, pencere ve duvarlarından kaybolan ısıların toplamıdır. Aşağıdaki eşitliklerle hesaplanır.

Q_T = Q_o . Z  (W)

∑ Q_o: Mahallin duvar, kapı ve pencerelerinden kaybolan ısıların toplamı (W)

Z : Kaybolan toplam ısıya yapılan ilaveler (%)

Mahallin münferit kısımlarının ısı kaybını hesaplamak için aşağıdaki eşitlşikten yararlanılır.

∑ Q_o = q₁+ q₂ + … + q_n (W)

q = k . A . Δt (W)

k : Toplam ısı transferi katsayısı (k-Değeri) (W/m²K)

A : Hesaba katılan toplam yüzey alanı (m²)

Δt  : İç vedış sıcaklık farkı  (˚C)

Isı Geçiş Katsayısı (k-Değeri)

k değeri tanım olarak, yapı malzemesinin cinsine göre, iç ve dış sıcaklıkları arasında 1˚C ‘lik sıcaklık farkı bulunduğu zaman, 1m² yüzey alanından 1 saate ne kadar ısı geçirildiğidir. Bu değer hazırlanmış tablolardan alınacağı gibi, duvarın yapı malzemelerinin cinsi ve ısı iletkenliği katsayısı biliniyorsa yapı malzeme bileşenlerinden faydanılarak hesap yoluyla da bulunması mümkündür.

Yukarıdaki gibi bir düzlem duvarın k-değeri aşağıda verilen eşitlikle bulunur.

[latex]\alpha[/latex] : Yüzey ısı transferi (film) katsayısı (W/m²K)

d : Malzeme kalınlığı (m)

[latex]\lambda[/latex]: Malzemenin ısı iletkenliği (W/mK)

Diğer bir ifade ile;

R_i : İç yüzey ısı geçiş direnci (m²K/W) ,

R [latex] \lamda [/latex] : Malzeme ısı geçiş direnci (m²K/W)

R_d : Dış yüzey ısı geçiş direnci (m²K/W)

Bütün maddelerin ısı geçişine karşı bir karşı koyma direnci vardır. Maddenin veya duvarın kalınlığının ısı taşınım kabiliyetine oranına ısı taşınım direnci denir. Eğer, hava tabakaları duvar bölümlerinin içinde iyi izole edilmişse, ısı tutumuna oldukça fazla etkili olur. Havanın ısı geçişine gösterdiği direnç, iç havanın sirkülasyonu sebebiyle hiçbir zaman sabit yapı malzemesi gibi belirlenemez.

Isı geçişinde hava ile katı maddeler arasında film hava tabakası oluşur. Bu iki sıcaklık tabakası arasındaki sınırda ısı geçişi, ısı akış yönlerine göre farklılıklar göstermektedir. Aşağıdaki tabloda yüzeylerle hava tabakası arasındaki sınır bölgesinin ısı geçişine karşı gösterdikleri dirençler, ısı akışı yönüne göre verilmiştir.

Hava tabakalarının ısı geçişine karşı gösterdikleri dirençler, hava tabakasının kalınlığına bağlı olarak değişmektedir. Bazı hava tabakası kalınlıklarına ait ısı geçiş dirençleri aşağıdaki çizelgede ısı akış yönlerine göre verilmiştir.

k değeri yapının değişik bölümleri için hazırlanmış olan çizelgelerden doğrudan alınarak, işlem yapılabilmektedir. Aşağıda kapı pencere ve bazı diğer kısımlar için çizelgeler verilmiştir.

Yüzey Isı Transferi (Film) Katsayısı (W/m²K)

1m² yüzeyden 1 saatte, yüzeyler arasındaki 1˚C ‘lik sıcaklık farkında, belli hava aralığından geçen ısı kütlesidir. İç ve dış yüzeylerde hava hareketi farkı olduğu için, iç ısı geçiş direnci “R_i” ile dış ısı geçiş direnci “R_d” birbirinden farklıdır.

k değeri hesaplanırken, hesaplanacak yüzeye uygun yüzey ısı transferi katsayısı ([Latex]\alpha [/Latex] ) aşağıdaki tablodan uygun şekilde seçilmelidir.

Isı İletkenlik Katsayısı (W/mK)

Isı iletkenliği katsayısı aslında, malzemenin “ısı iletim kabiliyeti” olarak da ifade edilebilir. Her maddenin kimyasal ve fiziksel yapısına bağlı olarak kendine has bir ısı iletim kabiliyeti vardır. Yapısı gereği bazı maddeler ısıyı az, bazıları da çok iletirler. Bu ısı iletim durumu tamamen maddenin iç yapısına bağlıdır. Maddenin yapısının gözenekli olup olmaması bunda en iyi belirleyici etkendir.

Maddelerin iki yüzeyi arasındaki 1˚K’lik sıcaklık farkında, 1m² yüzey ve 1m kalınlığındaki duvarın geçirdiği ısı akışı, o malzemenin ısı iletkenlik katsayısı olarak ifade edilir.

Hesaplarda kolaylık olması bakımından maddelerin ısı iletkenlik katsayıları hazırlanarak çizelgelerde malzemenin cinsine göre verilmiştir. Listeye buraya tıklayarak ulaşabilirsiniz.

Sıcaklıklar

Hesaplarda Bayındırlık ve İskan Bakanlığı tarafından tespit edilen iç ve dış sıcaklık değerleri kullanılmaktadır. Aşağıdaki çizelgede verilen değerler esas alınarak ısı kaybı hesapları yapılmaktadır.

Zamlar (Z)

Zamları taşınım ısı kaybına yapılan ilaveler teşkil eder. Bu da işletme şekline, binanın konumuna ve yönüne bağlıdır. Aşağıdaki eşiklikle ifade edilir.

Z_D : Birleştirilmiş işletme zammı

Z_Y : Yön zammı

Birleştirilmiş İşletme Zammı (Z_D)

Birleştirilmiş işletme zammını; kesintili ısıtma rejimlerinden doğan “Z_U” ilavesi ile soğuk dış yüzeyler sebebiyle ısı kaybından doğan “Z_A” ilavesi değerlerinin toplamı oluşturur.

∑ Z_D = Z_U + Z_A

Z_A : Dış yüzey ilavesi

 Z_U : Ara verme ilavesi

Dış Yüzey İlave Zammı (Z_A)

“Z_A” zammı, ısıtılan mahalde soğuk yüzeylere ışınımla olan ısı kabının olumsuz etkilerini karşılamak için kabul edilen bir ilave sayısıdır.

Ara Verme İlavesi Zammı (Z_U)

Kesinti ve ara vermelerden dolayı soğuyan yapı bileşenlerinin ve ısıtma sistemi elemanlarının kısa zamanda tekrar eski sıcaklığına getirilebilmesi için yapılması gereken ilavedir. Aşağıdaki tabloda görüldüğü gibi; ısıtma sistemindeki kesinti ne kadar fazla ise bu değeri de ona bağlı olarak yükselmektedir.

Z_D değerini, D değeri ile ısıtma sistemi işletme şekli belirler. D değerini bulmak için aşağıdaki eşitlikten faydalanılmaktadır.

Q_o : Hesaplanan mahallin zamsız ısı kaybı (W)

A_{top :} Isı kaybı hesaplanan mahalin toplam yüzey alanı (m²)

Δt   : İç ve dış sıcaklık farkı  (˚C)

Yön Zammı (Z_Y)

Isı kaybı hesabı yapılan mahallin ısı kaybına maruz kalan dış yüzeyin yönü de dikkate alınarak ilave zamlar yapılır. Çünkü kuzey yarım kürede yapılan güneye bakan dış duvarları güneşin etkisiyle bir miktar ısınır.

Tek  dış duvarı olan mahallerde dış  duvarın, köşe odalarda ise; köşenin yönü esas kabul edilir ve dış duvarı birden fazla olan odalar için en yüksek yön zammı aşağıdaki çizelgeye göre alınır.

Havalandırma Isı Kaybı (Q_H)

Mahalli havalandırma ısı kaybı, kapı ve pencere aralıklarından sızan havayı ısıtma ihtiyacından doğan miktardır.

Kapı ve pencereler kapatıldıkları zaman kanatlar arasında tam bir temas sağlanamamaktadır. Mahal havası ile dış hava arasındaki sıcaklık ve basınç farklılığından dolayı, tam birleşme sağlanamayan kanat aralıklarının alt kısımlarından içeri soğuk hava girerken, üst kısımlardan da içerinin ısınmış havası dışarıya sızmaktadır. Dolayısıyla dışarıdan sızan havayı da oda sıcaklığına kadar ısıtma ihtiyacı hasıl olmaktadır. Bu sızıntı havasını ısıtmak için ihtiyaç duyulan ısı miktarına havalandırma ısı kaybı (Q_H) denilmektedir.

Q_H = ∑ (a . ℓ) . H . R . Δt . Z_K (W)

a : Yarık geçirgenlik katsayısı (m³/mh)

ℓ : Kanat yarık uzunluğu (m)

H : Bina tanım katsayısı

R : Mahal tanım katsayısı

Δt : İç ve dış sıcaklık farkı (˚C)

Z_K : Köşe pencere tanım katsayısı

Yarık Geçirgenlik Katsayısı (a)

“a” değeri sabit rüzgar basıncında altında 1 saatte 1 m uzunluğundaki yarıktan sızan hava miktarını belirlemektedir.

Yarık geçirgenliği, pencerenin yapıldığı malzemenin cinsine ve şekline doğrudan bağlıdır. Tek kanatlı ve tek camlı bir pencerenin herhangi bir yerindeki yarıktan kaybolan ısı, doğrudan dışarıya çıktığı için mahalin ısı kaybını da doğrudan etkilemektedir. Çift kanat ya da çift camlı şekillerinde ısının kaybına ikinci bir engel oluştuğundan, tek kanat ve tek camlı pencerelere göre daha az ısı kaybı olmaktadır. Yarık geçirgenliği katsayısı aşağıdaki çizelgede kapı ve pencere tanımlarına göre verilmiştir.

Kanat Yarık Uzunluğu (ℓ)

Yarık geçirgenlik katsayısını hesaplayabilmek için; kapı ve pencerelerin açılan kısımlarının çevre uzunluğunun önceden bilinmesi gerekir. Eğer pencere şekli bilinmiyorsa, yarık uzunluğu yaklaşık olarak aşağıdaki eşitlikle bulunabilir.

ℓ = ω x A (m)

ℓ : Kapı ya da pencere yarık uzunluğu (m)

A : Kapı ya da pencere alanı (m²)

ω : Pencere ya da kapı yüksekliğine göre belirlenen katsayı

Bina Tanım Katsayısı (H)

Bina tanım katsayısı değişik inşaat yapı şekilleri, yapının bulunduğu bölgenin rüzgarlı olup olmadığı, komşuları ile olan yakınlık durumları ve tabii hava hareketinden hangi derecede etkilendiğine bağlı olarak belirlenen bir katsayıdır. Bina tanım katsayısı aşağıda çizelgede bina bölge ve nizamlarına göre belirtilmiştir.

Eğer yapı, birçok yönde serbest yerde ise; kuzey, kuzeydoğu ve doğuda bulunan mahallerden, en büyük bina tanım kat sayısına sahip olanın değeri ve geriye kalanlar için de korunmuş bölge durumu alınır.

Not:

• Her türlü bölgenin, yerin ve yapı şeklinin düzeltme faktörü ile yarık geçirgenliği uygun seçilmiş olmalıdır.
• Yarıklardan sızan 1 m³ havayı 1 °C ısıtmak için 1,29 kJ (= 0,31 kcal) enerji gereklidir.
• Düzeltme faktörü ile özgül ısı çarpılırsa, birimi kJ/m³K(=kcal/m³ °C) olan bina tanım katsayısı belirlenmiş olur.

Mahal Tanım Katsayısı (R)

Havanın dışardan mahalle sızabilmesi için; mahalden de başka tarafa sızması gerekir. Eğer mahal; üfleyen dış yüzeyleri (pencereler ve dış kapılar) çok büyük bir yarık geçirgenliğine sahip olup, iç yüzeyleri de üflemeyen (iç kapılar) çok az yarık geçirgenliğine sahipse; havanın akışında değişik olur ve “a” değeri küçülür.

Bu durumda, mahal tanım katsayısı diye, bir yarık geçirgenliği düzeltme katsayısı “a” tarif edilir. Bu sayı, üfleyen ve üflemeyen yüzeylerin sıklığına, yani; mahalin dıştan sızan havaya karşı gösterdiği dirence bağlıdır. Bu da, kapı ya da pencere çerçevelerinin ahşap ya da metal oluşu ile belirlenir.

Mahal tanım katsayısı her ne kadar da tam olarak hesaplanamıyorsa da yaklaşık değerler aşağıdaki çizelgede belirtildiği gibi tespit edilir.

Çizelgeden alınan bu değerler yaklaşık değerlerdir. Bunun için; mahal tanım katsayısı tam olarak tespit edilmek isteniyorsa aşağıdaki formül kullanılmalıdır.

a : Yarık geçirgenlik katsayısı (Çizelge)

ℓ :Yarık uzunluğu

Ü : Üflenen yarık için olan değerler

N : Üflenmeyen, sıkı yarık için olan değerler

Köşe Pencere Zammı (Z_K)

Hesabı yapılan mahalin iki dış duvarını birleştiren köşede, köşe penceresi, ya da; binanın köşesinden yaklaşık 1 m uzaklıklarda pencereler var ise; havanın dışardan içeri ve içerden de dışarı sızması daha kolay olacağından, köşe pencereli mahallerin ısı ihtiyacı % 20 artırılır. Yani; köşe zammı olarak, köşe penceresi bulunan mahallerde “Z_K” katsayısı 1.2 ve diğerlerinde de 1 alınır.

Yükseklik Düzeltme Faktörü (ε)

Havalandırma ısı kaybı genel hesabı yukarıdaki gibidir. Ancak çok katlı yapılarda, fazladan bir de hava akım katsayısı vardır ki bu, binanın yüksekliğinden dolayı, yukarıya doğru bir hava ve rüzgar akımı oluşur. Bu hava akımı, özellikle binanın alt kısımlarında daha fazla olmak üzere ısı kaybının artmasına sebep olur. Bu akım kat yüksekliği arttıkça artmaktadır. Bu bakımdan çok katlı binalarda ısı kaybı hesaplanırken, bina yüksekliğinin de göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Çok katlı yapılar iki şekilde ele alınır:

• Kat tipi çok katlı yapılar
• Baca tipi çok katkı yapılar

Yüksek binalarda, “Kat tipi (εG)”, ya da “Baca tipi (εN)” olmalarına göre değişik yüksekliklerdeki rüzgar ve atmosfer havası basıncı dikkate alınır.

Kat Tipi Çok Katlı Yapılar

Kat tipi, binalarda katlar arasında bir hava akımı olmayan yapı şeklidir. Bu tür yapılarda ısı kaybı hesaplarındaki eksiklik aşağıdaki çizelgede verilen “Yükseklik Düzeltme Faktörü (εGA)” denilen katsayı eşitlikte kullanılarak telafi edilmektedir.

Q_H = ε_GA ∑ (a . ℓ ) . H . R . Δt . Z_K

ε_GA : Kat tipi çok kat faktörü

Baca Tipi Çok Katlı Yapılar

İç yatay bölmelere ayrılmış olmayıp, aşağıdan yukarıya kadar yapı ortasında boşluk bulunan yapı şeklidir.

Baca tipi çok katlı yapılarda termik basınç etkisinden dolayı alt katlardaki ısı kaybının fazlalığı yükseklik faktörü “εSN” ile, binanın yüksekliğine göre değişir.

Q_H = [εSA  . ∑ (a .   ℓ )_A + εSN  . ∑ (a . ℓ )N] H . R . Δt . Z_K

εSA, εSN : Baca tipi çok kat faktörü

Eşitlikte; rüzgar basıncı dolayısıyla esen yüzeyler (_A) indisi ve esmeyen yüzeyler de (_N) indisi ile gösterilmiştir.

Bir binanın toplam ısı kaybında bütün odaların ısı kaybı toplanır. Ancak havalandırma ısı kaybında binanın bütün dış yüzeyleri rüzgar etkisinde kalmadığı düşünülerek, bina yüksekliği <10 m olan yapılarda toplam havalandırma ısı kaybı rüzgar etki faktörü (ζ) ile çarpılır.

∑ Q_h = ∑ Q_T + ζ ∑ Q_H

Bu değer binanın durumuna göre aşağıdaki çizelgede verilmiştir.

Isıtma yükü hesabının yapılması ile ilgili bilgi vermeye çalıştım. Daha önceki yazımızda paylaştığımız örnek bir ısı kaybı hesabına buradan ulaşabilirsiniz. Faydalı olması dileğimle. Lütfen merak ettiklerinizi, hatalı veya eksik gördüğünüz yerleri yorum yaparak bildirin.