“Isı Yalıtım Malzemelerinin Seçimi İçin AHP YöntemininKullanılması”

Arş. Gör. Ümit ARPACIOĞLU1 Yard.Doç.Dr.Çüneyt DİRİ2

GİRİŞ

Yalıtım, kullanıldığı duruma göre dış etkilerden ayırmak veyatecrit etmek anlamında, bina yalıtımı (izolasyonu) ise; “Yapıyıkendi bünyesi ile içindeki eşya ve canlılara zarar verici etkilerden korumak için alınanönlemler paketi” olarak tanımlanmaktadır. Bina yalıtımında, ulusalekonomi, çevre ilişkisinin ortaya konulması ve rasyonelçözümlere varılabilmesi için ekonomi, fizik, kimya, makine,inşaat, mimarlık vb bilim dalları bir eşgüdüm içerisindebulunmalıdır.

Günümüzde malzemelerin ve teknolojilerinin çeşitliliğidüşünüldüğünde yapılar için en uygun yalıtım malzemelerininseçimi, bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapınınişlevine ve ihtiyaçlarına göre en uygun malzeme ve teknolojininseçimi ekonomik bakımdan da oldukça önemlidir. Bu probleminçözümü için geliştirilecek yöntem hem yapının işlevine göre hemde malzeme özelliklerine göre farklı ve uygun yalıtımseçeneğinin bulunmasında tasarımcı ya da kullanıcıya destekolacak biçimde yapılanmalıdır.

Günümüzde en fazla seçim sorunu yapı için uygun ısı yalıtımıseçeneklerinin bulunmasında karşımıza çıkmaktadır. Ülkemizdegerçekleştirilmiş veya gerçekleştirilmekte olan konut binalarıele alındığında bunların büyük bir kısmının konvansiyonel yapımsistemli iskelet taşıyıcı, boşluklu pişmiş kil veya gözeneklibeton blok dış duvarlar ile oturtma kiremit çatılardan oluştuğugörülmektedir. Dış kabuğun farklı yalıtım özelliklerininyetersiz kaldığı ve böylece enerji ve performans kayıplarınınortaya çıktığı, dolayısıyla çevrenin zarar gördüğü tartışılmazbir gerçektir. Çağımızın zorlu şartları ise artık hayatımızınher alanında tasarruf yapmamızı gerektirdiği gibi enerjikaynaklarımızın azlığı ve çevre kirliliği de yaşamlarımızı

1 MSGSÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Fiziği ve Malzeme Bilim Dalı2 MSGSÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Fiziği ve Malzeme Bilim Dalı

ciddi olarak etkilemektedir. Bu nedenle ısı yalıtımı bugün içinolduğu kadar gelecek için de vazgeçilmezdir.

2000 yılından beri zorunlu olarak uygulanan TS 825 “BinalardaIsı Yalıtım Kuralları” standardına uygun olarak belirlenenyalıtım kalınlıklarıyla yapılan uygulamalarda ve alınanönlemlerde, yakıt masrafları hem en az % 50 oranındaazaltılmakta hem de konforlu iç ortamlar elde edilebilmektedir.

Isı yalıtımında en fazla karşımıza çıkan uygulama “mantolama”sistemidir. Bu sistem hem yapım aşamasındaki hem de kullanımaşamasındaki binalara uygulanabilmektedir. Bu nedenle genişuygulama alanı bulunan bir yöntemdir. Dıştan yalıtım yapıyayeterli bir ısı depolama yeteneği sağlar. Bu durum yaz kışbinanın iç mekân sıcaklığının dengede tutulmasına yardımcıolur. Bina dış cephelerinde neredeyse %50 oranında yüzey teşkileden ısı köprülerini (kolonlar ve kirişler) ortadan kaldırır.Böylece enerji tasarrufu sağlandığı için daha az enerji ileistenilen konfora ekonomik olarak ulaşılmasını olanaklıkılınır.

“Mantolama” sisteminde birçok yalıtım malzemesikullanılabilmektedir. Bu sistem içinde yapıya en uygun yalıtımmalzemesinin seçilmesi için uygulanacak olan yöntem, çok amaçlıkriterlerin nispî önceliğini değerlendirebilecek bir yöntemolmalıdır. Seçilecek yöntem, çok amaçlı kriterleri ele almalı,ele alınan bu soyut ve somut kriterleri değerlendirmeli ve elealınan her bir kriteri birbirlerine göre nispi önceliğinisaptayabilmelidir. Ayrıca seçim kararında başarıya ulaşılmasıiçin uygulanacak yöntem, kullanımı kolay ve esnek olmalıdır[1]. Analitik hiyerarşi yöntemi diğer yöntemler ilekarşılaştırıldığında bu faktörleri sağladığı görülmektedir.

Resim 1 Ülkemizde ve Dünya’da çok yaygın kullanılan mantolama sisteminin yapıyauygulanması

Mantolama sisteminin en yaygın kullanım alanı olan çok katlıkonut yapıları çalışma kapsamında ele alınmıştır. Uygulananyöntem, farklı bir işlevi olan bir yapı için ele alındığında,kriter ağırlıklarının değişmesinden ötürü, o işlev içinsaptanacak olan en uygun sonucun konuttan farklı çıkacağıkesindir.

ANALİTİK HİYERARŞİ YÖNTEMİNİN YALITIM MALZEMESİ SEÇİMİNDEKULLANILMASI

Analitik Hiyerarşi Yöntemi (AHP), 1970’lerde Thomas Saatytarafından geliştirilmiştir. AHY, belirlilik ya da belirsizlikaltında çok sayıda alternatif arasından seçim yaparken, çoksayıda karar vericinin bulunduğu, çok kriterli ve çok amaçlıbir karar verme durumunda kullanılır. Karar seçeneklerinindeğerlendirilmesi ve seçilmesi sürecinde nitel ve nicel kararkriterlerinin de kullanılabilmesini sağlayan analitik hiyerarşiyöntemi, bir problemin çok kriterli öğelerinin öncelik durumunubir hiyerarşi içerisinde belirlemeye ve temsil etmeye yarayansistematik bir yöntemdir. Sistem yaklaşımı, bir sisteminçeşitli öğelerinin tüm sistem üzerindeki etkilerinideğerlendirip, onların göreli önemlerini bulmaya yöneliktir.Diğer bir deyişle, bir sistem incelenirken her bir bileşeninyapısı, hangi amaca hizmet ettiği ve bu amaçların hangi dahaüst amaç ya da amaçların parçası oldukları, sistemin anaamacının ne olduğu saptanmaya çalışılır. Bir sistemin yapısı ve

işlevleri, birbirlerinden ayılmaz bir bütün teşkil ederler.Analitik hiyerarşi yöntemi süreçleri bu yapı-işlev bileşkesinibir bütün olarak beraber incelemeye yöneliktir[2][3]. Analitik hiyerarşi yönteminin(AHP) hiyerarşi yapısınınoluşturulması, kriterlerin önceliklerinin belirlenmesi vesonuçların değerlendirilmesi olmak üzere üç temel sürecivardır[4].

Bu yöntemin “mantolama” sisteminin en önemli çeşitliliğinioluşturan, performans ve ekonomisini etkileyen yalıtımmalzemesi seçiminde kullanılması tasarımcı ve kullanıcıya doğruseçimi yapması için destek olmaktadır. Ayrıca yöntemkriterlerinin ağırlıkları her yapı ve proje için yenidenbelirlenip o yapıya özgü kararların alınması sağlanabilir.

DEĞERLENDİRME KRİTERLERİNİN TANIMLANMASI

1.1. Isıl Performans

Isı yalıtım malzemesinden beklenen temel işlevdir. Yapıda ısıyalıtım malzemesinin ısıl performansının önemli olduğu ikidurum, enerji ve yapı fiziği sorunları olarak aşağıdaki gibiözetlenebilir;

Isı yalıtım malzemelerinin temel kullanım amacı, yapıda, kışınısıtma, yazın soğutma enerjisinden tasarruf sağlayarak, minimumenerjiyle yaşanılan iç ortamın ısıl konfor şartlarına uygunhale getirmektir. Bu işlevi ne derece yerine getireceğimalzemenin iç yapısal özelliklerine -bünyelerindeki durgun havaveya gaz içeren kılcal aralıklar veya gözeneklerin durumu, vb-bağlıdır.Ayrıca sistemin ısıl performansını ısı yalıtımmalzemesinin nem durumu da etkileyeceğinden malzemenin nemekarşı duyarlılığı -ıslanması, higroskopi veya kapilarite yoluile su alma durumu, buhar difüzyonu nedeniyle ıslanma durumu.ıslanan malzemenin tekrar kuruma özelliği- da önemlidir.Isı yalıtım malzemelerinin ısıl performansı, ayrıca yapıkabuğundaki yapı fiziği sorunlarını da etkileyecektir. Bunlarınarasında; buhar yoğuşmasının önlenmesi, dolayısıyla bununsonucunda ortaya çıkacak don hasarı, nem hasarı, küflenme,bozulma, demir aksamının korozyonu gibi yapı hasarlarınınönlenmesi, dış ortamdaki mevsimsel veya gün içerisindeki ısısaldeğişimler dolayısıyla yapı elemanlarının zararlı boyutlarda

ısıl hareketlerinin, iç-dış sıcaklık farklarının sebebiyetverdiği gerilme, sekil değiştirme, dönme, çalışma ve çatlakoluşumunun önlenmesi sayılabilir.

1.2. Maliyet

Sistemin yapım maliyeti, bu maliyetin ne kadar zamanda birtekrarlanacağı (yenilenme periyodu) ve aralarda yapılacak bakımve onarım maliyetleri de dikkate alındığında söz konusukriter ekonomi açısından önem teşkil etmektedir..

İlk yapım maliyeti olarak yapılacak masraf, malzemenin cinsinegöre bina maliyetinin %2-4'ü arasında değişir. Ayrıcauygulamasının kolay olup olmadığı, boyutlarının uygulama içinzorluk yaratıp yaratmadığı veya uygulama için fazladan işgücüne ve yardımcı malzemeye gerek olup olmadığını da dikkatealmak gerekmektedir.

1.3. Durabilite

Malzemenin durabilitesini çeşitli faktörler etkilemektedir.Bunlar aşağıdaki gibi özetlenebilir;

Mekanik etkilere karşı dayanım; Basınca, çekmeye,gerilmeye bükmeye mukavemeti, elastikiyeti, kırılganlığı,sarsıntıya dayanıklılığı, yoğunluğu,

Kimyasal ve biyolojik etkilere karşı dayanımı; Yağ, su vezayıf asitlere dayanıklılığı, duyarlı olduğu diğermaddeler, atmosfer şartlarına dayanıklılığı, korozyon,çürüme, küflenme, haşarat barındırma gibi etkenleredirenci,

Boyutsal kararlılık; Isısal değişimler, rutubet, ıslanmasonucu boyut ve sekil değiştirme miktarı,

Sıcaklığa dayanım; Malzemenin özelliklerini kaybetmeden vedeformasyona uğramadan kullanılabileceği sıcaklık aralığı,yanmaya karşı dayanımı.

Yalıtım malzemesinin sorunlu bölümünün gerekli olduğu zamandeğiştirilmesinin veya onarılmasının kolay olup olmadığı, bununiçin harcanacak iş gücü ve maliyet de dikkate alınmalıdır.

1.4. Yangın Güvenliği

Cephe yangınları ve kayıpları çoğu zaman bina yangınınınneticesinde çıkmakta ve bina yangını tarafından gizlenmektedir.Günümüzde cephe malzemelerinin çeşitliliğinin artması cephedeyangın güvenliğinin önemini arttırmıştır. Dış duvarlardakiyanıcı malzemelerin kullanımı birçok ülkede yapıstandartlarıyla sınırlandırılmıştır. Dış kaplamanınyanıcılığıyla ilgili yangın yayılımının riskini iki etkenkontrol etmektedir: Kaplamanın tutuşma riski ve kaplamanın alevyayılım eğilimi[5].Yangın güvenliği açısından cephe kaplamalarının seçimi büyükönem kazanmaktadır. Bu nedenle aşağıdaki risk faktörlerininseçilen malzeme için dikkate alınması gerekir[6].

Yangın yükü Tutuşma kolaylığı Yangının yayılma hızı Duman ve zehirli gazların oluşumu Mekanik zarara karşı hassaslık Cephede kullanılan malzemenin yangına dayanıklılığı

Resim 2 Munich, 1996 , Yanıcı cephe kaplamasının bir çöp varilinden alev alması sonucu cephe yangını oluşmuştur.

1.5. Sürdürülebilirlik

Günümüzün en önemli konularından birisi olan sürdürülebilirlikkavramı yapının çevre ve gelecek ile ilişkisini kuran bunedenle de malzeme seçiminde önemli kriterlerden birini teşkiletmektedir. Çok boyutlu ele alınabilecek bu kavram ısı yalıtımımalzemesi seçiminde malzemenin üretiminde çevreye verdiği zararve kullanılan enerji öncelikli olarak değerlendirilir.

Malzemenin kullanım ömrünün tamamlandığında geri dönüşebilirolması ya da dönüşüm kolaylığı ise sürdürülebilirlik olgusunutamamlamaktadır. Isı yalıtım malzemesinin hammadde aşamasından ve yapıya dâhilolduğu aşamaya kadar bu malzemenin çevreye verdiği zararın vekaynak kullanımının ele alındığı kriteri oluşturur. Malzemeninyerel kaynaklar ile ya da geri dönüştürülmüş malzemedenüretilmesi enerji korunumu açısından oldukça önemlidir. Geri dönüşebilirlik, malzemenin kullanım ömrününtamamlandığında bu malzemenin yeniden kullanıma imkân vermesi,kolay sökülebilir olması ya da imhası sırasında kullanılanenerjinin miktarı ve çevreye verdiği zararı değerlendiren altkriteri oluşturur.

1.6. Yapı Biyolojisi, İnsan Sağlığı

Uygulanan detaylara göre değişmekle birlikte, yapı kabuğununbuhar geçirimlilik değerini mantolama sistemlerinde yapıkabuğunu tamamen çevreleyen ısı yalıtım malzemelerinin buhardifüzyon direnci de önemli ölçüde etkilemektedir. Yaşanılan birmekanda çeşitli şekillerde devamlı olarak üretilen su buharıgerektiği gibi yapının dışına atılamazsa yapı sağlığı ve içinde

1 MURALIDHAR, Krishnamurty; SANTHANAM, Radhika ve WILSON; Rick (1990): “Using the Analytic Hierarchy Process for Information System Project Selection”, Information and Management, Cilt 18, ss. 87-95.2

? EVREN, Ramazan (1992): Yönetimde Karar Verme, İstanbul, Teknik ÜniversiteMatbaası.3

? SAAT, Mesiha (2000): “Çok Amaçlı Karar Vermede Bir Yaklaşım: Analitik Hiyerarşi Yöntemi” Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, Sayı Güz, ss.149-162.4

? PARTOVI, Fariborz ve HOPTON, Walter (1994):“The Analytic Hierarchy Process as Applied to Two Types of Inventory Problems”, Production and Inventory Management Journal, Sayı First Quarter, ss. 13-19.

5Arpacıoğlu Ü. (2004) “Cephe Yangınları ve Cephe Kaplamalarının Yangın Güvenliği Açısından Değerlendirilmesi”,1. Ulusal Çatı ve Cephe Kaplamalarında Çağdaş Malzeme ve Teknolojiler Sempozyumu 01-04 Nisan 2004

6 C.A. Wade and J.C. Clampett,(2000) “Fıre Performance Of Exterıor Claddıngs”, Fire Code Research Reform Program, Project Report FCRC PR 00-03

yaşayan insanların sağlığı açısından sorunlar ortaya çıkar.Nemli ve sıcak havalarda küf mantarları üremeye başlarlar.Bunların metabolik ürünleri, içerdikleri mukozayı tahriş edenmantar zehirleri ile, solunum yolları enfeksiyonları için ortamhazırlayabilir veya alerji ve astıma sebebiyet verebilir.Yalıtım malzemesinden havaya karışan zararlı maddeler vegazların evsafı ve miktarı da dikkate alınması gerekenfaktörlerden biridir.

KRİTERLERİN AĞIRLIKLARININ BULUNMASI VE YÖNTEM

Isı yalıtım malzemelerinin seçim kriterlerin alt kriterlerininde açılabileceği düşünüldüğünde oldukça geniş ve farklı bilimdalının uzmanlık alanına giren bir konudur. Çalışmada AHPyöntemi kullanılarak bir seçim modeli oluşturulmasıdüşünülmüştür. Bu nedenle kapsam sınırlı tutularak ısı yalıtımmalzemeleri altı ana kriter hesaplanarak değerlendirmeyealınmıştır.

Şekil 1 Isı Yalıtım Malzeme Seçimi İçin AHP Yapısı

Çalışmada kullanılan değerlendirme hesapları için Tablo 1 degörüldüğü gibi AHY değerlendirme ölçeği ele alınmıştır.

Tablo 1 AHP Değerlendirme Ölçeği [7]

Önem Tanımı Açıklaması

Derecesi

1 Eşit DerecedeÖnemli

Her iki faaliyet de amaca eşit katkıdabulunur

3 Orta DerecedeÖnemli

Tecrübe ve değerlendirmeler sonucundabir faaliyet diğerine göre biraz dahafazla tercih edilir.

5 Güçlü DerecedeÖnemde

Tecrübe ve değerlendirmeler sonucundabir fâaliyet diğerine göre çok dahafazla tercih edilir.

7 Çok GüçlüDerecede Önemde

Bir faaliyet diğerine göre çok güçlüşekilde tercih edilir. Uygulamadaüstünlüğü ispatlanmıştır.

9 Son DereceÖnemli

Bir faaliyet diğerine göre mümkün olanen yüksek derecede tercih edilir.

2,4,6,8 Ara Değerler  

Değerlendirmelerin tarafsızlığını göz önünde bulundurmak veseçim doğruluğunu sağlamak için karşılaştırma matrisleri bukonuda uzman üç öğretim üyesinin verdiği bilgilerin ortalamasıalınarak doldurulmuş ve hesaplamalar yapılmıştır.

Tablo 2 Isı Yalıtım Malzemeleri için Kriterlerinin Karşılaştırma Matrisi

KriterlerininKarşılaştırma

Matrisi Isıl

perfor

mans

Maliye

t

Durabi

lite

Yang

ınGü

venliğ

iYa

pıBi

yolo

jisi

Sürd

ürül

ebi

lirl

ik

Isıl performans 1 2 3 4 4 5Maliyet 1/2 1 2 3 3 4

Durabilite 1/31/2 1 2 2 3

Yangın Güvenliği 1/41/3

1/2 1 1 2

Yapı Biyolojisi 1/41/3

1/2 1 1 2

Sürdürülebilirlik 1/5

1/4

1/3

1/2

1/2 1

Tablo 3 Kriterlerin ve ısı Yalıtım malzemelerinin ikili karşılaştırma matrisi

Isıl Performans

TaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 0,50 0,33EPS 2,00 1,00 0,50XPS 3,00 2,00 1,00

MaliyetTaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 0,33 0,50EPS 3,00 1,00 2,00XPS 2,00 0,50 1,00

Yangın Güvenliği

TaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 7,00 7,00EPS 0,14 1,00 1,00XPS 0,14 1,00 1,00

Yapı Biyolojisi

TaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 2,00 2,00EPS 0,50 1,00 1,00XPS 0,50 1,00 1,00

Sürdürülebilirlik

TaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 0,33 0,33EPS 3,00 1,00 1,00XPS 3,00 1,00 1,00

Karşılaştırmaların yapıldığı matrislerin değerlendirmeleri özvektör metodu ile yapılmıştır[8].

Değerlendirme kriterlerinin ikili karşılaştırmalarının yapıldığı 6x6 matrisin özdeğeri: =6.06 olarak bulunmuştur. Buna karşılık

gelen özvektör ise; A=[ 0.1901 0.2120 0.2218 0.0934 0.1516 0.2242] dir.

8 ÇİTLİ N , (2006)“Bulanık Çok Kriterli Karar Verme” Yıldız Teknik ÜniversitesiFen Bilimleri Enstitüsü, yüksek lisans tezi

İrtibat : Mimar Sinan Üniversitesi Mimarlık Bölümü

Yapı Fiziği ve Malzeme Bilim Dalı 0212 2521600 / 250-326 0532 4745668

umit@msgsu.edu.tr

DurabiliteTaşYünü EPS XPS

Taş Yünü 1,00 2,00 2,00EPS 0,50 1,00 1,00XPS 0,50 1,00 1,00

Yalıtım malzemesi alternatiflerinin kriterlere göre ikili karşılaştırma matrislerinin özdeğerleri ve öz vektörleri ise

= [3.0050 3.0000 3.0055 2.9866 2.9933 3.0000]

0.1711 0.1378 0.3036 0.2871 0.4439 0.6758B= 0.2771 0.5329 0.4421 0.1191 0.1010 0.0882

0.6407 0.3091 0.2511 0.5945 0.4384 0.2104

dir. Alternatiflerin ağırlık vektörü; 0.3747 (Taş Yünü)

W=BxA= 0.3099 (EPS) 0.4122 (XPS)

SONUÇ

Yalıtım ve malzeme konusunda tecrübe ile yapılan tercih vedeğerlendirme sistemine, çalışma kapsamında matematiksel modelile yeni bir arayış getirilmeye çalışılmıştır. Konusunda uzmankişilerin değerlendirmeleri ve her işlev için değişken, esnekolabilecek bir yöntem ile doğru yalıtımın seçilmesi ülkeekonomisi açısından oldukça önemlidir. Günümüzde malzeme çeşitliliği düşünüldüğünde bu çeşitlilikarasından seçim yapmanın zorlukları ve uygun olmayan seçiminproblemleri oldukça fazladır. Çalışma bir ön fikir oluşturmayıve seçim parametrelerini tasarımcı ya da uygulamacı için kolayanlaşılır ve esnek hale getirmeyi hedeflemiştir. Bu nedenleçalışma kapsamında sınırlı sayıda malzeme ele alınmıştır.Tasarımcının istekleri ve projenin nitelikleri doğrultusundakriterlerin ağırlıkları değiştirilebilir. Bunun sonucunda çıkansonuçlar da değişebilir. Sonuçların esnek olması tutarsızlıktançok projenin özelliklerinin, tasarımcı yada kullanıcınınhedeflerinin farklı olmasındandır. Çok katlı konut yapıları en fazla “mantolama” yöntemininuygulandığı işlevdir. Çok katlı konut yapıları için denenenyöntemde ısı yalıtım malzemelerinin sonuç ağırlık vektörleribirbirlerine yakın çıkmak ile birlikte bu karşılaştırmamatrislerine göre uygun ısı yalıtım malzemesi 0.4122 ağırlıkvektörüyle XPS olmuştur.

7 Saaty, T.L. (1989). Hierarchical-Multiobjective Systems, Control-Theory and Advanced Technology, Vol:5 (4), 485-489.

KAYNAKLAR