Binalarda Isı & Yangın Yalıtımı

Artan dünya nüfusuna karşın enerji kaynaklarının sınırlı olması, verimsiz enerji kullanımının büyük bir probleme dönüşmesine ve enerjiyi etkin kullanma yöntemlerinin önem kazanmasına yol açmıştır. Kış mevsiminde enerji kayıplarını önlemek, yaz mevsiminde ise istenmeyen enerji kazanımlarının önüne geçebilmek ve yaşam alanlarının konforunu daha stabil hale getirebilmek için ısı yalıtım kavramı ortaya çıkmıştır. Isı yalıtım sistemleri, enerji ve döviz tasarrufu sağlamakta, insanların daha sağlıklı ve konforlu ortamlarda yaşama ve çalışmalarının yolunu açmaktadır. Isı yalıtımına ek olarak yangın yalıtımı, yapının güvenini artırmaktadır.

Isı yalıtımı, ısı enerjisinin kaybının ya da istenmeyen kazanımlarının önüne geçmekte ve ortam sıcaklığını dengelemektedir. Sıcaklık, bir cisimdeki moleküler hareketin artmasıyla yükselen skaler bir büyüklüktür ve bir enerji seviyesi olarak kabul edilir. Derece celcius (°C), derece kelvin (°K) gibi sıcaklık birimleriyle ifade edilir. Isı ise bir enerji türüdür ve joule, kalori gibi enerji birimleriyle ifade edilir. Yüksek sıcaklıktaki enerji seviyesinden düşük sıcaklıktaki enerji seviyesine doğru oluşan enerji akımına ısı akımı denir. Isı, bu akım esnasında, mekanlar arasındaki malzemelerin ısı iletkenlik katsayılarına ve kalınlıklarına bağlı olarak bir dirençle karşılaşır. En genel anlamda ısı yalıtımı, ısı geçişini azaltan bir dirençtir. Konfor açısından tasarım yapılırken, binanın bulunduğu konuma ya da kullanım amacına göre yaz-kış, gece-gündüz arasındaki ısıl farklılıkları göz önüne alınmalıdır.

Isı, ısı iletimi (kondüksiyon), ısı taşınımı (konveksiyon) ve ısı ışınımı (radyasyon) olarak üç yolla yayılır. Isı iletimi, katı cisimlerde yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru akma yoluyla meydana gelen ısı transferidir. Isı taşınımı, katı yüzey ile akışkan arasında gerçekleşen ısı transferinin bir çeşididir. Bu transfer, akışkan içindeki akımlar vasıtası ile yapılmaktadır, sıvı ve gazlarda olmakta, katılarda ise olmamaktadır. Isı ışınımı, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına veya uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına da radyasyon adı verilmektedir.

Isı yalıtım malzemeleri ile ilgili oluşturulmuş Avrupa Standartlarını, TSE tarafından tercüme edilerek Türk Standardı olarak yayımlanmıştır. Bu standartlar, malzeme testleri, işaretleme ve etiketleme prosedürleri ile birlikte ısı yalıtım malzemelerinin sahip olması gereken özellikleri tarif etmektedir. Ürün standartlarına ek olarak, yalıtım hesaplarında kullanılan hesaplama ve analiz prosedürlerine yönelik Türk Standartları da bulunmaktadır.

Türkiye’de ısı yalıtımına yönelik uygulamalarda TS 825 “Binalarda ısı yalıtım kuralları” standardı referans alınmaktadır. Isı yalıtımında kullanılacak malzemeler, belirli bir “ısı geçirgenlik katsayısı”nı (U değeri) sağlamak zorundadır. ISO ve CEN standartlarına göre ısı iletim katsayısı 0,065 W/m2K değerinden küçük olan malzemeler, ısı yalıtım malzemesi, büyük olanlar ise yapı malzemesi olarak kabul edilmektedir. TS 825 standardı, Türkiye’yi 4 farklı bölgeye ayırmış ve yalıtım hesabında kullanılmak üzere ısı geçirgenlik katsayıları tayin etmiştir. Bu katsayılar, yalıtımın bulunduğu konumlara göre duvar, tavan, taban ve pencere olarak 4 farklı şekildedir.

Geleneksel yapılarda kullanılan yığma taş ya da kerpiç, kalın duvarlar şeklinde kullanıldığı için yalıtım özellikleri göstermekteydi ancak günümüzde bu mümkün olmadığı için ısı iletkenlik değeri düşük ve hafif yapı malzemeleri kullanılmaktadır.

- Isı yalıtım malzemesi seçiminde önemli olan özellikler aşağıdaki gibidir:

- Isı iletkenlik katsayısı (düşük olmalıdır.)

- Su buharı difüzyon direnç katsayısı (buhar geçişine belli oranda izin vermelidir.)

- Yangın standardı (yangın güvenliği açısından malzemenin tutuşması, alevi yayması, çıkardığı ısı, çıkardığı duman ve toksisite incelenmiş olmalı, yönetmelikte belirtilen sınıfa uygun malzemeler seçilmelidir.)

- Toksisite (doğal malzemeler bu açıdan daha avantajlıdır.)

- Hacimce su emme (su emme değeri düşük olmalıdır çünkü bu değer arttıkça ısı iletkenlik katsayısı artar.)

- Ekonomiklik.

Coğrafya, iklim koşulları, binanın işlevi ve kullanıcılara bağlı olarak yapının maruz kalacağı etkiler değişir. Evlerdeki pek çok eşya yanıcıdır. Yangın çıkması için gerekli olan oksijen de havada bulunduğundan, herhangi bir şekilde tutuşma sıcaklığına gelen yanıcı maddeler, yangın yalıtımı yapılmamışsa can ve mal kaybına sebebiyet verebilir.

Yapılarda çıkan yangınlarda can kayıplarının büyük bir kısmı, yanma esnasında ortaya çıkan zehirli gazlardan kaynaklanmaktadır. Bu nedenle yapılarda duman bariyerleri, kaçış koridorları, yangına dayanıklı ısı yalıtım ve cephe malzemeleri seçilmesi önemlidir.

TS EN 13501-1 “Yapı mamulleri ve yapı elemanları, yangın sınıflandırması bölüm 1: Yangın karşısındaki davranış deneylerinden elde edilen veriler kullanılarak sınıflandırma” standardına göre, yapı ve yalıtım malzemeleri, 7 yangına tepki sınıfına ayrılmaktadır. Bunlar:

- A1: Yangına hiçbir şekilde katkıda bulunmayan malzeme.

- A2: Yangına aşırı sınırlı katkıda bulunan malzeme.

- B: Yangına çok sınırlı boyutta katkıda bulunan malzeme.

- C: Yangına sınırlı boyutta katkıda bulunan malzeme.

- D: Yangına makul oranda katkıda bulunan malzeme.

- E: Yangına yüksek oranda katkıda bulunan malzeme.

- F: Kolayca yanan malzeme.

Yapılarda yaygın olarak kullanılan ısı yalıtım malzemeleri ve yangın sınıfları, aşağıdaki gibi sıralanabilir:

- Cam yünü (MW) – Yangın sınıfı A’dır.

- Taş yünü (MW) – Yangın sınıfı A’dır.

- Ahşap yünü (WW) – Yangın sınıfı B’dir.

- Genleştirilmiş mantar meşesi (ECB) – Yangın sınıfı E’dir.

- Pamuk levha – Yangın sınıfı A’dır.

- Selülozik levha – Yangın sınıfı A’dır.

- Perlit (EPB) – Yangın sınıfı A’dır.

- Gaz beton – Yangın sınıfı A’dır.

- Bims blok – Yangın sınıfı A’dır.

- Poliüretan köpük (PUR) – Yangın sınıfı D, E veya F’dir.

- Poliizosiyanurat levha (PIR) – Yangın sınıfı B’dir.

- Fenol köpüğü (PF) – Yangın sınıfı B veya C’dir.

- Cam köpüğü (CG) – Yangın sınıfı A’dır.

- Genleştirilmiş polistren sert köpük (EPS) – Yangın sınıfı D veya E’dir.

- Ekstrüde sert polistren köpük (XPS) – Yangın sınıfı D veya E’dir.

- Polivinilklorür köpük (PVC) – Yangın sınıfı B’dir.

Yukarıdaki sınıflandırmaya ek olarak, yanma esnasında duman gazı emisyonlarına göre “s” ve alev damlacıklarına göre “d” sınıflarına ayrılmaktadırlar. Bunlar:

- s1: Duman emisyon miktarı ve hızı çok zayıf ya da yok.

- s2: Duman emisyon miktarı ve hızı orta düzeyde.

- s3: Duman emisyon miktarı ve hızı yüksek şiddette.

- d0: Alev damlacığı veya parçacığı oluşturmayan malzeme.

- d1: Alev damlacığı veya parçacığı az oluşturan ve çabucak sönen malzeme.

- d2: Alev damlacığı veya parçacığı çok oluşturan ve çabucak sönmeyen malzeme.

2000/367/EC sayılı Avrupa Komisyonu’nda yapı elemanları, yangına karşı gösterdikleri dirence göre 3 sınıfa ayrılmıştır. Bunlar:

- R: Yük taşıma kapasitesi – Malzemenin yangın sırasında mekanik özelliklerini ve yük taşıma kapasitesini koruma becerisi.

- E: Bütünlük – Malzemenin yangın sırasında duman ya da farklı gazları geçirmeme becerisi.

- I: Yalıtım – Malzemenin yangına maruz kalmayan (soğuk) tarafına ısı transferi yapmama becerisi.

Malzemelerin yangına karşı gösterdikleri direnç, R, RE, REI gibi harflendirme sonrası dakika cinsinden performans süreleriyle birlikte 15, 20, 30, 60, 90, 120, 180, 240 ya da 360 olarak yazılır. 143 dakika yük taşıma kapasitesi, 95 dakika bütünlük ve 54 dakika yalıtım performansı gösteren bir malzeme R120/RE90/REI30 şeklinde tanımlanır.

Malzeme sınıflandırmasının yanı sıra, yapılarda yangından korunmaya yönelik pasif ve aktif önlemler alınmaktadır. Pasif önlemler, en genel hatlarıyla yangının yayılmasını yavaşlatan, yangını sınırlayan ve binadaki kişilerin güvenli bir şekilde binayı terk etmesine olanak tanımaya yönelik önlemlerdir. Aktif önlemler ise yangın esnasında binadaki kişilerin uyarılması, yangının söndürülmesi, oluşan gazların uzaklaştırılması gibi aktif olarak yapılan eylemlerdir.

Cepheler açısından bakıldığında, Bakanlar Kurulu’nun resmi gazetede yayınladığı “Binaların Yangından Korunması Hakkındaki Yönetmelik”e göre:

- Dış cephe malzemelerinin, bina yüksekliği 28.50m’den fazla olan binalarda (en az) zor yanıcı malzemelerden (A2, s1, d0), diğer binalarda ise (en az) zor alevlenici (C, s3, d2) malzemelerden olması gerekmektedir.

- Dış cephesi zor alevlenici (en az C, s3, d2) malzeme veya sistemden oluşan, yüksekliği 28.50 m'den az olan binalarda, tabii veya tesviye edilmiş zemin kotu üzerindeki 1.5 m mesafe hiç yanmaz malzeme ile kaplanmalı, bina yüksekliği 6.50 m'den fazla olan binalarda pencere ve benzeri boşluklarının yan kenarları en az 15 cm ve üst kenarı en az 30 cm eninde hiç yanmaz malzeme ile yangın bariyerleri oluşturulmalıdır.

- Kullanılan ısı yalıtım malzemesi, yangın esnasında düşmeyecek şekilde yapı elemanına mekanik olarak sabitlenmelidir.

- Alevlerin bir kattan diğer bir kata geçmesini engellemek için iki katın pencere gibi korumasız boşlukları arasında düşeyde en az 100 cm yüksekliğinde yangına dayanıklı cephe elemanıyla dolu yüzeyler oluşturulmalı veya cephe iç kısmına en çok 2 m aralıklarla 1,5 m mesafede yağmurlama başlıkları yerleştirilerek cephe, otomatik yağmurlama sistemi ile korunmalıdır.

- Isı yalıtım malzemesi, ısı yalıtım yapıştırıcısı, dübel, sıva filesi, sıva ve benzeri diğer teçhizat kullanılarak teşkil edilen ısı yalıtım sistemi uygulandığında, sistem, ilgili standartlar kapsamında akredite bir laboratuvar tarafından sertifikalandırılmalıdır.

- Cephe elemanları ile alevlerin geçebileceği boşlukları bulunmayan döşemelerin kesiştiği yerler, alevlerin komşu katlara atlamasını engelleyecek şekilde döşeme yangın dayanımını sağlayacak süre kadar yalıtılmalıdır.

- Derzleri açık veya havalandırmalı giydirme cephe sistemli binalarda kullanılan cephe ve yalıtım malzemeleri en az zor yanıcı (A2, s1, d0) olmalıdır.

Yangın yalıtımının önemine ilişkin yakın geçmişte İngiltere’de yaşanan Grenfell Kulesi faciası örnek verilebilir. 2015’te yenilenen kulenin cephesinde polietilen (PE) çekirdekli alüminyum sandviç panel ve ısı yalıtım malzemesi olarak da poliizosiyanurat (PIR) levhalar kullanılmıştır. Haziran 2017’de, 24 katlı kulenin 4. katındaki bir odanın mutfağında başlayan yangın, binanın cephesine sıçramış ve kısa süre içinde tüm cephede ilerleyerek 72 kişinin ölümüne sebep olmuştur. PE ve PIR malzemelerinin yangın sınıflarının A olmamasının yanı sıra, PIR levha yandığında zehirli hidrojen siyanit gazı açığa çıkarmaktadır. Bu facia, ısı yalıtım ve cephe kaplama malzemelerinin seçiminde yukarıda sıralanan özelliklere dikkat etmenin gerekliliğinin acı bir kanıtı niteliğindedir.