05 Nisan 2008

Bina Enerji Tasarrufunda Pasif Akıllı....

Bina Enerji Tasarrufunda Pasif Akıllılığın Önemi

Araş.Gör.Meltem BAYRAKTAR

Prof. Dr. Zerrin YILMAZ

ÖZET :
 
Dünyamız, enerji tüketiminin giderek
artması nedeniyle enerji kaynaklarının
tükenmesi ihtimaliyle ve de global ısın
-
mayla karşı karşıyadır. Binalar top
-
lam enerji tüketiminde oldukça yüksek
bir paya sahiptirler. Bu nedenle binalar
-
da enerjinin etkin kullanılması büyük
miktarlarda enerji tasarrufu sağlaya
-
caktır. Günümüzde, minimum düzeyde
enerji tüketimiyle en üst düzeyde kulla
-
nıcı konforunu sağlayabilen binalar ta
-
sarlanması hedeflenmektedir. Mimari
pasif öğeler göz önünde bulundurula
-
rak binanın kendisinin ve binadaki tüm
sistemlerin kendini çevreleyen mikro
ve makro düzeydeki ortam koşullarına
göre tasarlandığı, değişen iç ve dış
ortam koşullarından devamlı haberdar
olan ve koşullara uyum gösteren ger
-
çek akıllı binalar bu hedefin gerçek
-
leştirilmesini sağlayacaklardır ve çev
-
renin korunmasına, sürdürülebilirliğe,
enerjinin etkin kullanımına ve ülke eko
-
nomisine önemli katkılarda bulunacak
-
lardır.
Bu bildiride pasif akıllı bina kavramı ta
-
nıtılmakta ve pasif güneş enerjisi sis
-
temi olan akıllı bina tasarımına, örnek
bir bina üzerindeki uygulamalarla açık
-
lanan bir yaklaşım önerilmektedir. Ör
-
nek bina olarak Stuttgart, Almaya'daki
bir ofis binası ele alınmıştır. Ofis bina
-
larında soğutma giderlerinin diğer
enerji giderlerine göre çok daha baskın
olması nedeniyle bu binanın soğutma
enerji giderlerinin azaltılmasına yöne
-
lik pasif stratejiler önerilmiş ve bu stra
-
tejiler bina otomasyon sistemi ile kon
-
trol edilmiştir. Her önerilen sistemin iç
hava sıcaklığı ve soğutma yüklerine
etkisi bilgisayar tabanlı enerji simülasyon programlarından biri olan TRN
SYS bina simülasyon programı kulla
-
nılarak analiz edilmiştir ve sonuçlar
değerlendirilerek nasıl optimum çözüm
elde edilebileceği gösterilmiştir


05 Nisan 2008

1. GİRİŞ

IEA ülkeleri arasında yapılan bir çalışmaya göre binalar en önemli

enerji tüketen kaynaklardan biri olarak toplamda kullanılan elektriğin

yarısını, doğal gazın üçte birini tüketmektedirler ve oluşan sera gaz

-

larının üçte birinden sorumludurlar[1]. Enerji tasarrufu gelecekteki

enerji ihtiyacını karşılamada, iç ve dış ortamdaki hava kirliliğini ön

-

lemede maliyeti en düşük yöntemdir. Binalarda enerji etkinliği pek

çok ülke için önceliklerinin başında gelmektedir ve mevcut binalar

enerji tasarrufu için yüksek bir potansiyel oluşturmaktadırlar. Dünya

çapında pek çok hükümet bina enerji standartlarını yükselterek ve

tüketim değerlerine kısıtlamalar getirerek binalarda tüketilen enerjiyi

mümkün olan en küçük değere çekmeye çalışıyorlar[2]. Binalarda

tüketilen enerji miktarı temel olarak binanın yapımına, binanın ve

çevresinin ısısal özelliklerine, binanın bulunduğu yerin iklimsel özel

-

liklerine, binanın kullanım saatlerine, binayı ısıtmak ve soğutmak için

kullanılan sistemlerin özelliklerine bağlıdır. Bütün bu parametreler

göz önünde tutularak tasarlanan gerçek akıllı binalar, çevresiyle

uyum içinde işleyerek enerjinin son derece etkin kullanılmasını sağ

-

layabilirler[3].

İlerleyen teknolojiyle birlikte, "akıllı bina" kavramı da günlük hayatın

bir parçası haline gelmiştir ve pek çok kişi ileri denetim sistemleriy

-

le donatılmış binaları akıllı binalar olarak görmektedir. Wigginton ve

Harris'e göre ileri teknolojilerle donatılmış günümüzün pek çok bina

-

sı sanıldığı gibi akıllı değildir[4]. Bunun sebebi ısıtma, soğutma, ay

-

dınlatma gibi mekanik sistemlerin bina tamamlandıktan sonra tasar

-

lanması, kendisi de aslında bir sistem olan binayla sonradan tasar

-

lanan bu sistemler arasında gerçek anlamda bir entegrasyonun sağ

-yon programlarından biri olan TRN

lanamamasıdır.

Wigginton ve Harris akıllı binanın doğal ve yapay zekayla yakın iliş

-

ki içinde olması gerektiğini vurgulamaktadır. Binanın kendisi ve tüm

sistemleri iç ve dış ortam koşulları göz önüne alınarak tasarlanma

-

lıdır. Binalar değişen çevresel koşullardan sürekli olarak haberdar




05 Nisan 2008

olmalı, tepki verebilmeli ve yeni koşullara uyum sağ

-

layabilmelidir[4]. Bu koşullarda, gerçek anlamda

akıllı bir bina, doğal enerji kaynaklarından faydalan

-

malı ve yenilenemeyen enerji kaynaklarından karşı

-

ladığı enerji ihtiyacını en azda tutabilmelidir. Akıllılık

öncelikle pasif güneş mimarlığı kavramının tasarım

-

da uygulanmasıyla başlamalıdır. Pasif güneş mi

-

marisi, binada gerekli olan ısıtma ve aydınlatma ihti

-

yacının temel bir enerji kaynağı olan güneş vasıta

-

sıyla sağlanması; soğutma ihtiyacının ise doğal ha

-

valandırma teknikleriyle desteklenmesi ilkesine da

-

yanan bir yaklaşımdır. Pasif güneş mimarlığı her

ne kadar bir tasarım süreci de olsa, pencere, gölge

-

leme elemanları ve atriyum gibi binanın temel ele

-

manları da bu teknolojinin bir parçası olarak kabul

edilebilir.

Bu çalışmada pasif yöntemleri kullanan akıllı güneş

yapıları tasarlamak için bir yöntem önerilmektedir ve

özellikle ticari binalardaki soğutma yüklerinin pasif

yöntemlerle azaltılmasına odaklanılmaktadır. Yönte

-

min uygulaması Almanya'nın Stuttgart şehrinde bu

-

lunan örnek bir bina üzerinde gösterilmektedir. Ça

-

lışma, pasif solar parametrelerin adım adım örnek

bina için analiz edilmesi ve optimum sonucu elde et

-

mek için farklı senaryolar hazırlanıp bunların sonuç

-

larının karşılaştırılmasını içermektedir. Farklı pasif

stratejilerin bina enerji tüketimi üzerine olan etkileri,

bir Bina Enerji Simulasyon Programı olan TRNSYS

15 ile hesaplanmıştır.

2. PASİF SOLAR AKILLI BİNALAR İÇİN

TASARIM PARAMETRELERİ

Gerçek anlamda akıllı binalar, kullanıcı konforundan

ödün vermeden enerjiyi etkin ve en azda kullanabil

-

meli, bunu sağlayabilmek için de öğrenme yeteneği

-

ne sahip olmak, iç ve dış ortam koşullarındaki de

-

ğişimleri algılamak, değişimlere anında cevap ve

-

rebilmek, koşullara uyum sağlayabilmek gibi insani

özelliklere sahip olmalıdırlar[4]. Bunu başarabilmek

için de binalar öncelikle pasif solar mimari tekniklere

göre tasarlanmalıdır. Daha sonra pasif parametreler

kontrol sistemleriyle denetlenmeli ve süreklilik sağ

-

lanmalıdır.  Binanın kendisi ve tüm sistemleri, kendi

-

sini çevreleyen ortamı göz önünde tutmalı ve onunla

uyum içinde çalışmalıdır. Pasif solar akıllı binalar,

istenen iç hava sıcaklıklarının sağlanabilmesi ve dış

enerji kaynaklarına bağımlılığın azaltılabilmesi için,

mikro ve makro iklim koşulları, binanın yeri ve konu

-

mu, bina elemanlarının termal ve optik özellikleri gibi

parametreleri bütünsel bir yaklaşımla ele almalıdır.

Akıllı binalar iklime duyarlı tasarımlardır[5]. Bu po

-

tansiyelden tam anlamıyla faydalanabilmek için para

-

metreler erken tasarım döneminde dikkatle hesaba

katılmalıdır. Aksi takdirde gerçek akıllı binaya ulaş

-

ma fırsatı en baştan yok olacaktır. Akıllı bina tasarı

-

mına etkisi olan temel parametreler aşağıda açık

-

lanmıştır.

2.1 Çevresel Faktörler (İklim)

İklimin, binanın hem enerji hem de çevresel perfor

-

mansı ve kullanıcılar üzerinde çok önemli etkileri

vardır. Binalar yaz, kış ve ara dönemlerde gerekli

performansı gösterebilmelidirler[6]. Binayı çevrele

-

yen iklim iki şekilde tanımlanabilir: makro iklim ve

mikro iklim. Makro iklim, belirli bir alan veya bölgenin

karakteristik iklimini tanımlayan iklimsel veriler olarak

tarif edilebilir. Sıcaklık, nem, yağış miktarı, rüzgar

hızı ve yönü, güneşlenme süresi, güneş ışınımı

verileri, atmosferik kirlilik, önemli iklim parametreleri

-

dir. Mikro iklim ise binanın çevresinin iklimidir. Bina

çevresinde komşu binalar (güneş ve rüzgarın en

-

gellenmesi), arazi durumu (nehir, vadi, tepeler) gibi

nedenlerle pek çok mikro iklim oluşabilir. Ayrıca bi

-

nanın farklı cephelerinde farklı mikroiklimler de mey

-

dana gelebilir: örneğin hakim rüzgar doğrultusundaki

cepheler, güneye veya kuzeye bakan cepheler diğer

-

lerine göre farklı mikro iklime sahip olacaklardır[7].

2.2 Binanın yönü

Binanın yönü, binaya ulaşan doğrudan güneş ışı

-

nımı mikarını, dolayısıyla ısı kaybı ve kazançlarını

etkilemektedir. Güneşin konumu, binanın yerküre

üzerindeki yeri ve binanın yönü gibi veriler ile belli bir

zamandaki binanın herhangi bir yüzeyine ulaşan gü

-

neş ışınımı veya yıllık toplam değerler hesaplana

-

bilir. Bir yüzeye düşen güneş radyasyonu iki bile

-

şenden oluşmaktadır: Doğrudan güneş ışınımı ve

yaygın güneş ışınımı. Yaygın güneş ışınımında

yönler, doğrudan güneş ışınımının aksine, atmos

 




05 Nisan 2008

ferik kirlilik, bulutlar ve topraktan yansıyan ışınlar

nedeniyle homojen değildir[7].

Yaz ve kış güneşinin yükseliş açısına bağlı olarak,

kışın en fazla yazın ise en az doğrudan gün ışını

-

mını alan cephe güney cephesidir. Bu nedenle sık

kullanılan mekanlar güney cepheye yerleştirildiği

zaman binalar güneşten en fazla kazanımı sağlarlar

(güney yarımküre için kuzey cephe). Tabiiki binanın

her zaman tam güney yönüne bakması şart değildir

fakat ana cephenin +-30 derece aralığında güneye

bakması faydalı olacaktır[8].

2.3 Yerleşme Alanının Planlaması

Bir başka önemli adım binanın yapımı planlanan

alanın analiz edilmesi ve alan içindeki en uygun ye

-

rin belirlenmesidir. Pasif solar akıllı bina tasarımı do

-

ğal kaynaklardan faydalanmayı gerektirir. Seçilen

alanda binanın yerleşimi ve özellikle aralıkların be

-

lirlenmesi oldukça kritik bir tasarım parametresidir.

Pasif solar akıllı binalar için ideal bir alan, gün ışığı

-

na erişimi kışın engellemeyen yazın ise engelleye

-

bilen alanlardır. Ayrıca ısıtma ve soğutma ihtiyaçları

-

na göre soğuk kış rüzgarlarından korunaklı veya

rüzgara açık alanlar olmalıdır. İstenen performansı

yakalayabilmek için, etraftaki engeller de göz önünde

bulundurularak, bölgenin ikliminin gerektirdiklerine

en uygun alan seçilmelidir. Alan planlamayı etikleyen

en önemli özellik şöyle sıralanabilir: alanın topograf

-

yası, alan üzerindeki ve çevresindeki bitki örtüsü ve

komşu binalar. Binaya ulaşan güneş radyasyonu

miktarını etkiledikleri ve hakim rüzgarları kestikleri

veya yönünü değiştirebildikleri için performansı doğ

-

rudan etkilerler[9].

2.4 Binanın Formu

Bina formu enerji tüketiminde önemli bir role sahiptir.

Kompakt form bina kabuğundan iletimle meydana

gelen ısı transferini en aza indirir ve doğal aydınlat

-

maya, doğal havalandırmaya ve ısı kazanımlarına

olanak sağlar. Küp şeklinde bir yapının ısıl kayıpla

-

rı en az olmasına rağmen, iyi bir pasif solar bina -gü

-

neş enerjisini daha fazla toplayabilmek için- uzun

kenarlarından biri güneye yönlenmiş, kuzeye bakan

kenarı ise iyi yalıtılmış dikdörtgen biçimindedir[10].

Bina elemanlarının güneşe göre ayarlanması bina

-

nın ısıtma ve soğutma yüklerini azaltır. Ayrıca bina

içindeki mekanlar en uygun enerji zon konfigurasyo

-

nunu oluşturacak şekilde gruplanmalıdırlar. Sık kul

-

lanılan yaşama mekanları ısıtma ve aydınlatma ih

-

tiyaçları yüksek olduğu için güneye yönlenmelidir.

Koridorlar, banyolar, depolar gibi gün ışığı ihtiyacı

daha düşük olan mekanlar tampon vazifesi de gör

-

mesi için kuzeye yönlendirilmelidir ve küçük pencere

-

lere sahip olmalıdırlar. Mutfak gibi yüksek içsel ısı

kazanımı olan mekanlarda güney pencerelerden ka

-

çınılmalıdır. Bunun dışında soğutma ihtiyacının

yüksek olduğu sıcak kuru iklim bölgelerinde avlular

-

dan faydalanılabilir. Sık kullanılan odalar avluya yön

-

lendirilmelidir[10].

2.5 Bina Kabuğu

Bina kabuğu duvar,tavan, zemin, pencere, kapı…gi

-

bi binayı (koşullandırılmış mekanı) dış ortamdan

ayıran ve ısı enerjisinin içeri veya dışarı transferine

izin veren bileşenlerdir. İç ve dış ortam ayıracı ola

-

rak enerji tüketimi üzerinde çok büyük etkisi var

-

dır[11]. Bina kabuğunun yapım maliyeti toplam inşa

-

at maliyetinin %15-40'ına tekabül ederken, yaşam

dönemi maliyetlerine katkısı –özellikle enerji maliye

-

tine-%60 civarındadır [10]. Bina kabuğu her zaman

tasarımcının kontolündedir ve bu nedenle pasif solar

akıllı bina tasarımında çok önemli bir role sahiptir.

Sabit olmayan, binanın enerji maliyetlerini düşür

-

mek için değişen ortam koşullarına uyum sağlaya

-

bilen kabuklar akıllı kabuk olarak adlandırılmaktadır.

Bina kabuğunun, ısıl davranışları birbirinden çok

farklı olan şeffaf ve opak bileşenleri binanın enerji

ihtiyacını ve ısısal ve görsel konforunu belirler.

2.5.1 Opak Bileşenler

Opak bileşenler binanın duvarlar, çatı, zemin… gibi

kısımlarıdır. Soğuk iklim bölgelerinde ısıtma dönemin

-

de, ısı geçişini azaltmaya yönelik izolasyon seviyesi

-

ni artırmak opak bileşen açısından en sık uygulanan

yöntemlerden biridir. Bu yöntem ayrıca sıcak iklim böl

-

gelerinde iletimle ısı geçişi nedeniyle meydana gelen

aşırı ısınmayı önlemek için de kullanılabi

lir.

Öncelikle, pasif solar akıllı bina iletim kayıplarını ön




05 Nisan 2008

lemek için iklimin özellikleri göz önünde bulundurula

-

rak iyi izole edilmelidir. Isı kayıpları azaltıldıktan son

-

ra kalan ısıtma ve soğutma yükleri pasif yöntemlerle

karşılanabilir.

Isıtma ve soğutma yüklerini azaltmaya yönelik yakla

-

şımlar ayrıca izolasyonun uygulamasının da doğru

yapılmasını, tavsiye edilen kalınlıkların uygulanma

-

sını gerektirir. Bir binanın ısı kaybı miktarı, birim yü

-

zeyin alanı, iç ve dış hava sıcaklığı değeri ve U kat

-

sayısına bağlıdır[12]. U katsayısı bir bina bileşeni

-

nin iki tarafı arasında 1°C sıcaklık farkı olduğunda

birim alanından, bu alana dik doğrultuda birim za

-

manda iletimle, taşınımla ve ışımayla geçen ısı

enerjisidir. Birimi W/m

2

K'dir. U katsayısı büyüdükçe

ısıl kayıplar veya kazançlar da artar.

Kabukta meydana gelen ısı kayıplarını azaltmak için

izolasyon dışında birkaç yol daha vardır. Isıl kütle,

ısı enerjisini uzun süre depolayabilen su veya taş gi

-

bi malzemeleri ifade etmektedir. Güneşli günlerde

ısıl kütle güneş enerjisini emerek ve depolar ve gün

-

düz saatlerinde aşırı ısınmayı önler. Geceleyin ise

depolanan enerji iç veya dış ortama geri verilir. Bu

-

nun dışında ısıl kütle iç ortamdaki ani sıcaklık deği

-

şimlerini engeller ve zaman geciktirmesiyle beraber

sıcaklığı düzenler[10].

Opak bileşenin yüzey rengi binanın ısısal davranışı

üzerinde etkisi olan bir diğer parametredir. Opak bile

-

şenin yansıtıcılık ve yutuculuk gibi optik özellikleri

yüzey renginin bir fonksiyonudur. En basit şekliyle

dış duvarlar, çatı gibi bina bileşenlerinin dış yüzey

rengi sıcak iklim bölgesinde açık renkli, soğuk iklim

bölgelerinde koyu renkli seçilmelidir[9].

2.5.2 Şeffaf Bileşenler

Pencere sistemleri binalarda şeffaf bileşenler ola

-

rak adlandırılırlar. Gün ışığının ve güneş enerjisi

-

nin içeri alınmasını sağlarlar. Yüzeye gelen güneş

ışınımının %80'ininden fazlasını içeri taşıdıkları

için pasif güneş tasarımında önemli bir role sahiptir

-

ler fakat diğer taraftan yüksek U değerlerine sahip ol

-

dukları için de bina kabuğunun ısıl açıdan en zayıf

noktalarından biridirler. Camın doğal özelliğinden do

-

layı güneşten gelen kısa dalga boylu ışınımını di

-

ğer tarafa geçirir fakat uzun dalga boylu ışınımı içe

-

ride hapsederek iç ortamın ısınmasını sağlar (sera

etkisi). Bu durum camın geçirgenlik, yutuculuk ve

yansıtıcılık olarak adlandırılan optik özelliklerinin so

-

nucudur[10].

Pencerelerden sağlanan güneş kaynaklı ısıl kazanı

-

mı kontrol edebilme yeteneği camın bir özelliği olan

Güneş Isı Kazanım Katsayısı (SHGC) ile ölçülür.

Mekana cam yüzey vasatısıyla giren ısı kazancının

yüzeye gelen güneş radyasyonuna oranıdır. Gü

-

neşten ısı kazanımı hem doğrudan geçirilir hem de

önce emilip sonra ışımayla, iletimle veya taşınımla

mekana geri verilir[13]. SHGC şeffaf yüzeye gelen

güneş enerjisinin ne kadarının pencere yoluyla içe

-

riye iletildiğini gösterir. SHGC kırılma açısına ve

spektral dağılıma bağlıdır.

Günışığı geçirgenliği (Tvis )şeffaf bir bileşenin

üzerine gelen güneş ışınımından güneş spektru

-

munun görülebilir dalga boylarının ne kadarını iç

mekana iletebildiğinin ölçüsüdür.

Binalardaki enerji tüketimini etkileyen önemli sebep

-

lerinden biri camın yani şeffaf bileşenin büyüklüğü

ve yeridir. Isıtma ihtiyaci durumunda genel bir kural

olarak binadaki camların çoğunluğu güney cepheye

yerleştirilmelidir. Doğu ve batıya bakan pencereler

kışın az yazın ise çok fazla güneş enerjisi topladı

-

ğından doğal aydınlatmayı da ihmal etmeyecek şe

-

kilde fakat mümkün olduğunca az kullanılmalıdırlar.

Pencereler yeterli doğal aydınlatma sağlayacak bü

-

yüklükte tasarlanmalıdır. Örneğin pencere büyüklü

-

ğü odanın zemin alanının en az %15'i olmalıdır[12].

Standart pencereler taşınım ve ışıma yoluyla ol

-

dukça önemli miktarlarda ısı kaybına sebep olurlar.

Pencerelerdeki cam katmanlarının sayısı artırılarak

ısı kayıpları azaltılabilir fakat hava ve cam yüzeyinin

temas ettiği her bir noktadaki yüzeyin yansıtıcılığı ve

cam malzemenin yutuculuğu güneş radyasyonunun

içeriye ulaşmasını azaltır. Çift camlar genel olarak

pek çok iklim bölgesi için uygundur. Taşınım kayıp

-

ları cam basıncını azaltarak veya camlar arasına

plastik bir ısı kapanı ilave ederek azaltılabilir. Işınım

kayıpları ise camlar üzerine uygulanan ince film yü




05 Nisan 2008

zeylerle azaltılabilir. Günümüzde ışınım ve gün ışı

-ÜZERİNDE İNCELENMESİ

ğı iletim katsayıları çevre koşullarına göre değişe

-

bilen camlar mevcuttur [12].

Tasarımdaki en büyük zorluklardan biri, güneye ba

-

kan pencerelerin alanlarını ısı kazanım ve kayıp de

-

ğerlerini özellikle de uygun bir gece izolasyonu veya

gölgeleme elemanının olmadığı durumlarda denge

-

leyerek aşırı ısınmaya sebep olmadan ayarlayabil

-

mektir. Cam alanını artırmak ısı kayıplarını da artı

-

racaktır. Günümüzde geliştirilen yeni pencere sis

-

temleri ile bu duruma çeşitli çözümler sunulmakta

-

dır[8].

2.5.3. Pasif Kontrol Sistemleri

Bina kabuğundaki en önemli pasif kontrol sistemle

-

rinden biri gölgeleme elemanları vasıtasıyla günün

ve yılın belli zamanlarında doğrudan güneş ışını

-

mının pencereden içeri girmesini engelleyen güneş

kontrolü sistemleridir. Gölgeleme elemanları doğal

aydınlatmayı, havalandırmayı, güneş kazanımını

ve dolayısıyla da binanın toplam performansını etki

-

lerler. Yaz güneşi kış güneşine göre daha fazla

yükselir. Uygun olarak boyutlandırılmış pencere üs

-

tüne monte edilen yatay gölgeleme elemanları gü

-

neyden kazanılan güneş ışınımını optimize etmek

için iyi bir yoldur. Yaz güneşinin pencereye ulaşma

-

sını engellerlerken kış güneşinin pencereden içeri

alınmasına izin verirler. Etkin bir gölgeleme elemanı

-

nın tasarımı binanın gölgeleme elemanının buluna

-

cağı cephesinin güneşe yönlenmesine bağlıdır. Dik

-

katlice uygulanan güneş kontrolü mekanik soğutma

ihtiyacını azaltarak maliyeti düşürür ve yıl boyunca

konfor sağlar.

Bina kabuğundaki bir diğer kontrol sistemi genellikle

pencere açıklıklarından sağlanan doğal havalandır

-

madır. Doğal havalandırma sistemleri isminden de

anlaşılacağı üzere binaya taze hava ve soğutma

sağlamak için doğal kuvvetlerden yararlanır. Rüzgar

etkisi ve sıcaklığa bağlı basınç farkı iki temel kuvvet

-

tir. Doğal havalandırma tümden bir bina tasarım kon

-

septidir[10].

3. PASİF SOLAR AKILLIĞIN ÖRNEK BİR BİNA

Bu çalışmada pasif akıllık için, özellikle bina kabu

-

ğuna yönelik tasarım stratejileri bir uygulama örneği

üzerinden analiz edilmiştir. Pasif güneş akıllılığı

kavramının uygulanması önemli bir bilgi birikimi, ta

-

sarım ve inşaat sırasında detaylara özen gösterme

-

yi gerektirir. Günümüzde mevcut olan ve gittikçe de

popülerlik kazanan bilgisayar tabanlı bina perfor

-

mansını değerlendirmeyi sağlayan simulasyon prog

-

ramları, binaların ısısal davranışları hakkında de

-

taylı bilgi verebilmekte ve optimum çözümler elde

edebilmek adına tasarıma müdahale edebilmeyi

sağlamaktadır. Programlar, binayı ve binanın enerji

-

yi nasıl kullandığını tarif eden kompleks denklemle

-

rin bilgisayar ortamında bir araya getirilmiş halidir ve

yapılacak binanın enerji standartlarını sağlayıp sağ

-

lamayacığını tasarım aşamasında ortaya koyarlar.

Bu çalışmada hesaplamalar modüler bir yapıya

sahip TRNSYS 15 bina enerji simülasyon programı

ile yapılmıştır. Her bir modül sistem bileşenlerinin

matematiksel ifadesidir ve girdilere göre denklem çö

-

zülene kadar her bir zaman adımında iterasyon yap

-

maktadır[14]. 

Bu uygulama için kullanılan binanın tanımı aşağıda

verilmiştir.

3.1 Örnek Binanın Tanımı

Çalışmada kullanılan örnek bina Almanya'da

Scharnhauser Park'da inşa edilecek yeni bir binadır.

Almanyanın federal eyaleti Baden-Württemberg'in

başkenti Stuttgart'ın güney doğusundaki Ostfildern

kasabasında bulunmaktadır. Alan büyük bir kentsel

dönüşüm projesi olan ve 2008 yılında inşaatlara

başlanılması planlanan POLICITY projesinin geliş

-

tirme alanlarından biridir. Bölgede 10.000 kişinin ba

-

rınması hedeflenmektedir[15].

Bina üç farklı kısıma sahiptir: Ofis binası, labaratuvar

ve üretim birimi. Ofis kısmı birbiriyle hemen hemen

aynı özelliklere sahip 5 kattan oluşmaktadır. Üretim

kısmına birinci ve ikinci kat seviyesinde bağlantısı

bulunmaktadır. Yer altı seviyesinde binaya ait oto

-

park bulunmaktadır. Binanın ve ofislerin güney ve

doğu cephesinden görünüşü sırasıyla Şekil 1 ve




05 Nisan 2008

Şekil 2'de yer almaktadır. İleride 6. kat olarak yapıl
-
ması planlanan kafeterya kısmı da şekillerde yer al
-
maktadır. Ofis kısmının üretim biriminden giriş katı
ve 1. kat seviyesinde iç duvarlarla ayrılmaktadır, ikin
-
ci kat seviyesinden başlayarak da bina her yönden
dış çevreyle temas halindedir. Katlar köşeleri yu
-
varlatılmış kare şeklindedirler. Her bir kat 492m
2
taban alanına sahiptir.
Bina ölçeğinde en hızlı artış gösteren enerji talebi
 
 

özellikle ofis binalarında soğutma içindir. Bunun ne

-

deni genel olarak ofis ekimanlarından kaynaklanan

yüksek ısısal iç kazanımlar ve kullanıcıların artan

yaz dönemi konfor isteğidir. Bu nedenlerle bu çalış

-

mada hesaplamalar sadece ofis kısmı için yapılmış,

diğer mekanlar ihmal edilmiştir.

Binayı simüle edebilmek için gerekli olan bilgiler top

-

lanıp TRNSYS ortamında modelleme yapılmıştır.

Ofis binasına ait tüm katlar hemen hemen aynı özel

-

liklere sahip olduğu için bina tek zon olarak kabul

edilmiştir. Bina şematik olarak Şekil 3'de gösteril

-

mektedir.

0 rakamı ile gösterilen giriş katı, sıcaklığı 18 °C ka

bul edilen ve şekilde 6 rakamı ile gösterilen otopark

-

la sınır koşullarında olduğu kabul edilmiştir. Ayrıca

giriş katı ve 1. kat, 5 rakamı ile gösterilen üretim bi

-

rimiyle aynı koşullarda olduğu kabul edilmiştir.

Her bir kat aynı tipte duvar ve pencere sisteminden

meydana gelmektedir. Binada toplam altı çeşit du

-

var tipi kullanılmıştır. İzolasyon seviyelerinde Alman

standartları referans alınmıştır. Dış duvarlar, tavan,

döşeme, iç duvarlar ve çatı için U katsayıları Tablo

1'de verilmektedir.

Tablo 1. Yapı Bileşenlerinin U katsayısı değerleri

Yapı Bileşeni

Kullanım saatleri: Binanın yalnızca hafta içi saat

08:00 ile 18:00 arasında kullanılacağı varsayılmış

-

tır.

İç kazançlar: Bina kullanıcılarından kaynaklanan iç

kazançlar ISO 7730 standartlarına göre oturan ve

hafif işler yapan kişiler için 120W/kişi olarak belir

-

lenmiştir. Bilgisayarlardan kaynaklanan ısı kazanç

-

ları ise bilgisayar başına renkli monitörlü 230W PC

olarak TRNSYS kütüphanesinden seçilmiştir. Yapay

aydınlatma sistemi için de güç yoğunluğu %30'lik ile

-

tim kısmıyla  5 W/m

2

olarak seçilmiştir.

 

 




05 Nisan 2008

Sızıntı: Binadaki hava sızıntısı değeri  0.1ach olaca

-

ğı varsayılmıştır.

Havalandırma: Binanın çalışma saatleri arasında

0.6 ach ile havalandırılacağı planlanmıştır.

Isıtma sistemi: Öncelikle yeterli değerde izolasyon kul

-

lanılarak binanın ısıl kayıplara en aza indirilmeye ça

-

lışılmıştır. Isıtma sisteminin Kasım-Nisan dönemin

-

de ihtiyaç dahilinde çalışacağı varsayılmıştır.  Sis

-

tem tüm ısıtma dönemi boyunca hafta içi günlerinde

07:00-18:00 saatleri arası 20 °C'ye, 18:00-07:00 saat

-

leri arası da 15 °C'ye ayarlanmıştır. Hafta sonu sis

-

tem devre dışı kalmaktadır. Havalandırma kayıpları

-

nı azaltmak için de taze havayı ön ısıtan ve etkinlik

katsayısı 0.85 olan bir ısı dönüştürücü kullanılmıştır.

Soğutma sistemi: Soğutma sistemi sadece Haziran-

Temmuz-Ağustos aylarında yalnızca hafta içi  08:00-

18:00 saatleri arasında devrededir ve sıcaklığı 24

°C'ye ayarlıdır.

Binanın geometrik özellikleri ise Tablo 2'de verilmek

-

tedir.

Tablo 2. Ofis binasının geometrik özellikleri

 

3.2 Isıtma ve Soğutma Yükleri için Analizlerin

Yapılması

Bu çalışmada ele alınan örnek bina 48° 46

¢

kuzey

paraleli ve  09° 10

¢

doğu enleminde bulunan Stutt

-

gart bölgesinde yer almaktadır. Ilımlı sayılabilecek

bir iklime sahiptir. Binanın ısıl performansını hesap

 

layabilmek için bu bölgeye ait dış hava sıcaklığı,

doğrudan güneş ışınımı, rüzgar hızı ve nemliliğini

içeren saatlik iklim verileri kullanılmıştır.

Binaya ait vaziyet planı incelendiğinde binanın çev

-

resinde güneşi engelleyecek yapılar bulunmadığı

saptanmıştır. Bu durum kış dönemi için güneşten

yeterince yararlanılabilineceğini gösterir; yaz dönemi

içinse uygun gölgeleme elemanlarıyla güneş kontro

-

lü yapılacaktır.

Örnek binanın ele alınan ofis kısmı kare planlı kom

-

pakt bir forma sahiptir. Sık kullanılan mekanlar açık

ofisler şeklinde dış duvarlar boyunca yerleştirilerek

gün ışığından en fazla seviyede yararlanılmaya ça

-

lışılmıştır. Gün ışığı ihtiyacı az olan servis alanla

-

rı, merdiven ve asansörler ise merkezde toplanmış

-

tır.

Örnek çalışmada ısıl ve optik özellikleri Tablo 3'te ve

-

rilen 5 farklı cam tipi araştırılmış ve binanın enerji

performasına etkileri incelenmiştir. İç hava sıcaklıkla

-

rı ve ısıtma ve soğutma dönemlerine göre sırasıyla

ısıtma ve soğutma yükleri ve toplam enerji ihtiyacı he

-

saplanmıştır. Sonuçlar aşağıda verilmektedir.

 

3.2.1 Cam Tipi Analizlerinin Sonuçları

İlk olarak soğutma döneminde soğutma sisteminin

devrede olmadığı durum için, iç mekan hava sıcak

-

lıkları serbest salınımda, seçilen camlar için hesap

-

lanmıştır. Dizayn ayı olarak seçilen Temmuz döne

-

mi için elde edilen iç hava sıcaklığı grafikleri Şekil

4'te görülmektedir.

Dış hava sıcaklığı çok yüksek olmamasına rağmen

binanın yüksek cam oranından, yapay aydınlatma

sisteminden ve ofis ekipmanlarından sağlanan ısıl

kazanımlarla birlikte içeride oldukça yüksek sıcaklık

 




05 Nisan 2008

lara ulaşılmıştır.

En yüksek iç sıcaklıklara C4 tipi cam için (52 °C), en

düşük sıcaklılara da C3 tipi cam için (39 °C)ile ula

-

şılmıştır. C2 ve C3 camları aynı U katsayısına sa

-

hip oldukları halde farklı SHGC'leri olduğu için olu

-

şan sıcaklık değerlerinde de farklılık meydana gel

-

miştir. Bu iki cam tipiyle elde edilen ortalama sıcak

-

lıklar arasında 9 °C fark mevcuttur. Aynı durum C4

ve C5 için de geçerlidir. SHGC'leri yüksek olan cam

-

larda güneşten daha fazla kazanç sağlandığı için iç

ortamda daha yüksek sıcaklıklara ulaşılmıştır. Bu

durum soğutma sistemi devreye girdiğinde soğutma

yüklerine de yansımıştır (Tablo 4).

Doğru kararları verebilmek için farklı ısısal ve optik

özelliklere sahip camların ısıtma dönemi perfor

-

mansları da değerlendirilmelidir. Önce hesaplamalar

ısıtma sisteminin devrede olmadığı sıcaklıkların ser

-

best salınımda olduğu durum için hesaplamalar ya

-

 

 

 




05 Nisan 2008

pılmış ve sonuçlar Şekil 5'te gösterilmiştir.

Bu şekile göre en iyi perfomansı en yüksek iç sıcak

-

lıklarla cam tipi C4 göstermektedir fakat diğer cam

tipleriyle arasında fazla fark oluşmamaktadır (Tablo

5).

3.2.2 Gölgeleme Kontrolünün Etkisi

Gölgeleme elemanlarının etkilerini araştırmak üzere

soğutma döneminde binanın dış gölgeleme eleman

-

larıyla gölgelendiği kabul edilerek analizler yapıl

-

mıştır. Gün boyunca binanın güney, doğu, batı, gü

-

ney doğu ve güney batı cephelerinde yüzeye gelen

doğrudan güneş ışınımı değeri, sıfırdan büyük ol

-

duğu durumda  dış gölgeleme elemanlarının devre

-

ye girdiği ve pencerelere güneş ışınımının ulaş

-

masını %80 engellediği durum için simulasyonlar yi

-

nelenmiştir.

Gölgeleme sistemin aktif olduğu durumla gölgeleme

sisteminin olmadığı durum farklı cam tipleri için kar

-

şılaştırılınca Şekil 5'deki sonuçlar elde edilmiştir.

Bu şekilde gölgeleme elemanının iç sıcaklık değer

-

lerini aşağı çektiği görülmektedir. C3 camı hala en

iyi performansı sergilemektedir. C3 göz önüne alın

-

dığında en yüksek iç hava sıcaklığı değeri 39 °C'dan

34 °C'ye ortama sıcaklık degeri de 34 °C'den 30

°C'ye inmiştir.

3.2.3 Doğal Havalandırmanın Etkisi

Mevcut çalışmada örnek bina üzerinde soğutma dö

-

nemi için doğal havalandırma sistemleri ve bunun bi

-

nanın ısıl performansı etkileri de araştırılmıştır.

Doğal havalandırma binaya otomasyon sistemi ile

kontrol edilen açılabilir pencereler tarafından sağlan

-

maktadır. Havalandırma için planlanan zaman aralı

-

ğı ve hava değişim değeri: 00:00***-08:00 pm ara

-

sında 5 ach'dir.

Gece havalandırması ile bina bileşenlerinde depola

-

nan ısı uzaklaştırılmış ve daha düşük iç sıcaklık

-

lar elde edilmiştir. Şekil 7'de 3 no'lu cam için yapı

-

lan analizin sonuçları görülmektedir. Doğal havalan

-

dırmayla iç hava sıcaklıkları dış hava sıcaklıklarına

yaklaşmaktadır.

 




05 Nisan 2008

Yapılan tüm çalışmaların sonucunda her bir senaryo

için elde edilen enerji tüketim değerleri Şekil 8'de

özetlenmektedir. Uygulaması yapılan pasif stratejiler

binanın toplam enerji tüketim değerlerini önemli ölçü

-

de azaltmaktadır ve iç ortamdaki hava sıcaklıklarının

 




Reklam