Mimaride Doğa ile Bütünleşmenin Bir Arakesiti Günışığı
Dr.Ümit ARPACIOĞLU
MSGSÜ Mimarlık Fakültesi Yapı Fiziği ve Malzeme Bilim Dalı
Doğamızı korumak ve daha az enerji harcamak adına farklı teknikler ve teknolojiler geliştirilmektedir. Böylece toplumsal olarak bir yeşil algısı oluşmaktadır. Bugün yeşil olarak tanımladığımız kavramlar aslında doğaya adapte olma sürecinin bir parçası mıdır? Yoksa doğadan kopuşumuzu bize unutturan bir algı tuzağı mıdır?
Günümüzde en fazla tartışılan konuların başında sürdürülebilirlik gelmektedir. Sürdürülebilirliği bir üst kavram olarak ele almamızda yarar vardır. Nedeni ise, sürdürülebilirliğin kalite ve yaşam döngüsü oluşturmaya çalışan bir kavram olması, zamana göre değişebilen alt kavramları da içinde barındırmasıdır.
Buna karşın neden bu konuları bu derecede tartışır hale geldik? Bu sorunun cevabı bizim dünyaya bakış açımızda saklıdır. Özellikle endüstri devrimi sonrasında oluşan büyük teknolojik gelişimimiz bizleri çevreden bağımsız, doğaya meydan okuyan küresel bir yaşam yapılaşmasına doğru yönlendirmiştir. Doğanın içinde oluşan bu güç dengesizliğini, doğa yine kendi kurallarıyla yeniden tanımlayarak bizleri uyarmaktadır ve olması gerekenleri bizlere aktarmaktadır. “Doğa, yaşayan tüm organizmaların ve onların yaşam alanlarının bütünüdür ve bizler de bu doğanın birer parçasıyız” anlayışımızdan uzaklaşarak kurduğumuz düzen ile doğayı planlayan, yöneten bir konumda kendimizi algılamamız sonucu oluşan tüm yaşamsal sıkıntılarımız bir ölçüde bu konuları daha fazla tartışmamıza neden olmaktadır.
Fakat unutulmamalıdır ki; yaşadığımız hayatın yerellikle bağı kurulmadan, kendi öz kaynaklarımızın farkına varmadan ve bitmek tükenmek bilmeyen isteme alışkanlığımızdan vazgeçmeden göreceli olarak yeşil algımızı var etmemiz, içselleştirmemiz mümkün değildir. Bu bakış açısı ile ele alabileceğimiz kendi kurduğumuz yapay çevrede doğa ile bütünleşmemizi sağlayan en önemli faktörlerden bir de kuşkusuz ki günışığıdır.
Günışığının mekan içinde etkin kullanımı ve mekan sakini tarafından hissedilmesi doğadan kopuk yaşam tarzımızın doğa ile son bağlarından biridir. Bu nedenle yapay çevre yaratan insanoğlu tüm süreçlerde ışığı ve ışığın mekansal etkilerini önemli bir tasarım girdisi olarak kullanmıştır. Günümüzde endüstri çağı ile unutulan bazı değerler ekoloji, sürdürülebilirlik gibi kavramlar ile gündeme yeniden daha teknik bir ara yüzde gelmektedir.
Tasarımda yeni bir kavram olmayan günışığı kullanımını “Günışığından Yararlanma” ve “Günışığının Olumsuz Etkilerinin Azaltılması” olarak iki kapsamda ele almak mümkündür. Bu yazıda daha çok günışığından yararlanma ve mekansal konfor ilişkisi üzerinde durulacaktır.
Sürdürülebilirlik kavramı ile birlikte mekansal konfor şartlarının daha fazla iyileştirilmesi tasarımcılardan daha fazla talep edilmeye başlanmıştır. Bina sakinleri günışığını düzenli yapay aydınlatmaya göre daha fazla aramaktadırlar ve günışığı ile kullanıcı memnuniyeti, ısısal konfor ve enerji etkinliği arasında çok güçlü bir ilişki olduğu kanıtlanmıştır.
Günışığının etkin kullanımının yararları iki ana grupta toplanabilir.
Enerji Etkinliği: Ticari yapıların enerji tüketiminin yaklaşık %30’u aydınlatma enerjisi olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle günışığı ile aydınlatmanın oranı arttıkça elektrik ile aydınlatma maliyetleri ve enerji giderleri düşmektedir.
Mekânsal Konfor: Günışığının insan performansını yükselttiği kanıtlanmış bir gerçektir. Okullarda doğal aydınlatmanın etkinliği arttıkça deneysel sonuçların da iyileştiği görülmektedir. Ticari mekanlarda günışığı, satışları arttırmakta, konutlarda günışığına sürekli maruz kalan mekanlarda insanlar daha rahat uyumakta, hastanelerde pencereye yakın olan hastalarda uzak olanlara göre iyileşme oranı artmaktadır.
Erken tasarımda günışığının etkinleştirilmesi belirli faktörlerin tasarım açısından değerlendirilmesine bağlıdır. Bu faktörlerin temel hedefleri; kullanıcılar için günışığını en üst düzeyde sağlanması, kamaşmanın önlenmesi ve aydınlık düzeyinin düzgünleştirilmesi, termal yüklerde azaltma, ısıtma ve soğutma, aydınlatma için harcanan enerjinin azaltılmasıdır.
Mekanda Günışığına bağlı fiziksel çevre faktörleri
Günümüzün gereklilikleri arttıkça tasarımcıların da fiziksel çevre faktörleri ile ilgili bilgi dağarcıklarının artması ve bu bilgi birikimlerini erken tasarım aşamasında kullanabilmeleri tasarım kalitesi için oldukça önemlidir. Tasarımcı mekanı için günışığı ile ilgili kriterlerin çözümlemesini yaparak mekanın günışığı değerlerini belirlemelidir. Belirlediği görsel konfor koşullarını mekanın sağladığına emin olmalıdır. Günümüzde bazı günışığı faktörleri görsel konfor açısından zorunlu olmasına karşın bazı faktörler kaliteyi yükselten tasarımcının isteğine bağlı tasarım sürecine dahil edebileceği önem derecesine sahiptir. Günışığı faktörleri tasarım sürecinde değerlendirildikten sonra belirlenen sorunlara çözüm için günışığı teknolojileri kullanılabilir. (Resim 1)
Bu yazıda mimari tasarımda kullanılabilecek değerlendirme faktörleri ele alınmaktadır. Herhangi bir faktörde istenilen niteliklere ulaşılamaması durumunda günışığı ile ilgili teknolojiler kullanılabilir. Günışığına bağlı tasarımda kullanılabilecek faktörler aşağıdaki gibi ele alınabilir.
Günışığı Faktörü ve Aydınlık Düzeyi
Günışığının aydınlatma etkisi, yapay aydınlatmaya göre insanların daha fazla dikkatlerini çekmekte ve memnuniyetin artmasına neden olmaktadır.
Bina sakinlerinin tercih ettiği aydınlık düzeyleri farklılıklar gösterebilmektedir. Bu farklılıklar; kişinin ışığa karşı hassasiyetine, uyku kalitesine, biyolojik saatine, iyi olma ve konfor derecesine bağlıdır. Günışığı aydınlık düzeyi görsel performans, ruh hali, tercihler, memnuniyet, sağlığı kuvvetli derecede etkilemekte aynı şekilde iş performansı, sosyal ilişkiler ve iletişimi ise desteklemektedir [1]. Birim alana düşen ışık akısı olarak tanımlanan aydınlık düzeyi gözün görme yeteneğini doğrudan etkileyen bir faktördür. (Şekil 1)
Sekil 1 -Pencere boşluğundan mekana yayılan aydınlık düzeyi dağılımı.
Görsel konfora aydınlık düzeyinin etkinliği, daha çok niceliği ile bilinmektedir. Birçok ülkede, çeşitli görsel eylemlerin minimum çaba harcanarak yerine getirilmesi için gerekli aydınlık düzeyleri deneylerle bulunmuştur. Bu değerler, ülkelere göre farklılıklar göstermektedir[2].
Aydınlık düzeyi yapılan işin önemine ve hassasiyet derecesine göre arttırılabilir. Üzerinde çalışılan iş dikkat gerektiriyorsa, uzun süreliyse, detaylar fazlaysa, hataların maliyeti yüksekse, yüksek verim gerekiyorsa, çalışma düzlemi ile çevre alan arasındaki kontrast farkı azsa veya çalışanın görme yeteneği normalin altındaysa, aydınlık düzeyinin arttırılması önerilmektedir. (Tablo 1)
Kişilerin aydınlık düzeyi tercihlerini ölçmek için uygulanan yöntemler sonucunda, çalışma düzlemi üzerindeki aydınlık düzeyini 800 lux değerine kadar arttırmak ‘olumlu’ olarak değerlendirilmiştir[3]. Aydınlık düzeyi kontrollü olarak arttırılmaya devam ettiğinde, 800 lux değerinin üzerinde kişilerin izlenimlerinin fazla değişmediği görülmüştür.
IES standartlarına göre kullanıcıların yaş ortalamalarına göre de ayrım yapılmakta ve ofis yapıları için 300 lux ile 500 lux arasında değişen aydınlık düzeyi ön görülmektedir. 55 yaşın üstünde kişiler için 500 lux olan görsel konfor seviyesi, 55 yaşı altındaki çalışan grupları için 300 lux olarak belirlenmiştir[4].
Yüksek aydınlık düzeyleri daha iyi görsel performans sağlayabilmekle beraber, mekanda görsel konforsuzlukları da beraberinde getirebilmektedir.
Tasarımda günışığı aydınlık düzeyi en öncelikli değerlendirilmesi gereken görsel konfor ile ilişkili faktördür. Tasarımcı mekanın işlevine göre gerekli olan aydınlık düzeyi seviyesini belirledikten sonra mekan içinde bu seviyelerin sağlanıp sağlanmadığını belirlemeli, eğer yetersizlikler söz konusu ise tasarım aşamasında bu sorunlar çözülmelidir. Örnek vermek gerekirse 500lx gerekli bir mekanda 300lx günışığı aydınlık düzeyinin belirlenmesi bu mekanda yapay aydınlatmaya ihtiyaç duyulacağını göstermektedir. Bu sorun günışığı aydınlatması yetersizliğine bağlı enerji tüketiminin artmasına neden olacaktır. Bu durumu erken tasarım aşamasında fark eden tasarımcı cephede değişikliğe giderek ya da günışığı teknolojileri kullanarak sorunu çözebilir.
CIE’nin 1955 yılındaki Zurih kongresinde “Günışığı Faktörü” kabul görmüştür. Günışığı Faktörü (Daylight Faktor DF), CIE tarafından; “Işıklılık dağılımları bilinen, ya da varsayılan bir gökten dolaysız ya da dolaylı olarak gelen ışığın, verilmiş bir düzlemin bir noktasında oluşturduğu aydınlık düzeyinin, hiç engellenmemiş yarım küre biçimindeki gökten gelen ışığın, yatay düzlem üzerinde oluşturduğu aydınlık düzeyine oranını gösteren değer olarak tanımlanmaktadır[5]. (Tablo 2)
Günışığı Faktörü ile ilgili yapılan çalışmalar incelendiğinde %1 altında günışığı faktörü oldukça yetersizdir. %2 ile %5 oranında Günışığı Faktörü ise iyi seviyede aydınlanma oranını ifade eder. Oranın % 10’un üstüne çıkması ise görsel konforsuzluğu arttırmakta ve kamaşma problemleri yaratmaktadır. Bazı ülkelerde Günışığı Faktörü standartlarla sınırlandırılmıştır. Örneğin ofis yapıları için Danimarka’da Günışığı Faktörü alt sınır değeri %2’dir. (Şekil 2)
Şekil 2 -Mekanın Günışığı Faktörü (DF) Dağılımı
Günışığı faktörü mekanda dış aydınlık düzeyi ile ilişkili mekânsal performansı ölçmektedir. Mekanın özellikle kapalı hava koşulları altında yeterliliği tasarımcı tarafından değerlendirilmelidir. Mekanın ortalama DF düzeyi işlev için belirlenen seviyelerin altına düşmemelidir.
Günışığı Düzgünlük Faktörü
Aynı mekân içinde veya bir mekândan diğerine geçiş durumunda, aydınlık düzeyleri arasında fark olduğu koşulda, bu geçiş kontrollü olarak yapılmalı, kamaşma ve koyu gölge oluşması engellenmelidir. Düzgünlük faktörü sağlanmalı, çalışma düzlemi üzerinde aydınlık düzeyi değişimleri %30’dan fazla olmamalıdır. Günışığı Faktörü’nün(DF) de mekân içindeki farkının %30’u geçmemesi gerekmektedir. (DFmin/DFortalama≥0,3) [8].
Düzgünlük faktörü mimari tasarımda işleve göre görece önem derecesi kazanabilmektedir. Örnek vermek gerekir ise konut işlevli bir projede bu faktör tasarımcı için önceliksiz kabul edilebilir fakat eğitim işlevli bir mekanda bu faktör her öğrencinin eşit görsel konfor şartlarının sağlanması amacı ile öncelikli rol alabilir. Tasarımcı bu faktörde şartları sağlayamadığı taktirde yapay aydınlatma seçeneği yerine günışığı öteleme teknolojileri kullanmaya öncelik vermelidir. Günışığının mekanın derin bölgelerine öteleyen teknolojilerin toplam enerji kullanımında %40 lara varan enerji tasarrufu sağlayabilecekleri unutulmamalıdır.
Günışığı Kamaşma Faktörü
Cisimlerin görülebilirliğinde rol oynayan parıltı etkeninin çok yüksek değerlere ulaşması veya hacim içindeki parıltı kontrastlarının çok büyük olması, gözün görme yeteneğini azaltarak kamaşmanın oluşmasına neden olur. Görsel konfor sağlanması için parıltı kontrastının bu yönden değerlendirilerek çeşitli işlevlerdeki hacimler için belirtilen kamaşma değerlerine uyulması gerekmektedir. (Şekil 3)
Şekil 3 -Bir Ofis mekanında bakış açısına gore mekandaki ışık şiddeti farklılıkları
Görsel konfor açısından günışığı kamaşmasını yapay aydınlatma kamaşmasına göre daha fazla hoş görüldüğü söylenebilir. Bina sakinleri pencereden kaynaklanan kamaşmadan genellikle şikâyet etmemekte, günışığından kaynaklanan orta seviyedeki kamaşmaları ise yüksek seviyede hoşgörü ile karşılamaktadır. Güneşli günlere günışığı kamaşma indeksi yüksek çıkmasına rağmen mekan sakinleri bunu tolere edebilirler. Pencerenin baktığı yöndeki manzaranın da hissedilen günışığı kamaşma indeksinde etkili olduğunu bilinmektedir. Kamaşma bilgisayarlı çalışmalarda ise daha az kabul edilebilir bir konudur.
Pencere yüzeyi gibi büyük yüzeyli ışık kaynaklarının yarattıkları kamaşma etkisinin belirlenmesi için BRE tarafından çalışmalar yapılmıştır. Gözün günışığına, yapma aydınlatmaya göre daha fazla tolerans göstermesi, dış aydınlık düzeyinin hep aynı değerde kalmaması ve hacmin iç yüzey yansıtıcılıklarının etkisini hesaba katmak amacıyla “Günışığı Kamaşma İndisi (Daylight Glare Index (DGI))” oluşturulmuştur.
Konforsuzluk kamaşması oluşmaması için, herhangi bir hacim için hesaplanan günışığı kamaşma indisi (DGI) değerinin, işlev için izin verilebilir maksimum günışığı kamaşma indisi (DGImax) değerinden küçük olması gerekmektedir. (Tablo 3-4)
Günışığı Kamaşması (DGI) ‘nın ölçümü için mevcut yapılar içi yerinde ölçüm, tasarım aşamasındaki projeler için ise bilgisayar teknolojileri kullanılmaktadır. Günışığı Kamaşması (DGI) konusunda yapılan çalışmalar değerlendirildiğinde, günışığı kamaşma konfor sınır değerinin literatürde çoğunlukla 20-22 aralığında alındığı görülmektedir. Günışığı kamaşması ile ilgili çalışmalarda, işlev farklılığının ele alındığı çalışmalar sınırlıdır. Bu nedenle tasarımcı mekanı için öngördüğü çalışma konforunun sağlanabilmesi için bir kamaşma seviyesi belirlemeli ya da 20-22 aralığında bir seviye hedeflenmelidir. Tasarımcının tasarladığı mekanda özellikle hassas görsel işler, yoğun bilgisayar kullanımı var ise bu faktör tasarlanan mekanın gerekliliklerine göre öncelikli değerlendirilmelidir. Yaygın kullanımı olan giydirme cephelerin kullanıldığı mekanlar bu faktör açısından büyük öneme sahiptir.
Güneş Radyasyon Kazancı Faktörü
Günışığının görünen bölümü, ışığın %46 sını içerir. Mekan içine yayılan günışığının içinde solar radyasyon da bulunur. Mekânın değerlendirilmesi için önemli bir kriter olan Güneş Radyasyon Kazancı Faktörü (Solar Heat Gain Faktor (SHGF)) mekân içinde güneş radyasyon kazancının yoğunluğunu değerlendirmektedir. (Şekil 4)
Güneş Radyasyon Kazancı (SHGF) değeri ılık nemli iklimsel koşullarda %4 ü, sıcak kuru iklimsel koşullarda ise %3’ü geçmemelidir[11]. Güneş Radyasyon yıl içinde yönlere bağlı olarak değişmektedir. Avrupa Kıtası’nın yıllık güneş radyasyon kazancı dağılımı Hata: Başvuru kaynağı bulunamadı’da görülmektedir. Ülkemizin iklimsel verileri değerlendirildiğinde günışığına bağlı enerjiyi ve ısısal konforu etkileyen önemli bir fiziksel çevre parametresi olan solar kazancın tasarımda ne derece önemli bir rol oynadığı anlaşılmaktadır. Özellikle yaz aylarında görsel konfor sağlanırken solar kazanç engellenmelidir. Böylelikle soğutma yüklerinde önemli ölçüde azalma sağlanabilmektedir. Kış aylarında ise solar kazanç ısıtma yüklerinin düşmesine neden olmaktadır. Bu nedenle tasarımcı bu faktörü değerlendirilerek ısıtma ve soğutma yüklerini tasarım için dengelenmesi cam ve teknoloji seçimi ile mümkün olmaktadır.
Mimar tasarladığı binanın iklimsel çevre özelliklerine ve işlevsel gerekliliklere göre mekanın solar kazancını denetlemelidir. Bu faktör için binanın gün içinde ve yıllık kullanımları tasarımcı tarafından dikkate alınmalıdır.
Solar radyasyon kazancı dış mekan ve kütlesel tasarımda da değerlendirilmesi gereken bir faktördür. Yoğun kentsel dokuda ve yüksek yapıların bir birine yakın yerleşme sorunu yazın istenmeyen dik gelen ışığı mekân içine almakta buna karşın kışın gelen istenen eğik ışığı ise alamamakta bu nedenle de ısıtma ve soğutma maliyetleri artmaktadır.
Gölgeleme ve Güneş Hattı Faktörü
Gölge dağılımı faktörü için belirlenmiş kesin bir sınır değer olmasa da ele alınan çalışma dâhilinde yaz ve kış analizleri değerlendirilmeli özellikle işlevsel farklılıklar ve mimari ihtiyaçlar göz önünde bulundurulmalıdır. İklimsel analizler ve güneş hattı işlev ilişkisi kurularak doğru yönlenme sağlanmalıdır. Mimarinin kütlesel farklılığa ve yapının gölge hattına göre dış yaşamı ne derece şekillendirdikleri analiz edilmelidir.
Değerlendirme ve Sonuç
Günışığına bağlı fiziksel çevre parametrelerinin tasarımcılar tarafından içselleştirilmesi ve aktif olarak erken tasarım aşamasında kullanılması ile birlikte mekânsal görsel konforun kalitesinin artmasının yanında enerji tasarrufu da sağlanabilecektir. Fakat tasarımcıların fiziksel çevre konusunda bilgi birikimlerinin henüz tam olarak tasarıma yansımadığı, mimarlık eğitiminde bu konuların tasarım pratiğine dönüşmemiş olduğu anlaşılmaktadır. Bu nedenle tasarımcıya erken tasarım evresinde destek olacak ve fiziksel çevre faktörlerinin tasarıma daha etkin yansımasını sağlayacak tasarım destek sistemlerine ihtiyaç vardır.
KAYNAKLAR
[1] E. D. Erdem L., “Kullanıcıların Aydınlık Düzeyi Tercihlerinin Değişkenliği Üzerine Bir Çalışma,” in IV. ULUSAL AYDINLATMA SEMPOZYUMU, 2007.
[2] A. Zeren, “Günışığı ve Konut Tasarlanması,” no. s.12., 1967.
[3] CIBSE, “Code for Interior lighting, The Chartered Engineers.” London, 1984.
[4] IES, “IES Recommended Practice for Lighting Offices Containing Computer Visual Display Terminals (VDT) – RP-24-1989.” Illuminating Engineering Society of North, New York, 1989.
[5] R. Ünver, Günışığının hacim içinde oluşturduğu aydınlığın hesaplanması, vol. yayın no 2. Yıldız Üniversitesi Yayını, 1990.
[6] M. Ş. Küçükdoğu, İklimsel Konfor ve Aydınlık Seviyesine Bağlı Görsel Konfor Gereksinmeleri Açısından, Pencerelerin Tasarlanmasında Kullanılabilecek Bir Yöntem. İTÜ Mimarlık Fakültesi Doktora Tezi , 1976.
[7] BRE, “Lighting Controls and Daylight Use.” Building Research Establishment BRE Digest 272 TIM 14947, Watford, UK, 1985.
[8] CIE-Standard, “lighting of Indoor Work Places CIE S 008 E.” 2001.
[9] C. J. B. Chauvel P., “Glare from windows: current views of the problem,” no. 14,31–46, 1982.
[10] Meteonorm, “Global Solar Map,” Global Meteorological Database for Engineers. METEONORM, 2009.
[11] G. P., Climate Responsive Building. Swiss Center For Developmet Cooperation in Technology and Management, 1993.
[12] Ecotect, “Ecotect Tutorial : Incident Solar Radiation Graphs.” 2009.