Binalarda Sürdürülebilirlik Persfektifinden Cephe Sistemleri

SERKAN EMİN
LEED AP, BEMP, CPMP ENERJİ YÖNETİCİSİALTENSİS ŞİRKET ORTAĞI

Odağında enerji verimliliği olmak zorunda olan sürdürülebilir bir bina tasarımında bütünsel bütünsel tasarım yaklaşımı ile birçok alternatif senaryo test edilerek en optimum çözüm bulunmaya çalışılır. Bu optimum çözümün bulunması sürecinde enerji verimliliği özelinde bina cephesi en önemli noktalardan biri olarak ön plana çıkmaktadır.

Küresel ısınma ve temiz su arzı gibi çevresel sorunların giderek ciddi boyutlara ulaştığı bugünlerde sürdürülebilir bina, yeşil bina, enerji verimli bina gibi kavramları giderek popüler bir hale gelmektedir. Zira, yapılan araştırmalar neticesinde dünyadaki enerji tüketiminin yaklaşık %40’ının, su tüketiminin ise yaklaşık %30’unun binalardan kaynaklandığı ortaya konulmuştur. Ayrıca, insanın günlük hayatının yaklaşık %90’ı binalarda geçmektedir. Diğer yandan, küresel ısınma ve olumsuz çevresel ve sosyal etkileri, fosil yakıt kaynakların ömürlerinin sonuna yaklaşılması, tatlı su kaynaklarının azalması ve sürdürülebilirliği üzerindeki tehditler gibi konular tüm ülkelerin ve ilgili uluslararası kuruluşların ajandasındaki en önemli

maddelerdir. Çünkü, bu konu başlıkları tüm insanlığın çok da uzak olmayan bir gelecekte çok temel yaşamsal ihtiyaçlarını karşılayamaması gibi bir sonuca ulaşılmasına sebep olacaktır. Bütün bu sebepler, daha az kaynak tüketen, daha enerji ve su verimli, daha kaliteli yaşam alanlarına sahip sürdürülebilirlik kriterlerini ön planda tutan çevre dostu yeşil binalara olan gereksinimi ön plana çıkartmaktadır.

Sürdürülebilirlik kriterlerine göre tasarlanmış ve inşa edilmiş binalar sadece enerji ve su tasarrufu sağlamamaktadır. Bina sakinlerinin sağlığına ve konforuna da büyük önem vermektedir. Binalar tasarlanırken iç mekan hava kalitesi, doğal aydınlatma, sıcaklık ve nem kontrolü, atık yönetimi gibi insan sağlığını direkt etkileyen unsurlar planlanmakta, ayrıca inşaatında kullanılan yöntemler ile son kullanıcıya daha temiz bir ortam bırakılması hedeflenmektedir. Bazı yurtdışı kaynaklı araştırmalara göre, bu tip binalarda çalışan veya yaşayanların diğer binalardakilere göre çalışma performanslarının daha yüksek olduğu görülmektedir.

Sürdürülebilirlik prensiplerini entegre etmiş yeşil bir binaya giden süreçte en önemli adım söz konusu binanın tasarımıdır. Yola yeşil bina yapmak amacıyla çıkıp bütün tasarım süreçlerinde çevre ve enerji odaklı hareket edilmesi binanın inşaat aşamasında sıradan bir binayla karşılaştırıldığında doğabilecek ek maliyetleri de asgari seviyeye indirgeyecektir. Yeşil binalara giden yolun aşamalarının iyi planlanarak bir proje disiplininde yönetilmesi gerekmektedir. Bu noktada, tasarım sürecinde bina yapımını çevreye olan tüm etkileri ile ele alan bütünsel tasarım yaklaşımı ile hareket edilmelidir.

Odağında enerji verimliliği olmak zorunda olan sürdürülebilir bir bina tasarımında bütünsel tasarım yaklaşımı ile birçok alternatif senaryo test edilerek en optimum çözüm bulunmaya çalışılır. Bu optimum çözümün bulunması sürecinde enerji verimliliği özelinde bina cephesi en önemli noktalardan biri olarak ön plana çıkmaktadır. Bina cephesine dair parametrelerden birinde yapılacak bir değişiklik binanın enerji talebini değiştirecek ve akabinde o talebi karşılamak için tesis edilmiş ısıtma, soğutma, havalandırma, aydınlatma sistemleri de bir bir etkilenecektir. Her sistemin kapasitesi ve kontrol metodları revize edilmek zorunda kalacaktır. Dolayısıyla, cephe sistemleri binanın temel sistemleri olan ısıtma, soğutma, havalandırma ve aydınlatma gibi sistemleri değiştirme etkisine sahiptir. Bir benzetmeyle ifade edersek domino taşlarının en başta olanıdır. Bir hareketi ile takip eden tüm taşları (bina temel sistemleri) hareket ettirmektedir.

Peki bina cephesinde yapılacak bir değişikliğin yaratacağı veya alternatif birkaç cephe sistemi arasındaki performans farklarını doğru ve gerçeğe en yakın şekilde nasıl hesap edebiliriz? Burada karşımıza enerji modellemesi enstrümanı çıkmaktadır. Bütünsel tasarım yaklaşımı ile yürütülen sürdürülebilir bina tasarım sürecinde kullanılan en önemli enstrümanlardan bir tanesi enerji modellemesidir. Binalarda enerji harcamasına etki eden birçok unsur varken optimum çözümlere ulaşabilmek için sayısal analiz yöntemlerinden ve bilgisayarlardan yararlanmak gerekmektedir. Yalnızca, tecrübeye dayanarak ve tek yönlü bir faydaya odaklanarak gerçekte elde edilebilecek optimum çözümlerin bulunması mümkün olamamaktadır. Bina enerji modellemesi, genel olarak, binanın enerji harcamasına etki edebilecek tüm verilerin bir bilgisayar programına girilmesi ve bu program vasıtasıyla binanın tüm enerji harcamalarının yıllık, aylık, günlük ve hatta saatlik olarak simüle edilerek ortaya çıkarılması ile yapılmaktadır.

Tek başına mimarın, tek başına mekanik tasarımcının veya tek başına elektrik tasarımcısının önerebileceği iyileştirmelerin maliyetler de gözönüne alınarak optimize edilmesi gerekmektedir. Sonuç olarak, bina tasarımındaki domino taşlarının en başındaki cephede alternatif tasarımların karşılaştırmalı performans çalışması için enerji modellemesi enstrümanı kullanılabilir. Alternatif cephe tasarımları arasında optimum olanı bulmak için yapılan örnek bir çalışma aşağıda detaylı bir şekilde anlatılmaktadır. Karşılaştırmalı performans analizinin yapıldığı çalışmada kullanılan bina, günümüzde sıkça karşılaşılan bir mimaride ve büyüklükte olan 30 katlı tipik bir ofis plazasıdır ve Istanbul’da bulunmaktadır. (Analiz İstanbul iklim koşullarına göre yapılmıştır.) Binanın üç boyutlu termal modeli Şekil-1’de gösterilmiştir.

Binanın iç kat planları çekirdek zonu ve yönlere göre bölünmüş kabuk zonları şeklinde kabul edilmiş ve iç mahal konfor sıcaklık set değerleri bu kabule göre ayarlanmıştır. Cepheye dair alternatif tasarımlar arasında fark yaratan parametreler şunlardır:

•Cephedeki opak yüzeylerin (spandrel panel, dış duvar, vb) ısı geçirgenliği (Uopak)
•Cephedeki transparan yüzeylerin (cam yüzeyler, pencereler, vb) ısı geçirgenliği (Uvizyon)•Cephede kullanılan camın güneş ısı kazancı faktörü (Solar Heat Gain Coefficient – SHGC)

Her cephe tasarım alternatifinde aşağıda beliritilen parametreler aynı kabul edilmiştir:

•Cephedeki cam oranı (Window to Wall Ratio – WWR = %50)•Çatı ısı geçirgenliği (Uçatı = 0,40 W/m2K)•Toprak temaslı döşeme ısı geçirgenliği (UTTD = 0,60 W/m2K)•İç mahallerdeki aydınlatma güçleri •HVAC sistem tipleri •Taze hava debileri

Böylelikle, sadece yukarıdaki üç parametrenin yarattığı farklar gözlemlenmiştir. Bu üç farklı parametre gerçek piyasa koşulları içerisinde karşımıza çıkabilmesi yüksek ihtimalde olan üç alternatif cephe değerlerine sahip olacak şekilde belirlenmiştir. Karşılaştırmalı olarak incelenecek olan üç cephe sisteminin özellikleri Tablo – 1’de gösterilmiştir.

•Alternatif–1 olarak adlandırılmış olan cephe sistemi sadece Türkiye’nin yerel yönetmelik ve standartlarını sağlayan ama ilave hiçbir özelliği olmayan bir alternatiftir.

•Alternatif–2 olarak adlandırılmış olan cephe sistemi Türkiye’nin yerel yönetmelik ve standartlarının üzerine çıkmış ve bugün A sınıfı şeklinde tabir edilen, yeşil bina hedefinde olan bir ofis plazasında görebileceğimiz özellikli bir alternatiftir.

•Alternatif–3 olarak adlandırılmış olan cephe sistemi enerji verimliliğini tasarım kriterleri arasında en üst sıraya koymuş ve A sınıfı şeklinde tabir edilen ofis plazalarının çok üzerinde bir hedefe sahip çok özel bir alternatiftir.

Üç cephe alternatifinde de cam cephe oranı (WWR) %50 olarak aynı kabul edilmiştir. Günümüzde bu oranın çok üzerinde cam cepheye sahip ofis plazaları yapılsa da ortalama olarak %50 oranını kabul etmek yanlış olmayacaktır. Bu parametre (WWR) binanın enerji talebi ve performansı açısından en önemli parametrelerden biri olmasına rağmen bu analizde diğer parametrelerin etkisini gözlemleyebilmek adına sabit kabul edilmiştir.

Tablo – 1’de gösterilen kombinasyonların hepsi ayrı ayrı modellenmiş ve tüm yıllık (365 gün x 24 saat = 8.760 saat) tam dinamik simülasyonları yapılmıştır. Yapılan simülasyonların detaylı sonuçlarının her bir kombinasyon için teker teker gösterilip irdelenmesi çok uzun olacağı için sadece ısıtma, soğutma ve toplam enerji maliyetleri karşılaştırılmış ve Grafik – 1’de gösterilmiştir.

Yukarıdaki grafikte belirtilen sonuçlara göre Alternatif – 1 adlı cephe sistemi baz kabul edilirse, Alternatif – 2 adlı cephe sisteminin ısıtmada %10, soğutmada %13 ve toplam enerji (ısıtma, soğutma, havalandırma, aydınlatma, kullanım sıcak suyu, ofis ekipmanları, vs.) maliyetinde %8 daha verimli olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu iki cephe sistemi arasındaki ilk yatırım maliyeti farkı ile yukarıdaki analizde ortaya çıkan toplam enerji maliyetleri farkı karşılaştırılarak Alternatif – 2 cephe sisteminin ilave maliyetinin geri ödeme süresi hesabı yapılması tam olarak doğru olmayacaktır. Zira, daha performanslı bir cepheye sahip olan Alternatif – 2 adlı sistemde kullanılacak olan kazan, chiller, soğutma kulesi, sirkülasyon pompaları gibi HVAC ekipmanları binanın ısı talebinin daha düşük olacağından ötürü daha ufak kapasitede olacak ve bu ekipmanlardan kaynaklanacak ilk yatırım maliyetinde düşüş olacaktır. Dolayısıyla, geri ödeme süresi hesabı yapılırken bu nokta da dikkate alınmalı ve doğru bir hesaplama yapılmalıdır.

Sonuç olarak, yukarıdaki analiz çıktılarından da görülebileceği üzere cephe sistemlerindeki seçim binaların enerji talebi ve dolayısıyla yıllık toplam enerji tüketimini belirleyen en önemli kararlardan biridir. Dünyadaki enerji tüketiminin yaklaşık %40’ının binalardan kaynaklandığı düşünüldüğünde, cephe tasarımında verilecek olan kararın yukarıdakine benzer yapılmış bir optimizasyon çalışmasını barındıran bütünleşik tasarım süreçleri içerisinde verilmesi faydalı olacaktır. Böylelikle, dünyadaki enerji tüketiminin uzun vadede %3 ila %5 arasında düşürülebileceği gibi bir sonuç çıkarılabilir. Binalarda sürdürülebilirliğin önemli bir başlığı olan enerji talebi, tüketimi ve tüketiminden kaynaklı sera gazı emisyonları göz önüne alındığında, cephe sistemlerinin sürdürülebilir binalar hedefi içerisinde çok önemli bir yeri olduğu rakamlarla da teyit edilmiş şekilde açıkça ortaya çıkmaktadır. Enerjisinin çoğunluğunu yurt dışı kaynaklardan sağlayan ülkemiz için binalarda yukarıda bahsi geçen cephe sistemlerindeki gibi yapılabilecek enerji verimliliği uygulamaları büyük önem arz etmektedir. Bu yaklaşım, aynı zamanda ülkemizin sürdürülebilir kalkınmayı baz alan piyasa ve iş modellerine geçişinde de büyük kolaylık sağlayacaktır.