Çevre Dostu Çatılarda Entegre Sistemler

Ayşe Miray Gemi, Y.Mimar

Yeşil Çatı + Fotovoltaik Panel
Önemi her geçen gün artan çevre dostu yeşil binaların bu ünvanı alabilmeleri için temelden çatıya kadar çevre dostu özellikleri taşımaları gerekmektedir. Özellikle çevresel etkilere direk maruz kalan bina kabuğunun doğru olarak seçilip uygulanması önemlidir. Binanın çatı ve cephesinin çevrenin istenmeyen etkilerine karşı bir kalkan görevi görmesi, bununla beraber çevrenin kabul edilebilir etkilerinden de binanın yararlanmasına olanak sağlaması gerekmektedir. Bina kabuğunun önemli bir kısmını oluşturan çatılarda uygulanacak çevre dostu sistemlerden biri yeşil çatılardır. Özellikle yoğun yapılaşma alanlarında kaybedilen yeşilin mikro klimaya yaptığı olumsuz etkileri dengelemek için ve küresel ısınmaya karşı alınabilecek etkili önlemlerden biri olarak yeşil çatılar güçlü bir yöntemdir.[1] Yeşil çatı sistemleri yapıya getirdiği ekonomik ve ekolojik avantajları sayesinde enerji etkin yapı tasarımına önemli ölçüde katkıda bulunur.

Çevre dostu binaların sadece enerji verimli olması çoğu zaman yeterli olmamakta, kendi enerjisini temiz enerji kaynaklarını kullanarak kendisi üreten bir yapıya sahip olması gerekmektedir. Bu anlamda yapının güneşe en çok maruz kalan elemanı olan çatılarda güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik paneller kullanılabilir. Panellerin çatı üstüne uygulamalarında en büyük problem genellikle yanlış montaj prensipleri nedeniyle su yalıtımının ya da çatı konstrüksiyonunun zarar görmesi olmaktadır. Problemsiz ve estetik çözümler elde etmek için, paneller mimari bir öğe olarak düşünülerek, binaların tasarım aşamasında hesaba katılmalı, uygun detay ve sistemlerle uygulama yapılmalıdır. Çevre dostu çatılarda iki önemli unsur olan fotovoltaik sistemler ve yeşil çatılar birlikte kullanıldığında ise birbirlerinin etkinliklerini artırmada karşılıklı faydalar sağlamaktadırlar. Panellerin çatıya bağlanmasında çatıya zarar vermemek için yeşil çatı sisteminin sunduğu bazı özel olanaklardan faydalanılmaktadır.

Fotovoltaik paneller verimliliklerine göre güneş enerjisini belirli oranda elektrik enerjisine dönüştürürler. Fakat fotovoltaikler için en büyük sorun, güneş ışınımının aslında en çok olduğu ve en çok faydanın sağlanmasının beklendiği yaz koşullarında, havalandırma eksikliği ve aşırı ısınma nedeniyle verimliliklerinin düşmesi olmaktadır. Ortam sıcaklığı 25°C’ yi geçtiğinde fotovoltaik panellerin verimlilikleri düşmeye başlar. Genel kabul görmüş bir kural olarak: 1°C’ lik ısınma başına %0,5’lik verim kaybı olmaktadır.[2] Bu durum fotovoltaiklerin enerji üretimini yüksek oranlarda düşürmektedir. Yeşil çatı sistemi, çıplak veya çakılla kaplı çatılarla kıyaslandığında, bitki seviyesinde oluşturduğu buharlaşma ile yarattığı soğutma etkisi sayesinde fotovoltaik paneller için istenen sıcaklıklardaki hava koşulunu sağlamaktadır. Ayrıca panellerin altında oluşacak hava akımıyla da aşırı ısınması önlenerek enerji üretimlerindeki verimliliklerinin artması sağlanmaktadır. (Resim 1)[3] Resim 1’de görüldüğü gibi çıplak çatılarda çatı yüzeyi sıcaklığı: 80°C’ ye kadar ulaşabilmektedir. Yeşil çatılarda ise en fazla 35°C olmaktadır. Sıcaklık farkı 45°C’ dir. Dolayısıyla yeşil çatılara kıyasla, çıplak çatılarda kullanılacak fotovoltaik panellerde maksimum %22,5’luk verim kaybı olabilmektedir. [3] Yeşil çatı ve fotovoltaik panel entegre sistemler, genellikle seyrek yeşillendirilmiş çatılarda tercih edilmelidir. Çünkü yoğun yeşillendirilmiş alanlarda yüksek boylu bitkiler panel seviyesine ulaşıp panele gölgeleme etkisi yaparak, verim kaybına neden olmaktadırlar.

Tüm teras çatılarda olduğu gibi, yeşillendirilmiş çatılarda panel montajında ana kural, su yalıtımının hiçbir şekilde delinmemesidir. Bu nedenle paneller, bitki taşıyıcı tabakaların ağırlığı ile sabitlenir. Bu amaçla su yalıtımı ve/veya koruyucu keçe üzerine hiçbir sabitleme bağlantısı olmadan konacak özel plakalara, paneli taşıyan çerçeveler sabitlenir. Bu plakalar aynı zamanda su tutma haznelerine ve difüzyon deliklerine sahip olduğu için drenaj

vazifesini sürekli olarak sağlarlar. Bu plakaların üzeri, gerekli yük miktarı kadar bitki taşıyıcı katmanla kaplanarak sistem tamamlanır.[4] Resim 2’de görülmekte olan örnek sistem, fotovoltaik panellerin montajına imkân verirken, aynı zamanda yeşil çatı işlevlerini de gerçekleştirir. Düz teras alanlarda %15’e kadar olan eğimlerde uygulanabilmektedirler. Resim 2: Yeşil çatı ve fotovoltaik panelin entegre uygulaması [5] Paneli

taşıyan çerçevelerin yüksek oluşu nedeniyle solar paneller ve bitki seviyesi arasında güvenilir bir yükseklik oluşmaktadır. Bu bitkinin yeterli gün ışığı ve yağmur suyu almasına ve bakımın kolayca yapılmasına olanak sağlamaktadır. [3] İlk olarak, yeşil çatı katmanları ve panel taşıyıcı çerçeveleri uygulanır. (Resim 3) Daha sonra panellerin montajı ve çatının yeşillendirmesi yapılır. (Resim 4) (Resim 3) [3] , (Resim 4) [5]

Bir Uygulama Örneği; Nevşehir Yurt Binası
Çevre dostu yeşil bina sertifikalarından biri olan amerikan değerlendirme sistemi LEED’i (Leadership in Energy and Environmental Design) almak için yola çıkan ve Türkiye’nin ilk kamusal çevre dostu yeşil binası olmayı hedefleyen Nevşehir H. Avni İncekara Fen Lisesi Yurt Binası, İncekara Holding tarafından sosyal sorumluluk projesi kapsamında yaptırıldı. Sonrasında Milli Eğitim Bakanlığına devredildi. Projenin müellifi ve yüklenici firması olan Tamfa Mühendislik, yeşil bina konsepti kapsamında, tasarım aşamasında bizden yapının çatısının çevre dostu çatı konsepti olarak tasarlanmasını talep etti. Binanın amaçladığı hedefler doğrultusunda, sürdürülebilir bir sistem tasarlanarak, çatıda yeşil çatı ve çatıya entegre fotovoltaik panel uygulaması yapıldı.

Bu binada çatı eğimi % 15’i geçtiği için (%38) başlangıçta bahsedilen klasik yeşil çatı ve fotovoltaik entegre sistemi kullanılmamıştır. Fotovoltaik paneller çatıya paralel bir şekilde yerleştirilmiş, havalandırmanın sağlanabilmesi ve montaj kolaylığı için, panellerin altına bitüm esaslı oluklu levhalar uygulanmıştır. Yeşil çatılar geri kalan eğimli alanlarda uygulanmış olup panellerle birleşim detayları özel olarak çözülmüştür. Türkiye’de fotovoltaik panellerin çatıya entegre olarak yapılmış ilk uygulamalarından biri olan bu binada, aynı zamanda Türkiye’nin ilk yeşil çatı ve fotovoltaik panel entegrasyonu uygulaması da gerçekleşti. Bina yeşil çatı uygulaması ile çatısında canlı bitkiler yetiştirecek, böylece yağmur sularını doğal olarak arıtacak, hem drenaj elemanı olarak kullanılan EPS levhalarla ısı yalıtımını doğal olarak yapacak, hem de canlılar için ekolojik bir ortam oluşturacak. Yeşil çatıların tüm bu avantajlarından yararlanacak olan bina aynı zamanda 13,5 kW’lık kurulu fotovoltaik gücüyle kendi elektriğini kendisi üretecek, uygun yasa düzenlemeleri yapıldığı takdirde şebeke uyumlu olarak oluşturulduğu için sistemde hiçbir değişiklik yapılmadan fazla enerjisini devlete satmaya başlayacaktır. Yurt Binasının çatısında 3 farklı sistem uygulanmıştır.

A) %38 Eğime Sahip Çatıda Yeşil Uygulaması Katmanları
Çatıda, 2 kat bitümlü su yalıtımı (2. kat FLL sertifikalı köke dayanımlı su yalıtım membranı), Nem tutucu ve koruyucu şilte, Eğimli yüzeylere uygun drenaj katmanı (EPS), Bitki taşıyıcı katman kullanılmıştır. Bitkilendirme; çeşitli sedum tipleri sulama, mevsimsel yağış farklılıkları göz önünde tutularak bilgisayar kontrollü bir sistem olarak düşünülmüştür. Gizli derelerden düşey yağmur iniş borularıyla çatının drenaj sistemi çözülmüştür. Su giderlerinde, özel kontrol kapakları kullanılmıştır. (Resim 5) [5]

B) %38 Eğime Sahip Güneye Bakan Çatıda, Eğime Paralel Fotovoltaik Panel Uygulaması Katmanları
Bu sistem, bitüm esaslı oluklu levhalar için oluşturduğumuz prensibe göre tasarlanmış ve uygulanmıştır. Oluklu levha üzerine oturtulan, malzemeyle uyumlu taşıyıcı ayaklar sayesinde paneller çatıya monte edilebilmiştir. Oluklu levha, sıcak günlerde panel altında yeterli havalandırma ve soğutma sağlayarak panelin verimliliğinin düşmesini engellemektedir. Aynı zamanda ayakların oluk tepelerinden montajı yapılarak su sızdırmazlık ilkesine uygun bir uygulama yapılmaktadır. (Resim 6) [5]

C) Teras Çatı Üzerine PV Panel Uygulaması
Panellerin güneşe uygun açıda konumlandırılabilmesi için açılı özel çerçevelere oturtulmuştur. Binada kullanılan fotovoltaik panellerin tümü 2. nesil olarak adlandırılan yeni teknoloji ince film panellerdir. İnce film panellerin en önemli özelliği, yaygın ışınımda yani bulutlu havalarda da enerji üretebilmesidir. Panellerin toplam kurulu gücü 13,5 kWp’dır. Paneller yurt binasının enerjisinin büyük bir kısmını karşılayabilecektir. Uygun yasal düzenlemeler yapıldığı takdirde, sistem direk olarak şebekeye bağlanabilir özellikte olduğu için hiçbir ilave önlem alınmadan fazla enerjisini devlete satmaya başlayacaktır. Ayrıca elektrik enerjisini temiz enerjiden karşılamayı seçen binanın karbon salınımı da önemli ölçüde azalacaktır. (Resim 7) [5] Nevşehir H. Avni İncekara Fen Lisesi Yurt Binası’nın çatı alanındaki yeşil çatı ve fotovoltaik panel entegrasyonu uygulamasında, yüklenici ve proje müellifi ile karşılıklı görüşmeler sonucunda, farklı taleplere ve ihtiyaçlara yanıt verebilmek için, anlatılan klasik sistemin ötesinde çözümler ortaya koymamız gerekmiştir. Çatı eğimleri klasik sistemin eğim sınırlarının üzerindedir. Dolayısıyla su sızdırmaz özellikte montaj uygulamasını gerçekleştirebilmek, fotovoltaik panellerin verimliliği için yeterli havalandırmayı ve soğutmayı sağlamak ve iki sistemin birleşiminde estetik görünümü yakalayabilmek için, proje odaklı özel çözümler üretilmiştir. Bunun sonucu olarak, Türkiye’nin ilk yeşil çatı ve fotovoltaik panel entegrasyonu uygulaması, Avrupa’daki uygulamaların da bir adım ötesine geçerek gerçekleştirilmiştir. Ülkemizde çok yeni olan bu tip uygulamalar, her türde konstrüksiyon, form ve kaplama malzemesine sahip çatılarda doğru prensipler çerçevesinde uygulandığı sürece, estetik ve fonksiyonel çözümler elde edilebilmektedir.

Kaynaklar

[1] Onduline Avrasya A.Ş. “Sistem Ondugreen” Broşürü, 2010
[2] Uluslararası Yeşil Çatı Kongresi ’09, Stuttgart, Almanya
[3] Zinco GmbH Solarenergie und Dachbegrünung, 2009
[4] Onduline Avrasya A.Ş. “Enerji Üreten Çatılar” Broşürü, 2009
[5] Onduline Avrasya A.Ş. Fotoğraf Arşivi