21 Kasım 2016

Enerji Etkin Bina Tasarım Stratejisi

Dünyada enerji tüketimi ve buna bağlı politikaların kaynağında iki temel konu/ sorun yer almaktadır. İlki mevcut yaygın tüketim biçimlerine yönelik enerji kaynaklarındaki azalmadır. Diğeri ise fosilbazlı enerji kaynaklarının çevre ile olan etkileşimidir.

Dünyada enerjinin temin edildiği kaynakların ortalama yarısını oluşturan fosil yakıtların önümüzdeki yüzyıl tükenmeye başlayacağı tahmin edilmektedir. Fosil tabanlı enerji kaynaklarının kullanımı ile karbon emisyonlarının atmosfere salınımının insan ve çevre üzerinde olumsuz etkileri bulunmaktadır.

Sanayileşmiş ülkelerde enerji tüketiminin sektörel dağılımına bakıldığında, sanayi ve ulaşımın ardından yapı sektörü üçüncü sırada gelmektedir. Bu iki noktadan hareketle bundan sonra çevreye verilecek en az zararı sağlamak için planlama, bina tasarımı, yapımı, kullanımı ve dönüşümü sürecinde yer alan tüm aktörlerin sorumluluğunu yerine getirmesi öngörülmektedir. Bu bağlamda, enerji etkin tasarım stratejisi ile amaç enerji etkin tasarım yaklaşımına yönelik genel bir algı geliştirmek olarak açıklanabilir.

İnşa kararı verilen binanın planlama, tasarım, kullanım ve dönüşüm parametrelerinin enerji performansına olan etkisi planlama aşamasından itibaren hesaplanmalıdır. Mimari tasarım sürecinde örneğin iklim verilerini göz önüne alan bir yaklaşım yapının enerji verimliliğini yükseltecektir. Bina inşasında kullanılacak malzemelerin üretim sürecinde, hafriyat ve bina yapımında ve kullanım aşamasında ısıtma, havalandırma, aydınlatma ve donanım kullanımında tüketilen enerjinin yeniden kazanılması söz konusu değildir. Ancak malzemelerin seçimi, yapım sürecinin hızı ve kalitesi ile sistemlerin tasarımı ve seçimi doğrudan tasarım ekibinin sorumluluğundadır.

Tasarım sürecinin en başından itibaren alınan kararların binanın kullanım aşamasındaki enerji etkinliği profilini belirlemekte olduğunda açıktır. Bu nedenle, tasarımcının sürecinin en başından itibaren alacağı kararlarını bilinçlendirmek üzere, mimari tasarım süreci ve bunun enerji performansı üzerindeki etkisi incelemek önemlidir.

Enerji etkin bina;

• Tasarım aşamasında alınan önlemlerle daha az enerjiye ihtiyaç duyan,

• İhtiyaç duyduğu enerjiyi yenilenebilir kaynaklardan karşılayan,

• Sağlanan enerjiyi en verimli şekilde kullanarak minimum salınım yapan bina olarak tanımlanabilir.

Enerji performansı ve tasarımı bağlamında bakıldığında, bina dış çevresini saran mikro-klimatik özellikler ve arazi koşulları, iç ortam konfor koşullarının belirleyicisi olan bina tipi ve kullanıcı profili yanı sıra, bina alt sistemleri olarak da sıralanabilecek kabuk ve servis sistemleri ile mekânsal organizasyon, çeşitli düzeylerdeki bina katmanları olarak değerlendirilmektedir.

Yerleşim Planlaması ve Mikroklima Denetimi

Yerleşim planlaması ve mikroklima denetiminin enerji etkinliğini sağlamak bağlamında temel amacı, ısıtma, soğutma ve havalandırmanın pasif yöntemlerle sağlanmasına yardımcı olarak iklimlendirmede aktif enerji desteğine duyulacak ihtiyacı azaltmaktır. Yerleşim planlamasının iki temel öğesi, binanın konumlanacağı arazinin tasarımı ile birlikte binanın arazide yerleşeceği noktanın belirlenmesi ve bu sayede mevcut mikroklimanın denetlenmesidir. Mikroklima, aynı iklim bölgesinde, arazinin yakın çevresinin özgün iklimsel özellikleri ile ortaya çıkan lokal bir olgudur. Makroklimatik iklim bilgileri, örneğin, Ankara iline ait meteoroloji istasyonundan alınan ortalamalara dayalı bilgileri içerirken, Ankara’nın merkezinde bitişik nizam bir parselde tasarım yapmak ile, Elmadağ eteklerinde bir tasarım yapmak arasındaki farkı belirleyen mikroklimatik özelliklerdir. Bina tasarımı, makroklimatik iklim özelliklerinden çok, mikroklimatik özellikler bağlamında şekillenmelidir. Mikroklima denetiminin elemanları, iklim özellikleri; güneşlenme miktarı ve süresi, ortalama sıcaklık, rüzgar, nem, bitki örtüsü özellikleri (bitkilerin türü, sıklığı), yakın çevredeki coğrafi elemanlar (tümsek ve çukurlar, su kütlesi) olarak sıralanabilir. Yerleşim ve mikroklima denetimini sağlayarak kullanılabilecek pasif tasarım dinamikleri doğal havalandırma ve güneş kontrolü/doğal aydınlatmadır.

Doğal havalandırma

Dış ortam rüzgar akımının iç-dış ortam arasında yarattığı basınç farkı ve iç ortam ile dış ortam arasındaki sıcaklık farkının yarattığı basınç farkından yararlanarak sağlanır. Baca etkisi ile kot farkına dayalı basınç farkı ile de havalandırmanın (hava sürüklenmesinin) güçlendirilmesi mümkündür. Mimari tasarımda doğal havalandırmayı etkileyecek faktörler: Rüzgar yönüne göre pencerelerin konumu, Pencerelerin büyüklüğü, Pencerelerin düşeyde konumlanışı, Pencerelerin açılış biçimleri ve İç duvarların organizasyonu, olarak sıralanabilir. En basit şekli ile “ısınan hava yükselir” prensibi ile özetlenebilecek, sıcak ortam havasının soğuk ortam havasından daha hafif olması nedeniyle gerçekleşen konvektif akım yardımıyla mekanlar arasında yaz ve kış koşullarında olmak üzere hava dolanımı pasif ısıtma ve serinletme amaçlı kullanılabilir.

Güneşten pasif anlamda ısıtma amaçlı yararlanabilmenin birincil yolu pencereleri güneş toplacı olarak kullanmaktır. Camların ısıl ışınımlara karşı gösterdiği davranışa dayalı, “sera etkisi”nden yararlanılarak pasif ısıtma gerçekleştirilebilir.

Yazın rüzgar yönüne ve nispeten serin olan kuzey yönlerine açılan alt kotlardaki açıklıklardan havanın alınması, mekanlar arasında ve düşeyde doğal dolanımının sağlanması ve üst kotlardaki açıklıklardan ısınmış havanın dışarı bırakılması yolu ile doğal havalandırma mümkündür. Bu prensibe dayalı olarak havalandırmayı güçlendirmek üzere tasarlanmış özel güneş bacaları yardımı ile baca etkisinden yararlanarak serinletmeye yönelik daha güçlü bir hava akımı sağlanabilir. Kışın ise, sera etkisine dayalı olarak güneş bacası içinde ısınan havanın mekanlara yine doğal dolanım yolu ile ulaştırılması sağlanabilir. Hatta döşeme aralarında dolaştırılan serin veya ılık havanın ısıtma veya soğutmayı desteklemek amaçlı kullanılması de mümkündür.

Güneş kontrolü/doğal aydınlatma ilkeleri de aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Sıcak dönemde güneş ışınımından korunup, soğuk dönemde faydalanarak binanın aktif enerji ihtiyacının azaltılması,

• Bu bağlamda bina tasarımı ve peyzaj tasarımının dikkatle ‘birlikte’ ele alınması,

• Tasarımda uygun aydınlık seviyesinin ve gün ışığının uygun dağılımının sağlanması ve kamaşmanın önlenmesi.

Camlı yüzeylerde güneş kontrolünü destekleyici uygulamalar;

• Uygun yönlenme: gölgelenme ve güneş kontrolü açısından önemlidir.

• Camlı yüzeylerin alanı: toplam camlı yüzey alanı bina toplam alanının
%10-15’ini geçmemelidir.

• Kullanılan cam tipi ve özellikleri (solar özellikleri, gölgelenme katsayısı, vb.)

• Gölgelenme ve güneş kontrol elemanlarının tasarımı ve kullanımı

Bilindiği gibi, güneş dünyanın kuzey yarım küresinde kışın daha eğik bir açı ile ve doğunun güneyinden doğup, batının güneyinden batarak daha kısa bir yörünge izlemekte; yazın ise, daha dik bir açı ile ve doğunun kuzeyinden doğup, batının kuzeyinden batarak daha uzun bir yörünge izlemektedir. Bu durum, yaz ve kış koşullarında güneş kontrolü için önemli avantajlar sunmaktadır. Örneğin peyzaj tasarımında, kışın yapraklarını döken, yazın ise yapraklanan ağaçların binanın güneş/ gölge durumu da dikkate alınarak yerleştirilmesi halinde bina bileşenlerine ihtiyaç duymadan da kontrol sağlanabilecektir.

Sera etkisi, güneşin kısa dalga kızıl ötesi ışınımlarına karşı tamamen geçirgen davranış gösteren camların, iç ortamda yüzeyler tarafından emildikten sonra, ortama uzun dalga olarak yayılan ışınımlara karşı geçirimsiz davranış göstermesidir. Bu durum camlardan içeri giren ışınımları içeride kilitleyerek sürekli bir ısıtma sağlamaktadır. Isıtma ihtiyacı gerektiren dönemler için oldukça yararlı olan bu durum, gereksiz ısı kazançlarını önleyebilmek için dikkatli bir kontrol gerektirir.

Pasif güneş tasarımında camlı yüzeylerin yoğunluklu olarak güney ve güneye yakın yönlerde yer alması ile (güneş yörüngesi ve yaz-kış yüksekliği de dikkate alındığında) kontrolün kolay, kazançların yüksek olduğu olduğu görülür.

Doğal aydınlatma ilkeleri

1. Yazın iç ortamda yeteri günışığı sağlayarak, elektrikli aydınlatmanın kapalı tutulması sağlanmalıdır. Günışığı iyi bir şekilde dağıtılarak alınırsa, iç ortamdaki aydınlık düzeyini gerekenden çok daha yükseltebilir.

2. Kışın, özellikle ısıtma gerektiren binalarda güneş ışığının mümkün olduğunca içeriye alınması sağlanmalıdır. İç ortamda parlama veya kamaşma oluşturmadığı sürece günışığında herhangi bir sınırlama gerekmez.

3. Isıtma gerektirmeyen binalarda ise, birinci sıradaki kural, yaz dönemi kadar kış dönemi için de geçerlidir.

4. Eğer pencerelerde güneş spekturumunun belirli dalga boylarına karşı seçici geçirgen camlar kullanılırsa, güneş ışığının verimliliği önemli oranda artar. İklimsel veriler dikkate alındığında, bina formunun ve en-boy oranlarının oldukça önem taşıdığı görülür.

Türkiye’deki iklim özellikleri dikkate alındığında, farklılıklar gözlenmekle birlikte genel prensip, mümkün olduğunca binaların doğu-batı doğrultusunda uzanmasını sağlamak, güney cephesini genişleterek güneş kazançlarını ve kontrolü kolaylaştırmaktır.

Pasif güneş tasarımı

Pasif güneş teknolojisine dayalı bina tasarımında öncelikle o binanın tasarlanacağı
iklim bölgesinin özellikleri iyi bilinmeli ve tasarım o iklim bölgesinin özel koşullarına uygun olarak geliştirilmelidir. Pasif binanın, özel bina bileşenlerinin tasarımıyla, güneşten doğrudan kazanç (örn. camlı yüzeyler aracılığı ile), dolaylı kazanç (örn. güneş odası veya Tromb duvarı ile) ve ayrık kazanç (örn. termosifon sistem) sistemlerine dayalı olarak enerji tüketimini en aza indirecek oldukça etkin sonuçlara ulaşması sağlanabilir.

Mekansal organizasyon kullanıcı gereksinimleri ve tercihleri ile estetik kararların bileşiminden oluşmaktadır. Bu bileşenlerin her biri bina enerji performansı ve çevresel etkisine yönelik önemli girdiler sağlamaktadır. Bu anlamda, açık, yarı açık ve kapalı alanların kullanımı, bu mekanların yönlenmeleri, mekanların sınırlarını belirleyen iç ve dış yüzeydeki ısı kayıp ve kazançları mekansal örgütlenmenin enerji kullanımına olan etkisini belirlemektedir.

Enerji performansını yükseltmek amacıyla mimari program kurgulanırken;

•Aynı tip aktiviteyi barındıran, gün içerisinde kullanım zamanları çakışan ve kullanıcı yoğunluğu birbirine yakın mekanların beraber düşünülmesi ile bina ısıl zonlara ayrılmalıdır.

•Konfor sıcaklığının daha düşük olabildiği servis hacimlerinin kuzeye, yaşama mekanları güneye yerleştirilmelidir.

•Kullanım şeması incelendiğinde yakın aktivitelerin mekanlarının yakın tipte ve boyutta olacağı göz önünde bulundurulmalıdır.

•Güneş ışığından optimum faydalanmak için doğru yönlendirilmiş geçiş mekanları (sera, limonluk, güneş evi gibi) tasarlanmalıdır. Bunun temel amaçları, ısıl tampon bölge elde etmek, doğal havalandırma için sıcaklık farkı yaratmak, iç kapıları açıp kapatarak gün içerisinde gerektiğinde iç ortamın sıcaklığını yükseltmek ve/veya gece iç ortam sıcaklığındaki düşüşü azaltmaktır.