Toplam Maliyeti Düşük Sıfır Karbon Binalar Mümkün müdür?

İstanbul'da Bir Konut Örneği

Prof. Dr. A. Zerrin YILMAZ, Bülent AYDIN

Bina endüstrisi, hiç şüphesiz, yaşam kalitesini ve çevreyi etkileyen en önemli endüstriyel ve ekonomik sektörlerden biridir. Çünkü bilinmektedir ki, binalarda kullanıcı konforunu temin etmek için ısıtma, soğutma, havalandırma ve aydınlatma amacıyla harcanan enerji dünyadaki toplam enerjinin hemen hemen yarısı kadardır ve toplam karbon salımının üçte biri ve hatta daha fazlasından binalar sorumludur.

Türkiye için bu konuya bakıldığı zaman da benzer bir tablo ile karşılaşılmaktadır. Endüstrileşme, kentselleşme ve hızlı nüfus artışı gibi nedenlerle enerjiye ve aynı zamanda daha konforlu iç ortamlara olan talebin her geçen gün artması ve enerji tüketimine bağlı sera gazı salımları ile çevreye verilen zararların tehlikeli boyutlara ulaşmış olması göz önüne alındığında, bina endüstrisine büyük bir sorumluluk düştüğü açıkça görülmektedir. Bu nedenledir ki, tüm dünya ülkelerinde binaların kullanım sırasındaki sera gazı salımlarını azaltmaya yönelik önlemler alınmakta ve uyulması zorunlu yönetmelikler çıkartılmaktadır. Avrupa ülkeleri ve aday ülkeler için hazırlanan ve 4 Ocak 2004’te yürürlüğe giren, binalarda enerji performansı direktifi (EPBD-The Directive on the Energy Performance of Buildings) 4 Ocak 2006 tarihine kadar tüm ülkelerin bu konudaki gerekli düzenlemeleri yapmasını öngörmüştür.

Direktifin hedefi Kyoto Protokolü uyarınca binalarda CO2 salımının azaltılması ve her ülkenin bu doğrultuda kendi yasal düzenlemelerini yapmasıdır. Bu bağlamda da, Türkiye’de Aralık 2008’de Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği çıkartılmış ve binaların CO2 salımının azaltılmasına yönelik önlemler bu yönetmelikle tanımlanmıştır. Bu yönetmeliğin en önemli maddelerinden birisi, Avrupa Direktifi’nin öngördüğü gibi her binanın Enerji Kimlik Belgesi (EKB) alma zorunluluğunun getirilmiş olmasıdır ve yeni yapılacak binaların D enerji sınıfından daha yüksek enerji performansına sahip olmasının zorunluluk haline gelmesidir. Ülkemizdeki binaların enerji verimliliği açısından kalitesi düşünüldüğünde, bu yönetmelik ile inşaat sektöründe bina enerji verimliliği için çok önemli bir adımın atılmış olduğu söylenebilir.

Ancak bilinmektedir ki enerji verimliliği maliyetten bağımsız düşünülemez, çünkü inşaat sektöründe maliyet, ekonomik sürdürülebilirlik açısından çok önemlidir. Bu nedenledir ki, “Binalarda Enerji Performansı Avrupa Direktifi (EPBD)” nin 2010’da çıkan yeni sürümü enerji verimliliği artırma önlemlerinde maliyet optimizasyonu koşulunu da getirmiştir. Bu direktif, ilk yatırım maliyeti, bakım-onarım maliyeti ve enerji maliyeti toplamlarının optimizasyonu gereğini öngörmektedir ve yine her ülkenin bu konuda gerekli uyarlamaları yapmasını beklemektedir. Ülkemizde inşaat sektöründeki genel eğilim öncelikle binaların ilk yatırım maliyetinin düşük olması yönündedir ve bu nedenle çoğu kez enerji maliyetlerinin çok yükselmesi ve bunun sonucu olarak binanın yaşam dönemi maliyetinin artması gözden kaçar. Öncelikle belirtmek gerekir ki enerji performansı yüksek binanın mutlaka yüksek maliyetli binalar olduğu algısı yanlıştır. Maliyet dahil, konfor ve enerji verimliliği analizleri uzmanları tarafından bilinçli olarak doğru zamanda yapılıp tasarımcılar doğru yönlendirilirse, performansı yüksek binanın standart binadan daha pahalı olma olasılığı neredeyse sıfırdır. Yeni EPBD-2010 bu konuda daha sağlıklı çalışmalar yapılıp hem CO2 salım oranı, hem de maliyeti düşük binalar yapılması doğrultusunda her ülkede yönetmeliklere dayalı adımlar atılmasını öngörmektedir. Maliyet optimum yüksek enerji performanslı binaların yapılması da detaylı enerji simülasyonlarına dayalı fizibilite çalışmalarıyla gerçekleşebilir. Bu tür çalışmalarla ilk yatırım maliyetini gereksiz yere artırmadan yüksek enerji verimli binalar yapmak mümkün olmaktadır. Örneğin, mimari ve mekanik tasarımın tüm evrelerinde detaylı dinamik simülasyonların tasarıma yol gösterdiği İstanbul’daki bir fabrika binasında, ilk yatırım maliyetini artırmadan bina enerji verimliliğinde %80’e yakın iyileştirme elde edilmiştir.

Bina performans simülasyonları etkin ve doğru yapıldıkları takdirde binaların tasarım veya işletim aşamalarında çevresel etkilerini belirleyerek, bu çevresel etkilerin azaltılmasında, bina performansının, iç çevre kalitesinin ve kullanıcıların veriminin artırılmasında çok önemli rol oynarlar. Ayrıca bina sektöründeki yenilikçi ve teknolojik gelişimlere katkıda bulunurlar. Yeterli duyarlılıkta yapılamayan simülasyonların sonuçları ise zaman ve para israfına neden olur ve her şeyden önemlisi yatırımcıyı etkileri bina ömrü boyunca devam edecek yanlış uygulamalara yönlendirir. O nedenle günümüzün bina endüstrisinde doğru ve etkin yapılmış performans modelleme ve simülasyonları, yüksek performanslı bina tasarımında veya bina iyileştirme çalışmalarında karar verme sürecinin ayrılmaz parçası haline gelmiştir. Bilgisayar tabanlı simülasyon programları binayı ve binanın enerji, akustik, görsel ve ısıl konfor performansını formülize eden ve sürekli etkileşim halinde olan kompleks denklemlerin bilgisayar ortamında bir araya getirilmiş halidir. Simülasyon programları desteği ile yapılan modelleme çalışmaları ile planlanan bir binanın öngörülen standartları sağlayıp sağlayamayacağı daha tasarım aşamasında ortaya konabilir. Programlar binanın da bir sistem olarak tasarlanmasını ve binaya en uygun mekanik sistem alternatifinin geliştirilmesi ve sistem entegrasyonunu mümkün kılar.

İSTANBUL’DA SIFIR KARBON BİNA ÖRNEĞİ

Kullanımı sırasında sıfır karbon hedefini yakalamış Steelife-EkoEv bu konuda İstanbul için örnek bir prototip oluşturmaktadır. Düşük enerji tüketimi ve dolayısı ile düşük karbon salımı olacak bir ev prototipinin üretilmesi hedefi ile yola çıkılan Steelife EkoEv için tüm tasarım kararları detaylı simülasyonlarla yönlendirilmiştir. Bu tasarım sürecinin sonucu olarak, Steelife EkoEv şu an düşük enerji ihtiyacının tamamını yenilenebilir kaynaklardan sağladığı için sıfır karbon ev olarak konforlu ve sağlıklı yaşam koşulları sunmaktadır. Enerjide dışa bağımlı ülkemizde, yükselen enerji fiyatları ve fosil enerji kaynaklarındaki azalma da göz önüne alındığında, bu tür binaların artması hem sağlığımız ve çevremiz, hem de ülke ekonomimiz açısından çok önem taşımaktadır.

EkoEv’in tasarım ve üretimine ışık tutan enerji verimliliği kavramı aşağıdaki üç ana başlık altında değerlendirilmiş ve uygulanmıştır;

• İsıtma, soğutma ve aydınlatmada enerji ihtiyaçlarını azaltmak.

• Enerjiyi verimli kullanmak.

• Enerjiyi verimli ve temiz kaynaklar ile üretmek.

Demo amaçlı sıra dışı bir forma da sahip olması istenen Steelife EkoEv’in güney tarafından görünüşü Şekil 1’deki fotoğrafta yer almaktadır.

Bu prototipin yapımında öncelikle tasarım aşamasında ısıl, görsel ve işitsel konfor koşullarını maksimum düzeyde sağlamak kaydı ile ısıtma, soğutma, havalandırma ve aydınlatma enerjisi ihtiyacını en aza indirecek detaylı simülasyonlar yapılmış ve tasarımın tüm detayları, yalıtım kalınlıkları, ısı köprüsü yalıtımları bu dinamik simülasyon sonuçlarına göre belirlenmiştir. Pencerelerin üç cam katmanlı olması öngörülmüştür. Konumlandırılış durumu için ise çevre binaların gölge analizleri yine tasarım aşamasında yapılmıştır. Şekil 2’de simülasyon modeline ve gölge analizlerine örnek görülmektedir.

Mimari konsept olarak tek eğimde olması planlanan EkoEv’in çatı eğimi ise güneş enerjisi sistemlerinin yerleştirilmesine uygun olarak ayarlanmıştır. Şekil 1’deki fotoğrafta görüldüğü gibi çatıya elektrik enerjisi üreten PV paneller ve kullanım sıcak suyu için termal güneş kolektörleri yerleştirilmiştir.

Yeterli gün ışığının sağlanması ve aynı zamanda ısıtma/soğutma ihtiyaçlarının da minimize edilmesi açısından çatı saçağı gibi yapı elemanlarının boyutları gölge analizleri yapılarak belirlenmiştir. Bu detaylı hesaplamalarla enerji ihtiyacının en aza indirilmesi ve aynı zamanda konforlu iç mekânlar yaratılması sağlanmıştır. Şekil 3’te yaşama alanı olarak planlanan mekânın görünümleri yer almaktadır.

Bu çalışmalarla enerji ihtiyacı minimize edilerek inşa edilen EkoEv’in ısıtma ve soğutma ihtiyacını karşılamak amacıyla hava kaynaklı (havadan suya) bir ısı pompası kullanılmıştır. Isı pompası kışın havanın ısısını kullanarak binanın ısıtılması için gerekli olan sıcaklıkta suyu üretir. Yaz şartlarında ise binadan çekilen fazla ısının havaya atılmasını sağlarken binanın soğutulmasını sağlayan soğuk suyu üretir. Isı pompası cihazı sadece elektrik enerjisi kullanmakta ve bir birim elektrik enerjisine karşılık toplamda 3,5-4 birim kadar ısıtma/soğutma enerjisi üretebilmektedir. Cihazın kullandığı elektrik enerjisi ise fosil yakıtlardan bağımsız olarak çatıya yerleştirilen PV panellerden sağlanmaktadır.

EkoEv’de ısıtma için yerden ısıtma sistemi kullanılmaktadır. Bu sistemde binanın zeminindeki şap kütlesi ısıtılır ve ısınan bu kütle ağırlıklı olarak ışıma ve ısı taşınımı yaparak iç ortamı ısıtır. Sistem geniş bir yüzeyde uygulandığı için düşük su sıcaklıklarıyla çalıştırılabilen ve bu sayede ısı pompası gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanan sistemlerin daha verimli çalışmasını sağlayan bir sistemdir. Ayrıca ısı transferi düşük sıcaklıktaki döşemeden gerçekleştiğinden kullanıcılara daha yüksek bir konfor sunar. Steelife EkoEv’de enerji ihtiyacı minimuma indirildiği için yerden ısıtma sistemi için planlanan su sıcaklığı 33oC mertebesindedir. Bir karşılaştırma yapılabilmesi için belirtmek gerekir ki; İstanbul koşullarında standart yalıtımlı bir binada yapılan bir yerden ısıtma sisteminde kullanılan asgari su sıcaklığı 42oC mertebesindedir.

EkoEv’in soğutulması için kullanılan sistemlerden biri yerden serinletmedir. Bu sistemde kışın içerisinden sıcak su dolaştırılan zemine gömülü borulardan, yaz koşullarında 16oC sıcaklıkta soğuk su dolaştırılır. Yaklaşık 19-20oC sıcaklıktaki zemin, 26oC ayar sıcaklığı hedeflenmiş mahalden ısı soğurarak onun serin tutulmasını sağlar. Bu sistem de 7oC mertebesinde soğuk su ile işletilen, örneğin standart Fan Coil tesisatlarının aksine, yukarıda da belirtildiği gibi 16oC mertebesinde daha yüksek soğuk su sıcaklığıyla işletildiği için, ısı pompası sistemlerinin yüksek verim katsayılarıyla çalışmasını mümkün kılar. Yerden ısıtma ve serinletme için 16 x 2,2 mm ölçülerinde PE-Xa borular zemine döşenen mantar başlı strofor üzerine 7,5 ve 15 cm boru aralıklarıyla uygulanmış ve ısıtma/serinletme kolektörlerine bağlanmıştır.

Döşemeden serinletme sistemleri tek başlarına kullanıldıkları mahaldeki nem kontrolünü yapabilen sistemler değillerdir. Bu yüzden soğutulan yüzeylerde yoğuşma olmaması için mahallerde ayrı bir nem kontrolü ve otomasyon yapılması zorunludur. EkoEv’de döşemeden ısıtma/soğutma için otomasyon sistemi kullanılmıştır. Bu otomasyon sistemi dış hava sıcaklığı, iç hava sıcaklığı, iç hava bağıl nemi, zemin sıcaklığı gibi parametreleri anlık olarak ölçümler ve yoğuşma oluşacak sıcaklığı hesaplayarak, yoğuşmaya mahal vermeyecek sıcaklıkta soğuk suyun borulara gönderilmesini sağlar. Bu kontrol sistemi hem konfor açısından önemlidir, hem de kullanılan sistemin soğutma gücünün arttırılması için gereklidir.

EkoEv’de enerji kayıplarını azaltmak için yapılan uygulamalar enerji ihtiyacını en aza çekmekte, ancak diğer yandan dış ortam ile sızıntı yolu oluşabilecek hava değişimini de hemen hemen ortadan kaldırmaktadır ki; bu da binadaki hava kalitesiyle ilgili çeşitli olumsuzlukları beraberinde getirebilir. Bunu engellemek için iklim bölgesinin koşullarına da bağlı olarak kontrollü havalandırma sistemleri kullanılması gerekebilir. Kontrollü havalandırma günümüzde enerji verimli bina uygulamalarında standart bir uygulama olmuştur. EkoEv’de hem nemin giderilmesi hem de yerden serinletme sistemi ile karşılanamayan soğutma yüklerinin karşılanabilmesi için gereğinde kullanılmak üzere bir havalandırma sistemi kurulmuştur. Bu havalandırma sistemi mahallerin kullanım şekline ve mahallerdeki kullanıcıların sayısına göre asgari miktarda taze havayı şartlandırarak içeri verecek şekilde boyutlandırılmıştır. Steelife EkoEv’de taze hava ihtiyacı, dış ortam koşulları sıcaklık ve nem açısından uygun olduğu zamanlarda cephe ve çatı pencerelerinden doğal havalandırma yoluyla, dış şartların enerji verimliliği açısından olumsuz olduğu koşullarda ise ısı geri kazanımlı bu havalandırma cihazı ile sağlanmaktadır. Bu sistemde taze hava ihtiyaca bağlı olarak odalardan binanın içine aktarılır, kullanılmış fazla egzoz havası da mutfak veya banyo gibi mahallerden emilerek tekrar binadan dışarı atılır. Böylece içeride doğal yollar ile veya cihaz vasıtası ile sürekli olarak taze hava bulundurulması mümkün olur.

Yukarıda bahsi geçen sistemi daha da enerji verimli kılmak için sistem bir Hava-Toprak Isı Değiştiricisi (H-TID) sistemi ile desteklenmiştir. H-TID sistemleri yerin 1,5 – 3 m derinliğinde, yatay olarak yerleştirilen borulardan veya “boru ızgaralarından” meydana gelmektedir. Boruların iç yüzeyinde gümüş iyonlarından oluşan antimikrobiyal bir katman mevcuttur, böylece iç ortama alınan havanın hijyenik bir şekilde binaya getirilmesi söz konusu olur. Bu boruların içerisinden dışarıdan emilen taze hava geçirilmekte ve konvansiyonel bir havalandırma sistemi ile binanın içine aktarılmaktadır. Geçiş esnasında, farklı sıcaklıktaki dış hava ve toprak arasında oluşan ısı transferi yoluyla -sistemin çalıştığı mevsime göre- bir ön ısıtma veya ön soğutma gerçekleştirilir. Isıtma periyodunda H-TID içerisinden geçen hava önemli bir miktarda ısıtılmış olduğundan havanın sonradan ısıtılması için gerekli enerji, geleneksel bir ısıtma sisteminin havayı en baştan ısıtmak için harcayacağı enerjiye göre daha düşük olur.

EkoEv’in arka bahçesinde 2 m derinlikte böyle bir H-TID sistemi kurulmuştur. Emiş bacası üzerinden alınan taze hava 83 m uzunluğunda borulardan geçirilerek ısı geri kazanımlı havalandırma cihazına getirilmiştir. Sistemin kullanımı ile yerleşim yerinde kış koşullarında karşılaşılabilecek -8oC’lik dış hava sıcaklığının 2,9oC’ye kadar ön ısıtılacağı, yaz koşullarında karşılaşılabilecek +35oC’lik dış hava sıcaklığının ise 25oC’ye kadar ön serinletileceği hesaplanmıştır. Yaz ve kış koşullarında ısı pompası cihazı üzerinden alınacak soğuk ve sıcak su ile sistemden alınan taze havanın ek olarak soğutulması ve ısıtılması, sonrasında da binaya üflenmesi gerçekleştirilmektedir. Yaz koşullarında alınan sıcak havanın serinletilmesi esnasında borular içerisinde yoğuşma oluşması durumunda, yoğuşan su bir toplama menholüne aktarılır ve burada toplanarak bir dalgıç pompa vasıtasıyla uzaklaştırılır. Bu sistemler ile ilgili şematik bir açıklama Şekil 4’te yer almaktadır.

EkoEv’in kullanım sıcak suyu ihtiyacı binanın çatısında konumlandırılmış olan termal güneş kolektörleri ile oluşturulmuş kapalı devre bir güneş enerjisi sistemi ile karşılanmaktadır. Bu sistemde güneş kolektörlerinin içerisinde bir pompa vasıtasıyla dolaştırılan bir ısı taşıyıcı akışkan mevcuttur. Güneş enerjisi ile ısıtılan bu akışkan dönüşünde kazan dairesi içerisinde bulunan bir deponun girişinde enerjisini deponun içerisinde bulunan suya transfer eder ve depoda gündüz saatlerinde sıcak su depolanmasını sağlar. Sistem öncelikli olarak depodaki suyun sıcaklığına ve güneş kolektörlerinin sıcaklığına göre çalışan bir otomasyon ünitesi üzerinden ayrıca kontrol edilmektedir.

EkoEv’de merkezi bir toz emme sistemi yer almaktadır. Bu sistem evin inşaatı esnasında belirli noktalarda planlanmış emiş prizlerinden emilen tozların, binanın duvar/tavan/zemin yüzeylerine döşenmiş borular üzerinden merkezi bir toz emme cihazına getirilmesi oradan da filtre edilerek dışarı atılması esasına göre çalışan bir sistemdir. Sistemin kullanımı ile evde temizlik yapılırken emiş hortumu dışında bir cihaz taşınmasına gerek kalmaz. Diğer yandan emilen hava filtreden geçirilip tekrar evin içerisine üflenmediği için daha hijyenik bir temizlik yapmak mümkündür. Sistem bu özelliğiyle alerjik bünyeye sahip kişiler ve astım hastaları için oldukça uygundur.

Tüm sistemlerin kontrolü, yaşama alanında mutfak girişinde yer alan ve Şekil 3’te görülen kontrol panolarından sağlanmakta, PV panellerin üretimi de sürekli izlenmektedir. Bu ölçümler göstermiştir ki, EkoEv için oluşturulmuş bütün bu sistemlerin ihtiyacı dahil tüm elektrik enerjisi ihtiyacı çatıya yerleştirilmiş 28 adet PV panelden sağlanabilmektedir. Dolayısı ile Steelife EkoEv sıfır karbon salımı ile kullanıcılarına ısıl, görsel ve işitsel konfor koşullarını rahatlıkla sunabilmektedir.

EkoEv’de bir yağmur suyu depolama sistemi de kullanılmıştır. Bu sistem ile çatı alanlarından gelen yağmur suyu borularla toplanarak binanın arka bahçesine gömülü olan 1.800 litrelik yağmur suyu tankında toplanır. Toplanan bu su, ihtiyaç halinde otomatik olarak çalışan bir hidrofor ünitesi tarafından binaya basılır ve tuvaletlerdeki rezervuarlarda veya çamaşır yıkamada kullanılabilir. Sistemin kurulumu ve kullanılan otomasyon sistemi şebeke suyu ile yağmur suyunun hiçbir zaman birbirlerine karışmamasını sağlar. Uzun süre yağışsız geçen ve tankın boşaldığı dönemlerde hidrofor ünitesinin yanında bulunan 11 litrelik ufak bir hazne ile şebeke suyu klozetlerde kullanılabilir, böylece tüm deponun şebeke suyu ile doldurulması söz konusu olmaz. Yağmur suyu tankında aşırı yağış sebebiyle oluşan taşma ise atık yağmur suyu hattına aktarılarak uzaklaştırılır. Arzu edildiği takdirde tanktaki su, tankın içine yerleştirilen bir dalgıç pompa ile sulama amaçlı olarak da kullanılabilir.

Binanın atık su tesisatında sessiz atık su boruları kullanılmıştır. Bu borular ve sabitleme sistemi sayesinde Alman VDI 4100 standardı uyarınca tanımlanmış ve daha konforlu bir yaşam alanı sağlanması mümkün olmuştur. Binanın temiz su tesisatında PE-Xa hammaddeden üretilmiş ve bağlantı noktalarında %100 sızdırmazlık garantisi olan bir borulama sistemi kullanılmıştır. Böylece evin ömrü boyunca herhangi bir yenileme, tamirat işine girilmesi tehlikesi ortadan kaldırılmıştır.