ENERJİ ETKİN BİNA TASARIMINA GİRİŞ* 1. Giriş 2 Temel

ENERJİ ETKİN BİNA TASARIMINA GİRİŞ*
*[HongKong Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Lisans Programı, Çevresel Kontrol dersi notlarından alıntıdır]
[http://www.arch.hku.hk]
1.
Giriş
1.1
Bina Enerji Verimliliğinin Önemi
1.2
Binalar, enerjinin önemli kullanıcılarıdırlar ve binalarda enerji verimliliği bir çok ülkede büyük
öneme sahiptir.
Global enerji kaynakları bir sona sahip olduğundan ve fosil yakıtlardan(kömür, petrol gibi) enerji
üretiminin çevreye karşı zararlı etkilerinden ötürü enerjinin verimli kullanılması önemlidir.
Yapı sektöründe enerji tasarruflarının potansiyeli büyüktür.
Varsayım
Enerji etkin bina tasarımı lokasyona bağlıdır. Uygun tasarım stratejileri belirlenirken yerel iklim
göz önüne alınmalıdır.
Burada, soğutma gereğinin olduğu iklim(HongKong gibi) bir lokasyon öngörülmüştür. Fakat bazı
genel ilkeler diğer iklim koşullarında da uygulanabilir.
2
Temel İlkeler
2.1
İklim ve Mahal
İklim, bina performansı ve enerji harcamında önemli etkiye sahiptir. Enerji-bilinçli tasarım, iklimin
iyice anlaşılmasını gerektirir.
Binalar doğal iklim ortamına iki yolla tepki verir;
-
Yerel iklimden azami kazanç sağlamak için, bina tasarımı iklime uygun yapılmalıdır.
İstenmeyen iklim koşullarıyla karşılaşıldığında, en uygun yerleşim tasarımı ile problemler
çözülebilir. Yerleşim unsurlarının aşağıdakileri içerdiği varsayılır;
-
Bina yapısının termal tepkisi(ısı transferi ve termal depolama)
Bina sistemlerinin tepkisi(ISH ve aydınlatma sistemleri gibi)
Arazi bilgisi : Eğimler, vadiler, tepeler ve bunların yüzey şartları
Bitki örtüsü : Bitki türleri, dokusu, kütleleri
Bina biçimleri : Çevredeki binalar ve yapılar
Su : Soğutma etkisi, yer altı suları
Binaların ısı ve enerji performansını etkileyen mimari planlama bakış açıları;
-
Yer seçimi
Yerleşim
Şekil
Hacim
Yönelim
Karşılıklı ilişkiler
Mimari ve peyzaj tasarımları birbirlerine uyum sağlamalıdır. Mümkünse soğuk kışta rüzgarı
kesmeli, yazın ise soğuk hava akımlarına izin vermelidir.
Şekil 1 - Mahal analizinde rüzgar kontrolü
2.2
Bina kabuğu
Bina kabuğu elemanları (koruyucu kabuk)
-
Bina kabuğundaki ısı akışını üç faktör tanımlar;
-
Dış duvarlar
Pencereler
Çatı
Yapı temeli
Sıcaklık farkları
Binanın açıkta kalan alanları
Açıkta kalan alanların ısı transferi değerleri
Uygun ısıl kütle ve ısıl izolasyonun kullanımı, ısı akışını yönetmek için önemlidir. Bina kabuk
elemanlarının, değişken çevre koşullarına dinamik cevaplar vereceğini hatırlayalım.
Bazıları, seçim yaparken “oluşum enerjisi”(üretim ve taşıma için enerji içeren) göz önüne alabilir.
Şekil 2 – Bina kabuğu tasarımı,
pasif solar, günışığı ve organik bahçenin kombinasyonu
2.3
Bina sistemleri
ISH sistemleri, yaşayanların konfor, sağlık ve güvenliklerini sağlar. Genelde en önemli enerji
tüketicileridirler. Tasarımları mimari özellikler ve yaşayanların ihtiyaçlarından etkilenir.
Enerji verimliliği uygulanırken, ISH sistemleri, gelecekteki değişimler vs. için esnek sınırlara sahip
olmalıdır.
Uygun enerji verimliliğine ulaşmak için, tasarımcılar şunları değerlendirmelidir;
-
Aydınlatma sistemleri, diğer önemli enerji tüketicisidir ve aydınlatma elemanlarının ürettiği ısıyı
mahalden uzaklaştırmak için ek bir soğutma için ortamdan ısı çekilmesine ihtiyaç duyulacaktır.
Enerji verimli aydınlatma şunları sağlamalıdır;
-
Aydınlatma aşırı fazla olmamalıdır.
Gereksiz yanan ışıkları söndürebilmelidir.
Aydınlatma verimli bir şekilde sağlanmalıdır.
Aydınlatma tasarımı için genel tasarım ilkeleri;
-
Isıl konfor kriterleri
Isıl yük hesaplamaları
Sistem karakteristikleri
Ekipman ve tesis operasyonu(kısmi yük)
Genel ve kısmi aydınlatma kombinasyonu
Gün ışığına entegre elektrikli aydınlatma
Enerji verimliliğine sahip ampul ve aydınlatma elemanlarının kullanımı
Oda yüzeylerinde açık renk kullanımı
Enerji harcayan diğer bina sistemi elemanları;
-
Elektrik tesisatı
Asansörler
Sıhhi tesisat
Gaz tesisatı
3. Teknolojiler
3.1
Pasif soğutma ve güneş kontrolü
Pasif sistemler- iç koşullar, bina biçimi ve dokusuna göre değiştirilmiştir.
Pasif ısıtma ve soğutma için genel planlar;
-
Soğuk kış; güneş ışınımı kazanımı azami hale getirilmelidir.
Sıcak yaz; güneş kazanımı en aza indirgenmelidir, ısı transferi azami hale getirilir.
Doğru bina yönelimi ve pencerelerin doğru kullanımı
Uygun miktarda ısıl kütle ve izolasyon
Doğal havalandırmanın sağlanması
Gölgeleme ve güneş kontrolü için stratejiler;
-
3.2
Dış koruma (sundurmalar vs.)
Dış sistemler (pencere çerçevesiyle bütünleşik yada bina yüzeyine eklenmiş panjurlar gibi)
Özel işlem görmüş camlar, örneğin ısı absorbe edebilen yada yansıtabilen cam.
İç iyileştirmeler; opak yada yarı-opak, perdeler gibi.
HongKong gibi sıcak ve nemli bir iklimde, tüm yıl boyunca, havalandırmayı etkilemeyen, geniş
gölgelendirmeye ihtiyaç duyulur. Özellikle sağ ve sol cephelerin gölgelendirilmesi daha önemlidir.
Günışığı
Gün ışığı, elektrikle elde edilen ışığı çoğaltmak için yada onun yerine tercih edilir. Verimli
günışığından yararlanma tasarımı için;
-
Gökyüzü koşulları
Mahal çevresi
Bina hacmi ve şekli
Cam sistemleri
Yapay aydınlatma sistemleri
Klima sistemleri(hava şartlandırma vs.)
Gün ışığı, elektrikli aydınlatma ve ISH sistemleri arasındaki karmaşık etkileşim, arzu edilen bir
çözüme ulaşılması için, dikkatle etüt edilmelidir.
Şekil 3 – Bir avluda günışığı tasarımı
Pencere camlarının optik özelliklerini değiştirip, böylece günışığını istediğimiz gibi kontrol
edebileceğimiz, ileri pencere teknolojileri geliştirilmiştir. Aynı zamanda yenilikçi günışığı
teknolojileri halen araştırılmaktadır.
-
Işık tüpü sistemi
Işık rafları
Ayna sistemleri
Prizmatik camlar
Holografik dağılımlı sistemler
3.3
Isıtma soğutma havalandırma sistemleri
Bir çok ISH alt sisteminin ve ekipmanlarının(havalandırma sistemi, sıhhi tesisat, merkezi ısıtma ve
soğutma sistemleri gibi) enerji verimlilikleri geçen yıllarla birlikte geliştirilmiştir.
Enerji verimlilikleri ISH sistemleri bugün aşağıdaki gibi kullanılmakta ya da etüt edilmektedir.
-
Değişken hava hacmi(VAV) sistemleri, fan enerji harcamını azaltmak için
Sıcaklık/Entalpi seviyesi ile dış hava kontrolü
Isı pompası verimi ve ısı geri dönüşüm sistemleri
Bina enerji yönetimi ve kontrolü sistemleri
Doğal havalandırma ve soğutma sistemleri
Şekil 4 – Chiller ünitesinde atık ısı kazanımı
3.4
Isıl depolama sistemleri gibi sistemler de enerji maliyetinde tasarruf için etüt edilmektedir.
Prensip olarak enerji verimliliğini arttırmayacağına rağmen, talep taraflı yönetim için uygundur.
Aktif solar ve fotovoltaikler
Solar ısıl sistemler(aktif) düşük sıcaklıklarda, yararlı ısı sağlarlar. Bu teknoloji oturmuştur ve sıcak
su, mahal ısıtma, yüzme havuzu ısıtma ve mahalden emilim ile soğutmada kullanılabilir.
Sistem, solar kolektörler, ısı depolama tankı ve su dağıtım borularından oluşur. Ayrı bir depolama
tankına gerek duymayan, kolektör sistemi ile bütünleşik bir tanka sahip olan bir sistem de son
zamanlarda geliştirilmiştir.
Şekil 5 – Güneş enerjili sıcak su sistemi şeması
Fotovoltaik(PV) sistemler, yarı iletken malzemeler kullanarak, güneş ışınlarını elektriğe
dönüştürürler.
PV sistemlerin avantajları;
Makul dönüşüm verimleri (6-18%)
Verimli şekilde, görsel olarak fazla zarar vermeden binalara entegre edilebilir.
Modülerlikleri ve statik karakterleri
Yüksek dayanım ve uzun ömürleri
Düşük bakım maliyetleri
Pratikte, PV teknolojisi merkezi elektrik üretimi yada binalarla bütünleşik sistemler olarak
kullanılabilir. Sistemler şebekeden bağımsız, hibrid yada şebekeye bağlı olabilir. PV sistemlerin
fiyatları halen yüksek olmasına rağmen, yakın gelecekte makul düzeye gelecektir.
Şekil 6 – Şebekeye bağlı fotovoltaik sistem şeması
4
Değerlendirme metodları
4.1
Biyoiklimsel Tasarım
4.2
Bina ısı ve enerji simülasyonu
4.3
Tasarım, iklim ve insan konforu- mimari bölgeselciliğe biyoiklimsel hedef- ilk olarak 1950’lerin
ortalarında Victor-Alader Olgyay tarafından ortaya atılmıştır.
Burada maksatları, mimari tasarımın insanların konforunun fizyolojik ihtiyaçlarının anlaşılması ile
başlaması gerektiği ve bu ihtiyaçları doğal ve verimli olarak optimize etmek için yerel iklimsel
elementlerden yararlanılmasının altını çizmekti.
Bina tasarımı, kendi başına, çevresel kaliteyi, mahaline geri kazandıran doğal enerji sistemi olarak
ele alınmaktadır.
Amaç, gelişen bölgesel ve global çevreye katkıda bulunan, destekleyici ve üretici bir çevre
yaratmaktır.
Günümüzde, bina enerji tasarımı, karmaşık tasarım senaryolarını etüt etmek için sık sık analitik
güce ihtiyaç duymaktadır. Bilgisayar tabanlı bina enerji simülasyonları bu gücü sağlayacak ve
tasarım sürecinde büyük esnekliğe imkan tanıyacaktır.
Simülasyon metodu, ISK tasarımlarındaki yük ve enerji hesaplamaları üzerindne yapılır. Bunun
amacı, binaların ve sistemlerin enerji karakteristiklerini belirlemek ve etüt etmek etmektir.
Tüm enerji korunum ölçütlerinin maliyet açısından verimliliği, ilk yatırım, bakım ve enerji
maliyetleri arasında uyum içinde olacaktır. Simülasyon teknikleri, enerji performansları ve ömür
maliyetlerine dayalı, farklı tasarım seçenekleri oluşturmak için araçlar sağlayabilirler.
Bina enerji denetçileri
Binanın enerji denetlemesi, inşası tamamlanmış ve kullanımda olan bir bina, “gerçek enerji
harcamının ölçülmesi ve kaydedilmesi”(enerji birimlerinde, parasal birim değil) olarak
tanımlanabilir. Temelde amaç enerji kullanımını en aza indirgemektir.
Enerji denetçileri, enerjinin verimli kullanıldığı yada boşa harcandığı yerleri belirlerler ve en fazla
enerji tasarrufu potansiyeline sahip alanlara dikkat çekerler. Harcam örnekleri oluşturmak,
binanın nasıl enerji harcadığını anlamak, sistem elemanlarının bina ile ilişkisini incelemek, dış
çevrenin binayı nasıl etkilediği açısından faydalıdır.
Tam bir bina enerji denetimi için farklı yaklaşımlar mevcuttur., fakat genelde aşağıdaki adımlar
kabul görür.
- Adım 1- Eksi verilerin denetlenmesi
- Adım 2- Gözlem, muayene
- Adım 3- Detaylı araştırma ve analiz
Uygun bir enerji denetimi, enerji korunum hedeflerinden daha önemlidir. Enerji denetçileri
aşağıdaki alanlarda çalışabilir;
-
Veri bankası ve harcam kayıtları oluşturulması
Enerji maliyeti tahminleri
Harcam yapıları ve ücret tarifelerini belirlemek
İşletme altında genel açıklama oluşturma
5.
Sonuçlar
Bina enerji tasarımı, bina tasarımcılarının, iklim, yönelim, gün ışığından faydalanma ve çevresel
kaliteyi, tasarım kavramlarının bir parçası olarak düşünmelerini gerektirmektedir.
Aynı zamanda, erken tasarım sürecinde mimari ve mühendislik disiplinlerinin bir takım olarak
çalışması ve binayı bir sistem olarak kavramlaştırmayı gerektirir.
Enerji tasarım konseptlerini ve metodlarını kendi tasarım projeleri ile birleştiren mühendis ve
mimarları, yaşamlarımızda sürdürülebilir enerji yapısına ulaşmamızda ve enerji harcamlarının
indirgenmesinde önemli rol oynayabilir.
Çeviren;
HASAN YALKI
yalkihasan.tripod.com
0 1
/
2 0 1 0
Detaylı kaynaklar;
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Watson, D. (Ed.), The Energy Design Handbook, The American Institute of Architects Press, Washington, DC, 1993.
Watson, D. and Lab, K., Climatic Design: Energy-efficient Building Principles and Practices, McGraw-Hill, New York, 1983.
State Projects, Building Energy Manual, NSW Public Works, Australia, 1993.
Goulding, J. R., Lewis, J. O. and Steemers, T. C. (Edited by), Energy Conscious Design: A Primer for Architects, B. T.
Batsford, London, 1992.
Goulding, J. R., Lewis, J. O. and Steemers, T. C. (Edited by), Energy in Architecture: The European Passive Solar Handbook,
B. T. Batsford, London, 1992.
Tuluca, A. (Ed.), Energy Efficient Design and Construction for Commercial Buildings, McGraw-Hill, New York.
Givoni, B., Man, Climate and Architecture, Second Edition, Applied Science Publishers, London, 1976.
Littlefair, P. J., Designing with Innovative Daylighting, Building Research Establishment, London, 1996.
Baker, N., Fanchiotti, A. and Steemers, K., Daylighting in Architecture: A European Reference Book, James & James,
London, 1993.