01-01-2020
İklime ve Bina Fonksiyonuna Uygun Tasarım Kararları Enerji Maliyetlerini Azaltıyor

İklime ve Bina Fonksiyonuna Uygun Tasarım Kararları Enerji Maliyetlerini Azaltıyor

Binaların enerji ihtiyacını azaltacak bir dizi önlemler, bina henüz tasarım aşamasındayken göz önünde bulundurulmalı. Örneğin mimari tasarım sürecinde kararların, binanın bulunduğu bölge iklimine uygun olarak alınması, enerji ihtiyacını azaltacaktır. Doğru bir yaklaşımla tasarlanmış enerji sistemlerinin kullanımı ise, en aza indirgenmiş olan enerji ihtiyacının verimli bir şekilde karşılanmasını ve enerji tüketiminin minimize edilmesini sağlayacaktır. Özyeğin Üniversitesi Mimarlık ve Tasarım Fakültesi Öğretim Üyeleri Neşe Ganiç Sağlam, Ece Kalaycıoğlu Özdemir ve Touraj Ashrafian ile, tasarım kararlarının, bina enerji performansı üzerine etkilerini konuştuk.

Farklı iklim tiplerinin hakim olduğu Türkiye’de, yüksek enerji performansı sağlayan binaların tasarımında iklim koşulları, maliyet, teknik (kullanılan malzemeler ve uygulama yöntemleri, ısıtma- soğutma ve aydınlatma yükü vb) gibi konularla ilgili göz önünde bulundurulması gerekenler nelerdir?

Yüksek enerji performansı sağlayan bina tasarımında belirleyici rol oynayan en temel etmen iklim koşullarıdır. Dolayısıyla, Türkiye’deki farklı iklim koşulları da, yüksek performanslı binaya ulaşmak üzere farklı tasarım stratejileri gerektirmektedir. İlk aşama, binaların enerji ihtiyacının azaltılması amacıyla, mimari tasarım kararlarını, bina fonksiyonuna göre, doğru almaktır. Örneğin, Erzurum gibi soğuk iklim bölgesinde yer alan bir şehirde tasarlanacak konut binası için ısıtma enerjisi ihtiyacını azaltmaya yönelik önlemler alınmalıdır. Bu kapsamda, güneşten yararlanmak üzere güney yönünün olabildiğince iyi kullanılması, pasif ısıtma stratejilerine başvurulması ve bina kabuğunda ısı kaybının azaltılması amacıyla ısı yalıtımının önemle ele alınması gerekmektedir. Öte yandan, Antalya’daki gibi sıcak ve nemli bir iklimde tasarlanacak olan konutlarda, binanın yaz aylarında serinlemesini sağlayacak doğal havalandırma stratejileri kullanılmalı, gölgeli alanlar oluşturulmalı ve güneş kontrol sistemlerine öncelik verilmelidir.  Ilımlı iklim bölgelerinde ise, nem oranını göz önünde bulundurarak ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyaçları birlikte ele alınmalıdır. Tüm iklim bölgelerinde önemli olmakla birlikte, özellikle ılımlı iklim bölgelerinde ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyacı arasındaki dengeyi sağlamak amacıyla, tasarım kararlarının tüm yıl boyunca bina enerji performansı üzerindeki etkisi incelenmelidir.

Pasif sistem kararlarının doğru alınmasında, binaların fonksiyonu da belirleyicidir. Aynı iklimde yer alsalar dahi, yüksek performanslı konut binası tasarımı ile yüksek performanslı ticari bina tasarımında uygulanması gereken stratejiler farklı olabilmektedir. Bunun sebebi, ticari binaların iç ısı kazançlarının, konut binalarınınkine oranla daha yüksek olmasıdır. Ticari binalarda, kullanıcılar, elektrikli ekipmanlar ve aydınlatma elemanları gibi iç ısı kazancına sebep olan kaynakların kullanımı daha yoğun olduğundan, bu tür binalarda soğutma enerjisi ihtiyacının yüksek olduğu görülmektedir. Dolayısıyla, soğutma enerjisi ihtiyacını azaltacak önlemlere ağırlık verilmelidir. Bu nedenle, tüm bina türlerinde aynı ısı yalıtım kalınlıklarının uygulanması doğru değildir.

Binalarda tasarlanan/uygulanan her bir enerji verimliliği önleminin ısıtma ve soğutma yüklerine etkisi de ayrıca test edilmelidir. Örneğin, aydınlatma elemanlarının, daha enerji verimli elemanlar ile değiştirilmesi, aydınlatma yüklerini azaltmanın yanı sıra, iç ısı kazançlarını da düşürdüğünden, soğutma yüklerini de azaltacak, ancak ısıtma yüklerini artıracaktır. Benzer şekilde, bina kabuğunda yalıtım kalınlığını artırmanın, ısıtma yüklerini azaltırken soğutma yüklerini nasıl etkilediği analiz edilmelidir. Dolayısıyla, alınacak tüm önlemlerin, binanın bulunduğu iklime, binanın fonksiyonuna ve iç yüklerine bakılarak, tüm enerji tüketim kalemleri için optimize edilmesi, maliyet etkin ve yüksek enerji performanslı bina tasarımı için oldukça önemlidir. Geliştirilecek tüm alternatiflerin detaylı bir şekilde analizi ise, ancak (gelişmiş/profesyonel) simülasyon araçları ile mümkün olabilmektedir.

Maliyet açısından bakıldığında, iklime ve bina fonksiyonuna uygun tasarım kararları verildiğinde, yüksek performanslı binalara ulaşma maliyetinin azaltılabildiği görülmektedir. Örneğin, mevcut konut binalarında enerji performansının iyileştirilmesine yönelik bir araştırmamızda, Erzurum’daki yüksek katlı bir konut binası için maliyet etkin sonuç, bina kabuğunda ısı yalıtımı uygulaması ile birlikte elde edilirken, Antalya’da bina performansını maliyet etkin şekilde iyileştiren çözüm, güneşten kaynaklı ısı kazançlarını azaltan camların kullanılması olmuştur. Dolayısıyla, iklime uygun bina tasarımının hem enerji verimliliğini artırdığını hem de ekonomik açıdan avantajlı sonuçlar verdiğini söylemek mümkündür.

 

"Bina tasarımı; mimari, mekanik, elektrik, taşıyıcı strüktür, vb. tüm sistemleri kapsayan bütünleşik bir tasarım gerektirir"

 

Enerji verimli yapıların inşasında "Bütünleşik Bina Tasarımı" yaklaşımının öneminden, bu yaklaşımı geleneksel tasarım yaklaşımıyla karşılaştırarak bahseder misiniz?

Bütünleşik tasarım yaklaşımı, tüm projeler için sektörde benimsenmesi gereken bir yaklaşımdır. Enerji performansı söz konusu olduğunda ise bu yaklaşım daha da önem kazanmaktadır. Yüksek performanslı bina tasarımı, önceki soruda da açıklandığı gibi, binanın mimari tasarımıyla başlar. Mimari tasarımda iklime uygun tasarım kararlarının alınması, enerji ihtiyacını azaltır. Doğru bir yaklaşımla tasarlanmış enerji sistemlerinin kullanılması, en aza indirgenmiş olan enerji ihtiyacının verimli bir şekilde karşılanmasını ve enerji tüketiminin minimize edilmesini sağlayacaktır. Tüketilecek olan enerjinin, yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanması ise sera gazı salımını azaltarak, temiz bir çevrede yaşamamıza yarımcı olacaktır. Bu üç ana sistem, birbirlerinin verimini etkilemektedir. Dolaysıyla en ufak bir değişiklik verimli bir sistemi verimsiz yapabilir. Bu nedenle, geleneksel tasarım yaklaşımındaki gibi farklı disiplinlerin konuyu sırayla ve birbirlerinden bağımsız kararlar alarak ilerletmesi, ulaşılabilecek en yüksek enerji verimliliği seviyesine ulaşmayı zorlaştırmaktadır. Tüm disiplinlerin birlikte karar alması ve enerji verimliliği danışmanlarının sürece en başından dahil olması, tüm projelerde olduğu gibi iş gücü ve zaman kaybını önlemenin yanında, enerji verimliliği seviyesinin artırılmasını da mümkün kılabilmektedir. 

Bina tasarım süreci düşünüldüğünde, erken aşamalarda verilen kararların (bina yönlenişi, formu, mekan organizasyonu, vb.), bina enerji performansına etkileri oldukça yüksektir. Süreç ilerledikçe, verilen kararlarda değişiklik yapma maliyeti gittikçe artmaktadır. Bina tasarımı ise, mimari, mekanik, elektrik, taşıyıcı strüktür, vb. tüm sistemleri kapsayan bütünleşik bir tasarım gerektirir. Çünkü her bir disiplin içinde alınan her bir tasarım kararı, diğer sistemleri doğrudan etkileyecektir. Örneğin, mimaride alınacak cephe kararlarının, mekanik sistemlerin tasarımda ısıtma, soğutma ve havalandırma yüklerine, elektrik sistemleri tasarımında aydınlatma yüklerine etkisi kaçınılmazdır. Dolayısıyla, bina tasarımının erken aşamalarında itibaren, tüm tasarım ekipleri birlikte çalışmalı ve tüm alınan kararların tasarıma etkisi simülasyon araçları ile test edilmelidir.

Enerji etkin bina tasarımında temel prensiplerden biri, yenilenebilir enerji kaynaklarının etkin kullanımı. Bina arazisinde, yenilenebilir enerjinin üretilmesi ve üretilen enerjinin binalarda kullanımı için gerekli tasarım kriterleri nelerdir?

Enerji etkin bina tasarımında, binaya entegre yenilenebilir enerji sistemlerinin kullanımı veya bina arazisinde yenilenebilir enerji sistemlerinden yararlanılması önemli elbette. Bu konudaki projeleri, destek ve teşvikleri de olumlu görmekteyiz. Ancak, yenilenebilir enerji sistemlerinin yararlı olabilmesi için, öncelikle binanızın verimli olması gerekmektedir. Yaptığımız çalışmalar, enerji ihtiyacı çok yüksek olan binalarda, yüksek miktardaki bu ihtiyacın yenilenebilir enerji sistemleriyle karşılanmaya çalışılmasının ne çevreci ne de ekonomik bir çözüm olmadığını göstermektedir. Binanın enerji ihtiyacının azaltılması sonrasında yenilenebilir enerji sistemlerinden yararlanılması doğru bir yaklaşım olacaktır. Bu nedenle, binalarda yenilenebilir enerji teknolojinin kullanımına yönelik proje ve desteklerde, mutlaka öncelikle binaların enerji ihtiyacının azaltılması için yapılabilecekler analiz edilmelidir.

"Yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak için, binaların tasarım aşamasında, güneşe erişim hakkı gözetilmeli"

Elbette kullanılacak yenilenebilir enerji sistemine bağlı olarak, tasarım kriterleri ve gerekli analizler de değişiklik göstermektedir. Güneş enerjisi destekli yenilenbilir enerji sistemlerini verimli kullanabilmek için arazinin konumu ve çevredeki binaların/engellerin gölgeleme durumu mutlaka kontrol edilmeli, özellikle yüksek verim beklenen saatlerde güneş enerjisi sisteminin üzerine gölge düşmediğinden emin olunmalıdır. Rüzgar destekli yenilenebilir enerji sistemlerinde ise, kurulması planlanan bölgedeki hâkim rüzgar yönünde herhangi bir engel olmamalı, rüzgarın hızı ve yönü kurulum noktasında daha önce test edilmelidir. Yoğun şehir yerleşiminin sebep olduğu mikro-klima değişimi sebebiyle, kayıtlara geçmiş olan hakim rüzgar yönüne bakılması anlamlı olmayabilir. Bu tür alanlarda kullanılacak sistemlerin tasarım kararları ve kurulumu için, alanda önceden ölçüm yapılması daha fazla önem kazanmakta, hatta verimlilik için zorunlu görülmektedir. Ayrıca bu sistemler mikro-klima koşullarına bağlı sistemler olduğu için, arazinin gelecekteki durumu da göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak üzere tasarlanmış olan bir binanın, komşu arazisinde daha yüksek katlı bir bina yapılması sonucu, sistemleri kullanamaz duruma geldiği örneklerle karşılaşabiliyoruz. Bu durum ayrıca, kent ölçeğindeki planlamanın ve güneşe erişim hakkının ele alınmasının önemini de gösteriyor. 

Güneş ve rüzgar kaynaklı yenilenebilir enerji sistemleri, iklime uyumlu bina tasarımında mimari kararları daha fazla etkilemektedir. Ancak elbette, ısı pompası gibi diğer yenilenebilir enerji kaynakları da binalarda temiz enerji kullanımı için önemlidir ve iklim koşullarına bağlı olarak analiz edilmesi gerekmektedir.

Bina kabuğunun hava geçirgenliği ve iç mekanlar arasındaki sızdırmazlık, mekanik tesisat, hava kanallarının, enerji verimliliğinin sağlanmasındaki önemi nedir? Bu çerçevede, verimliliğin sağlanması için hangi uygulamalar hayata geçirilmeli?

Binalarda havalandırma, iç hava kalitesi; dolayısıyla, kullanıcı sağlığı ve konforu ile doğrudan ilgilidir. Binaların tamamen sızdırmaz olması ve binalarda yeterli taze hava sağlayan bir sistemin kullanılmaması, iç hava kalitesini düşeceğinden, istenmeyen bir durumken, kontrolsüz ve yüksek bir sızdırmazlık değeri de yüksek enerji kayıplarına neden olacaktır. Hava sızdırmazlığının sağlanması amaçlandığında, pencere etrafındaki bantların basit ama etkili olduğu görülmektedir. Bunun yanında, binanın cephe tasarımında kullanılacak birbirinden farklı sistemlerin birleşim noktalarında oluşacak sızıntılardan kaçınmak amacıyla, daha bütüncül sistemlerin kullanılması tercih edilebilir. Bu homojenliğin sağlanması, ısı köprülerinin engellenmesi açısından da yarar sağlayacaktır.

İç mekanlarda, iklimlendirme koşulları birbirinden çok farklı olan komşu mekanlarda hava sızdırmazlık önemli görülürken, aynı veya benzer koşulları taşıyan komşu mekanlar arasındaki hava sızdırmazlığı önemsiz hale geliyor.

Binalara taze hava alımı ise, özellikle dış iklim koşullarının uygun olmadığı durumlarda, mekanik havalandırma sistemleri ile, dışarıdan alınan havanın iklimlendirilerek iç ortama verilmesi ile sağlanmaktadır. Dolayısı ile mekanik havalandırma sistemleri, binalarda hem ısıtma hem de soğutma sistemlerine ek yük getirdiği durumlarla da karşılaşılmaktadır. Havalandırma sistemlerinde enerji verimliliğini sağlamak bu sebeple oldukça önemlidir. Isı geri kazanım sistemleri, free-cooling sistemleri, iç mekan ve dış mekan koşullarına göre çalışan ve üflenen havanın sıcaklığını ve debisini ayarlayan otomasyon sistemleri, bu sebeple oldukça önemlidir.

Akıllı aydınlatma sistemlerinin ve diğer akıllı yapı ürünlerinin hem enerji verimliliğine hem de mimari tasarıma etkisi hakkında, neler söylersiniz?

Akıllı yapı ürünleri, iç ve/veya dış ortam koşullarının ölçülmesi ve bu ölçümlere dayalı olarak sistem davranışının düzenlendiği ürünlerdir. Bir önceki soruda da bahsettiğimiz üzere, bir havalandırma sisteminin, dış hava sıcaklığı ne olursa olsun, aynı sıcaklık ve debide hava üflemesi oldukça verimsiz bir durum ve konforsuz bir iç ortam oluşturacaktır. Bunun yerine bir otomasyon sistemi yardımı ile havalandırma sistemi çalışması düzenlenebilir.

Aydınlatma sistemlerinde de mekan fonksiyonuna ve binadaki konumuna göre kullanıcı varlığına ve/veya gün ışığı miktarına göre otomatik olarak açılıp kapanabilen sistemler kullanılmaktadır. Dış aydınlık seviyesine bağlı olarak, iç ortamda doğal aydınlatma ile yeterli aydınlık seviyesinin sağlanabildiği durumlarda aydınlatma elemanlarını kapatan veya kısan sistemler veya kullanıcı olmadığında kapanan sistemler bunlara örnek verilebilir. Bu sistemler, enerji verimliliği için oldukça önemlidir. Enerji tüketimlerinin, kullanıcı gereksinimine göre ayarlanması ve kontrol edilmesi, gereksiz enerji harcamalarını en aza indirecektir. Ayrıca bu sistemler ihtiyaç doğrultusunda çalıştığı için özellikle alan ve hacim olarak büyük olan mekanlardaki tasarım kısıtlarına da çözüm getirebilmektedir. Örneğin derinliği fazla olan bir mekanda, akıllı aydınlatma sistemi olmadığında tüm lambaların açık olması gerekirken, akıllı sistem kullanılması halinde, pencere kenarlarındaki aydınlatma elemanları kullanılmazken, daha derinde ve karanlıkta kalan bölümlerin aydınlatma elemanları kullanılarak daha homojen bir aydınlık seviyesi sağlanabilir.  Böylece bu sistemler kullanıcı hatasından ve tasarım kısıtlamasından kaynaklanan kayıpları en az sevieye indirmektedir.


Yükleniyor...
Yükleniyor...