Enerji Verimli Binalar için Yeni Teknik Çözümler
Arka Plan
İnşaat sektöründe, yüksek enerji tasarruf potansiyellerine enerji verimli bina tasarımı ile ulaşılır. Binaların enerji verimliliği bina yönü, bina yapısının şekli, pencerelerin nerelerde olduğu gibi mimari tasarım tarzlarından büyük oranda etkilenir. Bu yüzden, bu makale, tekil teknik çözümlerin (yenilikçi HVAC sistemleri ve yenilenebilir bina malzemeleri) yanında enerji kullanımı ile ilgili yaklaşımlara da odaklanmaktadır. Özellikle mimari ihalelerinde, müşteriler bu enerji ile ilgili tasarım tarzlarını göz önünde bulundurmalıdırlar.
İklime Göre Tasarım – İklim şartlarına uyum
Tarihe dönüp baktığımızda bina tasarımının, sosyal yönler ve bina malzemelerinin erişilebilirliği gibi faktörlerin yanında, her zaman binanın bulunduğu bölgenin iklim koşullarının bir sonucu olduğunu görebiliriz. Bugün, ana akım modern mimari, bu iklimsel şartları göz ardı etmekte; verimsiz bina tasarımları ısıtma, soğutma ve ışıklandırma için harcanan yoğun eforlar ile kompanse edilmeye çalışılmaktadır. Enerji verimli binaları (Loe-Tec Binalar) tasarlayabilmek için, mimari konseptleri bu eski bilgi birikimleri ile birleştirerek, iklimsel yönlerin baz alındığı yenilikçi tasarım çözümleri geliştirmek gerekmektedir.
Şekil 1. Benzer coğrafi ve iklimsel koşullar =>benzer mimari çözümler
Çin Hennan’da Megaron evleri (sağda) ve Libya’da Gharian evleri (solda)
Bina tasarımı üzerinde en güçlü etkiye sahip olan iklimsel yönler, dış hava sıcaklığı, güneş ışıması, nem ve rüzgardır.
Şekil 2’de, iklimsel yönlerin baz alındığı yenilikçi bir tasarıma sahip olan Viyana’daki bir ofis binası görülmektedir. Binanın güney cephesinin tasarımı yapılırken Viyana’nın iklimsel koşulları baz alınmış; cephe, kışın en yüksek güneş ışığından ısı kazanımını sağlarken (ısıtma yükünü azaltırken), yazın da güneş ışığı girişini engellemektedir (soğutma yükünü azaltmaktadır). Güney cephesi ayrıca yelpaze kıvrımlı yapıya sahip, yazın ayrıca gölgeleme için kullanılan 400 m2’lik PV paneller ile yıl boyunca enerji üretmektedir.
Şekil 2. Viyana’daki ofis binasında kış ve yaz mevsimlerinde kesit şeması
Şekil 2. Viyana’daki ofis binasında kış ve yaz mevsimlerinde kesit şeması
Enerji Verimli Binalar için Genel Stratejiler
Genellikle enerji verimli binaların tasarlanması için aşağıdaki stratejiler izlenmelidir:
•Kayıpların minimize edilmesi,
•Güneş ışığından enerji kazanımının maksimize edilmesi (ısıtma durumunda)
•Güneş ışığından enerji kazanımının minimize edilmesi (soğutma durumunda)
•Yapay aydınlatma için elektrik talebinin minimize edilmesi
Enlem derecesine bağlı olarak, kazanımlar ve kayıplar üzerine daha fazla odaklanmak daha verimli sonuçlar elde etse de, genellikle birçok Avrupa bölgesinde tüm ölçütlerin kombinasyonu başarılı sonuçlar verecektir.
Kayıpların minimize edilmesi
Avrupa’da, iletim kaynaklı ısı kayıpları binaların enerji performansları üzerinde önemli rol oynar. Bina tipine bağlı olarak (mesken, ofis, okul, vb.) iletim kayıpları, tüm kayıplar içerisinde en yüksek orana sahiptir. Bu yüzden, tasarım bağıntılı ilk ve en önemli ölçüt şekil/hacim oranının en aza indirilmesidir. Enerji Plus evlerin gerçekleştirilebilmesi için kompaktlık en yüksek öneme sahiptir. Kompaktlık ne kadar az ise, inşaat maliyetleri o kadar yüksektir (u-değerlerinin iyileştirilmesi => daha çok yalıtım malzemesi => yüksek maliyet).
Şekil 3. Kompaktlık: Monte Rosa dağ sığınağı, Wallis, İsviçre. Mimarlar: Bearth & Deplazes
Güneş ışığından ısı kazanımının maksimize edilmesi (ısıtma durumu)
Isıtma döneminde, pasif güneş ışığı ısı kazanımlarının maksimize edilmesi, ısıtma enerji talebinin azaltılmasının ana hedefi olmalıdır. Bina yönü, pencerelerin boyutları ve mevcut ısıl kütle anahtar elemanlardır. Şekil 4’te, Vella, carton Grisons, İsviçre’de bulunan ve ısıtma sistemi bulunmayan bir okul binası görülmektedir. Bina sadece pasif güneş enerjisi, mekanik havalandırma ve ısıtma için de ısıl geri kazanımı kullanmaktadır. Reflektörlü ve özel güneş kırıcıya sahip olan özel tasarımlı pencereler (güneş ışığını tavana yansıtarak) sınıflarda güneş enerji kazanımının maksimize edilmesini sağlamaktadır. Kütleli döşeme, duvarlar ve özel tasarım tavan (geniş yüzey alanlı kabartmalı beton levhalar) güneş enerjisinin depolanmasında kullanılmaktadır.
Şekil 4.Güneş enerjisi kazanımının maksimizasyonu, Vella, canton Grisons, İsviçre’deki okul binası. Mimarlar: Bearth & Deplazes
Güneş ışığı enerji kazanımlarının minimize edilmesi (soğutma durumu)
Transparan bina elemanları (pencereler)
Transparan bina elemanlarının bina üzerindeki konumları ve boyutlarının soğutma talebi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Merkezi Avrupa ikliminde, salt güney konumlandırması, ısıtma ve soğutma taleplerinin azaltılması için en iyi konumlandırmadır. Farklı konumlandırmalara sahip olan gölgeleme elemanları (güney pencerelerine yatay elemanların, batı ve doğu pencerelerine dikey elemanların kullanımı) güneş ışığı enerji kazanımının azaltılması için diğer ölçütlerdir.
Pasif gece havalandırması ile doğal soğutma
Ofis binalarında toplam soğutma yükünün 2/3’ü (yaklaşık olarak 200-250 Wh/m2/gün), mekanik enerji kullanılmadan pasif olarak karşılanabilir. Yazın gece sıcaklığının 15˚ civarında olması, yeterli termal bina kütlesi ve doğal havalandırmanın mümkün olması (Örneğin atriumlar, bkz. Şekil 5) bu tip soğutma için gereksinimlerdir.
Şekil 5. Gece istif yapı havalandırma aracılığıyla pasif soğutma (mekanik enerji kullanılmadan), W.E.I.Z. II, Weiz, Avusturya. Mimarlar: A plus ZT GmbH Weiz.
Rüzgar ile Doğal Havalandırma
Çok yüksek binalar için rüzgar ile doğal havalandırma konseptleri geleneksel mekanik havalandırma sistemlerinin yenilikçi alternatifleridir. Frankfurt’taki European Central Bank ofis binası (mimar: Coop Himmelb(l)au, enerji konsepti: Univ. Prof. Brian Cody) sadece doğal havalandırma kullanan ilk ofis binası olacaktır. Binanın tasarımı yapılırken rüzgar ve bina etrafı ve içinde yükselen kuvvetler baz alınmıştır.
Şekil 6. Rüzgar aracılığıyla doğal havalandırma konsepti, European Central Bank Merkezi, Frankfurt, Univ. Prof. Brian Cody and Coop Himmelb(l)au.
Yapay ışıklandırma ile elektrik talebinin minimize edilmesi
Isıtma ve soğutmanın yanında, yapay ışıklandırma için gerekli olan enerji talebi de enerji performanslı binalar için yüksek önem arz etmektedir. Ofis binaları gibi tam genişliği büyük olan binalar, yapay ışıklandırma için azımsanamayacak miktarda enerji talebine sahiptirler. Yenilikçi gün ışığı konseptleri, ışıklandırma için gerekli olan enerji talebinin azaltılmasında en önemli stratejidir. Gün ışığı konseptleri, ısıtma ve soğutma ile beraber göz önüne alınmalıdır.
Şekil 7. Günışığı reflektörlü güneş kırıcı, 1=aluminyum panel, 2=gün ışığı reflektörü, 3=parlama siperi, ofis binası SOKA-BAU, Wiesbaden, Almanya. Mimar:Thomas Herzog, Münich.
Şekil 7. Günışığı reflektörlü güneş kırıcı, 1=aluminyum panel, 2=gün ışığı reflektörü, 3=parlama siperi, ofis binası SOKA-BAU, Wiesbaden, Almanya. Mimar:Thomas Herzog, Münich.
Güneş Enerjisinin aktif kullanımı
Diğer HVAC sistemleri ile karşılaştırıldığında, güneş enerjisinin aktif kullanımı, (termal ve fotovoltaik güneş kollektörleri) bir yandan bina tasarımına güçlü bir girdi sağlarken öte yandan binanın çevreyi koruma performansı üzerinde güçlü bir etkisi vardır. Güneş enerjisinin yoğun kullanımı güneş panellerinin mimari tasarım konseptine kapsamlı entegrasyonunu gerektirir ve bina tasarımını güçlü bir şekilde etkiler. Güneş panelleri duvarlara ve çatılara konumlandırılabilir, fakat şehirlerdeki bina yoğunluğu yüzünden çatılar daha iyi sonuçlar verir (diğer binalar tarafından daha az gölgelemeye maruz kalması ve eğimin kolaylıkla seçimi ile yüksek verime ulaşabilme yetisine sahiptir)
Şekil 8. Tümsel Yaklaşım: Güneş panelleri (PV), pasif gece soğutması ve tümleşik gün ışığı konsepti, mimari yarışma Teknoloji Merkezi, Viyana. Mimarlar: Treberspurg & partner and Frank & partner, Viyana.
