Header Reklam

Küçük Ticari Binalar İçin Entegre Dizayn

05 Eylül 2004 Dergi: Eylül-2004

Küçük Ticari binalar (20,000 ft kareden küçük), her yıl ABD'deki yeni ticari konstrüksiyon faaliyetlerinin % 80'ini oluşturmakta [1]. California Eyaleti için yürütülen bir araştırmaya göre [2], küçük paketli çatıüstü ekipmanı, küçük ticari bina pazarında baskın durumda ve pazar payı her geçen yıl daha da artmakta.

Büyümekte olan diğer bir pazar sahası ise, yüksek performans veya ‘yeşil’ binalardır. Entegre dizayn, yeşil binalarda yüksek performansa erişmenin bel kemiğidir. Daha yüksek bir tasarım düzeyi için bütçeleme, sermayeyi konstrüksiyondan tasarıma taşıyarak başarılabilir. Bu da toplam maliyetin sabit kalmasını sağlar; çünkü, artan dizayn entegrasyonu konstrüksiyon masraflarını eşit oranda azaltabilir [3].

İlave dizayn süresi daha büyük projelerde ayarlanabilir. Fakat, daha küçük binalar için bu olabilir mi? İklimlendirme ve Soğutma Araştırma Enstitüsü için yürütülen tasarım uygulamaları araştırmasına göre [1] küçük binalarda HVAC sistem dizaynı için mühendislik hizmeti süresi, ortalama olarak proje başına bir insan-haftadan daha azdır. Bu şekildeki zaman kısıtları altında tasarımlar, zamanla oluşturulmuş denenmiş ve doğru modelleri takip etme eğilimindedir, fakat bu modeller enerji verimi açısından optimum olmayabilir. Dizayn standartları, modern malzemelerin ve tasarım uygulamalarının mevcudiyetini yansıtmayabilir. Örneğin, yeni binalardaki kurulu elektrik ve ışıklandırma yükleri ft kare başına sırasıyla 1.5 ve 1 W'dan daha düşüktür, fakat dizayn varsayımları genelde ft kare başına 4-10 W arasında kalmaktadır.

Neden Değişim?

Küçük bina dizayn modelini kırmak, bina sahiplerini hem yüksek performans binaların yararları (azaltılmış işletme maliyeti, geliştirilmiş konfor, ürün farklılaşması ve geliştirilmiş mal değeri gibi), hem de iç dizayn uygulamalarında yapılacak değişiklikler konusunda eğitmeyi gerektirecektir.Yüksek performanslı binaların yararları, ayrıca pazardaki müteahhitler arasında ayrım yapacak bir belirleyici özellik olabilir. Bir çok vasıflı müteahhit, kendilerini sadece fiyat konusunda değil daha fazla konuda farklılaştırmaya çalışır. Bozulmayan bir konfor ve daha üstün bir verim herhangi bir mühendis veya müteahhit için güçlü bir üstünlük olabilir [4].

Bu makale, California'da gerçekleştirilmiş bir çalışmanın sonuçlarına dayanmaktadır [5]. Sonuçlar, California ikliminin gerekleri ve ve kullanım masraflarına dayalı olsa da, tüm bu entegre dizayn önerileri Birleşik Devletlerin herhangi bir bölgesine taşınabilir. Buna rağmen, küçük ticari binalarda standard dizayndan yeni bir kurallar bütününe geçilmesi, yeni entegre dizayn formülleri ve mükemmel uygulamalarla desteklenmelidir. Bu formül yaklaşımı, küçük bina tasarım takımlarının yük minimizasyonu stratejilerinde (öncelikle, yüksek performanslı cam, gelişmiş çatı izolasyonu ve enerji verimli aydınlatma dizaynı) en iyi uygulamaları tanımalarını sağlamaktadır. Bu stratejiler, kurulu toplam HVAC tonajını ve buna bağlı olarak sistem ilk maliyetini (ünite ve kanal sistemi) azaltır.

HVAC sistemi boyutundaki azalmanın bir rahatlama sağlaması için, HVAC tasarımcıları ve müteahhitler, erken dizayn prosesinde formül uygulamalıdırlar. Çünkü; yük önleme stratejileri HVAC sistem tasarımının temelidir. Tasarım-yapım prosesi, mimar, mühendis ve müteahhit arasında olan bu düzeydeki bir ortak çalışmaya çok uygun olabilir. Tasarımcı yer işgalinde bir esnekliğe izin verme gereksinimi duysa da, cam ve çatı sistemleri gibi önemli dizayn öğeleri, ileride binada oturacak olanların daha sonraki düzenlemelerinin dışında kalır. Bu öğeler yerel enerji kodları ve kira kontratı provizyonları ile sınırlandırılabilir.

AYDINLATMA GÜCÜNÜN AZALTILMASI

Aydınlatma, küçük binalarda enerji tasarrufu için büyük bir olanak sağlar. Yeni nesil T-8 lambaları ve elektronik balastlar, T-5'ler, floresan aydınlatma dizaynı, aydınlatma kontrolleri ve gün ışığı aydınlatması; bu sistemlerce yayılan ısıyı atmak için gereken HVAC sistemlerinin boyutunu ve aydınlatma enerjisini büyük ölçüde azaltmak için olanak sağlar.

New Buildings Institute tarafından geliştirilen Yüksek Performans Binaları için Enerji Rakımı, alan tipine göre aydınlatma gücü yoğunluğu için öneriler sıralamaktadır [6]. Bu değerler, modern aydınlatma kaynakları uygulamaları ve bu alanlara sahip binalardaki aydınlatma dizaynları için kullanılan fikstürler temel alınarak verilmiştir. Alan türü için önerilerin listesi Tablo 1'de gösterilmiştir.

YÜKSEK PERFORMANSLI PENCERE SİSTEMİ

Yüksek performanslı pencere tertip sistemi d, ticari binalarda enerji tasarrufu için büyük bir olanak sağlar. Bu sistemlerde kullanılan cam bir boya ve kaplama kombinasyonuna sahiptir (düşük yayınım oranlı ve/veya reflektif yüzey işlemleri gibi). Yüksek performanslı pencere tertip sistemleri birçok cam tedarikçisinde mevcuttur ve bu sistemler, güneşten alınan ısıyı ve ısı iletimini azaltır. Böylelikle; iklimlendirme sisteminin boyutu da küçültülmüş olur. Yüksek performanslı pencere tertibi, ayrıca direkt güneş ışınımı neticesindeki sıcak noktaları azaltarak, sakinlerin ısıl konforunu sağlar ve cam ile çerçeve iç yüzey sıcaklıklarını azaltır.

Pencere tertip sistemleri, saydam malzeme (cam,plastik veya fiberglas) seçimi; bu malzemeye uygulanan kaplama seçimi, çerçeve tasarımı ve saydam tabakaları izole birimler halinde ayıran boşluklandırılma işleminin seçimi ile karakterize edilir. Yeşil ve mavi boyaların toplam performansı bronz veya gri boyaların performansından daha iyidir. Çünkü; görünür ışık transmisyonu daha yüksektir. Yüksek performanslı boyalar, iyi görünür ışık transmisyonunu sağlarken, güneş ısısı alımını azaltmak amacıyla çeşitli üreticiler tarafından iyileştirilmiştir. California'daki tipik iklimlere göre pencere sistemleri için öneri listesi Tablo 2'de gösterilmiştir [5].

‘SOĞUK’ ÇATI MALZEMESİ KULLANIMI

Düşük güneş absorpsiyonlu ve yüksek ısı yayılımlı çatı malzemeleri, pik HVAC yüklerini ve enerji tüketimini azaltabilir. Soğuk çatılar, ışınım ısısını havaya gönderirken, güneş ışınımını yansıtır. Böylece; binanın ‘çatı’ yükü azaltılmış olur. Soğuk çatılar tipik olarak beyazdır ve düz bir yapıları vardır. Çatıdan ısı alımındaki azalma, küçük ticari binalarda boru tesisatının büyük bölümünü taşıyan, tavan ve çatı arasındaki boşluğun sıcaklığını etkiler. Kanal ısı alımı ve hava sızıntı kayıpları (özellikle dönüş kısmında), HVAC yüklerini %30 mertebesinde arttırabilir. Bu yüzden daha soğuk bir boşluk, özellikle iş saatleri sırasında, sistemlerin sürekli çalıştığı ticari binalarda enerji tüketimini azaltıp sakinlerinin rahatlığını arttırabilir. Soğuk çatılar, ayrıca çatı seviyesindeki dış ortam hava sıcaklığını azaltabilir. Soğuk bir çatının etkisi mevkiye ve çatı yalıtımının ısıl direncine bağlıdır. Çatı üzerine veya çatı yüzeyinin içine uygulanan yalıtımla izole edilmiş çatı sistemleri, soğuk çatılar tarafından kötü izole edilmiş ve içten izoleli binalardan daha az etkilenir.

ÇATI İZOLASYON SİSTEMLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ

Çatı veya tavan yalıtımının yeri ve ısıl direnç değerinin de, HVAC sistem performansı üzerinde büyük bir etkisi vardır. Çatı izolasyonu, direkt olarak çatı üzerine veya çatı iç yüzeyine kurulabilirken, tavan izolasyonu genelde alt tavanın üstüne uygulanır (içeriden izolasyon). Yalıtım çatıya uygulandığında çatı ve tavan arasındaki boşluk alanı, binanın ısıl zarfı içine yerleştirilmiştir ve kanal iletim kayıpları ve sızıntıların HVAC sistem verimine etkisi daha azdır.

İçten yapılmış izolasyonun, aydınlatma fikstürleri, HVAC difüzörleri,yangın fıskiyeleri ve düşük tavan şebekesine kurulmuş diğer cihazlar nedeniyle koruması tam değildir. Duvar fayanslarına kurulmuş yalıtım; kaçınılmaz olarak, telefon kablosu döşeme, HVAC difüzör düzenini yeniden oluşturma ve diğer bakım aktiviteleri amacıyla, boşluk alanına girebilmek için fayanslar sökülürken bozulacaktır. Binanın termal sınırının yüzey alanı plenum duvarlarındaki inklüzyonlar nedeniyle genişlerken, toplam iletim kayıpları gelişmiş izolasyon koruması nedeniyle azalır.

Sızıntılı kanallar, küçük ticari sistemler için önemli bir genel problemdir.Kanal sıkılaştırmadan ileri gelen enerji tasarrufları, kanal sisteminin şartlandırılmamış bir alana yerleştirildiği binalarda, yaklaşık olarak yıllık soğutma tüketiminin % 20'si kadardır. Pik yük tasarrufu, yaz saatlerindeki yüksek ortam sıcaklıkları nedeniyle daha fazladır. Birçok kanal sistemi 1 in.'lik fiberglass yalıtımla izole edilir (R-4.2). Kanal yalıtımı, 2 in. kalınlıkta mevcuttur ve yalıtım seviyesini R-8'e iyileştirir. Arttırılmış yalıtım; tavan araları, dış ortamlar ve içten yalıtımlı plenum alanları gibi şartlandırılmamış alanlara giden kanal sistemlerinde maliyet etkilidir. Temin ve dönüş kanallarının ikisini de R-8 seviyesinde yalıtmak gerekir.

UYGULAMA

Bu formülü küçük bir bina dizaynına uygulamanın, HVAC sistemi boyut ve maliyeti üzerinde büyük bir etkisi vardır. Bu stratejilerin maliyet artışları, azalan HVAC sistemi boyutu ve maliyeti tarafından denkleştirilir. Bu makalede tartışılan yük azaltma stratejileri ve HVAC sistem boyutu ve maliyeti arasındaki etkileşimi göstermek amacıyla; Oakland, Sacramento ve Palm Springs bölgelerindeki bir küçük ticari bina modelinde bilgisayar simülasyonları yapılmıştır. Analizin temel durumu, ülkedeki en sıkı enerji standartlarından biri olan ‘’2005 California 24. Anabaşlık Konutlarla İlgili Olmayan Enerji Standartları’’dır. Dizayn değişiklikleri Tablo 3’de detaylandırılmıştır.

Bu örnekteki yükten kaçma ölçümleri, HVAC sisteminin boyutunu küçültür ve Şekil 1a ve 1b’de gösterildiği gibi yıllık enerji tasarrufu sağlar. Azaltılmış çatı yükleri ve kanal sızıntısı etkileşiminden dolayı, çatı izolasyon sistemini iyileştirmek, HVAC sistemi açısından en fazla etkiye sahiptir.

Maliyet tahminleri ve tasarlanmış tasarruflar Tablo 4 ve 5’te hesaplanmıştır. Temel HVAC ünitesinin ilk maliyeti, kurulu ton başına 1350$ olarak tahmin edilmiştir. Kanal tesisatı ve hava dağıtım sistemi parçaları da ilave olarak kurulu ton başına 1350$ olarak kabul edilmiştir [7]. İlk maliyet artışı, kapasiteye etkisi, ilk yıl enerji tasarrufu ve basit geri ödeme Tablo 5’te özetlenmiştir.

SONUÇ

Bu örnekten de açıkça anlaşılacağı üzere HVAC sisteminin boyutundaki küçülme, enerji verimi geliştirmelerinin ilk maliyet artışını yaklaşık olarak karşılamakta. Enerji tasarrufu miktarı, kısa bir zaman diliminde küçük kalan ilk maliyetleri karşılar. Aydınlatma gücü, saydam malzeme seçimi, çatı tasarımı ve kanal sızdırmazlığı ile ilgili bu basit yol gösterici kuralları uygulayarak istisnai bir enerji performansı ve gelişmiş konfora sahip küçük bir bina yapılabilir. HVAC sisteminin doğru boyutlandırılması, tasarımcının bu düzeyde bir performansa en az ilk maliyet etkisiyle ulaşmasını sağlar. Bu basit formülün takip edilmesiyle basit HVAC sistemleri olan küçük binalar da, yüksek performanslı ve yeşil binaların düzeylerini yakalayabilecek duruma getirilir.







KAYNAKLAR

1. ARTI (2002). State of the Art Review: Whole-Building, Building Envelope, and HVAC Component and System Simulation and Design Tools. Arlington, VA. Air Conditioning and Refrigeration Technology Institute (ARTI-21CR- 605-30010-30020-01).

2. NBI (2003).Integrated Energy Systems: Productivity and Building Science Program, Element 4: Integrated Design of Small Commercial HVAC Systems, Background Research Summary. Submitted to the California Energy Commission. White Salmon, Wash. New Buildings Institute.

3. NEEA (2004). Beter Bricks. www.betterbricks.com Portland, Oregon. Northwest Energy Efficiency Alliance.

4) Whitson, A. (2004). 365 Important Questions to Ask about Green Buildings. www.squarefootage.net.

5) CEC (2003). Small HVAC System Design Guide. Available at www.energy.ca.gov/reports/2003-11-17-500-03-082-A-12.PDF. Sacramento, Calif. California Energy Commission.

6. NBI (2003). Advanced Buildings Guidelines. White Salmon, Wash. New Buildings Institute. www.newbuildings.

7. Means (2003). 2003 Means Cost Estimating Guide, Boston, Mass. R.S. Means and Company. 
Yazan : Peter C. JACOBS, PE - Cathy HIGGINS

Çeviren : Mak. Müh. Cemal Murat DORA