Header Reklam

Ekosistem Mühendisleri Termitler

07 Eylül 2016 Dergi: Eylül-2016

Mimaride, Mühendislikte Bir Tasarım Stratejisi Olan Biyomimikri için Emsalsiz Kaynak: Ekosistem Mühendisleri Termitler

Doğa, mimari için de mühendislik için de en önemli tasarım ipuçlarını bünyesinde barındırır. Biyomimikri (veya biyomimetik, biyotaklit), doğadan ilham alarak ya da doğayı taklit ederek insanların sorunlarını çözmek, ihtiyaçlarını karşılamak demek.

Biyomimikri Kaynak El Kitabı’nda biyomimikri için “yaşamın dehasının bilinçli benzetimidir” ifadesi yer alır. Mimarlık olsun, mühendislik olsun, biyolojik sistemlerden esinlenecek olan disiplin ile biyoloji arasında bir köprü oluşturabilmek büyük önem taşır.

Dünyada ve Türkiye’de biyomimikrinin gelişimi konusunda, Biyomimikri uzmanı Zeynep Arhon şunları söylüyor: “Doğadan öğrenmek ve ilham almak için dâhi olmaya gerek yok. Yöntem, bilgi ve yayılım sayesinde biyomimikri demokratikleşti. Bu dönüşüm, büyük ölçüde disiplinin yaratıcısı olarak tanınan doğa bilimci Janine Benyus ve Dr. Dayna Baumeister liderliğinde gerçekleştirildi. Doğadan gelen inovasyonun ‘demokratikleşmesi’ olarak adlandırdığım dönüşüm, 1990’ların sonunda başladı. Doğa bilimcisi ve yazar Janine Benyus ilk biyomimikri kitabını yazdı. ‘Biomimicry: Innovation Inspired by Nature’ kitabı, 1998 yılında yayımlandı. Kitabın 1998’de yayımlanmasıyla terim ilk kez geniş kitleler tarafından duyuldu. Takip eden yıllarda biyomimikri metodolojisini kullanma ve disiplini büyütme kapasitesine sahip profesyoneller yetiştirmek üzere adımlar atıldı. 2008 yılında ilk kapsamlı, yüksek lisans seviyesindeki eğitim programı başlatıldı. Mezunu olduğum, 2011 yılından bu yana da eğitmenliğini yaptığım program, her iki yılda bir 15 ilâ 20 biyomimikri profesyonelini mezun ediyor.”

Biyomimikriye; ses dalgaları yayarak iletişim kuran yunuslardan esinlenerek sonarın geliştirilmesi, lotus yaprağının kendini temizleyebilme özelliğinden esinlenerek, kendisini temizleyen dış cephe kaplama malzemesi geliştirilmesi gibi pek çok örnek vermek mümkün. Ama bu yazının konusu; karıncaya benzediği için akkarınca da denen, aslında arıların koloni yapılarına daha çok benzeyen, nihayetinde hamam böceği ailesine mensup mucizevi böcekler, termitler ve yuvalarının muhteşem doğal havalandırma sistemi.

Dünya üzerinde 250 milyon yıldır yaşamlarını sürdüren, 0.7 - 1 cm büyüklüğündeki termitler, sindirim sistemindeki kamçılı protozoon parazitleri sayesinde doğada parçalanıp yok edilmesi oldukça güç olan selülozu ayrıştıran ve bunun sonucu bol miktarda metan ve karbondioksit gazı üreten ender canlılardandır.

Dünyada yaklaşık 3000 termit türü vardır. Türkiye’de ancak üç türü bulunmaktadır. En çok termit türünün olduğu kıta Afrika'dır. Yağmur ormanlarında, tropikal kuşakta da bol miktarda görülmektedir.

Termit topluluğu; kraliçe, kral, kraliçe ve kral adayları, işçiler ve asker termitlerden oluşmaktadır.

Termit Yuvalarının Bitki Örtüsüne Katkısı

Genellikle termit yuvaları bulunduğu bölgenin bitki yapısına canlılık kazandırır. Yeraltını dolaşan kanalları, tünelleriyle, suyun toprağın altında daha iyi dağılmasını sağlar. Bu da bitkilerin gelişmesine yardımcı olur. Çölleşmenin meydana gelmesini önleyici, en azından geciktirici rol oynar. Science dergisinde yayımlanan bir çalışmanın yazarlarından, Corina Tarnita durumu, “Termit yuvalarının etrafındaki bitki örtüsü daha uzun süre yaşıyor ve dış etkenlere bağlı azalması daha fazla zaman alıyor. En zorlu dış etkenlerde bile, bitki örtüsü kaybedildiğinde, termit yuvalarının etrafında hızla tekrar oluşmaya başlıyor. Termit yuvaları orada oldukça, ekosistemlerin iyileşmek için daha fazla şansları olacaktır” şeklinde özetliyor.

Termit Yuvalarının Yapısı

Toprak altında en fazla 2 metre çapında oval şekilli termit kolonisi yuvasında, 1-2 milyon termit yaşayabilmektedir. Bu yuvalarda kraliçe ve kralın tutulduğu bölüm, yumurta ve larvaların bulunduğu bölümler, havalandırma sistemi, bacalar ve tarım alanları gibi çok sayıda özel bölüm bulunmaktadır. Macrotermes cinsi termitler yuvanın alt kısmında kendileri için besin maddesi olan mantarları yetiştirir.

Toprak altındaki termit yuvalarının bir de toprağın üzerinde 6-7 metre yüksekliğe ulaşabilen tepe/kule/höyük görünümlü yapıları bulunmaktadır.

Boyları ile ürettikleri yapıların yüksekliği orantılandığında, ortaya şaşırtıcı bir sonuç çıkacaktır. Bu kıyas, 1.80 metre bir insan için uyarlandığında; termitlerin inşa ettikleri bina, insana göre 960 metre yüksekliğinde bir gökdelendir. Oysa bugün için dünyanın en yüksek binası, yapımı 2010 yılında tamamlanan Dubai’deki Burç Halife’dır. 828 metre olan Burç Halife, bu unvanını 2019’da tamamlanması beklenen, Suudi Arabistan’ın Cidde kentinde, 2014 yılında inşasına başlanan Kraliyet Kulesi’ne devredecek. Kulenin, tamamlandığında 1.000 metreyi aşması ve 167 katlı olması planlanıyor. Dünyada birçok ilke imza atacak olan bina, 1 km sınırını aşan ilk bina olacak. O zamana kadar termitler yüksek yapılar konusundaki birinciliğini korumuş olacak.

Termit yuvalarının tepelerini, hem kör hem sağır olan işçi termitler, ağızlarıyla taşıdığı toprağın içine özel kimyasal maddeler içeren tükürüğünü karıştırarak yapar. Bu karışımla yapılan tepeler kolay kolay yıkılamayan, kalsiyum karbonatça zengin yapılardır. Bu tepeler, havalandırma, ısı dengeleme sistemi olarak görev yapar.

Bu tepelerin şekilleri, termit türüne, toprağın yapısına, bulunduğu yere ve iklime göre değişiklik gösterir. İrili ufaklı gözenekleri ile süslü görünümdekiler, dışa açılan delikleri belli belirsiz olanlar, farklı açılardaki koni ve kubbe görünümlü yapılar gibi… Pek çok biyolog, bu yapısal çeşitliliğin aynı zamanda fonksiyonel çeşitliliğe işaret ettiğini düşünmektedir ama genel olarak katedral veya kubbe biçimli tipleri vardır. Savanlarda, gün boyu güneş alan yerlerde katedral tipi, ince duvarlı, ince gövdeli, dış yapısında çok çıkıntı bulunan tepeler varken, ormanlık, serin sayılabilecek yerlerde ise yuvarlak, kubbe formunda, kalın duvarlı, dış yüzeyinde çıkıntı barındırmayan yapılar görülmektedir.

Bu yuvaların içinde iç içe geçmiş tüneller, geçitler, iç ortam havası çıkış delikleri bulunur. Yuvadaki sıcaklık değeri ve nem oranı, yuva dışındaki şartlar ne olursa olsun sabit kalır. Yuva içindeki sıcaklık, nem ve oksijen oranının olabildiğince sabitlenmesi büyük önem taşır. Çünkü termitler yuvalarının derinliklerindeki mahzenlerde bakteri kullanarak mantar yetiştirir. Mantar üretilen alan nemlidir. Bu nemden sıcaklığı dengelemek konusunda istifade ederken, mantar üretimi için gereken ısıl koşullar da sağlanmalı, yuvanın aşırı ısınmasına engel olunmalıdır. Öte yandan bu üretimin sonucunda ortaya yan ürün olarak karbondioksit gazı çıkmaktadır. Termitlerin hayatta kalabilmesi için bu zehirli gaz yuvadan atılmalıdır.

Yuva tepelerinin duvarları, yuvanın iç kısmının aşırı ısınmasını önler. Hava çevirimi için yuvanın iç duvarları boyunca uzanan özel koridorlar, tüneller yaparlar. Yuva, insandaki akciğerlere benzer bir yapıda ve işlevdedir. Yapılan araştırmalarda, gece gündüz ile ilişkili sıcaklık salınımlarının, bir akciğerdekinden farksız olarak havalandırmayı gerçekleştirecek sürücü gibi kullanılabileceği görüldü. Yani höyük günde bir kez, tabiri caizse ‘nefes’ alıyordu.

Yuvanın gözenekli yapısı havayı sürekli filtre eder. Aşırı ısınmayı önlemek için, Büyük Sahra’da yaşayan türler zemininin 40 metre kadar aşağısına bir su cetveli kazıp, yukarıdaki yuvaya suyun buharlaşarak ulaşmasını sağlar. Dıştaki hava, yuvanın yüzeyine yapılmış ince kanallardan geçerek nemli mahzenlere gelir ve buradan yuvanın en üstündeki bir hole uzanır; orada hava, böceklerin bedenleriyle temas edip ısınarak yükselir. “Isınan hava yükselir” prensibiyle, bir tür doğal havalandırma ve sıcaklık kontrol sistemi çalışır.

Tepenin zemin seviyesinde bulunan hava, bu seviyedeki tünellerden içeriye girerek en altta sabit duran havayı ılıman hale getirir. Bu döngü, ihtiyaç anında gerçekleşmektedir. Tepeciğin en alt kısmı olan ve yumurtaların bırakıldığı kraliçe hücresi olarak adlandırılan bu alandaki hava sıcaklığı, dışardaki hava koşulları ne olursa olsun 31 °C olmak zorundadır. İçerideki havalandırma kanalları, acil durumlarda termitler tarafından kontrol edilir. Yani; eğer içerideki sıcaklıkta düşüş olursa acil durum süresince kanallar termitler tarafından kontrol altına alınır ve sonra bu kanallar yine termitler tarafından açılarak havanın baca etkisi yöntemiyle dışarı çıkması sağlanır. Klasik teoride tepe üzerinde esen rüzgâr, basıncı düşürür ve içerideki CO2’yi emerek dışarı atar.

 


Yuvaların havalandırması için iki erken dönem modeli

Solda: Yuvanın baca başlığında yoğunluk farkından kaynaklanan doğal akış oluşur.

Sağda: Açık bacada basınç farkından kaynaklanan zorlanmış akış oluşur.

Yenilenen havanın artan yoğunluğu üzerine etki eden çekim kuvveti, havayı yuva altında bulunan boşluklara doğru iter. Doğal akış olabilmesi için yuva sıcaklığı, tepe sıcaklığından daha yüksek olmalıdır. Yuva ve tepelerde yıl boyu yapılan detaylı ölçümlerde; yuva sıcaklığının tepe sıcaklığından genellikle daha düşük olduğu görülmüştür. Doğal akışın mümkün olmadığı durumlarda yuva havası, tepe havasına nazaran daha stabil katmanlıdır.

Eastgate Centre: Bir biomimikri dönüm noktası

1990’ların ortalarından beri termitler ve inşa ettikleri yapıları, binalarda biyomimetik pasif iklim kontrolü için ilham kaynağı oldu. Zimbabwe’nin Harare şehrinde tasarlanan alışveriş ve iş merkezi Eastgate Centre, 1996’da açıldı. Bu yapı, biyomimetik tasarımın ilk timsali sayılıyor. 5.600 m² perakende alışveriş bölümü, 26.000 m² ofis alanı ve 450 araçlık otoparkı bulunan yapının mimarı ise Ağa Han Ödülü kazanan, Mick Pearce. Pearce, tasarlayacağı yapının, felsefesinin iki ilkesini yansıtmasını istiyordu: İlki, kuzey yarımkürede geliştirilen tasarım ilkelerinin Zimbabwe gibi tropikal bir bölge için uygun olmayışı nedeniyle “tropikal mimari” yaklaşımı getirmeliydi. İkincisi ise efektif bir “tropikal mimari” yaklaşımı getirebilmek için bölge doğasından ilham alınması gerektiğini düşünüyordu. Güney Afrika’da gördüğü dikkat çekici termit yapılarını hayal etti. Eastgate Centre, termit yuvalarının minimum enerji ile çalışan havalandırma sisteminden ilham alınarak tasarlandı, termit yuvasındaki havalandırma prensipleri ile inşa edildi.

Binanın cephelerinde bulunan gölgeleme elemanları, yapının güneşten ısı kazanımını minimumda tutmaktadır. Harare’de gece ve gündüz arasında önemli bir sıcaklık değişikliği olmaktadır ve bu değişiklik, binanın basınç hücrelerinden fanlar yardımı ile bir ve ikinci katlara çekilen havanın soğutularak binanın serinletilmesini sağlamaktadır. Soğutulmuş havanın, katlar arasına yerleştirilmiş büyük boşluklara çekilip burada bulunan beton yüzeylere çarparak başka mahallere transfer edilmesi sağlanmaktadır. Alt katta bulunan ılıtılmış hava ise 48 tane taş bacanın içine aktarılmaktadır. Normal ve hareketsiz günlerde bu bacaların en üstünde bulunan rüzgâr hızı, zemin kattaki rüzgâr hızından daha yüksektir; bunun sebebi ise yeterli miktarda hava dolaşımı oluşmasını sağlamaktır. Böylelikle, dışarıdaki hava değişikliği 5˚C ile 33 ˚C arasında seyrederken, içerideki havanın her zaman 21˚C olması sağlanmaktadır (Pawlyn M., 2011).

Eastgate’de fan tahrikli havalandırma çevrimi vardır ve fanlar gündüz düşük kapasitede, gece yüksek kapasitede çalışır. Harare’nin tipik sıcak günlerinde düşük volümlü hava döngüsü, bina çatısında ısıyı depolar ve böylelikle iç ortam serin kalır. Tipik olarak soğuk geçen gecelerde ise yüksek ısıl depolama kapasitesi olan duvarlardan yayılan sıcaklık yüksek devirli fanlarla dışarı atılır ve bina ertesi günün yeni ısıl yükleri için hazırlanmış olur. Her ne kadar böyle bir iklimlendirme yöntemi kullanılıyor olsa da Eastgate’in yine de cebri havalandırma sistemine de ihtiyacı bulunmaktadır.

Bina, benzer büyüklükte bir yapıya göre yüzde 65 daha az enerji kullanıyor. İklimlendirme için kullanılan enerjiden yüzde 90 oranında tasarruf sağlıyor. Bu sayede yaklaşık 36 milyon dolara mal olmuş Eastgate, açılışını takip eden ilk beş yıl içinde 3.5 milyon dolarlık tasarruf elde etti.

 

Kaynaklar:

  1. Prof. Dr. Ali Demirsoy, Yaşamın Temel Kuralları, Cilt-III/Kısım-I, Ankara, 1993.
  2. Aliye Rahşan Karabetça, “Doğadan Esinlenmiş Tasarımlar: Tasarım Stratejisi Olarak Biyomimikri”, MSGSU 4. Ulusal İç Mimarlık Sempozyumu 2015-Mekan Tasarımında Disiplinlerarası Yaklaşımlar, Mayıs 2015.
  3. Hanife Yıldız, “Endüstri Ürünleri Tasarımı Kapsamında Biyomimetik Tasarımın Yeri ve Metodolojisi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.
  4. J. Scott Turner, Rupert C Soar, “Beyond Biomimicry: What Termites can Tell us About Realizing The Living Building”, First International Conference on Industrialized, Intelligent Construction (I3CON) Loughborough University, 14-16 May 2008.
  5. Mehmet Ali Kallioğlu, Hakan Karakaya ve Aydın Durmuş, “Enerjiye Farklı Bir Bakış Açısı Olarak Biyomimikri Kavramı”, ULIBTK'13 19. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Samsun, 9-12 Eylül 2013.
  6. Selma Çam, “Kendisi Küçük Etkisi Büyük Termitler”, Gaia Dergi, 4 Nisan 2015
  7. “Yaşamımızı Termitlere mi Borçluyuz?”, Popüler Bilim Dergisi, Sayı: 142, Aralık 2005.