Ünite 4: Yüksek Enerji Performanslı Yapılar

Giriş

Enerji bir ülkenin ekonomik ve sosyal gelişiminin en temel gereksinimlerinden biridir. Bundan dolayı, ülkeler bol ve ucuz enerji aramaktadır. Genellikle gözden kaçan ve en önemli çözümlerden biri ise enerji verimliliğidir. Yapı sektöründe enerji tüketimini azaltmak için nasıl binalar tasarlamamız gerektiği teknoloji ile birlikte gelişim sürecindedir. Enerji etkin ya da verimli binalar, sıfır enerjili binalar, yeşil binalar, sürdürülebilir binalar ve akıllı binalar gibi terminolojiler kapsamında yüksek performanslı yapıların sayısı ve teknolojik ilerlemeleri her geçen gün artmaktadır.

Küresel Isınma ve İklim Değişikliği

Çoğu zaman küresel ısınma ve iklim değişikliği kavramları birbiri ile karıştırılmaktadır. Küresel ısınma atmosfere salınan gazların neden olduğu sera etkisinin sonucunda, ortalama sıcaklıklarda görülen artıştır. İklim değişikliği ise doğal iklim değişikliğine ek olarak doğrudan veya dolaylı olarak atmosferin yapısını bozan insan faaliyetleri sonucu iklimde oluşan değişikliktir. Anlaşılacağı üzere küresel ısınma dünyanın ortalama sıcaklık değerlerinde iklim değişikliğine yol açan artışı temsil ederken, iklim değişikliği belirli bölgedeki mevsimsel sıcaklık, yağış ve nemdeki değişimlerdir.

Dünyadaki binalar su kullanımının yaklaşık %15’i, atıkların %65’i ve elektrik tüketiminin de %70’inden sorumludurlar. Yine binalar için kullanılan dünyadaki tarım arazisi kaybının oranı, kullanılan malzeme oranı ve dünyaya verdiği çevresel etki oranları da yüksektir. Binalar küresel ısınmaya neden olan karbondioksit salınımının ise %40’ından sorumludur. Bu kadar çok enerji tüketen, çevresel etkisi olan ve CO ₂ salınımına neden olan yapı sektöründe enerji tüketimini azaltmak enerji verimliliği ve çevre açısından büyük önem taşımaktadır.

Enerji Kavramı

Enerji bütün temel bilimlere girmiş olup, çeşitli olayları birleştirip durumu basitleştirme olanağı sağlayan ortak bir paydadır. Herhangi bir hareketi yapan veya yapmaya hazır olan kabiliyete enerji denir. Kısaca, enerji iş yapabilme yeteneğidir.

Potansiyel, kinetik, ısı, ışık, elektrik, kimyasal, nükleer ve ses enerjisi gibi enerjinin pek çok türü vardır. Unutulmaması gereken ise hiçbir enerjinin kaybolmadığıdır. Bir enerji türünün başka bir enerji türüne dönüşmesine, dolayısıyla yok olmamasına enerjinin korunumu denir.

Termodinamik, enerji ve enerji çeşitlerinin birbirleriyle olan ilişkilerini inceleyen bir bilim dalıdır. Termodinamiğin birinci yasası herhangi bir sistemdeki toplam iç enerjinin sisteme eklenen ya da çıkan enerji ile ilgili olduğundan bahseder. Bir sisteme giren enerji miktarı, sistemden iş ve atık ısı olarak çıkan toplam enerji miktarına eşittir. Enerji korunumunu ifade eden bu yasaya göre hiçbir enerji var veya yok edilemez, ancak bir biçimden diğerine dönüşebilir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre ise ısı enerjisi tam olarak işe dönüştürülemez ve her zaman artık bir ısı oluşur. Bu yasa herhangi bir sistemin hiçbir zaman %100 verimli olamayacağını söyler.

Oluşum Bakımından Enerji Kaynakları

Enerji kaynakları bir maddenin iş yapabilme yeteneği için tanımlanan enerjinin herhangi bir yöntemle üretilmesini sağlayan kaynaklardır.

Enerji kaynakları Yenilenemez ve Yenilenebilir olarak ikiye ayrılır:

Yenilenemez Enerji Kaynakları

Kullandıkça rezervleri tükenen ve oluşumları uzun yıllar süren kaynaklara yenilenemez enerji kaynakları denir. Yenilenemez enerji kaynakları fosil yakıtlar ve nükleer enerji olarak iki grupta incelenebilir. Fosil yakıtlar milyonlarca yıl yerin derinliklerinde kalmış, oksijensiz, belirli bir ısı ve basınç altında fosilleşmiş bitki ve hayvanlardan oluşurlar. Böylece kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil tabanlı kaynaklar bu kategoriye dâhil olmaktadır. Bunlar dışında, fosil yakıt olmayan ve nükleer enerjinin hammaddesi olan uranyum da yenilenemez enerji kaynakları arasındadır.

Yenilenebilir Enerji Kaynakları

Yenilenebilir enerji kaynakları dünyanın doğal döngüsü içinde kendileri tükenmeden diğer enerji kaynaklarının üretilmesi için kullanılan kaynaklardır. Güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidroelektrik enerji, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisi başlıca yenilenebilir enerji kaynaklarıdır

Geleceğin enerji kaynakları: Günümüzdeki yeni teknolojik gelişmeler ve yapılan araştırmalar neticesinde uzay bazlı güneş enerjisi, insan gücüne dayalı enerji (piezoelektrik), dalga enerjisi, gel-git enerjisi, hidrojen enerjisi, magma enerjisi, nükleer çöp enerjisi, alg enerjisi, gömülü güneş enerjisi, uçan rüzgâr türbinleri ve füzyon enerjisi geleceğin enerji kaynakları olarak görülmektedir.

Enerji Verimli Yapı Tasarımı

Binalarda enerji verimliliği yapılarda yaşam standardı ve hizmet kalitesinin düşüşüne neden olmadan enerji tüketiminin azaltılması olarak tanımlanır. Enerji verimliliğini sağlamak iç ve dış ortam arasındaki ısı transferini önlemek, ısı kazanımını kontrol altına almak ve aynı zamanda iç ortam konfor ihtiyaçlarını karşılamak olarak özetlenebilir. Bunula birlikte, uygulanacak tekniklerin seçimi ve sistem detaylarının tasarımı için dış ortam hava koşulları, mevcut güneş ışığı, bina yerleşiminin ve inşaat malzemelerinin belirlenmesi de önemli bir etki oluşturmaktadır. Yüksek performansa ulaşmak yapının yapıldığı bölgede yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak gibi birçok yerel koşula da bağlıdır. Gerçek anlamda enerji verimli ve yüksek performanslı yapı tasarlamak için tüm süreçte belediye, işveren, müşteri, mimarlar, mühendisler, müteahhit ve kullanıcı gibi bir çok paydaşın sürece katılımı gerekir.

Diğer yandan, tasarım ise bir şeyi zihinde biçimlendirme, kurma, tasavvur etmedir. Başka bir ifade ile bir planın ya da nesnenin inşa sürecindeki mimari ve mühendislik çizimlerinin meydana getirilmesidir. Endüstri, çevre ve grafik tasarımları uygulamalı tasarım dallarıdır. Bina tasarımı oldukça geniş bir çalışma alanı olan çevre tasarımına girer.

Günümüzde artık “bütünleşik bina tasarımı” ele alınmaktadır. Bütünleşik tasarımda yapıya ilişkin enerji ihtiyaçları, çevresel etkiler, malzeme ve doğal kaynak kullanımları, atık yönetimi ve kullanıcı ilişkileri bir bütün olarak ele alınır.

Yerleşim Planlaması ve Mikroklima Denetimi

Tasarımda alınan ilk kararlar mikroklima denetimi sonrasında arazi seçimi ve binanın arazide yerleşeceği konumun belirlenmesidir. Mikroklima aynı iklim bölgesinde arazinin yakın çevresinin özgün iklimsel özellikleri ile ortaya çıkan yerel bir olgudur. Mikroklima denetim elemanları iklim özellikleri, güneşlenme miktarı ve süresi, ortalama sıcaklık, rüzgâr, nem, bitki örtüsü özellikleri, yakın çevredeki tümsek, çukur, su kütlesi gibi coğrafi elemanlar olarak sıralanabilir.

Yerleşim planlaması ve mikroklima denetimi aşamasının amacı ısıtma, soğutma ve havalandırmanın pasif yöntemlerle sağlanmasına yardımcı olarak, iklimlendirmede aktif enerji desteğine duyulacak ihtiyacı azaltmaktır.

Doğal Havalandırma

Doğal havalandırma dış ortamdaki rüzgârın iç-dış ortam arasında meydana getirdiği basınç farkı ve iç-dış ortam arasındaki sıcaklık farkının oluşturduğu basınç farkından yararlanarak sağlanır. Doğal havalandırmayı etkileyecek faktörler şu şekilde sıralanabilir; rüzgâr yönüne göre pencerelerin konumu, pencerelerin büyüklüğü, düşeyde konumlanışı ve açılış biçimleri, iç duvarların organizasyonu.

Doğal Aydınlatma

Doğal aydınlatma gün ışığını mümkün olduğunca çok kullanarak yeterli aydınlık seviyesini sağlamak üzerine tasarlanır. Amaç sıcak dönemde güneş ışığından korunup, soğuk dönemde faydalanarak binanın aktif enerji ihtiyacının azaltılmasıdır.

Enerji Performans Hesabı

Simülasyon karmaşık sistemleri basitleştirerek bir model oluşturmak ve gerçek sistemin davranışını tahmin ve analiz etmek için bu modeli kullanmaktır. Bina enerji performans hesaplama programları kullanılarak binanın enerji performansı ve verimlilik seviyesi ile ilgili ön kontroller yapılabilir.

Bina Kabuğu

Bina içini ve dışını ayıran tüm bina bileşenleri bina kabuğu olarak tanımlanır. Bina kabuğunun işlevleri ısı, ışık, ses gibi fiziksel parametrelerin kontrolü, kullanıcı sağlığı ve konforu üzerine kuruludur.

Mekanik Tesisat

Mekanik tesisat inşaat işlerinde yaşam standartlarını ve konforu arttırmaya yönelik yapılan ve yapının iç sistemini oluşturan bileşenlerin bütünüdür. Isıtma, havalandırma, klima sistemleri dışında sıhhi tesisat kapsamındaki tüm servisleri içerir. Isı kanalları ve bağlantı yerleri çok iyi yalıtılmalıdır.

Kullanıcı Bilgilendirme

Kullanıcı için enerji verimli binaya ait genel kullanma ve işletme talimatlarının olduğu ve bina ekipmanları için teknik el kitaplarının, garanti belgelerinin ve servis iletişim bilgilerinin olduğu bir dosya hazırlanmalıdır. Bu dosyada binanın enerji performansını gösteren resmi enerji kimlik belgesi de yer almalıdır. Kullanıcılara binanın ve mekanik sistemlerin nasıl verimli kullanılabileceği ile ilgili bilgi ve eğitimler de verilmelidir

Bazı Yüksek Performanslı Bina Türleri

Literatüre bakıldığında zaman içinde binaların performans karakteristiğini tanımlayan çeşitli terminolojilerin kullanıldığı görülmektedir. Yüksek performans elde edebilme bağlamında farklı tanımlamalar yapılmıştır.

Akıllı Bina

Akıllı binalar teknolojik yenilikleri kullanarak yaşayanların konforunu ve güvenliğini artıran, binanın enerji harcamalarını otomatik olarak binanın kendi elemanlarıyla ve ek donatılarla kontrol ederek en alt düzeye indiren binalar olarak tanımlanmaktadır. Akıllı binalar mekanik, elektrik ve elektronik sistemlerin kesintisiz bir şekilde verilerinin ölçülmesini, kaydedilmesini, analizlerinin yapılmasını, otomatik olarak karar verilmesini ve uygulamaya geçilmesini amaçlar.

Yeşil Bina

Yeşil binalar ekolojik, yeşil, çevre dostu gibi pek çok isimle karşımıza çıkan doğayla uyumlu yapılar, arazi seçiminden itibaren yaşam döngüsü içinde değerlendirilen, sosyal ve çevresel sorumluluklarla tasarlanan, iklime uygun, ihtiyacı kadar tüketen, yenilenebilir enerji kaynaklarını ön plana çıkarmış, doğal ve atık üretmeyen malzemelerin kullanıldığı ekosistemlere duyarlı binalar olarak tarif edilebilir. Yapım aşamasında doğal çevre tahribatının en aza indirilmesi, yeşil katmanların güneş ışınlarını yansıtmaması ile sera etkisini oluşturan yansımaları azaltması, yeşil katmanları ile oksijen üretmesi, yeşil çatı uygulaması ile yağmur sularının arındırılması, kentsel yaşam alanlarına değer katması, temiz teknolojilerin kullanımı ve geliştirilmesine ortam sağlaması, yağmur sularının kullanımı ile kanalizasyon sisteminin yükünü azaltma, güneş ve rüzgâr enerjilerinden yararlanma, ısıtma soğutma maliyetlerinin ve karbondioksit salınımının azaltılması, geri dönüştürülebilir atıkların kullanılabilmesi ve sonuçta enerji tasarrufu sağlaması yeşil binaların önemli özelliklerindendir.

Pasif Ev

Pasif evler çok iyi yalıtılmış ve yıllık ısıtma ihtiyacı çok düşük olacak şekilde planlanmış binalardır. Pasif evlerin standartları yüksek ısı yalıtımı uygulaması, hava sızdırmaz bina kabuğu, iklime göre üç veya iki camlı yüksek performanslı pencere seçimi, mekanik ve yüksek verimliliğe sahip ısı geri kazanımlı havalandırma sistemi, bina içindeki elektronik aletler ve insan sayısına bağlı ısı kazançlarının kontrolü ve güney cephede gölgelendirme olarak sıralanabilir. Yeşil binalar daha çok çevre ile ilgili boyutlara değinirken, pasif yapılar ise enerjiyle ilgili tüm kavramlarla ilgilenmektedir. Uzmanlar yeni bir inşa biçimi ortaya koyan, konforlu bir hayat sunarken enerjiden de tasarruf etmemizi sağlayan pasif yapıların, enerji tasarrufu ve çevre gibi bütün sorunlara çözüm olabileceği ifade etmektedirler. AB 2019’dan sonra inşa edilecek bütün binaların yaklaşık sıfır enerji bina, yani pasif ev standartlarında olmasını ön görmektedir.