Konutlarda ısıtma enerjisi korunumu amaçlı mimari tasarıma yön verici ilkelerin ve çözümlerin belirlenmesinde bir yaklaşım araştırması /
Yazar: C. HASAN DÖRTER
Danışman: PROF. DR. EROL KULAKSIZOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 1994
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Enerji = Energy ; Isıtma enerjisi = Heating energy ; Konut mimarisi = Housing architecture ; Mimari tasarım = Architectural design

Özet:
Enerji kullanımındaki büyük artış, fosil enerji kaynaklarının giderek azalması, enerji tüketimi sonucu çevre kirliliği ve ekolojik dengenin bozulması gibi sorunlar, enerji ekonomisinin önemini ön plana çıkarmıştır. Kullanıcıya iklimsel konforlu bir ortam sağlayabilmek için konutlarda ısıtma enerjisinin, genel enerji tüketiminde en büyük payı alması, enerji korunumu sağlama doğrultusunda enerji bilinçli mimari tasarım konusunu mimarlık gündemine getirmektedir. Bu çalışma, ısıtma enerjisinin korunumunu sağlamak için ısıtma enerjisi gereksiniminin azaltılması ile ısıtma enerjisi kazancının arttırılması doğrultularındaki önlem ve irdelemelerin mimari tasarımla bütünleştirilmesini ve bu doğrultudaki mimari planlama sorunuyla karşılaşan tasarlayıcının uğraşını bilinçli bir sürece dönüştürmeyi amaçlayan bir araştırmadır. Birinci bölümde, problemin belirlenmesi ve problemi ortaya çıkaran etkenlerin incelenmesinde izlenecek yolun tartışması yapılarak, problemin sistemler yaklaşımı bakış açısından irdelenmesi uygun görülmüş, tezin yöntemi belirlenmiştir. İkinci bölümde, konu ile ilgili kavram ilişkileri ele alınarak önce konut ve enerji,daha sonra kullanıcı ve enerji ilişkileri incelenmiştir. Konutlardaki enerji kullanımı ile günboyu ısıtma enerjisini etkileyen değişimler, solar hareket ve mekan kullanımı yönlerinden ele alınmıştır. Daha sonra kullanıcının iklimsel konfor gereksinmelerinin sağlanmasındaki iklimsel ve kişisel değişkenler irdelenmiştir. Tezin üçüncü bölümünde konut tasarımı ile ısıtma enerjisi korunumu sorunlan ve ilişkileri iki temel doğrultu halinde, ısıtma enerjisi gereksiniminin azaltılması ve ısıtma enerjisi kazancının arttırılması başlıkları adı altında incelenmiştir. Bina programlama sırasında enerji gereksinimin azaltılması doğrultusundaki önlemler; bina kortseptine yönelik kararlar, kullanıcı davranışlarının değerlendirilmesi ve iklimle dengeli bina tasarımı konularında ağırlık kazanmaktadır. Mimari tasarlama yoluyla ısıtma enerjisi kazancının arttırılması doğrultusundaki önlemler içinde büyük etkisi gözlemlenen güneş enerjisinden edilgen önlemlerle yararlanma konusu bina tasarım ölçeği, mekan tasarımı, bina / çevre tasarımı, yapı bileşeni tasarımı ölçeklerinde ele alınmış ayrıca edilgen güneş enerjisi kullanımına ek sistemler incelenmiştir. Dördüncü bölümde ise, enerji korunumu doğrultusunda mimari tasarıma yön verici ilkelerin ve çözümlerin belirlenmesi amacıyla, enerji tüketimini etkileyen tasarım belirleyicileri ve enerji korunumunun belirlenmesinde etken karar alanları ile öngörülen önlem ve çözümlerin mimari tasarlama sürecine yansıtılması ve farklı karar vericilerin enerji korunumlu tasarım sürecindeki rollerini belirleyen bir yaklaşım modeli oluşturulmuştur. Sonuç olarak, mimari planlama yoluyla konutlarda ısı korunumunu sağlayacak ilke ve çözümler ile tasarlayıcının mimari tasarlama sürecinin çeşitli aşamalarında vereceği kararlan, mimari tasarım açısından önem derecelerine ve önceliklerine göre sıralayarak tasarlayıcıya bu aşamalarda "karar verme" ve "birlikte çalışma" konusunda yardımcı olacak bir yöntem geliştirmesine çalışılmıştır.

Abstract:
Rapide Urbanisierung, Industrialisieaing und eine infolge des Bevolkerungswachstums gewaltige Steigeaing des Energieverbrauchs haben Probleme wie die zunehmende Verknappung der fossilen Energievorrate, Umweltverschmutzung bei der Gewinnung und beim Verbrauch dieser Energien und eine Störung des ökologischen Gleichgewichts mit sich gebracht. Der ersatzlose Abbau endlicher Ressourcen, deren Regenerationszeitraum weit langfristiger ist als der Verbrauchszeitraum, ist nicht zu verhindern. Hinzu kommt noch der Aufbau von Schadstoffhalten in Boden, Luft und Wasser mit Materialien, die nicht wieder in ein ökologisches System eingegliedert werden. Urn aus der Sicht der Energiewirtschaft den Energieverbrauch auf ein Minimum zu beschrânken, rückt "energiebewuStes Planen", das sich die in unserer Umwelt frei zugânglichen und quasi unerschöpflichen natüriichen Energiequellen ( wie Sonne, Wind, Bodenwarme) zunutze macht, ins Blickfeld und muS gemeinsam mit der natüriichen und gebauten Umwelt des Menschen thematisiert werden. Die wichtigste Entscheidung für den spâteren Energiebedarf eines Gebâudes wird bereits bei seiner Konzeption getroffen. Erhöhter Energiebedarf aufgrund falscher Gebâudeform, falscher Bauweise ist spâter kaum noch auszugleichen. Es gehört zu den primâren Aufgaben des Planers, architektonische Planungslösungen zu schaffen, welche dem Menschen die Möglichkeit geben, in einem Wohnraum zu leben, wo mit einem Minimum an Energieverbrauch die Bedingungen bioklimatischen Komforts erfullt sind. Hierbei stellen jedoch die Vielfalt der auf diese Lösung einfluSnehmenden Planungsparametern, unter ihnen bestehende Differenzen und die unterschiedlich gesetzten Prâferenzen den Planer vor das Problem, die richtige Entscheidung zu treffen. In der künstlichen Umwelt, in der er lebt, verbraucht der Mensch die meiste Energie für die Erwarmung dieser gebauten Umwelt, urn seine klimatischen Bedürfnisse im Gleichgewicht zu halten. Ca. 40% des Primarenergiebedarfs eines Industriestaates wird fur die Raumheizung von Gebâuden benötigt. Hier findet sich volkswirtschaftlich gesehen ein riesiges Potential aus dem Energie gespart werden könnte. MaSnahmen, die hinsichtlich einer Reduzierung der Energiemenge, welche verbraucht wird, um solche dem Komfortniveau - als einem für den Nutzer fundamentalen Bestandteil seiner Lebensqualitat - angemessenen künstlichen Lebensrâume zu schaffen.getroffen werden können, stellen beim Energiegesamtverbrauch und in Verbindung damit bei der drohenden Erschöpfung der diese Energien liefernden Resourcen einenwichtigen Faktör dar. Ein Ma&nahmenpaket, das aus einer Sammlung all dieser einzelnen MaSnahmen besteht, gewinnt im Endeffekt wegen seines hohen Beitrags zur Energieeinsparung, einen von den Entscheidungstrâgern in den einzelnen Phasen der gesamten Gebâudekonzeption nicht zu vernachlâssigenden Wert und macht die Notwendigkeit deutlich, die Entscheidungstrâger auf den entsprechenden Gebieten mit Informationen zu versorgen. Man muS die Gesamterscheinung des am Ende des Planungsprozesses realisierten Produkts und seinen Beitrag zur Energiewirtschaft mit unterschiedlichen MaSstaben untersuchen. In dieser Arbeit, in der die Prinzipien und Lösungen zum Sparen der Heizenergie in Wohnungen, seitens des Architekts, untersucht werden, ist der Versuch untemommen worden, eine Methode zu entwickeln, die dem Planer in alien Stadien der Planung beim "Fallen von Entscheidungen" Hilfestellung geben soil, in dem die einzelnen Entscheidungen, welche ein Planer in den verschiedenen Stadien des architektonischen PlanungsprozeSes zu fallen hat, vom Aspekt der architektonischen Planung her nach Wichtigkeit und Reihenfolge zusammengestellt werden. Aufgrund der in dieser Untersuchung zu behandelnden Themen ist das Problem hinsichtlich der Einsparung an Raumheizungsenergie dienenden Planungsentscheidungen seitens der Architekten unter zwei Gesichtspunkten und in Einschrânkung auf die Ebene der Raum- und Gebâudeplanung folgendermaBen behandeit worden: a-MaSnahmen im Hinblick auf den klimatischen Komfort, -ein Gebâudekonzept, das den Heizbedarf im Raum reduziert. -ein dem Input des Basissystems zuzurechnender architektonischer Planungsentwurf, b- MaSnahmen, die eine verbesserte Energienutzung gewahrleisten: -dem Input des Basissystems zuzurechnende passive MaSnahmen -Nutzung von Sonnenenergie Auf alle weiteren MaBnahmenentscheidungen in Bezug auf eine energiebewuBte Gebâudekonzeption soil in künftigen Forschungsarbeiten nâher eingegangen werden, gemeinsam mit dem ersten hier geleisteten Schritt kann so das Lösungspaket für eine energiebewuBte Gebâudekonzeption vervollstândigt werden. Bei dieser Arbeit handelt es sich urn eine Untersuchung, die sich zum Ziel gesetzt hat, die Beschâftigung des Planers mit dem Problem eines architektonischen Konzepts, das im Sinne einer energiebewuSten Gebâudekonzeption versucht, Heizenergie einzusparen, zu einem BewuStwerdungsprozeS werden zu lassen. VIIİm ersten Kapitel wird zunâchst das Problem definiert. Danach werden die verschiedenen Komponenten des Problems erklârt und die Untersuchungswege dieser Komponenten bestimmt. Hier geht es darum die wechselseitigen Beziehungen in Ausrichtung auf harmonische Entscheidungen, welche von den verschiedenen Entscheidungstragem (wie Planer, Besitzer, Benutzer, Bebauer) in den verschiedenen Phasen des Projekts getroffen werden, in energiebewu&ter Planungsweise zu bearbeiten. Deswegen werden im Unterschied zur traditionellen Weise, im Planungsstadium die entsprechenden Informationen zur Verfügung gestellt. Es soil sowohl in der Reihenfolge als auch in dem Inhalt der Planungsphasen Unterschiede gemacht werden. Aufgrund der Komplexitat des Forschungsgebietes sind weitere Untersuchungen zur Konkretisierung des Problems und seiner Komponenten auch insbesondere bezüglich der gegenseitigen Wechseiwirkung dieser Komponenten erforderlich. Im ersten Kapitel wird deshalb ein System definiert, die Elemente des Systems und ihre Beziehungen untereinander werden unter dem systemtheoretischen Aspekt diskutiert. Die Funktionsweise des Systems, auch insbesondere bezüglich seiner architektonischen Fragestellung und Entwurfsystem, werden in diesem Kapitel bearbeitet. Es wird davon ausgegangen, daS für die Analyse des Problems zunâchst die Wechselbeziehungen zwischen Wohnung, Warmeenergie und Benutzer erklârt werden mud. Deswegen werden im zweiten Kapitel die Beziehungen zwischen der Wohnung und Energie und danach diejenigen zwischen Nutzer und Energie untersucht. Der Energieaufwand für den Unterhalt des Gebâudes setzt sich im wesentlichen aus dem Energiebedarf für die Raumheizung und Warmwasserzubereitung sowie dem Energiebedarf für den Betrieb von Gerâten zusammen. Bei den privaten Haushalten wird bis über 80% des gesamten Energieverbrauchs für die Raumheizung und von dem Rest wiederum der gröBte Teil für die Warmwasserzubereitung verwendet. Die wichtigste Grundfunktion von Gebâuden besteht darin, die Nutzer vor wechselnden klimatischen Bedingungen zu schützen und ihnen einen behaglichen Lebensraum zu schaffen. Eine solche Umwelt kann man dadurch erreichen, daB man die verschiedenen Parameter, welche die klimatischen Ereignisse der natüriichen Umwelt beeinflussen und bestimmen, erkennt und für sich nutzt. Bei der Planung des Raumklimas gemâS der bioklimatischen Bedürfnisse des Nutzers werden die Planungsentscheidungen, die im Verlauf des Planungsprozesses betreffs des Gebâudes bezüglich der Energieversorgung gefüllt werden müssen, relevant. Es werden die Wechselwirkungen zwischen Wohnungs- und Raumnutzung einerseits und solarer und thermaler Verânderung andererseits untersucht, wie sich bei der im Sinne der Themenstellung dieser Arbeit definierten Verteilung von Warmeenergie durch die Nutzer in den Wohneinheiten und die Verânderungen, welche in den Wohneinheitert im Veriauf des Tages die Warmeenergie beeinflussen, manifestieren. VIIIBei der Bearbeitung des Kompiexes Nutzung und Energie werden klimatische, qualitative und quantitative Bediirfnisse von Nutzern, welche ihre Heizenergie genau dariegten, dargestellt und detailliert untersucht. Im dritten Teil werden sowohl die Probleme von Wohnungskonzeption und Reduzierung von Heizenergie als auch deren wechselseitige Beziehungen untersucht. Man kann eine energiebewuSte Gebâudekonzeption in einem sehr breit angelegten Fâcher mit sehr unterschiedlichen MaSstâben angehen ( z.B. vom MaSstab der Siedlung bis zu physischen Eigenarten in Bezug auf Optik und Thermik des Baumaterials). Die Voraussetzung für alle MaSnahmen zur sinnvollen Nutzung von Energie in Gebâuden ist eine Reduzierung des Energiebedarfs. Dies geschieht nicht nur durch den Einsatz warmedammender Baustoffe und Konstruktionen, sondern auch durch den Aufbau von Temperatur-hierarchien innerhalb des Gebâudes und nicht zuletzt durch ein energiebewuStes Nutzerverhalten. Bei der energiebewuSten Gebâudeplanung trifft der Planer zahlreiche Entscheidungen, welche er in einer bestimmten Reihenfolge anzugehen hat. Diese Entscheidungen und MaSnahmen werden in zwei unterschiedliche, doch auf dasselbe Ziel ausgerichtete Gruppen unterteilt. Die erste Gruppe von MaSnahmen ist auf die Reduzierung des Energiebedarfs ausgerichtet. Dazu muS der Planer eine Reihe von Entscheidungen treffen, welche - die Parameter des klimagerechten Bauens - das Gebâudekonzept ~ Nutzergewohnheiten und -verhalten betreffen. Diese im Hinblick auf die Verringerung des Bedarfs an Heizenergie vom Planer bei der Konzeption des Gebâudes zu fallenden Entscheidungen werden in vier Planungsbezügen getroffen; ~ Gebâude/Umgebung - Gebâude - Râume - AuSenwand (Gebaudehülle) In der zweiten Gruppe werden die konzeptionellen MaSnahmen, durch die sich die Energiegewinnung des Gebâudes optimieren lassen, diskutiert. Bauliche MaSnahmen im Sinne einer passiven Nutzung der Sonnenenergie werden in diesen Planungsphasen getroffen : - Gebâude/ Umgebung - Gebâude - Râume - AuSenwand (Gebaudehülle) AuSerdem kann man eine maximale Ausnutzung der Solarenergie mit Hilfe einiger zusâtzlicher Systeme ermöglichen. IXİm vierten Teil wird ein Modeli zur Bestimmung von Grundlagen und MaBnahmen, welche auf die Konzeption EinfluS haben, vorgestellt. Die Konzeptionskriterien, die auf den Energieverbrauch einwirken und verschiedene Entscheidungen, die getroffen werden müssen, um den Energieverbrauch zu reduzieren, werden mitsamt Untersystemen untersucht. Die Raumheizungsenergie bietet wegen ihres hohen Anteils am Gesamtenergieverbrauch des Gebâudes einen effektiven Ansatzpunkt, um Energie einzusparen. Die dabei erforderlichen MaSnahmen wirken sich auf das Konzept des Gebâudes aus. Die planerischen MaSnahmen und Entscheidungen, die zur Reduktion des Energiebedarfs führen, werden nach einzelnen Schritten der Planungsphasen in Gruppen unterteilt. Es wird damit festgestellt, welche Entscheidungen in welcher Entwurfsphase für die Energieeinsparung von Bedeutung sind. Die für die Energieeinsparung vorgesehenen Entscheidungen und MaBnahmen sollen in der Planungsphase nicht nur von dem Planer selbst, sondern auch von verschiedenen Entscheidungstrâgern der unterschiedlichen Bereiche aufgegriffen werden. Aus diesem Grunde wurde ein Modeli für Wissenschaftler wie Stadtplaner, Energieingenieure, Bauphysiker u.a., die verschiedenen Nebenplanungsgruppen angehören, entworfen. Anhand dieses Modells wird festgestellt, in welcher Planungsphase welche Planungsentscheidungen getroffen werden müssen. Auf diese Weise werden die an der Planungsphase des Gebâudes beteiligten Planer Möglichkeit haben, anstehende Entscheidungen, deren Reihenfolge und etwaig (für bestimmte Fachbereiche) benötigte Spezialisten zu determinieren, urn so eine Einsparung von Heizenergie zu erreichen.