Binalarda güneş kontrol elemanlarının soğutma enerjisi yüklerine etkisinin irdelenmesine ilişkin bir çalışma

Dünya genelindeki sanayileşme ve kentleşmenin etkisiyle birlikte, artan nüfus için gerekli enerjiyi sağlamak giderek daha zor bir hale gelmiştir. Pek çok ülkede fosil yakıtların büyük bir bölümü binalar tarafından harcandığından, binalar yüksek miktardaki karbondioksit salınımından da sorumlu tutulmaktadır. Yenilenebilir kaynakların kullanımı hem doğal kaynakların kullanımına hem de çevre kirliliğine engel olacaktır. Yenilenebilir enerji, güneş, rüzgar, su ve toprak gibi sürekli kaynaklardan elde edilen bir enerji türüdür. Bu nedenle günümüzde, yenilenebilir enerji kaynaklarının en etkin şekilde kullanılması büyük önem taşımaktadır. Binalarda enerji harcamalarını azaltmanın yolu öncelikle binanın enerjiye olan gereksinimini eneji etkin tasarım değişkenleri yardımıyla azaltmakla mümkündür. Yönlendirme ve bina kabuğu gibi tasarım değişkenlerinin binalarda enerji etkinliğini etkileyen en önemli parametrelerden olduğu söylenebilir. Dış ve iç ortamı birbirinden ayıran bir ayırıcı olması nedeniyle, bina kabuğu enerji kazanç ve kayıpların da bir arayüz olarak tanımlanabilir. Bina kabuğu, binanın enerji sistemlerini kontrol eden ve enerji harcamalarını azaltan en önemli elemandır. Aynı şekilde bina kabuğunda yönlendirmenin de toplam enerji harcamaları üzerindeki etkisi küçümsenemeyecek kadar fazladır. Bina kabuğundan kazanılan güneş ışınımı yeğinliği yönlendirmeye göre farklılık göstermektedir. Farklı yönlere yönlendirilmiş bir bina kabuğunun ısıtma ve soğutma enerji yüklerini etkileyen en önemli eleman olmasından dolayı, bina kabuğunun enerji etkin kontrolü binanın pasif sistemlerinin performansının artması ile mümkün olabilecektir. Güneş ışınımı etkisinde olan bir bina kabuğu soğutma amaçlı enerji ihtiyacını artırabilir. Direkt ya da dolaylı ısı geçişini engellemek için güneş ışınımlarının değdiği yüzey korunmalıdır. Güneş kontrol elemanları, özellikle sıcak iklim bölgelerinde, cam yüzeylerden iç mekana geçerek fazla ısınmaya yol açan güneş ışınımına karşı koruma gerçekleştiren en önemli pasif sistem elemanlarıdır. Bir güneş kontrol elemanının en önemli görevi güneş ışınlarını binanın iç mekanına girmeden kesmektir. Eğer güneş kontrol elemanları pencerelerin dış yüzeylerine yerleştirilirse, güneş ışınımlarını cadan geçmeden önce engellemekte daha efektif olabilirler. Bu çalışma seçilen bir bina üzerinde yatay ve düşey güneş kontrol elemanlarının etkisini incelemektedir. Dış güneş kontrol elemanlarının farklı yerleştirilmelerinin etkisini araştırmak amacıyla, yatay ve düşey güneş kontrol elemanları dış cephede farklı yönlere yerleştirilmişlerdir. Farklı pozisyonlardaki güneş kontrol elemanlarının performansını incelemek amacıyla, iç hava sıcaklığı, direkt güneş ışınımı kazancı ve soğutma yükü harcamalarının değişimleri, Energyplus simülasyon programının bir arayüzü olan Designbuilder isimli bir bilgisayar programı yardımıyla incelenmiştir. Çalışma; ılımlınemli, sıcak-kuru ve sıcaknemli iklim bölgelerinin temsili şehirleri olan, İstanbul, Diyarbakır ve Antalya illeri için gerçekleştirilmiştir. Çalışma aşağıdaki adımlardan oluşmaktadır. Giriş bölümünde, yaşanan enerji sıkıntısına zemin hazırlayan gelişmeler özetlenmiştir. Sanayi devrimi etkisiyle gerçekleşen hızlı kentleşme ve nüfus artışı ile birlikte enerji gereksinimindeki artış, enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılan fosil yakıtların çevreye verdiği zarar ve küresel ısınma hakkında bilgi verilmiştir. Binaların enerji etkinliğinin önemi ve bina kabuğunun soğutma yükleri üzerindeki etkisi açıklanmıştır. İkinci bölümde, enerji yükleri üzerinde etkili olan enerji etkin pasif tasarım değişkenleri açıklanmıştır. Bu değişkenler;-Yerleşme-Bina aralıkları-Binanın yönlendiriliş durumu-Bina formu-Bina kabuğunun ıoptik ve termofiziksel özellikleri olarak sayılabilir. Bina kabuğunun, soğutma yükleri üzerinde etkili olan en önemli değişken olması nedeniyle bu ölçekte çeşitli önlemler alınması gerektiği vurgulanmıştır. Üçüncü bölümde, direkt, yaygın ve yansımış güneş ışınımı, güneş ışınımının etkileri, geleneksel güneş kontrol elemanları ve cephelerdeki güneş kontrol elemanlarının etkilerinden bahsedilmiştir. Güneş kontrol elemanları, iç güneş kontrol elemanı, dış güneş kontrol elemanı ve pencere arası güneş kontrol elemanı olarak üç farklı başlıkta incelenmiştir. Dördüncü bölümde, güneş kontrol elemanlarının soğutma enerjisi yüklerine etkisinin değerlendirildiği bir çalışma sunulmuştur. Bu çalışmada öncelikle, çalışmanın uygulanacağı binanın sahip olması gereken özellikler tanımlanmaktadır. Daha sonra referans binanın bulunduğu yer, diğer binalara göre konumu, bina formu ve, binanın yönlendiriliş durumu, bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri belirlenmelidir. İklimsel koşullar için ise, çalışmada kullanılan hesaplama için hem ısıtmanın istenmediği döneme ilişkin dış iklimsel veriler hem de iç hava sıcaklığı gibi iç iklimsel verilerin göz önünde tutulmasına ihtiyaç vardır. Son olarak dış güneş kontrol elemanlarının farklı biçimlerde yerleştirilmelerine bağlı olarak farklı soğutma yükü hesaplama alternatifleri belirlenmelidir. Bu alternatifler;-Binanın mevcut durumu -Doğu ve batı yönlerinde düşey güneş kontrol elemanı kullanılması-Güney yönünde yatay güneş kontrol elemanı kullanılması-Doğu ve batı yönlerinde düşey, güney yönünde ise yatay güneş kontrol elemanı kullanılması şeklinde sıralanabilir. Mevcut bina ile ilgili özellikler belirlendikten sonra, seçilen bir simülasyon programı ile binanın tüm hesaplama alternatifleri için iç hava sıcaklıkları, direkt güneş ışınımı kazançları ve soğutma enerjisi harcamaları hesaplanmıştır. Sonuçlar grafiklerle ifade edilmiştir. Son olarak, beşinci bölümde ise, yapılan çalışmanın sonuçlarının değerlendirmesi yer almaktadır. Simülasyon sonuçlarına göre, ılımlı ve sıcak iklim bölgelerinde, tasarım aşamasında cephede sadece güneş kontrol elemanı uygulamasıyla önlemler alınarak soğutma enerjisi harcamalarında %28-42'lere varan tasarruf sağlanabildiği görülmüştür.