Enerji etkin bina tasarımında ısıtma enerjisi harcamalarını azaltmaya yönelik bir iyileştirme çalışması

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. Aşırı fosil yakıt kullanımı sonucu doğal kaynakların tükenme noktasına gelmesi, çevre kirliliği ve sera etkisi, iklim değişikliklerine sebep olan küresel ısınmanın başlıca sorumlularından biridir. Bu nedenle günümüzde, var olan alternatif enerji kaynaklarının en etkin şekilde kullanılması büyük önem taşımaktadır. Türkiye'de tüketilen enerjinin büyük bir bölümü ithal edilmekte ve her sene enerji bakımından diğer ülkelere daha da bağımlı hale gelinmektedir. Toplam tüketilen enerjinin oldukça büyük bir bölümü yerleşmelerde, özellikle binaların ısıtılmasında kullanılmaktadır. Tasarım aşamasında enerji etkinliği açısından doğru değerlendirilmemiş binalar ise, gereğinden fazla enerji ve kaynak tüketmektedir. Mimarlar, enerjiyi daha etkin kullanabilmek için, binaların farklı iklim koşulları altındaki gereksinimlerini değerlendirerek iklimsel konforu etkileyen binaya ilişkin değişkenlerin değerlerini optimize etmelidirler. Özellikle tasarım aşamasında yapılacak bu değerlendirme, binanın ömrü boyunca harcayacağı enerji miktarını belirlemede yardımcı olacaktır. Bu çalışmada henüz inşa edilmemiş bir binanın, tasarım kararlarının daha enerji etkin bir hale dönüştürülmesi hedeflenmiştir. Böylece, tasarım aşamasındaki bir binada sadece binaya ilişkin tasarım değişkenlerin değerlerini değiştirerek ısıtma enerjisi harcamaları azaltılabilecektir. Bu amaçla tasarım aşamasındaki bir bina referans olarak seçilip, yönetmeliklere uygunluğu kontrol edilmiştir. Daha sonra, pasif tasarım değişkenlerine ilişkin ısıtma enerjisi harcamalarında azalma gerçekleştirecek farklı bina alternatifleri önerilmiş ve bu alternatifler ısıtma enerjisi harcamalarının önemli olduğu ılımlınemli, ılımlı-kuru ve soğuk iklim bölgelerini temsil eden İstanbul, Ankara ve Erzurum illerine uygulanmıştır. Çalışma altı bölümden 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 konuyla ilgili yapı sektöründe yapılan çalışmalar açıklanmıştır. İkinci bölümde, günümüzde zorunlu hale gelen enerji etkin bina tasarımında etkili olan pasif tasarım değişkenleri açıklanmış ve bu değişkenler, kullanıcıya, iklime ve binaya ilişkin olmak üzere üç başlık altında incelenmiştir. Kullanıcıya ilişkin değişkenler aşağıdaki gibi;- metabolizma düzeyi,- giysi türü ve- kullanıcının mekandaki konum ve duruş şekli olarak sınıflandırılabilir. İklime ilişkin değişkenler, dış ve iç iklimsel değişkenler olarak ikiye ayrılmaktadır. Dış iklimsel değişkenler; güneş ışınımı, dış hava sıcaklığı, dış hava nemliliği ve rüzgardan oluşurken; iç iklimsel değişkenler, iç hava sıcaklığı, iç yüzey sıcaklığı, iç hava hareketi ve iç hava nemi olarak açıklanabilir. Binaya ilişkin değişkenler ise binanın bulunduğu yer, yönlendiriliş durumu, diğer binalara göre konumu, formu ve bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri olarak sınıflandırılmıştır. Bu değişkenlerin tasarım aşamasında doğru değerlendirilmesinin enerji etkin bina tasarımı için öneminden ve enerji etkin bina tasarımında gelişmenin gerekliliğinden bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, enerji etkinliğine ilişkin gelişmelerden bahsedilmiştir. Enerji etkinliği ile ilgili dünya genelinde ve Türkiye'de kullanılan teşvik vb. uygulamalardan, Kyoto Protokolü ve Binaların Enerji Performansı Yönergesi'nden bahsedilmiş, konuyla ilgili yasa, yönetmelik ve standartlar özetlenmiştir. Daha sonra, günümüzde giderek popüler hale gelen gönüllü yeşil bina değerlendirme sistemlerinden örnekler verilmiş, BREEAM, LEED, Green Star, CASBEE, DGNB ve SbTool gibi yaygın olarak kullanılan değerlendirme sistemlerinin çalışma prensipleri, mevcut türleri, değerlendirme kategorileri, sertifikalandırma süreçleri ve verilen sertifikalar açıklanmıştır. Dördüncü bölümde, enerji etkin bina tasarımında ısıtma enerjisi harcamalarını azaltmaya yönelik bir iyileştirme çalışması sunulmuştur. Bu çalışmada öncelikle, çalışmanın uygulanacağı referans binanın sahip olması gereken özellikler tanımlanmaktadır. Referans binanın, Türkiye'de geçerli olan TS ? 825: Binalarda Isı Yalıtım Kuralları'na uygun, henüz inşa edilmemiş bir bina olması gerekmektedir. Daha sonra referans binanın bulunduğu yer, diğer binalara göre konumu ve bina kullanıcılarının aktivite düzeyi, giysi türü, mekandaki konum ve duruş şekli ve kullanıcı sayısı belirlenmelidir. İklimsel koşullar için ise, çalışmada kullanılan hesaplama için hem ısıtmanın istendiği döneme ilişkin dış iklimsel veriler hem de iç hava sıcaklığı gibi iç iklimsel verilerin göz önünde tutulmasına ihtiyaç vardır. Son olarak da referans binanın bina kabuğuna ilişkin değişkenler belirlenmelidir. Bu değişkenler;- Opak bileşenin dış yüzeyinin yutuculuk katsayısı- Saydamlık oranı- Saydam bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı- Opak bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı- Opak bileşen katmanlaşma detayları olarak sıralanabilir. Referans bina ile ilgili özellikler belirlendikten sonra, seçilen bir simülasyon programı ile referans binanın mevcut durumunun ısıtma enerjisi harcamaları hesaplanmalıdır. Çalışmanın devamında, ısıtma enerjisi harcamalarını azaltmak için tasarım aşamasında hangi pasif tasarım değişkenlerinin göz önünde bulundurulması gerektiğinden bahsedilmektedir. Önerilen iyileştirme alternatifleri ile ısıtma için harcanan enerjinin önemli olduğu iklim bölgelerinde, ısıtmanın istendiği dönemde ısıtma enerjisi harcamalarını azaltmak amaçlanmaktadır. İyileştirme alternatifleri;- Binanın bulunduğu yer- Bina formu- Saydamlık oranı- Opak bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı- Saydam bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı gibi pasif tasarım değişkenlerine ilişkin olarak belirlenmiştirDaha sonra, referans binanın ve iyileştirme alternatiflerinin ısıtmanın istendiği dönemde ısıtma enerjisi harcamaları hesaplanırken, hangi adımların kullanılacağı açıklanmaktadır. Bu adımlar aşağıdaki gibidir;1. Adım: Mevcut bina ve önerilen diğer bina formları, önerilen saydamlık oranları ile belirlenen temsili iller için DesignBuilder'da modellenerek ısıtmanın istendiği dönem için ısıtma enerjisi harcamaları hesaplanır.2. Adım: En az ısıtma enerjisi harcamasını gerçekleştiren alternatif için, opak ve saydam bileşenin toplam ısı geçirme katsayısına ilişkin iyileştirme alternatifleri geliştirilerek tüm hesaplamalar tekrarlanır. Referans binanın mevcut durumu ve binanın bulunduğu yer, bina formu, saydamlık oranı, opak ve saydam bileşenin toplam ısı geçirme katsayıları gibi değişkenlere ilişkin geliştirilen iyileştirme alternatifleri, seçilen bir simülasyon programında modellenerek, ısıtmanın istendiği dönemde ısıtma enerjisi harcamaları hesaplanmalıdır. En az ısıtma enerjisi harcamasını gerçekleştiren alternatifler, farklı iklim bölgelerinin temsili illeri için ayrı ayrı belirlenmelidir. Belirlenen alternatiflerin ısıtma enerjisi harcamaları referans bina harcamaları ile karşılaştırılarak, il ilegerçekleştirilen iyileşme yüzdesel olarak ifade edilebilir. Son olarak da, referans bina için geliştirilen en iyi alternatifin sağladığı iyileşme yüzdesinin, mevcut bir gönüllü yeşil bina değerlendirme sistemindeki puanlama sisteminden alacağı puan hesaplanmalıdır. Beşinci bölümde, yukarıda açıklanan çalışmanın uygulama kısmı yer almaktadır. Referans bina seçilip ısıtma enerjisi harcamaları hesaplanmıştır. Daha sonra, temsili iller olarak seçilen İstanbul, Ankara ve Erzurum için ısıtmanın istendiği dönemler belirlenmiş, buna göre iyileştirme önerileri ve belirlenen adımlar referans binaya uygulanmış ve elde edilen bulgular, çizelgeler yardımıyla karşılaştırılmıştır. Altıncı bölümde ise, yapılan çalışmanın sonuçlarının değerlendirmesi yer almaktadır. Simülasyon sonuçlarına göre, ısıtma enerjisi harcamalarının özellikle önemli olduğu iklim bölgelerinde, tasarım aşamasında yalnızca pasif tasarım değişkenlerine yönelik önlemler alınarak, ısıtmanın istendiği dönemde ısıtma enerjisi harcamalarında %20'lere varan iyileşme sağlanabildiği görülmüştür.