Sıcak-nemli iklim bölgelerinde avlu boyutlarının binalardaki konfor koşullarına etkisinin değerlendirilmesi

Dünyada hızla artan enerji kullanımı sebebiyle enerji kaynakları giderek azalmakta, bunun sonucunda enerji verimliliği önem kazanmaktadır. Binalarda kullanılan enerji, toplam tüketilen enerjinin önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Türkiye'de sanayileşme ve kentleşmenin artması ve hızla artan nüfus yeni binaların yapımının artmasına sebep olmuştur. Yeni yapılan binalarda, geleneksel binalardaki enerji etkin ve iklimle dengeli yaklaşım göz ardı edilmekte ve bunun bir sonucu olarak enerji giderlerinin arttığı görülmektedir. Binalarda enerjinin büyük bir bölümü ısıtma ve soğutma gereksinimleri için harcandığından bu alanda yapılan harcamaların azaltılması ve binalarda enerji etkinliğinin sağlanması öncelikli bir sorun haline gelmiştir. Mimarların tasarım aşamasında enerji etkin tasarım değişkenleri için doğru kararlar almasıyla binaların enerji harcamalarını azaltmak olanaklıdır. Her iklim bölgesinde mevcut iklimsel koşullar düşünülerek gerçekleştirilen iklimle dengeli bina tasarımı, binalarda konfor koşullarını sağlamanın en etkili yollarından birisidir. Bu amaçla sıcaknemli iklim bölgelerinde, gölgeli alanları arttırarak güneşin ısıtıcı etkisinden korunmak ve doğal havalandırmayı sağlamak iç konfor koşullarının sağlanmasında en önemli tasarım kararlarındandır. Avlulu bina formu özellikle sıcak iklimlerdeki mevcut iklimsel koşullar düşünülerek tasarlanmıştır. Avlu, etrafı duvarlar ve yapı alanlarıyla tamamen veya kısmen çevrilmiş üstü açık alandır. Avlunun temel fonksiyonu yapının etrafındaki mikro klimayı etkileyerek binanın konfor koşullarını iyileştirmektir. Avlunun boyutları, bina kabuğunda oluşan gölgeli alanı etkileyen en önemli değişkenlerdendir ve bunun sonucunda hacme ulaşan güneş ışınımı miktarını dolayısıyla iç mekan konfor koşullarını etkilemektedir. Bunun yanı sıra, avlular doğal havalandırmayı sağlamakta ve aşırı nemin etkisinin azaltılmasında önemli bir rol oynamaktadır. Doğal havalandırma sayesinde kullanıcılara daha konforlu ve sağlıklı yaşam alanları oluşturulmakta, ayrıca mekanik havalandırma ve soğutma sistemlerine olan ihtiyaç azaltılarak binaların enerji tüketimi önemli ölçüde azaltılmaktadır. Avlu boyutları değiştiğinde avluya bakan hacimlerde oluşan hava akımı hızı ve bağıl nem değerleri değişiklik göstermekte, buna bağlı olarak iç mekan konfor koşulları değişmektedir. Bu çalışmada farklı avlu boyutlarına sahip binalarda, binanın yönlendiriliş durumu, havalandırma süresi ve havalandırma seçeneklerinin binalardaki konfor koşulları üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Tüm hesaplamalar avluya bakan hacim için yapılmıştır. Seçilen hacmin iç mekan konfor koşullarına ait değişkenler Türkiye'nin sıcaknemli iklim bölgesini temsil eden Antalya ili için 21 Temmuz günü seçilerek hesaplanmıştır. Bina enerji simülasyon programı kullanılarak operatif sıcaklık, bağıl nem ve güneş ışınımı kazancı değerleri hesaplanmış ve iç mekan konfor koşulları üzerine kapsamlı bir değerlendirme gerçekleştirilmiştir. Operatif sıcaklık, bağıl nem ve güneş ışınımı kazancı değerleri hesaplandıktan sonra avlu derinliğinin ve havalandırma seçeneklerinin hacim içinde oluşan hava akımına etkisini incelemek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı yardımıyla sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Farklı avlu derinliklerinde ve havalandırma seçeneklerinde hacim içinde oluşan hız dağılımları kontur ve vektörel olarak incelenmiş, hacim içinde oluşan hava akımının hızı ve hareketi değerlendirilmiştir. Çalışma beş ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olan giriş bölümünde, azalan enerji kaynakları ve artan enerji tüketimi özetlenmiştir. Binaların enerji tüketimindeki payı ve enerji etkin bina tasarımının önemi üzerinde durulmuştur. Pasif tasarım kararları ile binaların ısıtma ve soğutma ihtiyacının dolayısıyla enerji tüketiminin azaltılacağına değinilmiştir. İkinci bölümde, binalarda konfor koşullarını etkileyen değişkenler açıklanmış ve bu değişkenler kişisel değişkenler ve çevresel değişkenler başlıkları altında incelenmiştir. Kişisel değişkenler, kullanıcı niteliğine ve durumuna ilişkin değişkenler ve fizyolojik değişkenler, çevresel değişkenler ise dış iklim elemanları ve iç iklim elemanları başlıkları altında tanımlanmıştır. Üçüncü bölümde, binalarda konfor koşullarını etkileyen binaya ilişkin değişkenler açıklanmış ve bu değişkenler binanın yeri, bina aralıkları, hacim organizasyonu ve hacimlerin yönlendiriliş durumu, bina formu ve bina kabuğu başlıkları altında incelenmiştir. Tüm değişkenler farklı iklim bölgeleri için, hem güneş ışınımına hem de hava hareketine göre irdelenmiştir. Dördüncü bölümde, avlu boyutlarının binalardaki konfor koşullarına etkisinin değerlendirildiği bir çalışma ortaya konulmuştur. Avlu genişliği aynı (400 cm.), derinliği farklı (50, 100, 150, 200, 250, 300 cm.) olan 6 avlulu bina formu üretilmiştir. Avluya bakan hacim bütün seçeneklerde sabit tutulmuştur (400 x 400 cm.). Avluya bakan hacim için avluya bakan duvarında tek pencere olan ve avluya bakan duvarı ve karşı duvarında iki penceresi olan iki farklı havalandırma seçeneği üretilmiştir. 6 farklı avlu formunun, avluya bakan hacminin kuzey, doğu, güney ve batıya yönlendirilmesiyle, farklı havalandırma süreleri ve havalandırma seçenekleri uygulanmasıyla toplam 144 bina enerji simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlar EnergyPlus 8.3. 0 bina enerji simülasyon programı kullanılarak, Antalya ilinde en sıcak günü temsil eden 21 Temmuz için yapılmıştır. Hacimde oluşan operatif sıcaklık, bağıl nem ve güneş ışınımı kazancı değerleri incelenmiştir. Avlu boyutları, hacmin yönlendiriliş biçimi, havalandırma süresi ve havalandırma seçeneklerinin konfor koşullarına etkisi, bina enerji simülasyonları yardımıyla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. İç hacimde oluşan operatif sıcaklık, bağıl nem ve güneş ışınımı kazancı değerleri incelendikten sonra hacimde oluşan hava hareketinin sayısal analizleri yapılmıştır. Sayısal analiz için incelenecek hacimlerin geometrik modelleri bir akış alanı içerisinde oluşturulmuş daha sonra bu alana çözüm ağı tanımlanmıştır. Geometrik modeller ve çözüm ağı ANSYS Workbench platformu yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizler bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan ANSYS FLUENT 16.2 programında gerçekleştirilmiştir. Avlu derinliği farklı (50, 100, 150, 200, 250, 300 cm.) olan 6 avlulu bina formunda tek taraflı ve çapraz havalandırma yapıldığı toplam 12 model için analizler gerçekleştirilmiştir. Düşey ve yatay düzlemler oluşturularak hız dağılımının kontur ve vektörel olarak sonuçları değerlendirilmiştir. Hacim içinde oluşan hava akımının hızı ve hareketi hesaplanarak, avlu derinliği ve havalandırma seçeneğinin hacimde oluşan hava hareketine etkisi ve bunun sonucunda iç mekan konfor koşullarına etkisi incelenmiştir. Beşinci bölümde, yapılan çalışmanın sonuçlarının değerlendirilmesine yer verilmiştir. Avlu boyutları, hacim yönlendirişi ve havalandırma seçenekleri ile hacimlerde oluşan operatif sıcaklık, bağıl nem, güneş ışınımı kazancı değerlerinin ve hava akımı hızının dolayısıyla iç mekan konfor koşullarının önemli ölçüde değiştiği ve tasarım aşamasında bu değişkenlere ait verilecek doğru kararlar ile hacimlerde istenen konfor koşullarının sağlanabileceği vurgulanmıştır.