Termo bi-metallerin uyum gösteren cepheler bağlamında kullanımı: trombe duvar sistemi gölgeleme bileşeni örneği

Son yıllarda artan enerji ihtiyacıyla birlikte fosil yakıt tüketiminin çevreye verdiği önemli zararlar sonucunda; yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim, sürdürülebilirlik, enerji talebinin azaltılması, enerji verimliliği gibi kavramlar öne çıkarılmaya başlamıştır. Yapılarda enerji tüketiminin minimum seviyede tutulması amaçlandığında; enerjinin büyük bir kısmının ısıtma, soğutma ve havalandırma ihtiyaçları nedeniyle harcandığı görülmüştür. Türkiye'nin coğrafi olarak avantajlı olduğu göz önünde bulundurulduğunda; güneşten verimli şekilde faydalanılan politikaların izlenmesinin, yapılardaki iklimlendirme kaynaklı enerji harcamalarını azalttığı daha önceki çalışmalardan ve uygulamalardan bilinmektedir. Güneş enerjisinin farklı enerji türlerine çevrilerek kullanılması yaygınlaşmış olsa da, iklimlendirme yüklerini azaltma konusunda yapılan uygulamaların görece sınırlı olduğu görülmektedir. Çevresel etkenlerin tasarım kararlarına etkili şekilde yön vererek mimariyi biçimlendirdiği noktada ''iklime uyumlu mimarlık '' kavramı karşımıza çıkmaktadır. İklime uyumlu mimarlık; iklimsel etkenlerin öncelikli olarak tasarımı biçimlendirmesinin yanı sıra, enerji korunumu ve sürdürülebilirlik kavramları yönünden de önemli bir kinetik yaklaşımdır. Özellikle son yıllardaki iklim değişikliğinin süreklileştiği bölgelerde bu yaklaşımın benimsenmesinin çok daha önemli olduğu görülmektedir. Binalarda, henüz tasarım aşamasındayken dikkate alınması ve alınacak tasarım kararlarında etkili olması gereken önemli değişkenlerden birisi iklimdir. Çevresel koşulların biçimlendirdiği bu kararlar sayesinde enerji tüketimi büyük ölçüde azaltılabilir. Binanın enerji verimliliğinin büyük ölçüde arttırılmasını sağlayan, iklim unsuru dikkate alınarak planlanan sistemlerden biri ısı depolama sistemleridir. Trombe duvarlar diğer adıyla güneş duvarları, bu bağlamda karşılaşılan dolaylı pasif ısı depolama sistemlerinden biridir. Binaların ısıtma-soğutma giderlerini optimize etmek amacıyla tasarlanan; güneş enerjisinden maksimum seviyede yararlanılması üzerine kurgulanmış bu edilgen sistemin, günümüz mimarisi ve gelişen teknolojik imkanlar sayesinde farklı amaçlara yönelik olarak kullanılabilen farklı türleri de bulunmaktadır. Şekil hafızalı malzemeler, gelişen teknolojik imkanlar sayesinde son zamanlarda karşılaşılan yenilikçi malzemelerden biridir. Termo bi-metal sistemlerinde, şekil hafızalı malzeme sınıfı içerisinde yer alan, ısıya duyarlı yenilikçi malzemeler arasındadır. Termo bi-metal malzemeler, iki veya üç farklı metalin levha haline getirilerek birleştirilmesiyle elde edilen; farklı genleşme katsayılarının etkisiyle, ısıya maruz kaldığında bir tarafa doğru kıvrılma hareketi yapan malzemelerdir. Bu malzemelerin çevresel etkenler karşısında kendiliğinden uyarlanabilme özelliğinden yararlanılarak, enerji giderlerinin en aza indirgendiği sistemler düşünülebilir. Bu bilgiler doğrultusunda, bu çalışmada Trombe duvar sistemleri ele alınmış; bu sistemlerde termo bi-metal malzeme ile kurgulanan iklime uyumlu/ kinetik gölgeleme bileşeni alternatifleri oluşturularak, termo bi-metal malzemenin çeşitli kullanım koşullarında Trombe duvarda oluşturduğu gölgeleme miktarlarına olan etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda; tezin birinci bölümünde, çalışmanın amacı, kapsamı, yöntemi açıklanmıştır. İkinci bölümde, cephedeki ısı depolama sistemlerinden biri olan Trombe duvar sistemleri açıklanmış; mimarideki öneminin incelenmesinin yanı sıra değişen çevresel etmenlerle ilişkisi farklı iklim bölgelerindeki çalışma prensipleri ile incelenmiştir. Ayrıca, Trombe duvar sisteminin temel bileşenleri ve sistemin verimine etkilerinin incelenmesine yönelik yapılan çalışmaların sonuçları verilmiştir. Üçüncü bölümde, yenilikçi bir malzeme olarak şekil hafızalı malzemelerin tanımı yapılmış ve temel özellikleri açıklanmıştır. Şekil hafızalı malzeme olarak termo bi-metal malzemelerin kinetik mimari ile ilişkisi incelenmiş ve bi-metal malzeme detaylı şekilde açıklanmıştır. Bu incelemelerden referans alınarak, temel çalışma bölümü olan dördüncü bölüme geçilmiştir. Dördüncü bölümde, termo bi-metal ile oluşturulan Trombe duvar gölgeleme bileşeninin tasarımı ve elde edilen değerlendirme sonuçları açıklanmıştır. Gölgeleme bileşeni tasarımı kapsamda, öncelikle incelenecek Trombe sistem için şehir ve referans günler seçilmiş; bu konumun getirdiği iklim verileri ve bazı dış çevre kabulleri belirlenmiştir. Devamında, İzmir ilinde olacağı kabul edilen Trombe sisteme ilişkin değişkenler belirlenmiştir. Gölgeleme bileşeni tipolojilerinden yatay saçak ve yatay güneş kırıcı tipleri seçilerek bu tipler üzerinden çalışmalara devam edilmiş ve ısıtma ve soğutma dönemlerinde istenen açık/kapalı durumları tanımlanmıştır. Daha sonra termo bi-metal türü seçimi yapılarak İzmir ili iklim verileri ve diğer kabuller dahilinde, eş zamanlı yürütülen matematiksel hesaplamalar ve SketchUp programında gerçekleştirilen gölgeleme ön analizleri ile yatay güneş kırıcı alternatifinin geliştirilmesine karar verilmiştir. Seçilen alternatifin geliştirilmesi kapsamında, seçilen iki parametre olan 'gölgeleme modülü genişliği' ve 'inodüller arası aralık' için farklı değerler kullanıldığında, ısıtma ve soğutma dönemleri için sırasıyla referans gün olarak belirlenen 31 Aralık ve 11 Ağustos tarihlerindeki Trombe duvarda oluşan gölgeleme miktarları incelenmiştir. Bu inceleme, Rhino, Groshopper ve Ladybug yazılımları/eklentisi kullanılarak yapılmıştır. Değerlendirme için, her iki tarih için bulunan ortalama güneşli alan miktarları dikkate alınarak faydalı olan alternatifler bulunmuştur. Buna göre, ısıtma mevsiminde 10 cm modül genişliğindeki 10 adet modülün; soğutma mevsiminde ise 30 cm modül genişliğindeki 30 adet modülün verimli olacağı görülmüştür. Hem ısıtma hem de soğutma mevsiminde çalışması göz önüne alındığında ise, modül genişliği 20 cm olan 20 cm adet modülün verimli olacağı sonucuna varılmıştır. Tezin Sonuç bölümünde, termo bi-metal malzemeler gibi yeni teknoloji şekil hafızalı malzemelerin hali hazırda bildiğimiz enerji etkin sistemler ile entegre şekilde kullanıldığında doğurabileceği sonuçlardan bahsedilmiştir. Dördüncü bölümde detaylandırılan sistem genel hatlarıyla değerlendirilmiş ve sonuçları aktarılmıştır.