A system proposal for façade apertures to prevent acoustic problems of naturally ventilated buildings

Günümüzde fosil enerji kaynaklarının tükenmekte oluşu ve karbon salınımının doğaya verdiği zararlar sebebiyle pasif enerji sistemlerinin bina tasarımında önemi artmaktadır. Pasif sistem tasarımında en önemli değişkenlerden biri olan doğal havalandırmanın yapılarda uygulanması sırasında hava akışının sağlanacağı bir cephe boşluğuna ihtiyaç vardır. Bu durum, havalandırma açıklıklarından hava ile beraber dış mekan gürültüsünün de içeri girmesine neden olmaktadır. Cephedeki açıklıkların cepheye oranla boyutlarına bağlı olarak azalttıkları ses miktarı ve ortaya çıkan akustik problemlerin çözümüne yönelik olarak ilgili mevcut bina elemanı tipolojileri üzerinden yapılmış çalışmalar bulunmaktadır. Ancak, doğal havalandırma ile ses yalıtımını birlikte sağlayan cephe sistemi tasarımına yönelik çalışmalar henüz gelişme aşamasındadır ve araştırmanın bu konuya yenilikçi bir çözüm sunacağı öngörülmüştür. Bu bağlamda, çalışmanın amacı, doğal havalandırma sırasında iç mekana iletilen dış gürültünün azaltılmasını sağlayacak çift cidarlı yeni bir cephe tasarımı önerisi sunmak ve bu prototip üzerinden cephe sistemindeki boşluklar arası mesafenin değişiminin toplam ses azaltımını ne yönde etkilediğini saptamaktır. Bu amaca yönelik olarak yapılan tez çalışması dört ana bölümden oluşmaktadır. Bölüm 1'de, tezin genel hatları açıklanmış ve incelecek konular hakkında bilgi verilmiştir. Bölüm 2'de fiziksel konfor şartları ve enerji verimliliği kavramları hakkında bilgiler verilmiştir. İç mekan akustik kalitesinin insanlar üzerindeki etkileri anlatılmış, gürültünün kullanıcılara verdiği rahatsızlıklardan bahsedilmiştir. Daha sonra doğal havalandırmanın temel ilkeleri açıklanmış, rüzgar ve hava sıcaklıkları farkının nasıl taze havanın içeri girmesini sağladığı konularına kısaca değinilmiştir. Dünyadaki enerji tüketimi, havalandırma ve soğutmanın bu tüketimdeki payı ve bunun azaltılması için kullanılacak yöntemlere bağlı olarak enerji verimliliği konusu özetlenmiştir. Cephe açıklıkları ve bunların sebep olduğu akustik problemlerle ilgili literatür taraması yapılmış, bu konuda daha once yapılan çalışmalar incelenmiştir. Konu ile ilgili yönetmelikler ve daha önce yazılan araştırma makaleleri ilgili detaylar verilmiştir. Doğal havalandırma ve bunun akustik performans üzerindeki etkisi anlatılmış, sonrasında ise yakın zamanlarda konu ile ilgili yapılmış araştırmalara yer verilmiştir. Bu araştırmalar genel olarak cephe sisteminde hangi elemanların nasıl ses azaltım etkisi yapacağına ve hangi özelliklere sahip cephe açıklıklarının nasıl ele alınması gerektiğine dair bilgiler içermektedir. İçinde konu ile ilgili detaylı araştırma bulunduran kaynaklardan Nanr 116 proje raporunda ise hangi tip pencerelerin ses azaltımında ne rol üstlendiği konusunda bilgi vermektedir. Bölüm 3'te, ilk olarak, projenin ana konusunu oluşturan yeni çift cidarlı akustik cephe sisteminin tasarımı, tasarım sürecinde öne çıkan parametreler, laboratuarda birebir ölçekli duvar modelinin kurulumu, akustik ölçüm süreci ve sonuçların anlatılmasında kullanılan terminoloji açıklanmıştır. Ölçümlerde deneylerde gerçekçi sonuçlara ulaşmak için yeterli birim kütleye sahip olan ahşap yonga levhalar ve onları taşıyan aluminyum bir grid strüktür ile inşa edilen cephe, her iki tarafta yirmi beşer eşit boyutlu kare parçadan oluşturulmuş, bu parçaların parametrelere göre seçilen bazılarının yerlerinden çıkarılması ile çift cidarlı cephenin her iki tarafında cephe boşlukları yaratılmıştır. Kaynak odasına yerleştirilen her yönde ses gönderen hoparlör ve alıcı odasındaki mikrofondan sağlanan değerlere göre her iki hacimdeki ses basınç seviyeleri ölçülmüş ve bu bilgilerden yararlanılarak araştırmada önerilen çift cidarlı cephenin farklı cephe / cephe boşluğu oranlarında sahip olduğu akustik ses azaltım değerleri hesaplanmıştır. Örneğin alıcı odası tarafındaki duvardan 6 no'lu ve kaynak odası tarafındaki duvardan 16 no'lu grid parçaları çıkarılmış ve ölçüm sonucunda bu tip cephenin Rw değeri 28 (0;0) olarak bulunmuştur. Alıcı odası tarafındaki 6 no'lu parça açık tutulmaya devam edilmiş, kaynak odası tarafındaki duvarda boşluk olarak açılan parçalar her seferinde birer kez yana kaydırılmak üzere sırayla 17, 18, 19 ve 20. parçalar çıkarılmış ve bu durumlar için ölçümler yapılmıştır. Gözlemlendiği üzere, duvarın iki tarafındaki boşlukların birbirine olan mesafesi arttıkça cephenin ses azaltım değeri de artmaktadır. Rw değerleri 17 no'lu parça çıkarıldığında 30 (0;-1), 18 no'lu parça çıkarıldığında 31 (-1;-1), 19 no'lu parça çıkarıldığında 31 (0;-1) ve 20 no'lu parça çıkarıldığında ise 31 (0;-1) olmaktadır. Rw değerleri son ölçümlerde benzer olsa bile, frekanslara gore ses azaltım değerleri incelendiğinde yine boşlukların arasındaki uzaklık arttıkça frekans bazında ses azaltımının arttığı gözlemlenecektir. Bir diğer ölçüm serisi de her iki duvardan bu kez ikişer parça çıkarılarak yaratılan boşluklarla yapılmıştır ve benzer değerlendirme sonuçlarına ulaşılmıştır. Daha sonra bu deney prosedürlerinin aynısı bilgisayar ortamında modellenmiş, Odeon hacim akustiği programında ölçümlerin bir dijital temsili yapılıp, laboratuar sonuçları ile kıyaslanmıştır. Laboratuar ortamı ile bilgisayar programında modellenen ortamların kalibre edilmesi amacıyla, kullanılan malzemelerin ses yutuculuk değerleri hesaplanmış ve bulunmuş, laboratuardaki odalarda ölçülen reverberasyon süreleri baz alınarak en yakın sonuçlar elde edilecek biçimde Odeon verileri düzenlenmiştir. Buna rağmen Odeon, birçok durumda sonuçları laboratuar ölçüm sonuçlarına göre ya daha yüksek ya da daha alçak olarak hesaplamaktadır. Bu durum, bilgisayar ortamının gerçek hayattaki ses fenomenlerini birebir yansıtamıyor oluşundan kaynaklanabilir. Bölüm 4'te, tez çalışması kapsamında ele alınan konular ve önerilen cephe sisteminin sonuçları ortaya konmuş ve değerlendirilmiştir. Laboratuar ölçümlerinden elde edilen sonuçlara göre, öngörüldüğü gibi çift cidarlı cephenin iç ve dış katmanlarındaki boşlukların birbirine olan uzaklıklarının artması durumunda cephenin ses azaltım değeri yükselmektedir. Bazı frekanslarda küçük sapmalar olmasına karşın sonuçlar beklenen yönde olmuştur. Bilgisayarda Odeon programında hesaplanan değerler incelendiğinde ise laboratuar ölçüm sonuçları ile Odeon verileri farklılıklar taşımakta olduğundan, laboratuar çalışmaları olmaksızın yalnızca bu programın kullanılarak çalışmanın devam ettirilmesinin sağlıklı olmayacağı gözlenmiştir. Çalışma, bu yenilikçi cephe sisteminin geliştirilmesi ve çalışmanın devam ettirilmesi için öneriler belirtilerek sonuçlandırılmıştır. İleride yapılacak çalışmalarda, farklı açıklık kombinasyonları oluşturularak laboratuarda bunların akustik açıdan değerlendirilmelerinin yapılabileceği, en verimli biçimde çalışacak açıklık aralığının belirlenebileceği düşünülmüştür. Malzemede farklılıklara gidilip, çift cidarlı deney duvarının arasında kalan duvarların iç kısımlarının poliüretan köpük gibi yutucu bir malzeme ile kaplanıp, iki duvar arasında ses geçişi sırasında yansıyacak sesin yutularak ses azaltımının arttırılabileceği öngörülmüştür.