İstanbul'da bir ofis binası örneğinde elektrokromik pencerelerin performans değerlendirmesi

Küresel ısınma, iklim değişiklikleri gibi önemli sorunların yaşandığı günümüzde, kuşkusuz bizi ilgilendiren en önemli konulardan biri enerji korunumudur. Bugün kullanmakta olduğumuz enerji kaynaklarının %93' ünün tükenebilir enerji olması gerçeğine bağlı olarak yapılarımızda ısıtma- soğutma ve aydınlatma amaçlı enerji kaynaklarının en verimli şekilde kullanma yolunun bulunması sürdürülebilir çevreler yaratılması açısından büyük önem taşımaktadır. Bina kabuğundaki enerji kayıplarının büyük bir bölümü pencere sistemlerinde meydana gelmektedir. Günümüzde özellikle yüksek katlı ofis binalarında tercih edilen saydamlık oranı yüksek cephelerin yaygınlaşmasıyla birlikte, enerji kaybının en çok yaşandığı eleman olan pencere sistemlerinin performansının iyileştirilmesine yönelik araştırmalar yapılmakta ve yeni teknolojiler mimarlık alanında gözlemlenmektedir. Gelişen teknoloji ve sürdürülebilirlik konularının önem kazanması ile birlikte bina kabuğunun çevresi ile uyumlu, enerji etkin olarak tasarlanması giderek daha önemli hale gelmiştir. Çevreyle uyum sağlayan cephe sistemleri beklentisi, dış koşullara göre aktif olarak çalışabilen akıllı pencere sistemlerinin gelişimini de beraberinde getirmiştir. Bu sebeple artık pencere sistemlerinin bina dış koşullarına uyum sağlayabilen enerji etkin mekanik bir sistem olarak davranması beklenmektedir. Son yıllarda, pencerelerin saydamlık özelliğinin olumsuz etkilerinin giderilmesi amacına yönelik olarak güneş kontrolü ve ısı yalıtımı sağlayan yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Berrak, yansıtıcı ve renkli camlar, düşük yayınımlı film kaplamalar (Low-E) ve argon, krypton gibi düşük iletkenlik değerine sahip gazlarla bütünleştirilerek pencere sistemleri oluşturulmuştur. Renkli camlar, yaz aylarında binaların soğutma enerjisini azaltmakla birlikte kış aylarında ısıtma enerjisinin artmasına ve düşük gün ışığı geçirgenlik değerleri nedeniyle dış ortam görüntüsünde azalma ve yapay aydınlatmaya bağlı enerji kullanımında artışa neden olmaktadırlar. Güneş ışınımını yansıtan ve gün ışığının iç ortama geçmesine izin veren spektral seçici özellikteki film kaplamalı cam teknolojileri, güneş kontrolü, ısı yalıtımı ve doğal aydınlatma ile ilgili performans gereksinmelerini aynı anda sağlayabilmektedir. Low-E camların teknolojik olarak ikinci adımı olan spektral seçici düşük yayınımlı camlar (SS-Low-E) görünür bölge dışındaki güneş ışınımının iç ortama girmesini engellerken görünür bölgedeki ışığın geçmesine izin vererek iç ortam gün ışığı seviyesini düzenlemektedir. Tüm bu teknolojiler gün içinde güneş ve bulut değişimlerine tepki gösterememektedirler ve çevreye uyum sağlayabilen sistem beklentisini karşılayamamaktadırlar. Fakat yenilikçi olarak tanımlayabileceğimiz pencere sistemlerinde gelişen teknolojiler, artık görsel konfordan ödün vermeden çevre koşullarıyla uyum sağlayarak binanın enerji etkinliğini sağlama yönündedir. Son dönemde pencere teknolojilerinde gelinen nokta, güneş ve bulut durumlarındaki değişime optik özelliklerini değiştirerek tepki verebilen dinamik pencere sistemlerinin geliştirilmesidir. Dinamik özellik gösteren akıllı pencere teknolojilerinin başında halihazırda ABD ve Avrupa ülkelerinde yaygınlaşmaya başlayan ve gelecekte daha yaygın kullanıma sahip olması hedeflenen "elektrokromik (EC) pencere teknolojileri" gelmektedir. Cam yüzeyine çok katmanlı film tabakası şeklinde uygulanan ve yüzeyde oluşan elektriksel alana bağlı olarak optik özelliklerini değiştirebilen bu sistemler cephede dinamik bir filtre gibi davranarak binaların enerji ve konfor performanslarını da arttırmaktadır. Yenilikçi pencere sistemleri arasında en çok umut vadeden sistemler de elektrokromik pencere sistemleridir. Elektrokromik pencere sistemleri hakkında 90'lı yılların ortasından itibaren, özellikle LBNL (Lawrence Berkeley National Laboratuary) tarafından yürütülmüş araştırmalar, saha ve simülasyon çalışmaları mevcuttur. Bu çalışmalarla performansı kanıtlanan fakat maliyetinin yüksek olması nedeniyle uygulanamamış olan bu sistemler, geçtiğimiz 10 yıl içerisinde üretilmeye ve uygulanmaya da başlamıştır. Fakat, tüm bu gelişmelere rağmen ülkemizde elektrokromik pencere sistemleriyle ilgili herhangi bir uygulama ya da yürütülmüş bir çalışma olmamakla birlikte, literatürde de yeterli sayıda Türkçe kaynak bulunmamaktadır. Bu çalışmada, var olan yenilikçi pencere teknolojileri ile birlikte elektrokromik pencere sistemlerinin fiziksel özellikleri ve kontrol edilme stratejileri anlatılmakta ve İstanbul'da bir ofis binası örneği üzerinden bir simülasyon çalışmasıyla elektrokromik pencerelerin enerji performansı geleneksel pencereler ile kıyaslanarak değerlendirilmektedir. Tez yenilikçi pencerelerden beklenen performans parametreleri ve bu sistemlerin özelliklerinin anlatılması, EC pencerelerin özelliklerinin detaylı bir şekilde incelenmesi ve kontrol stratejilerinin tanıtılması, örnek binaya ilişkin özelliklerle birlikte değerlendirme ölçütlerinin açıklanması ve simülasyon sonuçlarına ait adımlardan meydana gelmektedir. İkinci bölümde yenilikçi pencere türleri ve çalışma prensipleri açıklanmaktadır. Ardından yenilikçi pencerelerden beklenen enerji ve konfor performansı beklentileri anlatılmaktadır. Üçüncü bölümde elektrokromik pencerelerin tanımı, çalışma prensibi ve fiziksel özellikleri anlatılmakta ve kontrol stratejileri tanıtılmaktadır. Bununla beraber EC pencerelerle ilgili yürütülmüş çalışmaları ve uygulama örneklerini içermektedir. Dördüncü ve beşinci bölümlerde öncelikle kullanılacak bilgisayar programına ait bilgiler verilmektedir. Örnek binaya ilişkin konum, iklim özellikleri, kullanıcı bilgileri ve yapısal özellikler açıklanmaktadır. Kullanılacak pencere sistemlerine ilişkin fiziksel özellikler anlatılmaktadır. Ardından, değerlendirme kriterleri belirlenmekte, simülasyon çalışması sonucunda elde edilen veriler grafikler ile anlatılarak, belirlenen değerlendirme kriterleri kapsamında tartışılmaktadır.