Sıcak-kuru iklim bölgelerinde bina kabuğu ısıl performansının yaz konfor koşulları açısından değerlendirilmesine yönelik bir çalışma

Günümüzde artan enerji harcamaları sonucu; dünyada doğal kaynaklar azalmış ve bu durum enerji maliyetlerinin artmasına neden olmuştur. Fosil enerji kaynaklarına dayalı aşırı tüketim sonucu ortaya çıkan sera gazları, hava kirliliğine ve yeryüzüne ulaşan güneş ışınlarının yansıdıktan sonra atmosferden çıkamamasına neden olmaktadır. Bu durum iklim değişikliğinin başlıca nedenlerinden biridir. Enerji harcamalarının önemli bir kısmı, binalarda ısıl konfor koşullarını sağlamak amacıyla ısıtma ve soğutma sistemleri tarafından gerçekleştirilmektedir. Dünyada, çeşitli yönetmelik ve standartlarla, binalarda tüketilen enerjiyi azaltma çalışmaları hızla artmaktadır. Bu doğrultuda Türkiye'de 2009 yılında yürürlüğe girmiş "Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği", tasarım aşamasında bina kabuğunun ısıl performansıyla ilgili kriterler için TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları'nı referans göstermektedir. Ancak TS 825'e uygun bir binanın, kış şartları için yeterli olmasına rağmen yaz şartlarında aşırı ısınması ve ısıl konfor şartlarının sağlanamadığı için mekanik soğutmaya ihtiyaç duyabilmesi söz konusudur. Son yıllarda, tüm dünya ülkelerinde etkisi hissedilmeye başlanan iklim değişikliğinin yanı sıra, aşırı yapılaşma ve yanlış kentleşme sonucu şehirlerin birer ısı adasına dönüşmesi, soğutma enerjisi harcamalarının sadece sıcak iklimlerde değil, ılımlı iklimlerde de artmasına neden olmuştur. Dünyada yapılan çalışmalarda, ısıtmanın istenmediği dönemin uzun ve gece gündüz sıcaklık farklarının yüksek olduğu sıcak iklim bölgelerinde; özellikle bina kabuğuna ilişkin alınabilecek önlemlere önem verildiği görülmektedir. Enerji etkin tasarımda bina içi ve bina dışı çevreyi ayıran, bina cephesinde gerçekleşen ısı geçişini kontrol ederek enerji harcamalarını da belirleyen bina kabuğunun, kontrol edilmesi esastır. Soğutma enerjisi harcamalarını azaltmak için bina cephesinde güneş kontrol elemanı kullanarak ısıtmanın istenmediği dönemde güneş ışınımından korunmak, bina kabuğunda en çok uygulanan yöntemlerden biridir. Bir diğer yöntem ise; dinamik ısıl özelliklerinin kontrol edilmesi ile, bina kabuğunun yaz konfor koşulları için performansının arttırılması ve minimum soğutma enerjisi harcamasını gerçekleştiren bina kabuğunun tasarlanmasıdır. Bu çalışma kapsamında, Türkiye'nin sıcak kuru iklim bölgesini temsil eden Diyarbakır şehrinde yer alan bir binada soğutma enerjisi harcamalarını azaltmak amacıyla yaz konfor koşullarının değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Bu hedefe yönelik olarak bina kabuğunun dinamik ısıl özelliklerinin hesaplanmasında, EN ISO 13786 ve EN ISO 13790 standartlarında belirtilen hesap yöntemlerine göre yazılmış "Dynamic Thermal Properties Calculator" programı kullanılmıştır. Yaz dönemi soğutma enerjisi harcamaları ve iç hava ve iç yüzey sıcaklıkları değerlerinin hesaplamalarında ise tam dinamik ısıl denge hesap yöntemini kullanan EnergyPlus yazılımına ait bir arayüz olan DesignBuilder programı kullanılmıştır. Hesaplamalar sonucunda, geliştirilen bina kabukları için gerçekleşen yıllık soğutma enerjisi harcamaları ile günlük ve haftalık iç hava - iç yüzey sıcaklığı değişim değerleri; bina kabuklarının dinamik ısıl özellikleri açısından karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma 5 bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde, öncelikle dünyadaki yüksek enerji harcamalarına, bu harcamaların nedenleri ve sonuçlarına, binaların enerji harcamaları üzerindeki rolüne ve binalarda enerji verimliliğinin sağlanması için dünya genelinde yapılan uygulamalara değinilmiş, daha sonra çalışmanın amacı, literatür araştırması ve hipotez anlatılmıştır. İkinci bölümde, binalardaki enerji harcamalarının, kullanıcının fiziksel ve zihinsel performansının istenen düzeyde olması için uygun konfor koşullarını oluşturma gereksiniminden kaynaklandığına değinilmiştir. Sıcak kuru iklim bölgelerinde bina kabuğunun ısıl performansını etkileyen; kullanıcıya, iklime ve binaya ilişkin değişkenler anlatılmış, bina kabuğunun dinamik ısıl özelliklerine ilişkin bilgiler verilmiştir. Üçüncü bölümde, özellikle soğutma enerjisi harcamalarının çok daha fazla olduğu sıcak kuru iklim bölgelerinde bina kabuğunun ısıl performansını belirlemek için kullanılan statik, yarı-dinamik ve tam dinamik hesap yöntemleri ve bu yöntemler kullanılarak geliştirilmiş yazılımlar hakkında bilgi verilmiştir. Soğutma enerjisi harcamalarını hesaplamaktaki karmaşık yapıyı çözebilmek için ortamda gerçekleşen ısı transfer sürecini doğru analiz etmek gerekir. Bu süreçte önemli rol oynayan ısıl kütle etkisinin miktarı ve çalışma prensibi, farklı hesap yöntemleri tarafından ele alınışı kapsamında incelenmiştir. Dördüncü bölümde, Türkiye'nin sıcak kuru iklim bölgesini temsil eden Diyarbakır şehrinde yer alan bir binada soğutma enerjisi harcamalarını azaltmak amacıyla yaz konfor koşullarının değerlendirilmesine yönelik bir uygulama çalışması yapılmıştır. Çalışma kapsamında çağdaş ve geleneksel malzemeler kullanılarak aynı U değerine sahip farklı bina kabuğu alternatifleri oluşturulmuş ve tüm kabuk alternatifleri için dinamik ısıl özellikler hesaplanmıştır. Daha sonra bu kabuk alternatifleriyle oluşturulmuş örnek bir bina için yıllık soğutma enerjisi harcamaları hesaplanmış, aynı toplam ısı geçirme katsayısına sahip bina kabuğu alternatifleri için, farklı ana duvar malzemeleri ve iç yüzey malzemeleri kullanımının, soğutma enerjisi harcamaları üzerindeki etkileri; kabuk alternatiflerinin özellikle iç yüzey malzemelerinin etkisinin gözlemlendiği dinamik ısıl özellikleri ile birlikte ele alınarak analiz edilmiştir. Çalışmanın son adımında; her ana duvar malzemesi grubundan hesaplamalar sonucunda en düşük soğutma enerjisi harcamalarını gerçekleştiren kabuk alternatifleri için iç hava sıcaklığı ve iç yüzey sıcaklığı değişim eğrileri oluşturularak, binada oluşan iç konfor koşulları değerlendirilmiştir. Beşinci bölümde, yapılan çalışmanın sonuçları anlatılmış ve sıcak kuru iklimdeki binalarda soğutma enerjisi harcamalarının düşürülmesine yönelik öneriler ortaya koyulmuştur. Gelecekte yapılacak çalışmalar için referans oluşturabilecek konulara değinilmiştir. Ekler bölümünde, çalışma kapsamında oluşturulan bina kabuğu alternatifleri için, hesaplanan tüm dinamik ısıl özellikler ve yaz dönemi soğutma enerjisi harcamaları, çizelgeler halinde verilmiştir. Bu çalışmanın; iklim değişikliği ve yol açtığı olumsuz sonuçlara karşı mimar ve mühendislerin enerji etkin tasarım yaklaşımını, meslek anlayışlarının merkezine koymalarına önayak olması amaçlanmıştır.