İç ve dış ortamı ayırması sebebi ile ısı akımlarının kontrolünda rol oynayan bina kabuğu, ısıtma ve soğutma enerjisi tasarrufu sağlanması açısından en önemli tasarım parametrelerinden biridir. Bina içi iklimsel konfor durumu, bina dış kabuğundan kazanılan ve kaybedilen ısı miktarlarına göre değişim gösterir. Dolayısıyla, bina kabuğunun güneş ışınımına ilişkin yutuculuk, geçirgenlik, yansıtıcılık gibi optik özellikleri ile toplam ısı geçirme katsayısı, saydamlık oranı gibi termofiziksel özellikleri, bina kabuğu ile bina iç çevresinde dış çevreden farklı bir iklimsel durum oluşturur. Binanın yapıldığı yerin iklimsel koşullarının şiddetine bağlı olarak yılın belirli dönemlerinde sağlanamayan iç çevre iklimsel konfor koşulları yapma ısıtma ve soğutma sistemlerinin kullanımı ile tekrar gerçekleştirilebilir. İnsanın ısınma gereksinimine bağlı olarak yıl iki ana döneme ayrılabilmektedir. Bu dönemler ısıtmanın istendiği dönem ve ısıtmanın istenmediği dönem olarak adlandırılmaktadır. İklimsel etkenler açısından optimal performans gösteren bina kabuğu ısıtmanın istendiği dönemde minimum ısı kaybı, istenmediği dönemde minimum ısı kazancını sağlayarak, minimum yapma ısıtma ve soğutma enerjisine dayalı konforlu iç mekan yaratılmasını olanaklı kılar. Isıtma ve soğutma enerjisi harcamalarını minimize eden bina kabuğunun belirlenebilmesinde, öncelikle ele alınan yörede ısıtma ve soğutma dönemlerinin belirlenmesi ve bu dönemlerin verilerine göre belirlenmiş kabuk alternatifleri arasından enerji harcamalarını minimize eden alternatiflerin seçilmesi uygun olmaktadır. Bu nedenle bu çalışmada ısıtma ve soğutma enerjisi harcamalarının minimize edilmesinde bina kabuğunun irdelenmesi ele alınmaktadır.

2. YÖNTEM

Bu çalışmada ele alınan yöntemin amacı, ısıtmanın istendiği ve istenmediği dönem verilerine göre belirlenmiş olan bina kabuğunun uygun termofiziksel özelliklerinden hareketle, ısıtma ve soğutma enerjisi giderlerinin hesaplanması ve karşılaştırılmasıdır. Yöntem İstanbul yöresi için uygulanmıştır. Yöntemin adımları aşağıda açıklanmaktadır: 2.1. Meteorolojik Verilerin Derlenmesi Bu çalışmada ısı kazancı ve kayıplarının hesaplanmasında gerekli olan dış iklim elemanlarına ait veriler için 19932002 yılları arasındaki ölçüm sonuçlarından yararlanılmıştır. Sözü edilen ölçüm sonuçları, T.C. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü arşivlerinden elde edilmiş ve hesaplamalarda kullanıma uygun olacak şekilde derlenmiştir[l].

2.2. Isıtmanın ve Soğutmanın İstendiği Dönemlerin Belirlenmesi

TS 2754 ısıtma döneminin başlangıç ve bitişini belirleyen dış hava sıcaklığı değerlerini vermektedir. Örneğin bu standartta İstanbul için ısıtmanın istendiği dönemin başladığı dış hava sıcaklığı 15°C olarak verilmektedir. İstanbul için hazırlanan yıllık dış hava sıcaklığı değişim tablosunda 15°C dış hava sıcaklığı eğrisinin sınırladığı ve bu eğrinin değerinden daha düşük sıcaklıkların yer aldığı gün ve saatleri kapsayan alan İstanbul yöresi için yapma ısıtmanın istendiği dönem süresini belirlemektedir[2, 3]. Soğutmanın istendiği dönem süresi, iklimsel konfor grafiği aracılığı ile belirlenebilmektedir. İklimsel konfor grafiğinde durgun hava koşulları için konfor bölgesi üst sınır değeri olan 0,25 m/sn hava hareketi hızı eğrisi ile iç mekanda izin verilebilen maksimum hava hareketini belirleyen 0,8 m/sn. iç hava hareketi hızı eğrisi arasında kalan dönem, iç konfor koşullarının doğal vantilasyon yoluyla sağlandığı dönemdir. 0,8 m/sn'nin üzerinde iç hava hareketi ihtiyacı istenen dönem ise doğal vantilasyonun yetersiz kalıp iç mekan konfor koşullarının sağlanması açısından yapma soğutma sistemlerinin kullanıldığı dönemdir [2]. Şekil 1, 19932002 yılları arasındaki meteorolojik verilere dayanarak İstanbul yöresi için ısıtmanın ve soğutmanın istendiği dönemleri vermektedir[l].

2.3. Bina Kabuğu Termofiziksel

Özellikleri İçin Uygun Değerlerin Isıtmanın İstendiği ve İstenmediği Dönem Verilerine Göre Belirlenmesi Bina dış kabuğunun enerji korunumunda etkili olan termofiziksel özellikleri, toplam ısı geçirme katsayısı ve saydamlık oranıdır. Bina kabuğu için uygun değerlerin belirlenmesinde öncelikle, pencere cam ve doğrama türünün seçilmesi daha sonra saydam bileşenin optik ve termofiziksel özelliklerine, saydamlık oranına ve yöne bağlı olarak opak bileşenin toplam ısı geçirme katsayısı belirlenmelidir. Kapalı bir mekanda bina kabuğu iç yüzey sıcaklıkları, iç mekan iklimsel konforu ve enerji korunumu açısından iç hava sıcaklığı kadar önemli bir etkendir. Bu nedenle kabuk tasarımında ana ilke, bina kabuğunun birim alanından geçen ısı miktarının iklimsel konfor ve enerji tasarrufu açısından kabul edilebilir üst sınır değerini gerçekleştirecek kabuğun tasarlanmasıdır. Bu çalışmada, sözü edilen ilkeye dayanarak daha önce İ.T.Ü.'de yapılan bir araştırmada kullanılan "kabuk yöntemi" esas alınmıştır[2, 4].

2.4. Isıtma ve Soğutma Enerjisi Giderlerinin Hesaplanması ve Karşılaştırılması

Öncelikle, kabuk elemanının birim alanından ısıtmanın istendiği dönem süresince kaybedilen ve soğutmanın istendiği dönem süresince kazanılan ısı miktarları gerçek atmosfer koşullarında hesaplanmalıdır. Kullanıcı yıllık enerji harcamaları, ısıtmanın istendiği dönemde devrede olan sistemin verimine bağlı olarak tükettiği yakıt miktarı ile soğutmanın istendiği dönem boyunca yine sistemin verimine bağlı olarak tükettiği elektrik enerjisi miktarının toplamından oluşmaktadır. Isıtmanın ve soğutmanın istendiği dönem sürelerinin uzunluğunun artmasıyla, kullanıcıya uygun iç iklimsel koşulların sağlanması için kullanılan yapma sistemlerin daha uzun devrede olması gerekmekte ve dolayısıyla enerji maliyetleri artmaktadır. Isıtma süresine bağlı olarak tüketilen yıllık yakıt miktarı,

form111

formülü ile hesaplanır [5].

Qk : Kazanın ısıl kapasitesi (W)

Zg : Günlük çalışma süresi (saat/gün)

Zy : Yıllık çalışma süresi (gün)

Hu : Yakıtın ısıl değeri (Wh/m3)

r|k : Kazanın verimi (%)

Soğutmanın süresine bağlı olarak tüketilen yıllık elektrik miktarı ise binanın günlük ısı kazancına ve yıl boyunca soğutma sisteminin çalışma süresine bağlı olarak hesaplanmaktadır.Bu çalışmada bir karşılaştırma yapılabilmesi için yöntem, 300 m2 tabanalanına sahip 5 katlı, A/V (binanındış yüzey alanının binanın hacmineoranı) değeri 1/4,25 oranına sahip,cephesi gölgelenmemiş, düz çatılı olduğu varsayılan bir bina için uygulanmıştır. Enerji tüketim hesaplarıve maliyetleri bu örnek binaya göreyapılırken,

Yakıtların alt ısıl değerleri için; Doğalgaz: 9595 Wh/m3 [5],

Kazan verimi hk için; Doğalgaz: 0,90 [6],

Yakıt fiyatı; Doğalgaz: 267.350 TL (birim fiyab Mart 2004) [6]

Elektrik: 127.800 TL. (Mart 2004) olduğu kabul edilmiştir.Yıllık toplam yapma ısıtma ve soğutma enerjisi giderleri;

? Isıtmanın istendiği dönem verilerine göre belirlenmiş kabuk (1. durum) ve ? Isıtmanın istenmediği dönem verilerine göre belirlenmiş kabuk (2. durum), alternatifleri için hesaplanmıştır.

Isıtmanın istendiği dönem verilerinegöre belirlenmiş kabuk, 21 Ocakiçin hesaplanmış olan U0 (toplam ısıgeçirme katsayısı) S.O. (saydamlık oranı) kombinasyonu değerlerini kapsamaktadır. Isıtmanın istenmediği dönem verilerine göre belirlenmiş kabuk, 21 Temmuz için hesaplanmış olan S.O. kombinasyonu değerlerini kapsamaktadır. Her iki durum için; yıllık ısıtma enerjisi giderleri Şekil 2'de, yıllık soğutma enerjisi giderleri Şekil 3'de verilmektedir[l].

3. SONUÇ

Şekillerden görüldüğü gibi ısıtmanın istendiği dönem verilerine göre belirlenmiş kabuğun oluşturduğu örnek binada ısıtma enerjisi giderleri daha az olmaktadır. Isıtmanın istenmediği dönem verilerine göre belirlenmiş kabuğun oluşturduğu binada ise (opak bileşen toplam ısı geçirme katsayısı) 0,60 W/m2 °C olduğunda soğutma enerjisi giderleri birbirine çok yakın olmaktadır. U0'nun 0,60 W/m2 "C'dan küçük değerlerinde 1. durum için bulunan yıllık soğutma enerjisi giderleri 2. duruma göre daha fazla olmakta, U0 0,60 W/m2' C'dan büyük olduğunda ise, 1. durum için hesaplanan yıllık soğutma enerjisi giderleri 2. duruma göre daha az olmaktadır.

Çalışmada önerilen yöntem farklı kabuk alternatifleri arasından en az enerji harcamalarını veren alternatifin belirlenmesi için de kullanılabilir. Diğer bir deyişle, çalışmada önerilen yöntemin bina kabuğu tasarımında farklı alternatifler için uygulanması ile, ısıtma enerjisi harcamalarını minimize eden kabuk seçeneğinin belirlenmesi mümkün olabilecektir. Bu uygulama çalışması belirli parametre değerlerine bağlı olarak bir örnek bina için yapılmıştır. Genel sonuçlar elde etmek için bu çalışmada yapılan hesaplamaların çok sayıda alternatif için tekrarlanması gereklidir. Özellikle bu tür hesaplamaların tasarım aşamasında yapılması binanın yapımı gerçekleşmeden önce enerji korunumu açısından doğru kararların alınmasını sağlayacaktır.

KAYNAKLAR

[1] Akgöz, E., Enerji Etkin Bina Tasarım Parametreleri İçin Uygun Değerlerin Belirlenmesi: İstanbul Örneği, Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2004, s. 3740 (Gül Koçlar Oral yürütücülüğünde yapılmıştır).

[2] Berköz, E., Küçükdoğu, M., Yılmaz, Z., Kocaaslan, G., ve diğerleri, Enerji Etkin Konut ve Yerleşme Tasarımı, TÜBİTAKİNTAG 201, Araştırma Raporu İstanbul, 1995.

[3] ANON, Türk Standartları 2754, Kalorifer Kazanları İşletme, Muayene, Bakım ve Tasarımı Kuralları, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1977.

[4] Yılmaz, Z., Koçlar Oral, G., Manioğlu, G., Isıtma Enerjisi Tasarrufu Açısından Bina Kabuğu Isı Yalıtım Değerinin Bina Formuna Bağlı Olarak Belirlenmesi, İ.T.Ü. Araştırma Fonu, Proje No:985, istanbul, 2000, s. 2735.

[5] Karakoç, Prof.Dr.H., Uygulamalı TS 825 Kalorifer Tesisatı Hesabı, İzocam A.Ş. Yayınlan, İstanbul, 2001, s.82.

[6] http://www.igdas.com.tr

Prof. Dr. Gül KOÇLAR ORAL / İ.T.Ü. Mimarlık Fakültesi

Y. Mimar Evren AKGÖZ