Aktif Sistem Ve Pasif Sistem Kavramları

Höfler’e göre (2005), aktif sistem birincil enerji kaynaklarının (“fossil fueller” vb.), pasif sistem ise enerji gerektirmeyen düzenlemelerle yapılan tasarımların kullanıldığı sınıflandırmadır. Aktif tasarlama stratejileri mimarın yapma bina elemanlarıyla tasarladığı sistemleri içermektedir. Aktif sistem kapsamında opak veya şeffaf PV güneş pilleri, güneş kontrolü mekanizmaları ve cephelerin aktifleştirilmesi, iyi bir HVAC kontrolünün sağlandığı akıllı sistemler (örnek: “ANN”) vb. uygulamalar bulunmaktadır. Pasif sistem kapsamında ise güneşten ışın ısısı üreten “trombe” duvarın hava boşluklu tasarımı, “thermoactive”e örnektir. “Trombe” duvar bir tür cam yüzeyli güneş duvarıdır. Dışta cam ve hava boşluğu içte ahşap lamelli duvar arada ısı üretimini sağlar ki pasif bir enerji etkin sistemdir. Metal güneş duvarları (solar wall) ise temiz havanın içeri alınırken ön ısıtmasında kullanılmaktadır. Pasif sisteme diğer örnekler: kış bahçesi, tasarımda yönlendirme, kompakt hale getirme, suyun buharlaştırması ile serinletme, doğal havalandırma için hava bacaları, çift cephe tasarımı, geri dönüştürülebilir malzeme kullanımı vb.dir (Tablo D.5), (Höfler, 2005; www.esru.strath.ac.uk). Kean Yeang çevresel tasarım için hem aktif hem pasif sistem kavramlarını kullanmaktadır (Powell, 1999).

Aktif sistem örnekleri şöyledir:

• Kullanıcı için iyi bir iç iklim yaratarak, iyi bir mekanik havalandırma sistemi (HVAC) tasarlanmaktadır.

• Akıllı bina sistemleri ile kullanıcının teknolojiden yararlanabilmesi sağlanmaktadır.

• Neural networks sayesinde binada yapılacak, otomatik işlemlerin bilgisayar programlama ile eşzamanlı veya artzamanlı gerçekleştirilebilmesi, örneğin: gün ışığı seviyesi arttığında yapma aydınlatmanın azaltılması, panjurların, jaluzilerin ve güneş kırıcıların güneşin zararlı ışınlarını önlemek üzere açılıp kapanması programlanabilir. Güneş pili ile çalışan jaluziler akıllı tasarıma örnektir. Otomatik, uzaktan kumandalı ve düğmeyle kontrol edilebilir. Diğer bir örnek, mekanik havalandırma sisteminin binadaki vantilasyon kapaklarıyla entegre sistem olarak çalıştırılmasıdır. Mekanik havalandırma çalıştığında vantilasyon kapakları otomatik kapanmaktadır.

• Yağmur suyunun geri kazanıldığı sistem tasarımı sağlanmaktadır.

• Depreme dayanıklı taşıyıcı sistem damperlerle ve kauçuk sönümleyicilerle aktif olarak sağlanmaktadır (Höfler, 2005).

• Yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak: örneğin güneş panelleri, rüzgar kuleleri vb.dir. PV paneller şeffaf veya opak olarak tasarlanabilmektedir. Opak ve şeffaf panellerle birlikte yakıt pilleri (fuel cells) entegre olarak çatıda, cephede veya tek başına çalışan bir sistem olarak tasarlanmaktadır (www.esru.strath.ac.uk).

• Güneş enerjisinden yararlanılarak dış temiz havanın içeri alınırken ön ısıtmasının yapıldığı fanlı metal güneş duvarları (solar wall) (Çakmanus ve Böke, 2001).

• Şeffaf jaluziler, aynalı aluminyum kaplamalı olarak veya akrilik prizmatik cam paneller olarak düzenlenerek direkt güneş ışığını geçirmez ve yansıtır fakat yayılı gök ışığını geçirir. Açılı seçici güneş kontrolü ile güneşten hem yararlanılmakta hem güneş kontrolü sağlanmaktadır (http://gaia.lbl.gov/hpbf/main.html).

Pasif sistem örnekleri şöyledir:

• Doğal havalandırma için binada havalandırma boşlukları, bacaları ve cephede açılıp kapanabilir kapakçıkların tasarlanması, çift cephe tasarımı vb.dir.

• Kışın dış havanın ön ısıtılması için çift cephe tasarlanarak tampon bölge oluşturulması sağlanmaktadır.

• Dış havanın ön ısıtılması ve güneşin ısı enerjisinden yararlanmak için kış bahçesi tasarlanmaktadır.

• Geri dönüştürülebilir malzeme kullanımı, örneğin değiştirilebilir cephe panelleri kullanılmaktadır.

• İyi bir A/V (area to volume) oranı, örneğin küreye yakın 3 boyutlu hacimlerde yeterli bir iç iklim oluşturmaktadır. En iyi A/V oranı 0.26 dır.

• İklim bölgelerine özel tasarımlar yapılarak ısıtma, soğutma ve havalandırma için birincil enerji kullanımını (fuels) azaltmak amaçlanmaktadır.

• Yenilenebilir enerjiden yararlanarak tasarruf sağlamak, örneğin güneş ışığının yapma aydınlatma giderlerini azaltması mümkün olmaktadır.

• “Trombe wall” adı verilen güneş ısısını toplayan duvarlarla enerji elde edilmektedir. “Trombe wall” dışa bakan kısmı koyu renk olan dış yüzü cam kaplı masif duvardır. Arada hava boşluğu düzenlenerek ısınan havanın içeri alınması mümkündür. Bu tip masif enerji toplayan duvarların alt ve üst kısmında havalandırma kapakçıkları tasarlanarak gece havalandırması sağlanmalıdır. Bu tür cam yüzeyli güneş duvarlarında, yazın çapraz havalandırma, kışın ise pasif ısıtma sağlanmaktadır. Yazın iç ortamdaki havanın, “trombe” uvarın karşı cephesinde düzenlenen pencerelerden çapraz havalandırma ile dışarı çıkması sağlanmaktadır (Höfler, 2005).

• Doğal havalandırma için sıcak iklimli bölgelerde hakim rüzgar yönünde pencereler açılmakta, hacmi büyük binalarda atriyuma pencere açılmakta, soğuk iklimli bölgelerde ise güneş bacası (havalandırma bacası) düzenlenmektedir. Güneş bacası prensibi, güneş ışığının vurduğu cephede ısınan havanın yükselerek beraberinde kirlenen havayı da yukarı hareket ettirerek uzaklaştırması olarak açıklanmaktadır (Ek A, güneş bacası, Şekil A.2). Termal (ısıl) baca etkisi karşılıklı havalandırma (çapraz) sağlanmasıdır. Yazın havalandırma, kışın ise güneşten pasif ısıtma sağlanmaktdır (www.aivc.org/Faq).

• Isıl kütle (thermal mass), en az 10 cm kalınlığında ısı tutucu veya depolayıcı duvar veya döşemelerdir. Isıl kütle pasif olarak enerji etkin tasarımda başlıca prensiplerdendir. Isıl kütleye en iyi örnek olarak “trombe” duvar ve ısıtma bacaları verilebilir. Burada amaç hava sıcakken güneş ısısını depolamak, soğukken bu ısıyı mekana vermektir. Isıl kütle, beton, taş, toprak, kerpiç tuğla veya su vb. malzemelerden oluşturulmaktadır (www.en.wikipedia.org/wiki/Thermal-mass).

• Şeffaf yalıtım malzemesi “aerogel”, iki cam tabakası arasında kullanılmaktadır. • Güneşin zararlı etkilerinden korunmak için cephede yapılan düzenlemeler,

örneğin çıkmalar (overhangs), yan çıkıntılar (fins) ve balkon düzenlemeleri bir alt kata ve yan cephelere gölge vermektedir. Jaluziler güneş kontrolü sağlamaktadır.

• Cephede Low-E cam kullanılarak ısı kaybı önlenmektedir, ışınsal seçici güneş kontrolü sağlanmaktadır. Metal kaplamalı yansıtıcı cam, ısı aynalı cam pasif sistem çözümleridir.

• Güneye bakan yönlerde pencere açarak ve büyük hacimli binalarda atriyumdan doğal aydınlatma sağlayarak yapma aydınlatmaya harcanan enerjiden tasarruf elde edilmektedir.

• Güneş enerjisinden yararlanılarak dış temiz havanın içeri alınırken ön ısıtmasının yapıldığı metal güneş duvarları (solar wall) (Çakmanus ve Böke, 2001).

• İç içe bina tasarlanarak iç iklim yaratılmaktadır (Tablo D.5), (Kugel, 1999).

Pasif tasarlama stratejileriyle, örneğin güneş kontolü ile ve doğal havalandırma ile binanın soğutma yükü azaltılmaktadır. Pasif tasarlamayla, örneğin ısı depolayıcı yöntemlerle ve ısı yalıtımı kullanılarak binanın ısıtma yükü azaltılmaktadır. Pasif tasarlamayla, örneğin doğal aydınlatma kullanılarak ise yapma aydınlatmaya harcanan enerji azaltılmaktadır (Çakmanus, 2003). İyi bir HVAC düzenlemesi ise, VAV (değişken debili hava akışı) ile birlikte 4 borulu fan-coil sistemleriyle düzenlenmiş mekanik havalandırma (iklimlendirme sistemi) ile sağlanmaktadır (Ek A, Şekil A.4), (Isısan, 1997; Serteser, 1993). NREL’de (National Renewable Energy Laboratory: Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı), HVAC aktif sistemleri ile pasif güneş enerjisi kullanan sistemlerin entegrasyonunu optimize edecek bir enerji yönetim sisteminin testleri yapılmaktadır. Bütünsel bina tasarımı (whole building design) tüm yapı alt sistemlerinin entegre çalıştırılmasıdır (www.eren.doe.gov/buildings/highperformance). Kendiliğinden kararan cepheler; enerji üretebilen cepheler; boşluklu, güneş ışınımı ile ısı üreten havalandırmalı çift cepheler ekolojik tasarımın belli başlı özellikleridir (Höweler, 2003).