Gölgeleme Araçlarının Mekanda Güneş ışınımı Girişine Etkilerini İnceleyen

Gölgeleme araçları enerji etkin bina tasarımında ESD’de güneşin istenmeyen ısıl etkilerini engellemek üzere kontrol amaçlı tasarlanan pasif soğutma sistemleri elemanlarıdır. Hangi yönde, ne zaman, ne boyutta, ne tipte gerekli olacağının düşünülmesi gereken gölgeleme aracı tasarımında deneysel, çizgisel ve sayısal yollardan faydalanılmaktadır. Bu çalışmanın konusu olan bina dışı gölgeleme elemanlarının nesnel yaklaşımlarla tasarlanmaya başlanması 1940’lı yıllarda Olgyay kardeşlerin iklimle dengeli mimarlık ve şehircilik alanındaki araştırmalarıyla başlamış ve onların çalışmalarından yola çıkan birçok tasarımcı ve bilim adamı tarafından uygulamalar devam ettirilmiştir.

Konfor grafikleri ile belirlenen iklimsel koşulların istenen yöre için güneş yörüngesi diyagramına işlenerek güneşin kontrol edilmesinde kullanılan güneş açıları belirlenmekte ve bu diyagramlar gölgeleme aracı maskeleri ile çakıştırılarak profil ve genişlik açılarını okumak suretiyle gölgeleme araçları tasarlanabilmektedir (Olgyay ve Olgyay, 1957). Olgyay (1963) gölgeleme araçlarını güneş ışınımını azaltmada gölgeleme katsayılarını kulllanarak en az etkili olandan en fazla etkili olana doğru

sıralamış ve dış gölgeleme araçlarının güneş ışınımın binaya girişinde %30-35

azaltım sağlayarak iç gölgeleme araçlarına göre daha etkili olduklarını ortaya koymuştur.

Daha sonra enerji korunumuna, görsel, iç aydınlık düzeyine etkileri açısından performanslarını geliştirmek üzere optimum gölgeleme aracı tasarımı öneren çalışmaların arttığı gözlenmiştir. Örneğin gölgeleme araçlarının tasarımında enerji korunumu açısından optimum gölgeleme aracı tasarımında soğutma yüklerinin hesabında gerekli olan istenen saatte pencerede oluşan gölgesiz alanların belirlenmesi için Etzion (1985) grafiksel bir çözüm önermiştir.

El-refaie (1987) pencere önüne gelen farklı tipte gölgeleme araçlarının performanslarını herbirinin geometrik parametrelerini kesme açıları ile ifade ederek türettiği matematiksel formülle oluşturduğu gölgeleme maskelerini karşılaştırarak ortaya koymuştur.

Utzinger ve Klein (1979) farklı yerleşimlerde yüzeye dik gölgeleme araçlarının boyutlarına bağlı olarak yüzeylerde yarattığı toplam ve gölgeli alanları karşılaştırmıştır.

Jorge ve diğ. (1993) ‘ye ait çalışmada yeni bir gölgeleme aracının enerji etkin tasarımını sağlamak ya da varolan bir elemanı enerji gereksinimlerine uygun hale

16

getirmek üzere enlem, azimut açısı, ve geometrik boyut oranlarının işlendiği tablo ve gölgeleme katsayı dağılımlarını gösteren tabloların çakıştırılması ile yaz ve kış dönemlerinde istenen gölgeleme katsayılarına bağlı etkinliklerin ölçülmesiyle eleman boyutlarında değişiklik yapmayı sağlayan model önerilmiştir.

Kuhn ve diğ. (2000) bina geometrisinden bağımsız olarak camla birlikte gölgeleme araçlarının etkinliklerini ölçmek için yaptığı çalışmada, kalorimetrik ölçümlerle değerlendirdiği ışınımsal metodlarla açıya bağımlı toplam güneş ışınımı geçirgenlikleri belirlenmiştir. Hesaplanan soğutma ve ısıtma yüklerinin güvenirliliğini arttırmak üzere yıllık ışınım dağılımları ile birleştirilmesi farklı kullanıcı isteklerini ifade eden kontrol stratejilerinin değerlendirilmesine izin vermektedir.

Günümüzde ortaya konulan problemlerin çözümünü kolaylaştırmak amacıyla bilgisayar ortamında algoritmalar geliştirilmiştir. Özellikle tasarımda kullanılacak sayısal benzetişim yollarının geliştirilmesi CAD boyutunda büyük ilerlemeler göstermiştir. 80’lerin başından itibaren açık gökyüzü koşullarında güneşe bağlı olarak dış gölgeleme araçlarının optimum şekillerini doğru şekilde belirlemek üzere birçok bilgisayar programı geliştirilmiştir. Örneğin SOMBRERO programı ile zamana ve yerleşime bağlı olarak gölgeleme araçlarına sahip cephelerde oluşan gölgeli alan oranları elde edilebilmektedir (Schnieders ve diğ., 1997). Marsh, (2003) tarafından geliştirilen gölgeleme araçlarının tasarımında kullanılan basit yöntemler dışında daha karmaşık sistemlerin çözümünü de sağlayan ECOTECT programı ile optimum gölgeleme elemanı tasarlayıp, aylık soğutma yükü hesabı yapmak mümkündür. Gölgeleme araçlarına sahip binaların enerji performansını değerlendirmek üzere yapılan Rheault ve Bilgen (1990)’ e ait çalışmada otomatik; yüzeye paralel kanatlı gölgeleme araçlarının yaz döneminde %50, kış döneminde % 30 oranında düşürülebileceğini ortaya koydukları daha önceki çalışmalarını değerlendirmek üzere deneysel çalışma gerçekleştirmişlerdir. Gölgeleme aracına sahip pencereden iletilen güneş ışınımı, cam iç ve dış yüzey sıcaklıkları, gölgeleme aracı kanat açıklıklarına bağlı olarak yaz ve kış dönemindeki gölgeleme katsayıları ve ısıl dirençler karşılaştırılarak teorik çalışmayla uyumlu olduğu görülmüştür.

Hunn ve diğ. (1993) çeşitli cam tipleri ve yüzeye dik, yüzeye dik yatay kanatlı, yüzeye paralel yatay kanatlı, gölgeleme araçlarının konut, küçük ofis, yüksek katlı binalarda yıllık enerji harcamalarını azaltım miktarlarını karşılaştırmıştır. Çalışmada küçük ofis binalarında yıllık enerji harcamalarını, yüzeye paralel yatay kanatlı gölgeleme araçlarının %2, yüzeye dik gölgeleme araçlarının %1 oranında düşürdüğü bulunmuştur.

17

Bilgen (1994) çift cam arasında yer alan otomatik yatay kanatlı gölgeleme araçlarının yaz döneminde soğutmada ortalama %84 oranında enerji korunumu sağladını ortaya koymuştur.

Cho ve diğ. (1995) Yüzeye paralel yatay kanat açılı gölgeleme araçlarının kanat açıları ve emicilik miktarlarının soğutma yüklerine etkilerini TRNSYS programı yardımı ile incelemiştir. Bu elemanların soğutma yüklerini Kore için %30 düşürdüğü görülmüştür.

Gölgeleme araçlarına sahip binaların enerji performansını değerlendirmek üzere hesaplama metodları geliştiren araştırmalara örnek olarak gösterilebilecek Wall ve Wallentén (1999) çalışmasında, deneylerle elde edilen sonuçlara göre gölgeleme aracının güneş ışınımına karşı davranışını hesaplamak üzere ağırlık faktörü değerleri elde edilmiştir. Gölgeleme araçlarının ısıl performanslarını incelemek üzere geliştirilen Parasol-LTH bilgisayar programı ile, eleman boyutları değiştirilerek optimum performans gösteren gölgeleme aracı seçimi mümkün olmaktadır (Wallenten ve diğ., 2000).

Datta (2001)’ya ait çalışmada optimum gölgeleme aracı tasarımının yerleşim ve hava koşullarına bağlı olduğu farklı iki bölgede güney cephede yer alan yüzeye paralel yatay farklı kanat açılarına sahip gölgeleme araçları için TRNSYS simülasyon programında gerçekleştirilen soğutma ve ısıtma yük hesapları sonucunda ortaya konulmuştur.

3.2 Gölgeleme Araçlarının Mekana Hava Akımı Girişine Etkilerini İnceleyen