Sığal Yalıtım Sistemler

Özgül ısı ve yoğunluk, ısı kapasitesinde etkin iki faktördür. Yapı malzemeleri arasında ahĢap ve plastik (0.4-0.5 değeri ile) en yüksek, çelik (0.11 değeri ile) en düĢük özgül ısıya sahip malzemelerdir. Özgül ısı değerleri küçük aralıklıdır. Ancak yoğunluk değerleri büyük aralıklarla değerlendirilir. Yapıda kullanılan malzemeler arasında en düĢük yoğunluk genleĢtirilmiĢ polistirende 0.02 değeri ile gözlenirken betonda bu değer 2.4’ tür. Bundan hareketle yapı malzemesi veya bileĢeninde ısıl kapasitenin ağırlıkla yakından iliĢkili olduğu söylenebilir.

Yapı kabuğunun farklı katmanlardan oluĢması, ısı akımının dıĢ yüzeyden iç yüzeye kadar ilerleyiĢinde önemli bir rol oynar. Isının her katman içinde ilerleyiĢi, katmanlar arasında depolanmasına ve iç yüzeye ulaĢana kadar oldukça azalmasına yol açar. DıĢ yüzey en yüksek sıcaklığa ulaĢıp soğumaya baĢladığında bu iĢleyiĢ tersine döner. Öncelikle duvar içinde biriken ısı hem iç hem dıĢ olmak üzere iki yönde ilerler, sonra tüm ilerleyiĢ dıĢa doğru gerçekleĢir.

Bu Ģekilde duvarın her düzleminde ısıtma ve soğutma dalgalı devirlerle gerçekleĢir. Ġç yüzeyde oluĢan dalga, dıĢ yüzeydekinden daha küçüktür. Bu da dıĢ yüzeyden etki eden ısı akımının iç yüzeye ulaĢana kadar ertelendiğini gösterir. Bu erteleniĢ malzemenin termofiziksel özelliklerine ve strüktürün kalınlığına göre değiĢir. Kalınlık ve ısı biriktirme kapasitesi arttıkça malzemenin ısı iletkenliği azalır, iç yüzeyde oluĢan dalga boyutu küçülür ve en düĢük-en yüksek sıcaklık arasındaki zaman geciktirilir[44].

Bütün bu açıklamalar göz önüne alındığında hafif bir yapı bileĢeninin ısı iletkenlik yönünden ekonomik olduğunu, ancak yeterli ısıl eylemsizlik sağlamadığını belirtmekte yarar vardır. Bir duvarın yüksek miktarda ısı biriktirebilmesi için, kütlesinin büyük olması gerekmektedir; kütlesi büyük bir malzemenin yoğunluğu fazla olacağından ısı iletkenlik katsayısı da büyüyecek, sonuçta bu malzemeden

80

yapılmıĢ duvar fazla ısı depolayacak ve iletecektir. O halde, duvarın ısı biriktirme kapasitesi ve duvarın ısıyı iletmesi olgusu karĢıt kavramlardır.

Tasarımda bu özellik göz önüne alınarak iyi bir duvar için değiĢik katmanlardan oluĢan ve optimum çözüm olabilecek bir kabuk kompozisyonu oluĢturulması hedef alınmalıdır[30]. Genellikle güneĢten maksimum kazanç sağlamak amacıyla geliĢtirilen bu kompozisyonlar doğrudan kazanç, ısı depolama duvarı ve sera gibi pasif solar sistemler olarak karĢımıza çıkmaktadır. Bu nedenle sığal malzemeleri bu sistemlerle ilintili olarak irdelemek doğru bir yaklaĢım olacaktır.

Doğrudan Kazanç

Doğrudan kazanç sistemleri, güneĢ ıĢınlarının camlar yardımıyla yaĢam mekânına doğrudan ulaĢabilmesi ve mekân içindeki malzemeler tarafından emilebilmesiyle ortamın sıcaklığını bir süre korumasını sağlayan sistemlerdir.

Doğrudan kazanç cam alanı, iklim bölgesinin karakteristiklerine ve iç mekânda bulunan ısı depolama malzemelerinin alanına bağlıdır. Sıcak iklimlerde, ısıtmanın çok az olduğu durumlarda bu sistem oldukça etkilidir. Ancak soğuk iklimlerde, cam yüzey alanının sınırlandırılması gerektiğinden ötürü solar kazanç da azalacaktır. Bu nedenle ısı depolama duvarı veya güneĢ odası gibi diğer sistemlerle kombine etmek daha uygun olabilmektedir.

Bu sistemde gün ıĢığının doğrudan etkisi, iç mekândaki döĢemelerin solması ve kullanıcılar için göz kamaĢtırıcı etki gibi bir takım problemler yaratabilmektedir. Bu nedenle uygun gölgeleme bileĢenlerinin kullanımı önem kazanmakta, aynı zamanda ısı kayıplarının minimize edilmesine de yardımcı olmaktadır. Doğrudan kazanç sistemlerinde genellikle zemin döĢemeleri ana ısı depolama aracıdır çünkü ağır depolama malzemelerinin (taĢ, beton, vs.) konumlandırılması için en ekonomik yerdir. Mekân duvarlarının ısı depolama için yetersiz kaldığı durumlarda zemin malzemesi yüksek ısı giriĢine izin verecek türde olmalı ve kabul ettiği ısıyı geri vermemesi için direnç oluĢturacak bir malzemeyle (halı, mantar karo, vb.) kaplanmalıdır. Yüzey mümkün oldukça düĢük yansıtıcılık özelliğine sahip olmalıdır. Duvar bileĢenlerinin ısı depolama niteliğinin iyi olduğu durumlarda döĢemelerin bir miktar yansıtıcı olması, güneĢ enerjisini diğer depolama yüzeylerine etkin biçimde dağıtabilmesi için daha uygun olabilmektedir[31].

81

Şekil 4.16: Doğrudan Kazanç[31] Isı Depolama Duvarı

Isı depolama duvarı (trombe duvarı), genellikle koyu renkli ağır (kerpiç, beton, tuğla, vb.) bir duvar, duvar yüzeyinin önünde bırakılmıĢ 20-30 mm boĢluk ve boĢluğu örten bir çift cam sisteminden oluĢur. GüneĢ ıĢınımı, camdan geçerek tercihen yüksek emicilik-düĢük yayıcılık özelliğine sahip koyu duvar yüzeyi tarafından soğurulur.

Duvar tarafından emilen güneĢ enerjisi, gün boyunca yavaĢ bir Ģekilde duvarın sıcaklığını yükseltir. Gece olduğunda iç yüzeye iĢleyen ısı oda içindeki sıcaklığı ıĢınımla arttırır. Isının iç yüzeye ulaĢmasına kadar geçen zaman, duvar malzemesinin ısıl özellikleri ve kalınlığına bağlı olarak değiĢir. YaklaĢık 30 cm kalınlıktaki kerpiç duvarda geciktirme süresi 10 saattir.

Şekil 4.17: Isı Depolama Duvarı[31]

Yazın güneĢ ıĢınımından korunmak için cam üzerine bazı kaplamalar uygulanır. Doğrudan kazançta istenmeyen solar ısı doğal havalandırmayla giderilebilirken, ısı depolama duvarında solar ıĢınım duvar bünyesinden emilerek istenmediği durumlarda bile mekânın sıcaklığının artmasına neden olacaktır. Çizelge 4.7’de ısı depolama özelliklerine göre ısı depolamaya uygun olan ve olmayan yapı malzemeleri gösterilmektedir.

82

Çizelge 4.7: Bazı Malzemelere Ait Isı Depolama Değerleri (Kaynak: John A.

Ballinger, Passive Solar Energy-Efficient Building Design, 1991)

Malzeme Yoğunluk _kg/m3 Isı biriktirme kapasitesi J/m3°C Isı depolamaya uygun malzemeler

Su 1000 4186

Beton 2100 1764

Tuğla 1700 1360

TaĢ (mermer) 2500 2250

Isı depolamaya uygun olmayan malzemeler

Alçı levha 950 798

Kereste 610 866

Cam yünü Ģilte 25 25

Isı depolama malzemesi olarak bazı durumlarda suyun kullanıldığı da olur. Bu teknik, birkaç nokta dıĢında trombe duvarına benzer özellikler gösterir. Suyun ısı depolama kapasitesi tuğladan yaklaĢık üç kat daha fazladır. Ucuz olmasına rağmen depolanması söz konusu olduğu için daha pahalı ve zor uygulanabilir olmaktadır. Suyun sıvı olmasından dolayı zaman geciktirmesi kerpice oranla daha kısadır. Günlük kullanım suyu, koyu renkli veya uygun diğer malzemelerle kaplanmıĢ dikey silindirler içinde tutularak, birbirleri arasında boĢluklar yaratılmak suretiyle konumlandırılır. Böylece güneĢ ıĢınımı ve gün ıĢığı doğrudan olarak mekâna kazandırılır.

Su depolama duvarı, ısı depolama duvarına göre (trombe duvarı) daha iyi performans gösterir. Çünkü suyun içinde oluĢan taĢınım hareketi yüzey sıcaklığının düĢük olmasına ve enerjinin düzgün dağılmasına sebep olur. Isı depolama duvarı için geliĢtirilmiĢ tüm sistemler su depolama duvarı için de kullanılabilmektedir[31].

Güneş Odası (Kış Bahçesi)

Yapının güneĢ ıĢınlarına en açık tarafında, genellikle tüm yüzeyleri cam olan bir odanın eklenmesi ile oluĢur. OluĢturulan bu mekân, yapını iç kısımlarından daha yüksek sıcaklıklara ve aydınlık düzeyine sahiptir ve bu özelliklerin gerekli olduğu uygulamalar için kullanılabilir.

ġekil olarak ise, sadece yapının bir bölümüne ya da tüm kabuğu saracak Ģekilde kurgulanabilir. Bir odaya eklenmiĢ bir güneĢ odası, cam alanı oranının döĢeme alanı oranından oldukça büyük olduğu mekânlardır.

83

Şekil 4.18: GüneĢ Odası (KıĢ Bahçesi)[31]

GüneĢ odalarının kritik bileĢenleri, genellikle zemin bağlantılı olan döĢemeler, güneĢ odasını yapıdan ayıran duvar ve alanı oluĢturan camdır. Ayırıcı duvar ısı depolama duvarına benzer. Bu durumda cam binanın dıĢına ötelenerek kullanılabilir bir hacim oluĢturulmuĢtur. Ayırıcı duvar aynı zamanda sade katı bir kütle, yalıtımsız-içten yalıtımlı-dıĢtan yalıtımlı bir duvar da olabilir. Eğer ek bir dirençli yalıtım uygulanmıĢsa elde edilen ısının yapı içine taĢınabilmesi için bir havalandırma sistemi kurulması gerekir. GüneĢ odaları içinde ısı kapasiteli malzemelerin kullanılması, gün boyunca görülebilecek ısıl dalgalanmaların etkilerine karĢı bir önlem olacaktır. Yazların oldukça soğuk olduğu coğrafyalar haricinde, yapının fazla ısınması halinde gereken kısmının uzaklaĢtırılması için havalandırma koĢullarının sağlanması çok önemlidir. Havalandırma alanı, toplam cam alanın en az %10’u olmalıdır. Yaz koĢullarının oldukça sıcak olduğu durumlarda, fazla ısınmayı engellemek ve mekân içindeki malzemelerin bozulmasını önlemek amacıyla gölgeleme bileĢenlerinin kullanılması gerekmektedir.

Önerilen tasarım, sadece duvarların cam, çatının ise opak olmasıdır. Çünkü soğuk iklimlerde bile, özellikle henüz hava sıcaklıklarının düĢmeye baĢlamadığı ve güneĢin gökyüzündeki geçiĢini yavaĢça tamamladığı sonbahar mevsiminde bina istenilenden fazla ısınabilir[31].