Akıllı Binalar ve Yenilenebilir Enerji

Akıllı Binalar ve Yenilenebilir Enerji

Zerrin YILMAZ*

Özet

Bilindiği gibi, gerek binaların pasif sistem olarak gösterdikleri enerji performansı ve gerekse binadaki mekanik ve elektrik-elektronik sistemlerin enerji verimliliği, binaya ilişkin mimari tasarım parametreleriyle doğrudan ilişkilidir.

Bu parametreler içerisinde en önemlileri olarak, binanın yeri, diğer binalara göre konumu, yönü, formu ve bina kabu­

ğu sayılabilir. Bu parametrelerin her biri enerji etkin bina tasarımında, dolayısıyla akıllı bina tasarımında önemli rol oynayan ve binanın enerji performansına etkileri birbirleriyle bağlantılı parametreler olup, her birisinin değeri bina­

nın yenilenebilir enerji kaynaklarından optimum yararlanmasını gerçekleştirecek şekilde birbirleriyle ilişkili olarak belirlenmelidir. Akıllı binaların en önemli hedefi binaların enerji etkin olmasını sağlamak olduğuna göre; akıllı bina­

ların tasarımında bu mimari tasarım parametrelerinin önemi yadsınamaz. Aksi takdirde bina sadece otomasyon ile me­

kanik ve elektrik-elektronik sistemlerin kontrolü sağlanmış, klasik bir bina olmaktan öteye geçemez.

Binalarda kullanılan enerji sistemlerinin boyutlandırılması genellikle ortalama meteorolojik verilere dayandırılmakta ve özellikle ülkemizde binanın yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanması konusunda yeteri kadar duyarlı dav- ranılmamaktadır. Bunun sonucunda, enerji etkinliği için ileri teknolojik sistemler kullanılmış akıllı binalarda bile ye­

terli enerji verimliliği sağlanamamaktadır.

Bu bildiride; enerji etkin akıllı binalarda tasarım parametrelerinin rolü ele alınmış ve yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en önemlisi olan güneş enerjisinin etkin kullanımı için bu parametrelerin doğru değerlerinin belirlenmesin­

de izlenmesi gereken yöntemlere örnekler üzerinden değinilmiş ve ülkemizden örnek olarak İş Kuleleri'nin enerji ve­

rimliliği üzerine yapılmış bir çalışmanın sonuçlarından konu ile ilgili olanlarına yer verilmiştir.

Anahtar Sözcükler: Akıllı binalar, binalar için yenilenebilir enerji, enerji etkin tasarım.

1. GİRİŞ

Bilindiği gibi, akıllı binalar enerji verimliliğini artır­

mak üzere, binanın enerji harcamalarının otomatik olarak binanın kendi elemanlarıyla ve ek donatılarla kontrol edildiği sistemlerdir. Dolayısıyla akıllı bina­

nın en önemli görevi, kullanıcı konforundan ödün vermeden binanın enerji harcamalarının en az dü­

zeyde olmasını sağlamaktır. Bütün dünyada olduğu gibi ülkemizde de toplam enerjinin çok önemli bir

* Prof. Dr.., İstanbul Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi

oram binalarda kullanıcı konforunu sağlamak üzere ısıtma, klima, havalandırma ve aydınlatma amaçlı kullanılmaktadır. Bu oranlar ülkemiz için yaklaşık olarak Şekil l'de gösterilmiştir. Dünyada ise bina­

larda kullanılan enerjinin toplam enerji içerisindeki payı %45-50'ye kadar çıkabilmektedir. Bu durum binalarda enerji tasarrufunun ve yönetiminin ne ka­

dar önemli olduğunun göstergesidir.

îiksel Çevre Kontrolü Birimi.

Binanın pasif sistem olarak kendisinin enerji etkin olmasının yam sıra yüksek maliyetli otomatik kont­

rol sistemlerine de gereksinim duyulduğundan, ge­

nellikle akıllı bina uygulamaları enerji harcamaları­

nın çok yüksek olduğu büyük kamu ve ofis binaları gibi kullanım alam ve kullanıcı sayısı fazla olan bina­

lar için öngörülmektedir. Akıllı bina denildiğinde, özellikle ülkemizde binanın mekanik ve elektrik sis­

temlerinin otomatik kontrolü ile enerji yönetiminin yapılması anlaşılmakta, binamn tasarım ve yapımının da enerji etkin akıllı olması göz ardı edilerek eksik uygulamalar yapılmaktadır. Oysa ki, bina, mimari tasannu, yapım sistemi, taşıyıcı sistemi, mekanik ve elektrik sistemi gibi alt sistemlerin bir bütünüdür.

Bu alt sistemlerin her birisinin akıllı bina kavramına uygun olmaması durumunda o binadan "akıllı bina"

diye söz etmek mümkün değildir. Bu tür binalar me­

kanik ve elektrik sistemlerinin otomatik kontrolü yapılmış standart binalardır ve üstelik bu yüksek maliyetli sistemlere karşın, binamn asıl kendisi akıl­

lı olmadığı için, enerji verimliliği ve enerji yönetimi­

nin performansı olabileceğinin çok altında kalabil­

mektedir. O nedenle, akıllı bina tasarım aşamasından itibaren ilgili tüm bina alt sistemleri enerji etkin ola­

cak şekilde, mimar ve mühendislerin işbirliği ile gerçekleştirilebilir. Binanın enerji etkinliğinde, ye­

nilenebilir enerji kaynaklarından yeteri kadar yarar­

lanan pasif sistem olarak gösterdiği enerji perfor­

mansı en önemli rolü oynar.

2. ENERJİ ETKİN PASİF SİSTEM

Binanın pasif sistem olarak enerji performansını et­

kileyen başlıca tasarım parametreleri olarak;

• binanın yeri,

• binanın diğer binalara olan mesafesi ve konumlan- dırılış durumu,

• binanın yönü,

• binamn formu,

• binayı çevreleyen kabuk elemanlarının ısı geçişini etkileyen fiziksel özellikleri ve

• güneş kontrol ve doğal havalandırma sistemleri sa­

yılabilir.

Bu parametrelerin enerji tasarrufu açısından doğru değerleri belirlenmedikçe binadaki mekanik ve elektrik sistemlerinin otomasyonundan yeterli ener­

ji verimi elde edilemez.

2.1. Binanın Yeri

Binanın bulunduğu yer; enerji harcamalarını etkile­

yen güneş ışınımı, hava sıcaklığı, hava hareketi ve nem gibi iklim elemanlarının değerlerinin bilinmesi için önemli olduğu kadar, binanın enerji etkinliğinde çok önemli rol oynayan mikro-klima koşullarının da belirleyicisidir. Şekil 2 ve 3'te görüldüğü gibi, bina­

nın çevresindeki öğeler bina etrafındaki mikro-kli- mayı etkileyen önemli faktörlerdir [1].

Şekil 3. Yerleşme Dokusunun Bina Çevresindeki İklim Üzerinde Etkisi

Şekil 2. Binanın Yerine Bağlı Olarak Bina Çevresindeki İklim Koşullarının Değişimi

2.2 Binanın Diğer Binalara Göre Konumu Binanm konumlandırılış durumu, diğer binalar ve engeller ile arasındaki mesafe, binayı etkileyen gü­

neş ışınımı miktanm ve bina etrafmdaki hava akışı hı­

zım ve tipini belirleyen en önemli tasarım değişken­

lerinden biridir. O nedenle, binanın arazideki konu­

mu güneş ve rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynak­

larından yararlanmak veya korunmak amacına uy­

gun olarak Şekil 4 ve 5'te görüldüğü gibi belirlen­

melidir [1] [2].

23. Binanın Yönü

Bina aralıkları gibi binanın yönü de cephelerin doğ­

rudan güneş ışınımından yararlanma oranını, dolayı­

sıyla toplam güneş enerjisinden kazancını etkileyen en önemli tasarım parametrelerinden birisidir. Bu­

nun yanı sıra binaların yönü rüzgâr alma durumunu, dolayısıyla doğal havalandırma olanağını ve binanm taşınım ve hava sızıntısı ile ısı kaybı miktarını da etki­

ler. O nedenle binanın bulunduğu ilkim bölgesinin ihtiyaçlarına göre binalar güneş ve rüzgardan gerek­

tiğinde yararlanacak, gerektiğinde ise korunacak şe­

kilde yönlendirilmeli ve mekan organizasyonu yön­

lendirme kriterine göre yapılmalıdır.

2.4. Binanın Formu

Binanın formu da diğer tasarım parametreleri gibi binanın çevresel etkenlerden yararlanma veya ko­

runma düzeyini, dolayısıyla enerji performansını be­

lirleyen önemli bir parametredir. O nedenle, farklı iklimsel karakterlere sahip yörelerde enerji etkin ta­

sarımda formun önem kazandığı geleneksel mimari tasarım örneklerinde belirgin olarak görülebilir. So­

ğuk iklim bölgelerinde enerji kaybeden yüzeylerin alanını minimize etmek üzere kompakt formlar, sı­

cak kuru iklim bölgelerinde ısı kazançlarını minimi­

ze etmek, gölgeli ve serin yaşama alanları elde et­

mek açısından kompakt ve avlulu formlar, sıcak nemli iklim bölgesinde karşılıklı havalandırmaya maksimum düzeyde olanak sağlayan hakim rüzgar doğrultusuna uzun cephesi yönlendirilmiş ince uzun formlar ve ılımlı iklim bölgelerinde mümkün oldu­

ğunca kompakt ama soğuk iklim bölgesine göre da­

ha esnek bina formları enerji etkin tasarımda dikkat edilmesi gereken hususlar arasındadır.

2.5. Bina Kabuğu

Binanın ve ısıtma sisteminin ısısal performansını et­

kileyen en önemli tasarım parametresi olan bina ka­

buğu opak ve saydam olmak üzere, fiziksel özellik­

leri ve ısı geçişine karşı davranışları birbirinden farklı iki bileşenden oluşmaktadır. Bina kabuğunun ısısal performansını etkileyen en önemli fiziksel özellikleri;

• opak ve saydam bileşenlerin ısı geçirme katsayısı (U,W/m2.K),

Şekil 5. Güneşlenme için Binalar Arasında Olması Gereken Uygun Mesafe

Şekil 4. Binanın Diğer Binalara Göre Konum

• opak bileşenin genlik küçültme faktörü (j),

• opak bileşenin zaman geciktirmesi (f, h) ve

• opak ve saydam bileşenlerin güneş ışınımına karşı geçirgenlik (opak bileşen için geçersiz), yutuculuk ve yansıtıcılık katsayıları (t, a ve r) olarak sıralana­

bilir.

Bir veya birden fazla katmandan oluşmuş herhangi bir kabuk bileşeninin ısı geçirme katsayısı; bileşenin her iki tarafındaki hava sıcaklığı farkı 1 K iken bile­

şenin birim alanından bu alana dik doğrultuda birim zamanda geçen ısı miktarı olarak tanımlanır.

Zaman geciktirmesi ve genlik küçültme faktörü, içe­

risinde ısı depolayabilen malzemeler için geçerli olup, saydam bileşenlerin ısı depolama kapasiteleri ihmal edilecek düzeyde olduğundan bu bileşenler için geçerli değildir. Zaman geciktirmesi, bileşenin dış yüzeyindeki maksimum sıcaklığın oluştuğu saat ile iç yüzeyinde maksimum sıcaklığın oluştuğu saat arasındaki zaman farkı olarak tanımlanabilir. Genlik küçültme faktörü ise, bileşenin iç yüzeyindeki sı­

caklık değişimi genliğinin, dış yüzeyindeki sıcaklık değişimi genliğine oranı olarak belirlenebilir. Yuka­

rıda da ifade edildiği gibi opak bileşenler için geçer­

li olan zaman geciktirmesi ve genlik küçültme fak­

törü bileşenin ısı depolama kapasitesinin, diğer bir deyişle ısıl kütlesinin fonksiyonudur. Saydam bile­

şenler için ise ısıl kütle ihmal edilebilecek kadar kü­

çük olduğundan zaman geciktirmesi ve genlik kü­

çültme faktörü yok varsayılabilir.

Opak ve saydam bileşenlerin güneş ışınımına karşı optik özellikleri olarak bilinen geçirgenlik, yutucu­

luk ve yansıtıcılık katsayıları saydam bileşenler için doğrudan ve yaygm güneş ışınımına karşı farklı de­

ğerler alırlar. Doğrudan ışınıma karşı saydam bile­

şenlerin optik özellikleri güneş ışınımının geliş açısı­

na bağlı olarak değişir. Opak bileşenler için ise ge­

çirgenlik söz konusu olmayıp, yutuculuk ve yansıtı- cıhğın doğrudan ve yaygm ışınım için farklı olmaksı­

zın yüzeyin rengine bağlı olarak değiştiği varsayılır.

Bina kabuğu yukarıda sıralanan özelliklerine bağlı olarak dış çevre koşullarını değiştirerek iç çevreye

aktaran ve bu şekilde iç çevre koşullarının oluşu­

munda rol oynayan en önemli tasarım parametresi- dir.

2.6. Güneş Kontrol ve Doğal Havalandırma Sistemleri

Binanın güneş ışınımı ve rüzgar gibi çevresel etken­

lerden gerektiğinde yararlanabilmesi, gerektiğinde korunabilmesi için yukarıda sıralanan tasarım değiş­

kenlerinin yam sıra bina kabuğu üzerinde güneş kontrolü ve doğal havalandırma sistemlerine gerek­

sinim duyulabilir. Binanın enerji giderlerini en az düzeyde tutabilmek için bu sistemlerin uygun yön­

lerde uygun biçim ve boyutlarda tasarlanmış olması gerekir. Şekil 6'de farklı yönler için güneş kontrol sistemlerine örnekler görülmektedir. Şekil 6'da ise doğal havalandırma sistemlerine şematik örnekler verilmiştir [3].

3. ENERJİ ETKİN AKILLI BİNA

Enerji etkin akıllı binalar; pasif sistem olarak meka­

nik ve elektrik-elektronik sistemlerine en az gerek­

sinme duyacak şekilde tasarlanmış; güneş, rüzgar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından gerektiğin­

de yararlanmak, gerektiğinde korunmak üzere kendi kendini ayarlayabilen; pasif sisteme ek olarak ısıt­

ma, havalandırma ve aydınlatma sistemlerine gerek-

Şekil 7. Doğal Havalandırma Sistemlerine Örnek Şekil 6. Farklı Yönler için Uygun Güneş

Kontrol Sistemlerine Örnek

sinim duyulduğu takdirde bu sistemlerin pasif sis­

tem öğeleriyle eşgüdümlü olarak tasarlandığı ve iş­

letildiği; işletim sisteminin otomatik olarak kontrol edildiği binalardır. Bu anlamdaki akıllı binaların en önemli bileşeni, pasif sistem olarak binanın enerji performansını etkileyen en önemli tasarım paramet­

resi olan bina kabuğudur. Bir binanın cephe maliye­

tinin toplam bina maliyeti içerisindeki payının %15-

%40 arasında olmasına karşın, bina cephesinin bina işletim maliyeti üzerindeki etkisi %40 veya daha fazla olabilmektedir. O nedenle, son yıllarda fosil enerji kaynaklarının elde edilmesindeki sıkıntılar, bu kaynakların kullanılmasının yarattığı çevre sorunları, bir ülkedeki toplam enerjinin %40-50 gibi çok önemli payının binalarda kullanılıyor olması ve dola­

yısıyla binalarda enerji verimliliğinin önem kazan­

masıyla birlikte, yapı ve malzeme teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak akıllı kabuk tasarımı gün­

deme gelmiştir. Akıllı kabuk, ülkemizde henüz akıl­

lı bina tasarımında yeterli öneme kavuşmamış ol­

makla birlikte tüm dünyada akıllı bina tasanmınm vazgeçilmez öğesi olarak kabul edilmektedir.

3.1. Akılh Kabuk

Akıllı kabuk; tıpkı canlı derisi gibi kendisini ayarlaya­

rak dış koşullara uyum sağlayan ve bu yolla bina içi çevrede ışık, ses, iklini ve hava kalitesi gibi kullanıcı­

lar için vazgeçilmez ihtiyaçlann sağlanmasında, dola­

yısıyla enerji harcamalarının azaltılıp kullanıcı konfo­

runun yükseltilmesinde en önemli rolü oynayan yapı elemanlandır. Akıllı kabuklar en basit şekliyle doğal havalandırma ve güneş kontrol elemanlarının otoma­

tik hareketiyle binanın havalandırma, klima ve aydın­

latma enerjisi yüklerini en aza indirgeyen ve kullanı­

cı konforunu olabildiğince doğal yollarla sağlayan kabuklardır. Günümüzde enerji etkin akılh binalarda sıklıkla kullanılan çift cidarlı cepheler bu konuda ta- sarlayıcılara geniş olanaklar sunmaktadır.

• Çift Cidarlı Cepheler

Çift cidarlı cepheler Şekil 8'de görüldüğü gibi genel­

likle birbirinden belirli uzaklıkta iki cam cepheden oluşur. İki cephe arasmdaki boşluk iç mekanla dış mekan arasında bir tampon bölge oluşturarak enerji harcamalarının kontrol edilmesini kolaylaştırır.

Çok katlı binalarda cidarlar arasmdaki boşluk her kat hizasmda kesintili veya tüm katlar boyunca sürekli olabilir. Ara boşluğun doğal veya mekanik olarak ha­

valandırılması durumuna göre de çift cidarlı cepheler sınıflandırılabilir. Bu durum Şekil 9'da gösterilmiştir.

Şekil 8. Çift Cidarlı Cepheler

aDoğal Havalandırmalı Cephe bJVlekanik Havalandırmalı Cephe 1. dış cidar 4. ara boşluktaki elemanlar 2. iç cidar 5. havalandırma aparatları 3. havalandırmalı boşluk 6. hava dönüş kanalı

Şekil 9. Kesintili veya Sürekli, Doğal veya Mekanik Havalandırmalı Çift Cidarlı Cepheler

Çift cidarlı cepheler aşın ısınmayı veya aydınlatma açısından kamaşmayı önlemek üzere Şekil 10'da gö­

rüldüğü gibi güneş kontrol elemanlarıyla donatılabi­

lir, güneş kontrol ve doğal havalandırma sistemleri kullanıcı konfor ihtiyacına göre otomatik olarak kontrol edilebilir ve çift cidar arasındaki hava kışın ısı geri kazanım sistemi için kullanılabilir [4]. Dün­

yada çok sayıda uygulaması bulunan çift cidarlı akıl­

lı cephelere örnek olarak Berlin'deki Debis binası ve cephesi Şekil 11'de verilmiştir [4].

• Aktif Cepheler

Aktif cepheler, cephedeki pencereler ve gölgeleme araçlarının ısısal ve optik özelliklerinin iklim koşul­

ları, kullanıcı tercihleri ve bina enerji yönetim sis­

temlerinin ihtiyaçlarına göre otomatik olarak deği­

şebildiği cephelerdir. Bunlar, otomatik kontrol ile pozisyonu değişen gölgeleme elemanlannın, optik' özellikleri güneş ışınımına göre değişebilen kapla­

malı camların, elektrik enerjisi üretmek üzere PV panellerinin cephe kaplaması ya da gölgeleme ele­

manı olarak kullanıldığı cephelerdir. Bu tür cephele­

re örnek olarak Şekil 12'de hem çift cidarlı cephesi hem de foto-voltaik (PV) cephe kaplamaları bulu­

nan "Building Research Establishment" ofis binası verilmiştir [4].

Bu binanm doğal havalandırılması kullanıcılar tara­

fından da kontrol edilebilen pencerelerle sağlan­

maktadır. Normal pencerelerle doğal havalandırma­

ya ek olarak güney cephesine yerleştirilen havalan­

dırma bacalarının dış cepheleri cam bloklarla yapıla­

rak güneşin baca etkisini artırmasından yararlanıl­

mıştır. Cephelerdeki yan saydam güneş kontrol ele­

manlan, iç mekanlarda yeterli gün ışığı sağlarken doğrudan güneş ışınımından ısı kazancını önlemekte­

dir. Güney cephesinde 47 m2 alan 1.5kW'a kadar elektrik üretebilen PV paneller ile kaplanmıştır. Şe­

kil 13'te ise PV panellerin güneş kontrol elemanı olarak kullanılmasına örnekler görülmektedir [4].

4. AKILLI BİNA ÖRNEKLERİ

Dünyada akıllı pasif sistem olarak güneş, rüzgar gi­

bi yenilenebilir enerji kaynaklanndan optimum dü­

zeyde yararlanan ve bu sayede binanın ısıtma, klima, Bu binada otomatik kontrol sistemiyle hareket etti-

rilebilen cam gölgeleme araçlan iç cephe üzerindeki rüzgar yükünü azaltmakta ve yağmuru tutmaktadır.

Bu sayede iç cephedeki pencereler doğal havalandır­

ma için kullanılabilmektedir. Bu saydam güneş kontrol elemanlan doğrudan güneş ışınımının içeriye girmesini engelleyerek kamaşma problemini orta­

dan kaldırmakta ve doğal aydınlatma yoluyla bina­

nın aydınlatma enerjisi tasarrufuna çok önemli katkı­

da bulunmaktadır. Çift cidarlı cephelerin yam sıra, cephe malzemelerinin iklim koşullanna uygun ola­

rak değiştiği aktif cepheler de akıllı kabuk kavramı içinde ele alınabilir.

havalandırma ve aydınlatma enerjisi yüklerini en aza indiren, PV panellerini gölgeleme aracı, cephe ve çatı kaplaması olarak kullanarak elektrik enerjisi üreten çok sayıda bina örneği vardır. Bu binalardan Frankfurt Commerzbank Genel Müdürlük Binası ör­

nek olarak verilmiştir. Ülkemizdeki akıllı bina kav­

ramına uygun olarak inşa edilmiş ve enerji harcama­

ları, ileri teknolojik enerji yönetim sistemleriyle kontrol edilmekte olan İstanbul İş Kuleleri'nin ener­

ji performansı ile ilgili bir çalışmanın sonuçlarına da bu bağlamda kısaca değinilmiştir.

4.1. Frankfurt Commerzbank Genel Müdürlük Binası

Tepesindeki anteni ile birlikte yapıldığı tarihte Avru­

pa'nın en yüksek binası olan bu Norman Foster bi­

nasında doğal havalandırma sistemi esas alınmış, mekanik havalandırma sisteminin sadece uç koşul­

larda devreye gireceği düşünülmüştür. Doğal hava­

landırma, Şekil 14'te görüldüğü gibi, çift cidarlı cep­

he ya da kış bahçeleri ve iç avlu aracılığıyla olmak­

tadır [5]. Çift cidarlı cephenin iç cidanndaki pence­

reler ve iç avlu pencereleri merkezi bina yönetim sistemiyle ya da duvarlara monte edilmiş kumanda­

larla kullanıcılar tarafından kontrol edilebilmektedir.

İç mekanda istenmeyen koşullar oluştuğunda bu pen­

cereler merkezi sistem tarafından kapatılmakta ve HVAC sistem otomatik olarak devreye girmektedir.

Ofis mekanlanndaki aydınlatma gün ışığı miktarına ve mekanın kullanımına göre otomatik olarak ayar­

lanmaktadır. Koridor ve ofis mekanlarının aydınlat­

ması hareket duyargalanyla aktif olmaktadırlar. Her pencerede motorla hareket edebilen güneş kontrol elemanları bulunmaktadır.

İç ısı kaynaklarının fazlalığı ve bina kabuğunun iyi yalıtılmış olması nedeniyle dış hava sıcaklığı OoC ol­

sa bile ısıtma sistemine seyrek olarak gereksinim du­

yulmaktadır. Pasif güneş enerjisi sistemi olarak çalı­

şan çift cidar arasındaki hava, mekanların ısınmasına katkıda bulunurken havalandırma havasının ön ısıtıl­

masında da kullanılmaktadır. Bu şekilde, iç avlu cephesi ve dış cepheler boyunca yerleştirilmiş olan ısıtıcı konvektörlere toplam işletme süresinin %17si kadar bir süre ihtiyaç duyulmaktadır.

Katların araşma üçgen planın bir koluna yerleştirilen bahçeler 4 katta bir planın diğer kollarındaki ofisle­

re doğal iklimsel, görsel ve sosyal mekanlar sun­

maktadır. Üçgenin her bir kolunda üçer adetten top­

lam 9 adet olan bu bahçeler, belirli aralıklarla cam döşemeyle bölünmüş ve bu sayede yangın ve hava­

landırma bölgelerini ayıran, toplam 200 m yüksekli­

ğindeki iç avlu ile bağlantılıdır. Bahçelerin dış cep­

heleri ise cam ile çevrelenmiştir. Bu şekilde kışın se­

ra gibi çalışan bahçeler iç avlunun ve dolayısıyla bi­

nanın, güneş enerjinin ısıtıcı etkisinden yararlanma­

sına katkıda bulunmaktadır. Yazın bu camlarm üst bölümleri açılarak iç avlu ve dolayısıyla ofis mekan­

ları havalandırüabilmektedir..

Tüm ofis binalarında olduğu gibi bu binada da so­

ğutma yükleri diğerlerine göre çok daha önemlidir.

Merkezi bina yönetim sistemi pencereleri açarak bi­

nanın gece soğutulmasını sağlamaktadır. Lokal so­

ğutma sistemi sulu tavan soğutma sistemidir. Soğut­

ma suyu absopsiyonlu soğutma santralında elde edilmektedir. Bu aktif soğutma sistemine, kullanım periyodunun sadece 1/4'lük diliminde ihtiyaç duyu­

lacağı öngörülmüştür.

Pasif sistemle bütünleşmiş otomasyon sistemlerini içeren bu binada geleneksel binalara göre %25-30 enerji tasarruf edilmektedir.

4.2 İstanbul iş Kuleleri

Ülkemizde ileri teknolojik sistemlerle yönetilmekte olan binalara örnek olarak İş Kuleleri'nden Kule 2, enerji performansı açısından değerlendirilmiştir [6].

Binanın enerji performansının simülasyonu için ge­

rekli bina ve binanın enerji harcamalarına ilişkin tüm bilgiler İş Merkezleri Yönetimi'nden Sayın Tuncer Kınıklı tarafından temin edilmiştir [7]. Görü­

nüşü ve yerleşim planı Şekil 15'te görülen ve yük­

sekliği 113m olan 28 katlı bu binanın toplam döşe­

me alanı 29,27 İm2 olup açık ofis plan tipinde tasar­

lanmıştır. Toplam ll,725m2 olan kabuk alanında saydamlık oram %48.8 olup, cam kısımların ısı geçir­

me katsayısı 1.8 W/m2.K, alüminyum kısımların ısı geçirme katsayısı ise 0.46 W/m2.K' dır.

Doğal gaz ile çalışmakta olan binanın ısıtma sistemi, iç ortam sıcaklığım 22°C, bağıl nemliliğim ise mak­

simum %40'ta tutmak üzere otomatik olarak kontrol edilmektedir. Soğutma sistemi için bu sıcaklık ve nem değerleri 24.5°C ve %50'dir. Havalandırma ünitesi ise, geri dönüş havasının C02 miktan kabul edilebilir düzeyde ise %50'ye kadar geri dönüş ha­

vasım, dış hava ile kanştırarak mekanlara geri ver­

mek üzere tasarlanmıştır. Aydınlatma tamamen yap­

ma aydınlatma sistemi ile sağlanmaktadır. Aydınlat­

ma sisteminden ısı kazançlannı azaltmak üzere so­

ğutma sisteminin geri dönüş havası aydınlatma ay­

gıtlarından geçirilerek toplam sistemden gelecek so­

ğutma yükleri %36 düzeyinde azaltılmıştır. Yine so­

ğutma yüklerinin azaltılması amacıyla, doğrudan gü­

neş ışınımı geçirgenliği %11, gölgeleme katsayısı

%23 ve gün ışığı geçirgenliği %16 olan kaplamalı camlar kullanılmıştır. Bu binanın verileri kullanıla­

rak ısıtma, soğutma ve aydınlatma enerjisi açısından performansı değerlendirilmiş, değerlendirme için kullanılan simülasyon modelleri binanın gerçek enerji harcamalanna göre, özellikle iç yükler açısın­

dan revize edilerek sonuçlara ulaşılmıştır. Şekil 16'da ısıtma için harcanan doğal gaz ile soğutma, aydınlatma ve bilgisayar gibi faaliyetler için harca­

nan elektrik enerjisi miktarlarının tüketim, maliyet ve emisyon açısmdan birbirlerine oranları görülmek­

tedir. Şekil 17'de ise Kule 2'nin dünyadaki örnek­

lerle ısıtma ve elektrik enerjisi açısından karşılaştınl- masının istatistiksel sonucu görülmektedir. Şekil

18'de ise binanın ısıtma ve elektrik enerjisi harcama- lan açısından dünyadaki düşük enerjili ofis binalan arasındaki yeri görülmektedir.

Şekil 15. İş Kuleleri, Güney Doğu 'dan Görünüşü ve Yerleşim planı

Şekil 17. Isıtma Elektrik Enerjisi Harcamaları Açısından Tüketim, Maliyet ve Emisyon Dünyadaki Örneklerle Kule

2 'nin İstatistiksel Karşılaştırılması Şekil 16. Kule 2 için Doğal Gaz ve Elektrik

Bu sonuçlardan görüldüğü gibi ileri ve oldukça yük­

sek maliyetli bina yönetim sistemiyle enerji yöneti­

mi yapılan İş Merkezi Kule 2'de binanın ısıtma ener­

jisi tasarrufu açısından performansı benzer binalara göre oldukça iyi iken, elektrik enerjisi harcamalan yüzünden enerji etkin binalar arasında kötü bir sıra­

ya düşmektedir. Yapılan detaylı analizde elektrik enerjisi harcamalarının çok önemli bir bölümünün aydınlatma ve bilgisayar sistemi tarafından kullanıl­

dığı görülmektedir. Soğutma yüklerini düşürmek amacıyla doğrudan güneş ışınımı almayan yönlerde dahi ışınım ve ışık geçirgenliği düşük camların kul­

lanılmış olması ve aydınlatma sisteminin gün ışığına ve kullanıma duyarlı olarak kontrol edilmemesi bu sonucu ortaya çıkarmıştır. Dolayısıyla tasarım aşa­

masından itibaren, bina malzemelerinin bilinçli se­

çilmesi dahil, akıllı bina kavramı bütüncül olarak ele alınmadığı için oldukça gelişmiş enerji yönetim sis­

teminin bulunduğu bu bina, özellikle elektrik enerji­

si harcamalan açısmdan olabileceğinin altında bir enerji performansı sergilemektedir.

5. SONUÇ

Akıllı binamn en önemli hedefi binalarda enerji ve­

rimliliğini artırmak ve kullanıcı konforunu mümkün olan en az enerji harcamasıyla en üst düzeyde ve sağlıklı yollarla sağlamak olduğuna göre; bu hedefe ulaşmak için yenilenebilir enerji kaynaklanndan op­

timum düzeyde yararlanmak gerektiğinin ve ülke­

mizde algılandığı gibi akıllı binamn sadece otomas­

yon sistemlerinden ibaret olmadığının bilincine var­

mak binalarda enerji yönetiminin iyileştirilmesi için gerekli olan ilk ve en önemli adımdır.

Ülkemiz gibi güneş enerjisi açısından yeterli potan­

siyele sahip bir yörede, güneşin ve rüzgann istenen etkilerinden yaralanmak ve istenmeyen etkilerinden korunmak üzere, bütün tasanm parametreleri, özel­

likle de bina kabuğu çevre etkilerine göre kendini ayarlayabilecek şekilde tasarlanmış pasif sistemler ve bu pasif sistem öğeleriyle uyumlu çalışabilecek mekanik, elektrik-elektronik ve otomasyon sistem­

lerinin var olduğu binalar gerçek akıllı binalar olarak kabul edilebilir. Aksi takdirde akıllı bina olarak ta­

nımlanan, ileri teknolojik sistemlerle enerji yönetimi otomatik olarak kontrol edilen binalar, yukandaki örneklerden de görüldüğü gibi gösterebilecekleri enerji performansının çok altında performans göste­

rebilirler. Ayrıca bu tür binalarda doğal yollardan ye­

teri kadar yararlanılmadığı için kullanıcı konforu açı­

smdan sağlıksız koşullar ortaya çıkabilir.

Sonuç olarak denilebilir ki; gerçek akıllı bina mima­

ri tasanmının ilk aşamasından itibaren enerji yöneti­

mi problemleri düşünülmüş ve mekanik, elektrik- elektronik ve otomasyon sistemleriyle pasif siste­

min bütün öğeleri uyumlu çalışabilen binadır.

KAYNAKLAR

[1] MOORE, F., Environmental Control Systems, New York, McGraw-Hill Inc., 1993.

[2] BERKÖZ, E. ve diğerleri, Enerji Etkin Konut ve yerleşme Dizaynı, TÜBİTAK Araştırma Rapo­

ru, 1995

[3] LEHNER, N., Heating, Cooling, Lighting, New York, John Wiley & Sons, 1991.

[4] European Solar Architecture (Proceedings of a Solar House Contractors' Meetings), Dublin, ERG-UCD, 1995.

[5] Wigginton, M. ve Harris, J., intelligent Skins, Oxford, Butterworth-Heinemann, 2002.

[6] Kinikh, T., Binalann Enerji Performanslannin Bi­

na İşletme Teknolojileri ile Hesaplanması ve Ar­

tırılması, VI. International HVAC+R Techno­

logy Symposium, İstanbul, 2004.

[7] Sohmer, M., Communal Energy Management, Master Thesis, ITÜ-Stuttgart University Applied Science (advisors: Z.Yilmaz-Ursula Eicker), 2005.

Şekil 18. Kule 2 'nin İsıtma ve Elektrik Enerjisi Harcama­

ları Açısından Düşük Enerjili Binalar Arasındaki yeri