Bahriye Üçok Yeşil Anaokulu Projesi Güneşlenme İncelemeleri

03 Ağustos 2011 Dergi: Temmuz-Ağustos 2011

Güneş enerjisinin erişimi, yapının enerji dengelerinde ve ısısal- görsel konfor sağlanmasında belirleyici olduğundan özellikle sürdürülebilir yapıların tasarımında önemli rol oynamaktadır. Yapı ile güneş arasında kurulacak ilişkinin niteliği, ön tasarımdan uygulamaya kadar olan tüm süreçte konunun değerlendirilme özelliklerine bağlıdır. Güneş enerjisi konusunun etkin biçimde tasarıma dahil edilebilmesi ise ancak o yere ait güneşlenme özelliklerinin ayrıntılı olarak belirlenebilmesiyle olanaklıdır. Çevresel etkenler ve güneşin yörünge özelliklerine bağlı olarak değişken bir yapısı olan güneşlenme özelliklerinin belirlenebilmesi için ayrı analiz çalışmalarının bir arada değerlendirilmesi gerekir.

Bu çalışmada, sürdürülebilirlik bağlamında yeniden tasarlanarak uygulanması planlanan İstanbul Kadıköy Belediyesi Bahriye Üçok anaokulunun yapı fiziği konularının değerlendirildiği çalışmanın güneşlenme incelemeleri ele alınmış ve tasarıma yönelik öneriler sunulmuştur.

 

 

İstanbul Kadıköy Belediyesi, sürdürülebilir çevre ve ekolojik mimari konularını gözeterek anaokullarını yenileme çalışmaları bağlamında, ilk olarak Sahrayıcedid semtindeki Bahriye Üçok Anaokulu için -gönüllülük esasıyla bir araya gelen farklı disiplinlerle- proje çalışmaları başlatmıştır. Leed Sertifikası'nın da hedeflendiği bu projede, enerji etkinliği ve iç ortam konfor koşullarının sağlanmasına yönelik sürdürülebilirlik ilkelerinin gerçekleşebilmesi için güneş, ısı, ışık, ses gibi yapı fiziği konuları ve bunların tasarım ölçütü olarak değerlendirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu bağlamda Yıldız Teknik Üniversitesi Mimarlık Bölümü Yapı Fiziği Bilim Dalı olarak yaptığımız çalışmada, ısı-güneş, ışık ve ses konuları bir arada ele alınarak, mevcut durum üzerinde ölçümler ve incelemeler yapılmış, Leed Sertifikasyon sistemi de gözetilerek tasarım ölçütleri oluşturmaya yönelik değerlendirmeler yapılmıştır.

Sürdürülebilir yapıların tasarımında güneş denetimine yönelik kararlar; enerji etkinliği, ısısal ve görsel konfor koşulları, yenilenebilir kaynakların değerlendirilmesi hedeflerinin sağlanmasında ve yapının biçimlenmesinde de belirleyici olduğundan güneş konusu geniş kapsamlı olarak ele alınmıştır. Yeni yapılacak yapı, var olan yapı ile aynı yerde ve ayı boyutlarda olacağı için, proje alanı gölgelenme, güneş erişim süresi ve enerji bağlamında ayrı ayrı irdelenerek var olan yapının güneşlenme özellikleri ayrıntılı olarak belirlenmiştir. Ön tasarım sürecinde alınacak ilkesel kararlarla, yapının güneşle doğru bir ilişki kurabilmesine yönelik veri oluşturması için de tasarıma yönelik önerilerde bulunulmuştur. Bu önerilerin özellikle ön tasarım aşamasında karşılıklı görüşmelerle bina biçimlenmesinde etkin olarak değerlendirilmesinin; yapının enerji dengelerinin sağlanmasında, temiz enerjiden yararlanılmasında ve konfor koşullarının sağlanmasında etkili olacağı açıktır.

 

 

Bahriye Üçok Anaokulu Mevcut Durum

 

Bahriye Üçok Anaokulu yerleşim bakımından, doğusu ve batısı yaklaşık 10 katlı konut yapıları, kuzeyi ana trafik yolu, güneyi açık alan ile sınırlanmış ve yaklaşık güneye yönlenmiş bir arazinin kuzey doğusunda yer alan tek katlı bir yapıdır (Şekil 1a, b). Dolayısıyla, yapının güney cephesi yoğun ağaçların bulunduğu bir bahçeye, kuzey cephesi yoğun trafik akışının olduğu yola, batı cephesi -göreceli açık- ağaçlı bahçeye ve doğu cephesi komşu yapılarla olan sınır duvarına bakmaktadır.

 

a)        b)

Şekil 1. Proje Arazisi ve yönlenme özellikleri

 

Yoğun yapılaşma ve bitki örtüsü içinde tek katlı bir bina olan mevcut yapıda önemli nem, ısısal ve işitsel konfor sorunları bulunduğu ayrıca çevre ile ilgili trafikten kaynaklanan gürültü sorunu ile yüksek yapılar, ağaçlar ve yapının pencere alanlarının küçük olması nedeniyle güneş ışınımından yeterince yararlanamadığı da gözlenmiştir.

 

 

Bahriye Üçok Anaokulu Güneş Erişimi İncelemeleri

 

Proje arazisi ve varolan yapının güneş erişim özellikleri, yönlenme ve biçim özellikleri dışında, çevre binaların neden olduğu gölgelerden de önemli derecede etkilenmektedir. İmar durumu ile ilgili olarak, yeni tasarlanacak yapının da mevcut yapıyla aynı yerde ve benzer kütlede olacağı için güneşlenme analizleri mevcut bina için yapılmıştır. Yapıya ve araziye ait güneş erişimi özelliklerinin biçim, süre ve enerji bağlamında kapsamlı olarak belirlenebilmesi için bilgisayar benzetim programı (Ecotect) ile oluşturulan;

·         Çevre yapıların değişen gölge biçim ve boyutlarını belirlemek için gölge diyagramlarından,

·         Yapı yüzeylerinin güneşlenme ve gölgelenme sürelerini belirlemek için güneş yörüngesi (sun path) diyagramlarından,

·         Yapı yüzeylerine gelen enerji miktarını belirlemek için analiz düzleminde hesaplanan dolaysız güneş ışınımı grafiklerinden yararlanılmıştır.

Arazideki ağaçların gölgeleri yapının güneş erişim özelliklerinde etkili olmasına karşın, güneydeki terasın önündeki 6 adet ağacın kesilebilir olması ve batı bahçesindeki ağaçların yapıdan belli bir uzaklıkta yer almasından dolayı ön tasarım analizlerinde ağaçlar hesaplara dahil edilmemiştir. Ancak, yeni tasarımda güneş enerjili edilgen ve etken sistemlerin kullanılması durumunda çevrenin bitki örtüsünü de göz önüne alan daha ayrıntılı bölgesel çalışmaların yapılması gerekmektedir.

 

Gölge Diyagramları

Çalışmada, çevredeki yapıların proje alanına attığı gölge durumlarının ayrıntılı olarak incelenebilmesi için değişik gün ve saatlerdeki gölge durumlarını gösteren birçok diyagram oluşturulmuştur. Şekil 2'de bu diyagramlardan ikisi; 21 Aralık ve 21 Haziran günlerinde saat 8:00 ile 17:00 arasındaki gölge geçişleri görülmektedir.

 

21 Aralık                    21 Haziran

Şekil 2. 8:00-17:00 arasındaki toplam gölgeli alanlar

 

 

Yapı Yüzeylerinin Güneşlenme Süreleri

Mevcut yapının yüzeylerinin güneşlenme ve gölgelenme sürelerinin belirlenmesinde güneş yörüngeleri diyagramlarından yararlanılmıştır. Sırasıyla Şekil 5, 6, 7 ve 8'de, mevcut binanın çatı, güney, doğu ve batı yüzeylerinin yönlerine ve çevre yapıların gölgeleri bağlamında oluşan güneşlenme özellikleri (gölgelenme süre ve oranları) güneş yörüngesi diyagramı üzerinde görülmektedir.

 

Şekil 3. Çatı Yüzeyi                        Şekil 4. Güney Yüzü

           

Şekil 5. Doğu Yüzü                        Şekil 6. Batı Yüzü

 

 

Yapı Yüzeylerine Gelen Dolaysız Güneş Işınımı

Gölgelenme oranlarına bağlı olarak yapı yüzeyleri, güneş enerjisini homojen biçimde almaz, yüzeyler üzerinde değişik miktarda enerji alan bölgeler oluşur. Bahriye Üçok Anaokulunun çevresel özellikleri göz önüne alındığında yüzeylerin gölgelerden ciddi biçimde etkileneceği açıktır. Bundan dolayı mevcut yapının yüzeylerinin hangi bölgelerinin ne kadar güneş aldığının anlaşılması amacıyla, yüzeylere gelen güneş enerjisi miktarı her yüzey için ayrı ayrı hesaplanmıştır (Şekil 7, 8, 9 ve 10). Aşağıdaki şekillerde çatı, güney, doğu ve batı yüzeylerinin yıl boyunca aldığı enerji miktarları görülmektedir.

 

Şekil 7. Çatı Yüzeyi

Şekil 8. Güney Yüzü

Şekil 9. Doğu Yüzü

Şekil 10. Batı Yüzü

 

 

Değerlendirme

 

Bariye Üçok Anaokulu için yapılan ayrıntılı incelemeler sonucunda elde edilen veriler kısaca aşağıda özetlenmiştir.

Çatı yüzeyi: Yıl boyunca öğlen saatlerinde (10:00 -15:00) etkin biçimde güneş almakta, sabah ve özellikle öğleden sonraki saatlerde ise çevre yapıların gölgesinde kalmaktadır (Şekil 4). Güneşlenme özelliğine bağlı olarak da çatı yüzeyinde 450.000 - 560.000 Wsaat arasında değişen farklı enerji alanları oluşmaktadır (Şekil 9).

Güney yüzeyi: Kış ve sonbahar aylarında özellikle sabah ve akşamüstü saatlerde çevre binaların gölgesinde kalmakta yazın ise bu gölgeler yüzeye kadar ulaşmamaktadır (Şekil 5). Yıl boyunca ortalama 509.607 Wsaat güneş enerji almakta olan güney yüzeyinde enerji bakımından büyük bölgesel değişimler olmamakta homojene yakın bir dağılım görülmektedir (Şekil 9).

Doğu yüzeyi: Yıl boyunca sabah gün doğumundan saat 11:00 kadar etkin biçimde çevre binaların gölgesinde kalmakta, yılın tüm günlerinde ancak yaklaşık 2 saat kadar güneş alabilmektedir. Güneş erişimi oldukça sınırlı olan yüzeye, yıl boyunca ortalama 265.000 Wsaat enerji gelmekte bazı alanlarda bu değer 168.000 Wsaat'e kadar düşmektedir (Şekil 11).

Batı yüzeyi: Yıl boyunca öğleden sonra yaklaşık 15:00'dan sonra etkin biçimde çevre yapıların gölgesinde kalmakta dolayısıyla da sorunlu yaz güneşinden önemli miktarda korunmaktadır. Gölge özelliklerinden dolayı güneş erişimi sınırlanan yüzeye yıl boyunca ortalama 279.884 Wsaat güneş enerjisi gelmekte, bazı bölgelerde bu değer yaklaşık 400.000 Wsaat'e ulaşmaktadır (Şekil 12).

 

 

Tasarıma Yönelik Öneriler

 

Yapılan incelemeler bağlamında bu çalışmada yapılan öneriler, yapının kış aylarında güneş ışınımından en fazla yararlanırken, yaz aylarında ise optimum korunmaya yönelik, ön tasarım aşamasında, kütlesel, biçimsel, ana kararların alınmasına yöneliktir. Yukarıdaki bölümlerde sunulan analiz verileri doğrultusunda, tasarlanacak yeni yapıyla ilgili öneriler aşağıda sıralanmıştır.

  • Komşu parselin sınırına çok yakın olan doğu cephesi, çevre binalardan ötürü büyük oranda gölgede kalmaktadır. Bu durum istenmeyen ısı yükleri açısından olumlu, kış aylarında özellikle sabah saatlerinde önem taşıyan ısı kazançları ve gün ışığı açısından olumsuzdur. Yeterli gün ışığı almayan ve görsel bakımdan da zengin olanaklar sunmayan doğu cephesinde büyük saydam alanlar oluşturulmamalıdır.
  • Güney cephesi, çevre yapılardan belli oranda gölge almakla birlikte yıl boyunca önemli miktarda güneş erişimine sahiptir. Bu yüzeyde -ısı kayıpları göz önüne alınarak denetimli biçimde- saydam alan oranının fazla tutulması yani, büyük ve geniş cam yüzeylerin kullanılması kış aylarında ısı ve gün ışığı kazanları açısından önemlidir. Ancak yaz aylarında ısı yüklerinin artmaması için cam alanların hatta tüm yüzeyin hesaplanarak tasarlanmış yatay güneş kırıcılarla korunması, doğal havalandırmanın mutlaka sağlanması gerekmektedir. Camların ısı yalıtım değerlerinin optimize edilmesi, detaylandırmanın özenle yapılması, ısısal konfor ve enerji dengeleri açısından önemlidir. Bu cephede yapılacak kış bahçesi, ısı tutucu yüzey gibi edilgen sisteme yönelik çalışmalar enerji giderlerini azaltılmasında etkin olacaktır. Bu tür sistemlerin kullanılması durumunda ağaçlandırma ve bahçe tasarımı konuları göz önüne alınmalıdır.
  • Batı cephesi; açık, geniş, yeşil bir bahçeye bakmakta, akşamüstü saatlerde çevre binalar tarafından etkin biçimde gölgelenmektedir. Bu nedenle bu proje özelinde, özellikle gün ışığı kazançları açısından, doğru boyutlandırılması ve ayrıntılı güneş denetimi çalışmaları yapılması koşuluyla, batı cephesinde geniş saydam alanların kullanılmasının yararlı olabileceği düşünülmektedir. Dolayısıyla tasarıma bu bağlamda özen gösterilmeli, ayrıntılı çalışmalar yapılarak, değişik seçeneklerin oluşturulması ve istenen optimizasyonu sağlayacak çözümlere ulaşılması önem taşımaktadır.
  • Doğal havalandırmanın sağlanması, yapının az enerji tüketimi ve iç ortam konfor koşullarının sağlanmasında büyük önem taşımaktadır. Bundan dolayı hava akışını sağlayacak biçimde kuzey güney yönlerinde denetlenebilir uygun pencerelerin oluşturulması ve tasarım özelinde diğer doğal havalandırma tekniklerinden yararlanılması yaz aylarındaki ısı fazlasının atılması ve iç hava kalitesinin sağlanması için gereklidir.
  • Söz konusu yapının tüm cepheleri etkin biçimde gölge almasına karşın, özellikle çatı ve güney yüzeyinde, verim ve ekonomik yönden çalışmaların yapılması koşuluyla, güneş enerjili etken sistemlerden (sıcak su ve / ya da elektrik (pv)) yararlanılması temiz enerji kullanımı açısından önemlidir. Ancak, optimum koşulların sağlanabilmesi için konunun tasarım aşamasında ele alınması, mimariyle bütünleşmenin sağlanması için yapı bütünleşik sistemlerin göz önüne alınması gerekmektedir.
  • Çatı yüzeyi özellikle kış aylarında etkin biçimde gölge olduğundan, güneş enerjili etken sistemlerin mimari öğe olarak yapıda verimli bir biçimde kullanılabilmesi için tasarım aşamasının en başından konu uzmanlarıyla birlikte çalışılmalıdır. Çatı biçimlendirilmesinin; mimari yaklaşım, yüzeyin güneşlenme özellikleri ve sistem gereksinimlerinin göz önüne alınarak yapılması, verim - ekonomi - estetik optimizasyonunun sağlayabilmesi açısından gereklidir.
  • Kış aylarında sabah saatlerinde etkin biçimde gölgede kalan güney yüzeyinde ısıl kütle vb. edilgen sistem uygulamalarının yapılması düşünülmesi durumunda tasarım öncesi, verim ekonomi ön araştırılması yararlı olacaktır. Bu yüzeyde, iç mekanların doğal ışık gereksinimi de göz önüne alınarak, ısı enerjisini toplayan ve aynı zamanda ışığı da geçiren kış bahçesi ve / ya da dolaysız kazanç uygulamalarının daha verimli olacağı düşünülmektedir.
  • Yapıdaki edilgen sistemler, etken sistemlerle etkileşimli olarak çalıştığından ayrı uzmanlık alanların bir arada çalışmasına yönelik girişimlerin ön tasarım aşamasında, yapılması önemlidir. Farklı alanların bir arada aynı amaç için çalışması gerektiğinden yapının temel hedeflerinin belirlenmesi, ana kararların alınması ve kolay anlaşılabilir biçimde tanımlanması yararlı olacaktır.

 

Sonuç olarak, yapılan analiz çalışmalarının gösterdiği üzere çevresel etkenler, yapının güneşlenme özelliklerini önemli derecede etkilemektedir. Bundan dolayı sürdürülebilir olması hedeflenen yeni tasarlanacak yapının enerji etkinliği için atılacak her adımda güneşlenme özellikleri özenle ele alınmalıdır. Aksi takdirde hiçbir sistemin öngörüldüğü biçimde çalışmayacağı, verim ve ekonomik açıdan hedeflenen sonuçlara ulaşılamayacağı açıktır.

 

 

Kaynaklar

1.      Niclas M., "Energy Design Guidelines for High Performance Schools" National  Renewable Energy Laboratory, DOE/GO-102002-1540; NREL/SR710-29105;  2002 http://www.doe.gov/bridge

2.      Anonim; "Design For Your Climate" Design Briref, Energy Design Resources, 2001, www.energydesigneresources.com

 

Bu çalışma, Müjgan Şerefhanoğlu Sözen yöneticiliğinde hazırlanan 30.09.2010 tarihli Kadıköy Belediyesi Yeşil Anaokulu Projesi "Yapı Fiziği Uygulamaları Rapor 1" kapsamında hazırlanmıştır.

 

Arş. Gör. Dr. Esra Sakınç 

Yıldız Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümü, Yapı Fiziği Bilim Dalı

Tel: +90 212 383 26 23 /  e-mail: esakinc@yildiz.edu.tr

Prof. Müjgan Şerefhanoğlu Sözen

Yıldız Teknik Üniversitesi

Mimarlık Fakültesi

Yapı Fiziği Bilim Dalı


Etiketler