FBE- Yapı Bilimleri Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Akşit, Şule Filiz" ile FBE- Yapı Bilimleri Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeSoğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2002) Akşit, Şule Filiz ; Oral, Gül Koçlar ; 126654 ; Yapı Bilimleri ; Construction SciencesBu çalışmada, soğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesinde kullanılabilecek yeni bir yaklaşım tanıtılmaktadır. Yaklaşımın amacı; soğutmanın istendiği dönemde, bina kabuğu opak bileşeni aracılığı ile soğutma enerjisi harcamalarının minimize edilmesini olanaklı kılan cephe dokularının belirlenmesidir. Bu çalışma, istanbul yöresi için uygulamasını da içeren altı bölümden oluşmaktadır. Bölüm 1'de, yapılan çalışmayla ilgili genel bir bilgi verilerek, enerji harcamalarını minimum düzeyde tutmak için binaların; ısıtmanın istendiği dönemde oluşan ısı kayıplarının ve soğutmanın istendiği dönemde oluşan ısı kazançlarının azaltılmasını olanaklı kılan pasif sistemler olarak tasarlanması zorunluluğu ele alınmaktadır. Soğutma enerjisi maliyeti, ısıtma enerjisi maliyetinin yaklaşık olarak 4-5 katı olduğu için, bina cephesinden ısı kazançlarını azaltmak için;. Cephe opak ve saydam bileşenine ait toplam ısı geçirme katsayısı için uygun değerlerin belirlenmesi,. Isı kazancının yüksek olduğu opak veya saydam yüzey alanlarını azaltmak ve. Cephede gölgeli alanlar yaratarak güneş ışınımının ısıtıcı etkisini azaltıcı önlemler almak gerekmektedir. Bölüm 2'de, soğutma enerjisi korunumu, soğutma enerjisi korunumunu zorunlu kılan değişkenler ve soğutma enerjisi korunumu sürecinde etkili olan değişkenler aracılığı ile anlatılarak, cephe dokusundan bahsedilmekte ve soğutma enerjisi korunumu ve cephe dokusu ilişkisi açıklanmaktadır. Bölüm 3'de, soğutma enerjisi korunumu ve cephe dokusu ilişkisini ele alan mevcut yöntemler ve bu yöntemlerin tartışılması yer almaktadır. Bu yöntemler incelendiğinde, cephede ısı kazançlarını azaltmak amacıyla yapılan çalışmaların, çoğunlukla gölgeli alanların hesaplanmasına yönelik olduğu görülmüştür. Bölüm 4'de, soğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesi için geliştirilen yaklaşım tanıtılmaktadır. Yaklaşımın adımlan ise aşağıdaki gibidir: 1. Cephe Dokusu ve Cephe Dokusunu Oluşturan Opak Bileşene Ait Alternatiflerin Belirlenmesi Cephe dokusunu oluşturan cephe opak bileşenine ait alternatiflerin toplam ısı geçirme katsayılarının ve optik özelliklerinin belirlenmesi ve bu değerlere bağlı olarak opak bileşenlere ait katmanlaşma detayları için yapım sektöründe kullanılabilecek çeşitli alternatifler geliştirilmesi yolu ile en uygun cephe opak bileşeni ve katmanlaşma detayı alternatiflerinin belirlenmesi gereklidir. Cephe opak bileşeninin bazı bölümlerinde, dokudan dolayı farklı kalınlıklar mevcuttur. Bu nedenle, farklı kalınlıklardaki kesitlerin toplam ısı geçirme katsayıları da birbirinden farklı olacaktır. Cephe opak bileşeninin toplam ısı geçirme katsayısı (U0), alanlarla ağırlıklı olarak aşağıdaki gibi hesaplanabilir. Ut. Aı + U2. A2 +....+ Un. An Uo = (1) At+A2 + +An U0 : Cephe opak bileşenine ait toplam ısı geçirme katsayısı, W7m2oC U^U^-Un : Cephe opak bileşeninin farklı kesitlerindeki toplam ısı geçirme katsayıları, W/m2oC Aı,A2...An : Cephedeki farklı kesit kalınlıklarına ve katmanlaşmalara sahip olan her bir opak bileşenin alanı.m2 Yukarıdaki bağıntıda yer alan cephe opak bileşeninin farklı kesitlerindeki toplam ısı geçirme katsayıları (Uı, U2... U"), aşağıdaki formül yardımıyla hesaplanmaktadır. 1 Uı, U2... Un = (2) 1/ccı +d1/Xı +d2/A,2 + +dn/Xn + 1/a.d a,-, otd : İç ve dış yüzeysel ısı iletkenlik katsayıları, W/m2oC dt,d2... dn : Her bir katmanın kalınlığı, m h\Xz -K '. Her bir malzemenin ısı iletkenlik katsayısı, W7m°C 1,2... n : Katman numaraları Soğutma enerjisi korunumu sürecinde etkili olan cepheye ilişkin diğer değişkenlerin seçilmesi için, cephenin baktırılabileceği yönler ve cephe dokusuna ait cephe opak bileşenlerinin optik özellikleri belirlenmelidir. 2. Cephe Dokusu Alternatifleri İçin Birim Alandan Kazanılan Isı Miktarlarının Hesaplanması Cephe dokusu alternatifleri için farklı katmanlaşma detaylarına bağlı olarak birim alandan kazanılan ısı miktarlarını hesaplamak için izlenen yol aşağıda açıklanmıştır.. Hesaplamaların Yapılacağı Tasarımın Dayandırıldığı Günün Belirlenmesi. Tasarımın Dayandırıldığı Dış Koşullarının Belirlenmesi Tasarımın dayandırıldığı gün için; güneş ışınımı, dış hava sıcaklığı gibi İklim elemanlarına art: değerler gerçek atmosfer koşullarına göre belirlenmelidir.. Tasarımın Dayandırıldığı iç Koşullarının Belirlenmesi Tasarımın dayandırıldığı iç koşullar, iklimsel konfor açısından cephe opak bileşenine ait termofiziksel özelliklerin belirlenmesinde uygulanan tasarım değişkenleridir. İklimsel konfor açısından bir hacimdeki iç yüzey sıcaklıklarının, iç hava sıcaklığı kadar önemli olduğu bilinmektedir. XI Soğutmanın istendiği dönemde cephe opak bileşeninden olan ısı geçişi, bina dışı çevreden bina içi çevreye doğru olacağından opak bileşen iç yüzey sıcaklığının günlük ortalamasının iklimsel konfor açısından izin verilebilir sınır değeri; tjy0 = tj + e (3) tiy0 : Cephe opak bileşenine ait iç yüzey sıcaklığı günlük ortalamasının iklimsel konfor açısından izin verilebilir sınır değeri,°C ti : İç hava sıcaklığının (kuru termometre sıcaklığı) konfor değeri, °C e : İklimsel konfor açısından cephe opak bileşenine ait iç yüzey sıcaklığı ile iç hava sıcaklığı arasındaki izin verilebilir sınır fark değeri, °C. bağıntısı ile hesaplanır.. Ele Alınan Cephe Dokusu Alternatiflerine Göre Tasarımın Dayandırıldığı Gündeki Tüm Saatler İçin Cephede Oluşan Gölgeli ve Güneşli Yüzeylerin Belirlenmesi ve Alanlarının Hesaplanması Cephede oluşan gölgeli alanları hesaplayabilmek için, profil açılan ve genişlik açılan kullanılır. Genişlik açılan, cepheye dik konumlandırılmış düşey elemanların duvara paralel kenarlarının gözleme noktası ile oluşturduktan düzlemlerin duvar düzlemi ile yaptıkları açılardır. Profil açılan, güneşin yükseliş açısı ve cephe-güneş azimut açılarına bağlı olarak aşağıdaki gibi hesaplanabilmektedir. Q = tan"1 (tanp/cosy) (4) Q ; profil açısı 3 : güneşin yükseliş açısı y : cephe-güneş azimut açısı. Tüm Saatlere Göre Cephede Oluşan Gölgeli ve Güneşli Yüzeyler İçin Sol-Air Sıcaklıkların Hesaplanması Sol-air sıcaklık, dış hava sıcaklığı ve güneş ışınımının birleşik etkisini ifade eden teorik bir sıcaklıktır ve dış hava sıcaklığından daha yüksektir. Cephe opak bileşeni için saatlik sol-air sıcaklık aşağıdaki bağıntıyla hesaplanabilir. t80= td+^£o (5) «d td : Dış hava sıcaklığı, °C.t : Opak bileşenin dış yüzeyini etkileyen toplam güneş ışınımı şiddeti, W/m2 3o : Opak bileşenin güneş ışınımına karşı yutuculuğu, boyutsuz. «d : Dış yüzeysel ısı iletim katsayısı, W/m^C Günlük ortalama sol-air sıcaklık (teoo) ise, aşağıdaki bağıntı yardımıyla hesaplanmaktadır. 24 teoo13 (2 teo)/24 (6) i=1 XII . Soğutmanın İstendiği Dönemin Belirlenmesi Bu çalışmada soğutmanın istendiği dönem süresi iklimsel Konfor Grafiği aracılığı ile belirlenmektedir. İklimsel Konfor Grafiği'nde görülen 'Durgun Hava Koşullan İçin Konfor Bölgesi'nin üst sınırını belirleyen 0,25 m/sn hava hareketi hızı eğrisi ve iç çevrede izin verilebilen maksimum hava hareketi hızını belirleyen 0.8 m/sn iç hava hareketi hızı eğrisi arasında kalan dönem, doğal vantilasyonla konforun ihtiyaçlar açısından sağlanabileceği dönemdir. 0.80 m/sn'nin üzerinde iç hava hareketi ihtiyacı istenen dönem ise doğal vantilasyonun yetersiz kaldığı ve istenen iç iklimsel koşulların sağlanabilmesi için soğutma enerjisine ihtiyaç duyulan dönemdir. Her ayın 21. günlerine ait 10 yıllık saatlik ortalama dış hava sıcaklığına bağlı olarak hesaplanan sol-air sıcaklıklar ve bağıl nemlilik değerleri İklimsel Konfor Grafiğine işlenerek hacim içersinde istenen hava hareketi hızları (V^) belirlenebilmektedir.. Soğutmanın İstendiği Dönem İçin Cephe Dokusu Alternatiflerinin Birim Alanlarından Kazanılan Isı Miktarlarının Hesaplanması Cephe opak bileşeninden geçen ısı kazancı miktarı aşağıdaki formül yardımı ile hesaplanmaktadır. Q = U0.(teo-« (7) Q : Cephe dokusunun birim alanından kazanılan günlük ortalama ısı miktarı, W/m2 U0 : Cephe opak bileşenine ait toplam ısı geçirme katsayısı, W/m2oC te0: Cephe dokusunu etkileyen sol-air sıcaklık, °C tj : İç hava sıcaklığı, °C Cephede oluşan gölgeli ve güneşli alanlar dikkate alındığında, cephede oluşturulan farklı girinti ve çıkıntılardaki farklı toplam ısı geçirme katsayısı değerlerine bağlı olarak, ısı kazancı miktarı aşağıdaki formülle hesaplanabilir. [(UvA1go.(teogo4i))+(U1.A1gu.(t80gU4i))+(U2.A2go.(te0go-ti))+(U2.A2gu.(t80gu-ti))] Q3, (8) Algo + A-lgu + A2go + A^u Uı : Cephe dokusundaki girintili bölümün toplam ısı geçirme katsayısı, W/m^C U2 : Cephe dokusundaki çıkıntılı bölümün toplam ısı geçirme katsayısı, W/m^C A1go : Cephe dokusundaki girintili bölümün gölgede kalan kısmının alanı, m2 A1gu : Cephe dokusundaki girintili bölümün güneşte kalan kısmının alanı, m2 A2go : Cephe dokusundaki çıkıntılı bölümün gölgede kalan kısmının alanı, m2 A2gu '. Cephe dokusundaki çıkıntılı bölümün güneşte kalan kısmının alanı, m2 teogo : Cephe dokusundaki gölgeli kısmı etkileyen sol-air sıcaklık, °C teogu : Cephe dokusundaki güneşli kısmı etkileyen sol-air sıcaklık, °C Cephe dokusunun birim alanından kazanılan dönemlik ısı miktarları, yönlere göre birim alandan kazanılan günlük ortalama saatlik ısı miktarlarının soğutmanın istendiği dönemin saat sayısı ile çarpılması sonucunda bulunmaktadır. XM 3. Soğutmanın istendiği Dönem İçin Yönlere ve Cephe Dokusu Alternatiflerine Bağlı Olarak Hesaplanan Isı Kazancı Miktarlarının Karşılaştırılması 'Soğutmanın istendiği dönemde minimum ısı enerjisi kazancını sağlayan alternatif en uygun alternatiftir1 kriteri uyarınca karşılaştırma yapılmaktadır. Bu kriter uyarınca soğutmanın istendiği dönem süresinde en düşük ısı enerjisi kazancını sağlayan alternatif belirlenebilmektedir. Hesaplanan ısı kazancı miktarlarının karşılaştırılması ve uygun katmanlaşma detayı ve cephe dokusu alternatifinin seçilmesi grafikler yardımıyla yapılabilir. Yönlere göre her bir katmanlaşma detayı ve cephe dokusu alternatifinin saatlik ısı kazancı miktarları aynı grafiğe işlenerek gün saatlerinde her saat için farklı alternatiflerin karşılaştırılması mümkün olabilir. Bu grafikler yardımı ile ele alınan farklı doku alternatiflerinde minimum ısı kazancını sağlayan alternatif, yapma soğutma enerjisi harcamalarının minimize edilmesini sağlayacağından soğutma enerjisi tasarrufu açısından en uygun alternatif olarak seçilebilmektedir. Bölüm 5'de, soğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesinde kullanılabilecek yaklaşım, istanbul yöresi için uygulanmıştır. Yapılan uygulamada, konut binaları için kullanılabilecek cephe dokuları ve cephe opak bileşeni değerlerinin değişim alan ve aralıkları belirli varsayımlar çerçevesinde seçilmiş ve elde edilen sonuçlar grafikler aracılığı ile karşılaştırmıştır. Ayrıca, sonuçların yıllık enerji harcamaları açısından irdelenmesi için, soğutma enerjisi tasarrufu açısından en düşük ısı kazancını sağlayan cephe dokusu alternatifinin yıllık ısı kaybı ve kazancı miktarlarına bağlı olarak düz cepheyle karşılaştırması yapılmıştır. Bölüm 6'da, cephelerde uygulanabilecek farklı cephe dokuları soğutma enerjisi korunumu açısından değerlendirilmiş ve elde edilen sonuçlar açıklanmıştır.