Hareketli gölgeleme bileşenlerinin şekil hafızalı alaşımlar ile etkinleştirilmesi: Bir eyleyici mekanizma önerisi

Abstract

Küresel ölçekteki iklim ve enerji krizi dolayısıyla, mimarlık ve inşaat alanlarında binaların enerji etkin olarak tasarlanması, birçok araştırmanın konusu olmuştur. Gölgeleme bileşenlerinin (GB) kullanılması ile binaların enerji tüketimleri, özellikle soğutma yükleri, düşürülebilir ve kullanıcılar için gerekli iç ortam konfor koşullarının oluşturulmasına katkıda bulunulabilir. Gün ve yıl içinde değişen güneş açılarına göre konumlanabilen hareketli GB'ler, sabit GB'lere kıyasla hem enerji etkinlik hem de ısıl ve görsel konfor bakımından daha olumlu sonuçlar vermektedir. Ancak, hareket için gerekli olan enerjinin motorize, diğer bir ifadeyle aktif sistemlerin kullanılması ile sağlandığı durumda, binaların işletme enerjisi tüketimi artabilmektedir. Aktif sistemlerin yanı sıra, GB ünitelerinin hareketinin akıllı malzemeler ile diğer bir deyişle pasif sistemler kullanılarak sağlanması mümkündür; böylece işletme enerjisi tüketimi azaltılabilir ve hatta sıfıra düşürülebilir. Akıllı malzemelerin bir alt grubu olan şekil değiştiren malzemelerin (ŞDM) mimarlık ve inşaat alanlarında uygulama anlamında henüz yaygınlık kazanamadığı ve pasif sistemlerin ürün olarak piyasada henüz yer edinemediği anlaşılmaktadır. Yazında (literatür), hareketli GB'lerde ŞDM kullanımının, giderek artan bir ilgiyle, birçok araştırmaya konu edildiği görülse de, incelenen yayınlarda ŞDM ile etkinleştirilen sistemlerin daha çok konsept tasarım veya prototip düzeyinde olduğu, ürün geliştirmeye yönelik ise sınırlı sayıda çalışma bulunduğu görülmüştür. Bu tez çalışmasının ana amacı hareketli gölgeleme bileşenlerinin, bir ŞDM türü olan şekil hafızalı alaşımlar (ŞHA) ile etkinleştirme olanaklarını araştırmaktır. Tezin diğer bir amacı ise mimarlıkta ŞDM ve ŞHA kullanımını konu eden yazına katkıda bulunmak; böylece, bu malzemeler kullanılarak tasarlanan pasif sistemlerin ürün olarak piyasada yer bulmasına uzun vadede katkı sunmaktır. Bu amaçlar doğrultusunda, GB ünitelerini etkinleştirmek üzere ŞHA'larla çalışan bir eyleyici (aktüatör) mekanizmasının geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bunun için, yazın araştırması ile ŞHA ve diğer ŞDM'lerin kullanıldığı hareketli GB sistemleri, kullanılan hareket tiplerinin yanı sıra akıllı malzeme ve eyleyici kullanım prensipleri üzerinden analiz edilmiştir. İlgili yazın üzerinden, binalarda yaygın olarak kullanıldığı tespit edilen yatay ünitelere sahip panjur (louver) tipi GB için; enerji etkinlik ve kullanıcı konforu açısından en uygun sonuçları veren açı grupları, yapılan saatlik enerji ve günışığı benzetimleri ile saptanmıştır. Devamında, ŞHA'ların malzeme özellikleri ve eyleyici mekanizmasında kullanım olanaklarını belirleyebilmek amacıyla; farklı ebatlardaki ŞHA yayların elektriksel özellikleri, etkinleştirilme sıcaklıkları ve ürettikleri yolu ölçmek üzere deney çalışması yapılmıştır. Bununla eş zamanlı olarak, gölgeleme ünitelerinin belirlenen açıları için kademeli hareket gerçekleştirebilecek mekanizmalar, yine yazın araştırması yoluyla belirlenmiş; seçilen mekanizmalar ve çalışma ilkeleri üzerinden konsept düzeyinde üç potansiyel eyleyici önerisi geliştirilmiştir. Bu üç öneri içinden prototip olarak geliştirilmesi amacıyla seçilen eyleyici mekanizması için boyutsal ve geometrik düzenlemeler yapılmış ve bu mekanizma üç boyutlu baskı ile fiziksel olarak üretilmiştir. Devamında, eyleyici denenmiş ve eyleyicinin istenen kademeli hareketi başarılı bir şekilde gerçekleştirebildiği gözlenmiştir. Hareketli GB'lerin pasif olarak etkinleştirilmesinin yaygınlık kazanması hedefiyle yürütülen bu çalışma sonucunda ŞHA'nın böyle bir kullanıma imkan tanığı görülmüştür. Bu çalışmada izlenen yöntem, çeşitli GB tipleri ve farklı hareket türleri için yürütülecek ileriye dönük araştırmalarda bir altlık olarak kullanılabilir. Ayrıca, ŞHA'nın ürettiği kuvvet, eyleyici ile GB ünitelerinin boyutları, rüzgar yükleri vb. etkenler de dahil edilerek, çeşitli mühendislik hesaplamalarının ve maliyet analizlerinin yapılması ile ŞHA ile etkinleştirilen GB'lerin ürün olarak geliştirilmesi mümkündür.