Eğitim yapılarında pasif sistemlerle güneş enerjisinden yararlanılmasına yönelik bir yaklaşım

Abstract

Dünya nüfusunda ve dolayısıyla enerji gereksinimlerindeki artış, sınırlı miktarda bulunan fosil kökenli enerji kaynaklarının hızla azalmasına sebep olmaktadır. Enerji tüketiminde birinci sırada yer alan fosil kökenli kaynakların sınırlı olması ve kullanımının çevre sorunlarına neden olması sebebiyle yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımına yönelik ilgi artmaktadır. Binalarda iklimsel konfor koşullarını sağlayabilmek için yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması, ülke ekonomisine katkıda bulunmanın yanında, doğaya verilen zararın önlenmesi açısından da çok önemlidir. Enerji etkin tasarımlar, kullanıcıların iklimsel ve görsel konforunun yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak sağlanmasını öngörür. Güneş enerjisi potansiyeli yüksek bir ülke olan Türkiye'de binalarda güneş enerjisi kullanımı oldukça düşüktür. Doğayla uyumlu sağlıklı binalar yaratmak için geleneksel tasarım stratejileriyle, mevcut teknolojilerin birleştirilerek yenilenebilir enerji kaynaklarından en önemlilerinden biri olan güneşten etkili bir biçimde yararlanılabilir. Ülkemiz genç nüfusun yoğun olduğu bir ülkedir ve eğitim yapılarının sayısı toplam bina stoğu içerisinde önemli bir paya sahiptir. Bu nedenle yeni yapılacak eğitim yapılarının enerji etkin tasarım stratejilerine göre tasarlanması, mevcut eğitim yapılarının ise enerji etkin tasarım stratejilerine göre iyileştirilmesi enerji korunumuna katkısı açısından önemlidir. Çift cidarlı cephe uygulamaları binalarda enerji tüketiminin azaltılması amacıyla yaygın olarak kullanılan enerji etkin tasarım stratejilerinden birisidir ve mevcut binalara da uygulanarak binanın enerji tüketimi açısından iyileştirilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada Konya-Ereğli'de yer alan tek katlı bir ilköğretim binasının güneye yönlendirilmiş iki benzer sınıfından birincisi çift cidarlı cephe uygulanarak test sınıfı haline getirilmiş, diğer sınıf ise temel sınıf olarak belirlenmiştir. Her iki sınıfta iç hava sıcaklığı ölçüm ve simülasyon yoluyla enerji tüketimi hesaplamaları yapılmıştır. Ölçümler 1 Eylül 2019-31 Ağustos 2020 tarihleri arasında yapılmış, ısıtma istenen dönem için 26 Ocak-1 Şubat, ısıtma istenmeyen dönem için 10 Ağustos-16 Ağustos tarihleri arasındaki ölçümler değerlendirilmiştir. Isıtma istenen dönem ve ısıtma istenmeyen dönemin her günü için menfez ve pencerelerin açık veya kapalı olma durumlarına göre farklı deney düzenekleri oluşturulmuştur. Daha sonra bahsedilen günler için iç hava sıcaklıkları ölçümleri yapılmış, simülasyon değerleri hesaplanmış ve bu değerler karşılaştırılarak kalibrasyonu yapılmıştır. Test sınıfı ve temel sınıf enerji harcamaları açısından değerlendirilmesi; ısıtma istenen dönem için 1 Ekim 2019-30 Nisan 2020 tarihi arasında, ısıtma istenmeyen dönem için ise 1 Eylül- 30 Eylül 2019 ile 1 Mayıs-31 Ağustos 2020 tarihleri arasında altı deney düzeneği için simülasyonlar yapılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışma 6 bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde sürdürülebilirlik kavramı, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının önemi konularına değinilerek tezin amacı açıklanmış, konu ile ilgili yapılan çalışmalar anlatılmıştır. İkinci bölümde binaların ısıl performansının değerlendirilmesinde etkili olan tasarım değişkenlerinden kullanıcıya ilişkin değişkenler, iklime ilişkin değişkenler, pasif güneş sistemleri, güneş kontrolü, doğal havalandırma sistemleri, rüzgâr kontrolü, aktif güneş enerjisi sistemleri ile ilgili kavramlar açıklanmıştır. Üçüncü bölümde binalarda pasif sistemlerle güneş enerjisinden yararlanılarak ısıl performans değerlendirmesine yönelik yaklaşım tanıtılmış ve adımları açıklanmıştır. Kullanıcıya, iklime ve binaya ilişkin değişkenlerin belirlenmesinin ardından, binanın ölçüm ve simülasyon yoluyla ısıl performansının değerlendirme aşamaları anlatılmıştır. Daha sonra ise ölçüm ve simülasyonların birlikte değerlendirilerek kalibrasyonlarının yapılmasında kullanılan yöntemler ve kriterlerin belirlenme aşamaları anlatılmıştır. Dördüncü bölümde binalarda pasif sistemlerle güneş enerjisinden yararlanılarak ısıl performans değerlendirmesine yönelik geliştirilen yaklaşımın adımları bir ilköğretim binasına uygulanmıştır. Konya-Ereğli'de yer alan tek katlı bir ilköğretim binasının güney cephesine pasif sistem stratejilerinde yaygın olarak kullanılan çift cidarlı cephe uygulamasının inşa edilmesi, belirlenen sınıflarda ölçümlerin ve simülasyonların yapılması aşamaları açıklanmıştır. Daha sonra ise ölçüm ve simülasyon sonuçları birlikte değerlendirilerek kalibrasyonları hesaplanmıştır. Kalibrasyonun hesaplanmasının ardından ise ısıtma istenen dönem ve ısıtma istenmeyen dönemler için her bir deney düzeneğine ait enerji tüketimi simülasyonları yapılmıştır Beşinci bölümde çalışmadan elde edilen ısıtma istenen dönem ve ısıtma istenmeyen dönem için iç hava sıcaklığı ölçüm ve simülasyonlara ait bulgular ile ölçüm ve simülasyon değerlerinin kalibrasyonunun hesaplanmasının ardından ısıtma istenen dönem ve ısıtma istenmeyen dönemler için her bir deney düzeneğine ait enerji tüketimi simülasyonlarına ait bulgular açıklanmış ve karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Altıncı bölüm çalışmayla ilgili sonuç ve önerileri kapsamaktadır.