Enerji verimliliği odaklı yapı yönlendirmesi için BIM tabanlı bir model önerisi: kentsel dönüşüm örneği

Abstract

Tüm dünyada geçmişten günümüze, nüfusun ve şehirleşme oranının hızla artmasıyla beraber fosil yakıtların kullanımına bağlı olarak karbon salınımı da artmıştır. Nüfusun artmasıyla enerjiye olan talep artarken, fosil yakıtlar bu artan enerji talebine cevap vermekte yetersiz kalmaktadır. Zira fosil yakıtlar olarak tabir edilen yenilenemez enerji kaynakları sınırlıdır ve bugünkü kullanım ile yaklaşık yarım yüzyıl içerisinde petrol rezervlerinin; yaklaşık olarak 200 yıl içerisinde de doğalgaz ve kömürün tükeneceği tahmin edilmektedir. Öte yandan, fosil yakıtlar çevreye zararlıdır. Bu durum tüm dünyada artan bir enerji ve iklim krizine sebep olmuş ve dünya çapında tüm devletleri yenilenebilir enerji kullanımına yönlendirmiştir. Dünyadaki enerji tüketiminin %35'i ve karbon emisyonlarının %38'i binalardan kaynaklanmaktadır. Benzer şekilde Türkiye'de enerji tüketiminin yaklaşık olarak üçte birinin ticari, kamu ve konut yapılarından kaynaklandığı bildirilmektedir. Bu kapsamda, AB tarafından binalar enerji tasarrufunda öncelikli alan ilan edilmiş ve binalarda enerji verimliliğinin sağlanmasına yönelik olarak NSEB (Neredeyse Sıfır Enerjili Bina), nSEB (Net Sıfır Enerjili Bina), yeşil bina gibi kavramlar önem kazanmıştır. Bu kapsamda dünya genelinde ve Türkiye'de binalarda enerji verimliliği ve yenilenebilir enerjinin kullanımının yaygınlaşması ile ilgili birçok önemli adım atılmış ve yasal çerçeve güçlendirilmiştir. NSEB, Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği'nde yüksek enerji performanslı ve belli bir oranda yenilenebilir enerji kullanan bina olarak tanımlanmaktadır. Bu çerçevede Yapı Bilgi Modelleme (Building Information Modeling- BIM) ve Bina Enerji Modelleme (Building Energy Modeling- BEM) teknolojileri, NSEB hedefinin gerçekleştirilmesinde önemli fırsatlar sunan araçlardır. Zira BIM teknolojisi; sahip olduğu gelişmiş bilgi paylaşımı, gelişmiş üretkenlik, tüm yaşam döngüsü boyunca kullanım, çevresel analizler, artırılmış sürdürülebilirlik, nesne yönelimli modelleme gibi faydalar sebebiyle binalarda enerji verimliliğinin sağlanmasında kilit bir rol oynamaktadır. BIM teknolojisi sayesinde yapının daha tasarım aşamasında yapı bilgi modeli üretilebilmekte ve BEM ile enerji analizleri yapılabilmektedir. Bir binanın NSEB olabilmesi ancak hem yıllık enerji tüketiminin en az olmasıyla hem de yenilenebilir enerji kaynaklarından yıllık enerji üretiminin en fazla olmasıyla sağlanabilmektedir. Buradan hareketle bu çalışmada, bir kentsel dönüşüm bölgesinde yer alan referans bir binanın enerji etkin şekilde en iyi yönlendirilmesi amacıyla BIM tabanlı bir model kullanılarak enerji simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Enerji simülasyonu için bina kabuğu bileşenlerinin ısıl özellikleri TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları'na uygun olacak şekilde belirlenmiştir. Üzerinde çalışılan binanın yönlendiriliş durumu 16 farklı yöne göre (4 ana, 4 ara, 8 ikincil ara yön) değiştirilerek 16 farklı alternatif senaryo üretilmiştir. Projede yer alan mevcut yönlendiriliş durumu da dikkate alınarak 1 adet mevcut durum senaryosu oluşturulmuştur. Ayrıca, NSEB konsepti kapsamında yenilenebilir enerji kullanımının binadaki payını artırmak amacıyla binanın tüm çatı alanına fotovoltaik paneller yerleştirilmiştir. Bu çalışmada yöntem olarak BIM-BEM yarı otomatik entegrasyonu seçilmiştir. BIM yazılımı olarak Autodesk Revit, ara yazılım olarak SketchUp Pro ve BEM yazılımı olarak ise EnergyPlus 9.5 kullanılmıştır. Çalışma kapsamında binanın enerji tüketimi hesaplanırken bina cephesine düşen güneş ışınımı miktarının yanında duvar, pencere, kapı vb yapı elemanlarının malzeme özellikleri ve ısı iletim katsayıları da parametre olarak dikkate alınmıştır. Yapılan enerji hesaplamalarında binada her katta yer alan 5 dairenin her biri birbirinden bağımsız tek bir termal bölge olarak tanımlanmıştır. Ayrıca her dairede 3 kişinin yaşadığı ve bu kişilerin belirli zaman aralıklarında evde oldukları varsayılmıştır. Yukarıdakilere ek olarak binada kullanılan elektrikli ekipmanlardan ve aydınlatmadan yayılan ısı enerjisi de hesaplamalara katılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, en az yıllık enerji ihtiyacı (yıllık enerji tüketimi) GGB (güney-güneybatı) yönü için bulunmuştur. En yüksek yıllık enerji gereksinimi, KKD (kuzey-kuzeydoğu) ve GGB (güney-güneybatı) yönleri için bulunmuştur. Fotovoltaik panellerle enerji üretimine bakıldığında ise en verimli yönün güney yönü, en az verimli yönün ise kuzey yönü olduğu sonucuna varılmıştır. Üretimin tüketimi karşılama oranları karşılaştırılarak enerji etkinliği ölçülmüştür. Buna göre, üretimin tüketimi karşılama oranının yaklaşık %15 olduğu kuzey yönü enerji verimliliği en düşük yön olarak belirlenmiştir. Öte yandan, yaklaşık %20 üretimin ihtiyacı karşılama oranı ile güney yönü optimum enerji verimli yön olarak belirlenmiştir. Genel olarak tüm sonuçlara bakıldığında optimum yönlendiriliş sıralaması şu şekilde elde edilmiştir: G (güney), GGD (güney-güneydoğu), GGB (güney-güneybatı), GB (güneybatı), GD (güneydoğu), GBB (güneybatı-batı), GDD (güneydoğu-doğu), B (batı), D (doğu), KBB (kuzeybatı-batı), KDD (kuzeydoğu-doğu), KB (kuzeybatı), KD (kuzeydoğu), KKB (kuzey-kuzeybatı), KKD (kuzey-kuzeydoğu) ve K (kuzey). Çalışma sonucunda elde edilen bulgulara göre yapı projelerinde BIM-BEM birlikte çalışabilirliği ile yapıların doğru yönlendirilmesiyle enerji verimliliğinin artırılabileceği ve temiz enerjiden ve güneş ışınımından daha fazla yararlanılabileceği görülmüştür. Bununla beraber, kentsel ölçekte çalışmalar yapılırken tüm binaların enerji verimliliği ilkesi de göz önünde bulundurularak yönlendirilmesiyle ülkesel bazda ciddi enerji tasarruflarının sağlanabileceği sonucuna varılmıştır. Bu doğrultuda çeşitli önerilerde bulunulmuştur.