avrupa beton - the European Concrete Platform!

P
L
A
T
F
O
R
M
U
AVRUPA
BETON
Telif Hakkı: Avrupa Beton Platformu ASBL, Nisan 2007.
Tüm hakları saklıdır. Avrupa Beton Platformu ASBL: Uluslararası Prefabrike Beton Üreticileri Bürosu, Avrupa Çimento Birliği, Avrupa Müşavir Mühendis Birlikleri Federasyonu, Avrupa Hazır Beton Birliği’nin yazılı izni alınmaksızın
bu broşürün hiçbir bölümü çoğaltılamaz, erişim sisteminde saklanamaz veya herhangi bir şekilde ya da herhangi bir araçla,
elektronik ya da mekanik olarak, fotokopiyle, kayıt edilerek ya da başka herhangi bir şekilde aktarılamaz.
Avrupa Beton Platformu yayımıdır.
Editör: Jean-Pierre Jacobs
8 rue Volta
1050 Brüksel, Belçika
Düzenleme ve Baskı: Avrupa Beton Platformu ASBL
Bu belgedeki tüm bilgilerin doğruluğu, baskıya gitme aşamasında Avrupa Beton Platformu ASBL tarafından teyit edilmiştir. Bütün
bilgiler iyi niyetle verilmiştir.
Avrupa Beton Platformu ASBL’nin belgesinde yer alan bilgiler BIMB, CEMBUREAU, EFCA ve ERMCO üzerinde bağlayıcı değildir.
Amaç bu bilgiyi zamanında ve doğru şekilde korumak iken, Avrupa Beton Platformu ASBL ikisini de garanti edememektedir.
Hatalar bildirildiği takdirde Avrupa Beton Platformu ASBL tarafından düzeltilecektir.
Bu belgede yeralan görüşler yazarların görüşleridir ve Avrupa Beton Platformu ASBL bu belgede belirtilen görüşlerden sorumlu
tutulamaz.
Avrupa Beton Platformu ASBL tarafından verilen tüm tavsiye ve bilgiler, bu belgenen içeriğinin önemini ve kısıtlamalarını
değerlendirecek ve kullanımı ile uygulamasının sorumluluğunu alacak kişilere hitap etmektedir. Bu tavsiye ve bilgilerden kaynaklanan bir zararın (ihmal dahil olmak üzere) sorumluluğu üstlenilmeyecektir.
Okuyucuların tüm Avrupa Beton Platformu ASBL yayınlarının zaman zaman gözden geçirildiğini bilmeleri ve en son baskıya sahip
olduklarından emin olmaları gerekmektedir.
Ön kapak resmi
Marke, Belçika’daki beton evde enerji verimliliği ve yıl
boyunca konforun sağlanması için güneş enerjisi ve
termal kütleden yararlanılmaktadır.
(Mimar - Ansfried Vande Kerckhove’nin izni ile,
Fotoğraf - Jasmine Van Hevel, Belçika)
Enerji Açısından Verimli Binalarda
Beton Kullanılması: Termal Kütlenin Yararları
İşbu belge CEMBUREAU, BIBM ve ERMCO tarafından hazırlanmıştır. Tasarımcılar,
şartnameyi hazırlayan taraflar, düzenleyici, bina sahipleri ve kullanıcılarına yönelik
hazırlanmış olan bu kitapçık, iklim değişikliği hızının azaltılması ve yapay çevrenin
etkilerinin asgari düzeye indirgenmesinde betonun nasıl kullanılabileceği konusunda
yol göstermektedir.
İçindekiler
1 Beton binaların enerji verimliliği açısından yararları . . . . . . . . . . 2
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Termal kütlenin yararları . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik Şartlarını Karşılaması
Açısından Betonun Katkıları . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Binalarda beton kullanılması herkese yarar sağlamaktadır . . . . . . . . . . . 3
Enerji Tasarrufları Bina Ömrü Boyunca Birikmektedir . . . . . . . . . . . . . . 4
Enerji Tasarrufları CO 2 yayılımlarında önemli miktarda düşüş
sağlamaktadır . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Binalarda enerjinin verimli kullanımı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Binalarda enerji kullanımının değerlendirilmesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
İklim Değişikliğinin Etkisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Bina içerisinde enerji akışları . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Binalarda enerji kullanımı ve Beton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Termal kütlenin işleyişi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Termal kütleden en fazla yarar elde etme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Termal kütle konusunda çalışmalar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
. . . . . . . . . . 11
4 Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik (EPBD)
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik Şartları . . . . . . . . . . . . 11
Bina dahilinde enerji kullanımının öngörülmesi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 Betonun enerji verimliliğinin kanıtlanması . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Teorik enerji performansının hesaplanması . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Betonun, gerçek binalar üzerinde çalışmalar ile doğrulanan avantajları . . 14
6 Referanslar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Betonun
seçilmesi ile
enerji
verimliliği
gelişecek
ve termal
konfor
artacaktır.
1. BETON BİNALARIN ENERJİ VERİMLİLİĞİ AÇISINDAN YARARLARI
Beton, Avrupa’da çeşitli bina türleri için kullanılmakta olan yerleşik, güvenilir ve özellikleri bilinen bir malzemedir.
Binalardaki en yaygın uygulamaları aşağıdakilerden oluşmaktadır:
•
Zemin kat ya da üst katlardaki döşemeler.
•
Yapısal iskeletler (örneğin; kirişler, kolonlar ve döşemeler).
•
Paneller, bloklar ve dekoratif elemanlar da dahil dış ve iç duvarlar.
•
Çatı kiremitleridir.
Betonun başarısının bir sebebi de yapısal ve malzeme özellikleri açısından oldukça fazla kullanım alanına sahip
olmasıdır. Binaların çoğunda dayanımı, yangına direnci, ses yalıtımı ve gittikçe artan bir oranda termal kütlesi ile
de bilinen ağır beton ya da yoğun beton kullanılır.
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik
Beton, 2006 yılında yürürlüğe giren ve Avrupa’nın enerji tüketiminin azaltılmasını hedefleyen Beton Binaların
Enerji Performansına Dair Yönetmeliğinin (Yönetmelik 2002/91/EC 16 Aralık 2002) şartlarının karşılanmasında
çok etkili çözümler sunmaktadır. Yönetmelik, binaların tasarım ve inşa edilme şekli üzerinde önemli bir etkiye
sahiptir ve Üye Ülkeler Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmeliğini doğrudan ya da mevcut yapı
yönetmeliklerinde yapılan değişiklikler ile dolaylı olarak uygulamaktadır.
Bu yönetmelikte;
•
Binaların enerji performansına dair asgari gerekleri belirtilir,
•
Yapımı tamamlanmış binaların gereklere uygunluğunun kontrol edilmesi istenir,
•
Binalar için bir enerji sertifikalandırma sistemi getirmektedir,
•
Pasif ısıtma ve soğutma kavramlarının gözönünde bulundurulmasını belirtilmektedir,
•
Enerji performansının yapı içi ortam kalitesini bozmaması vurgulanmaktadır.
Şekil 1a
Hamburg yakınlarında, Alman çimento ve
beton sanayi tarafından tamamen beton
malzeme ile inşa edilmiş bir model ev.
Bu çekici bina özellikle ev sakinlerinin
ihtiyaçlarının karşılanacağı esnek bir yaşam
alanı sağlamak üzere özel olarak tasarlanmıştır.
(Betonbild’den alınmıştır, Erkath, Almanya)
Termal kütlenin yararları
Binalarda betonun kullanılmasının enerji açısından en önemli yararı termal kütlesi sayesinde
termal kararlılığı sağlamasıdır. Bu durum enerji tasarrufu sağlar ve bina kullanıcıları için daha
iyi bir yapı içi ortamı yaratır.
Binalarda kullanılan betonun termal kütlesi,
• Güneş enerjisinin avantajlarını en iyi şekilde kullanarak ısıtma için yakıt ihtiyacını azaltmakta,
• Isıtma için enerji tüketimini %2-15 oranında azaltmakta (bakınız Kısım 5),
• İçsel mekandaki ısı dalgalanmalarını düzenlemekte,
• Ofisler ve diğer ticari binalarda bina sakinleri ayrılana kadar tepe sıcaklık değerlerini ertelemekte,
• Tepe sıcaklıkları azaltmakta ve klima sistemine ihtiyacı ortadan kaldırabilmekte,
• Gün içinde soğutma ihtiyacının ortadan kalkması için gece havalandırma kullanılabilmekte,
• Klima sistemi ile birlikte kullanıldığında soğutmada kullanılan enerjide %50’ye kadar düşüş
sağlayabilmekte,
• Binaların enerji maliyetlerini azaltabilmekte,
• Zemin kaynaklı ısı pompaları gibi düşük sıcaklık ısı kaynaklarının en iyi şekilde kullanılmasını
sağlar,
• Hem ısıtma hem de soğutmada kullanılan enerjiyi azaltarak en önemli sera gazı olan CO 2
yayılımlarını kesmekte,
• İklim değişikliklerine karşı gelecek güvenli binaların yapılmasına yardımcı olmaktadır.
2
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik kapsamında binalardaki enerji tüketimine ilişkin bütüncül bir
yaklaşım izlenmekte ve bu sebeple de tasarımcılar ve müşteriler yapı malzemelerinin enerji performansı
özellikleri hususunda gitgide daha fazla bilinçlenmektedir.
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik Şartlarını Karşılaması
Açısından Betonun Katkıları
Binaların enerji performansı konusunda gerçek ve teorik beton binalar üzerinde yapılmış
araştırmalar sonucunda, bina tasarımında termal kütlenin göz önünde bulundurulması
halinde tüm Avrupa ülkelerindeki iklimlerde avantaj sağlanacağı belirlenmiştir. Bu etkinin,
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik kapsamında izin verilen hesaplama
esaslarına göre ölçülmesi halinde, ağır bir binada, daha düşük ağırlıktaki dengi ile
karşılaştırıldığında enerji tüketiminde %2-15lik bir avantaj sağladığı görülmektedir
(bakınız Kısım 5).
Yapılan araştırmalarda, ağır binaların, elverişli iç mekan koşullarını, hem sıcak hem de
soğuk ortam şartlarında hafif binalardan (saat bazında) daha uzun bir süre (gün bazında)
sağlayabildiği gösterilmiştir. Isıtma, havalandırma, solar koruma, bina yapısı ve gece
soğutmanın iyi bir kombinasyonu ile betonun termal kütlesinin daha verimli kullanılması,
artan sıcaklıklara daha iyi uyum sağlayan beton binaların inşa edilmesi ve elverişli koşulların
klima sistemine gerek olmadan korunması sağlanabilir.
Direktifin pasif ısıtma ve soğutma konusu üzerinde durması ve özellikle de termal kütlenin
katkılarını benimsemesi memnun edici gelişmelerdir.
Şekil 1b:
Betonun termal kütlesinin
tüm avantajlarından
yararlanması ile konforlu
bir ofis ortamı:
Toyota Merkez Ofisi
(Concrete Society’nin
(Beton Derneği) izni ile,
İngiltere)
Binalarda beton kullanılması herkese yarar sağlamaktadır.
Bina sakinleri ve sahipleri
Betondaki termal kütle ile mümkün kılınan enerji tasarrufları ısıtma ve soğutma için ödenen
faturaların azalmasını sağlayarak binaların işletme masraflarına önemli bir katkıda bulunabilir.
Bu durum konut fiyatlarının daha karşılanabilir olmasını sağlayarak toplumsal özkaynakların
desteklenmesine yardımcı olabilir. Bunun yanı sıra, beton termal kararlılık sunarak gelecek
yıllarda iklim değişikliği etkileri arttığında ev ortamının daha konforlu olmasını sağlayacak ve
böylece binaların ikinci el satış değerlerinin artmasına katkıda bulunabilecektir.
Sağladığı diğer yararlar arasında; daha basit ısıtma, havalandırma ve soğutma sistemleri
(HVAC) için daha düşük miktarlarda yatırımlar yapılması yer almaktadır.
Çevre
Binanın ömrü süresince termal kütle ile mümkün kılınan enerji tasarrufları sonucu sera
gazlarında azalma sağlanması temel bir avantajdır. Küresel CO2 yayılımlarının büyük bir
oranının binalardan kaynaklanması ve bu binaların ömrünün uzun olması dolayısıyla, enerji
tasarrufunda sağlanacak nispeten düşük bir azalmanın bile önemli bir etkisi olmaktadır.
3
Enerji Tasarrufları Bina Ömrü Boyunca Birikmektedir.
2006 yılının ikinci çeyreğinde tipik Avrupa enerji fiyatlarına dayalı olarak meskenlerde yapılan bir araştırma
sonucunda; yaklaşık 70-80m2’lik bir evde ağır yapı yöntemlerinden kaynaklanan enerji tasarruflarının yıllık
60 Euro kadar olduğu ortaya çıkmıştır. Enerji fiyatlarının sabit olmaması ve son yıllardaki anormal fiyat
artışlarının devam etmesi halinde, termal kütlenin daha etkin bir biçimde kullanılması yoluyla ısıtma ve
soğutma tesisatlarının optimize edilmesi konusu daha da önem kazanacaktır.
Pratikte enerji tasarrufları , pencere ve panjurların kapatılması gibi kullanıcı davranışlarından etkilenecektir,
ancak şüphesiz binanın tasarımından kaynaklanan küçük bir iyileşme bile yıllar geçtikçe birikecek ve binanın
ömrü boyunca tasarrufun gitgide artmasını sağlayacaktır.
Enerji Tasarrufları CO2 yayılımlarında önemli miktarda düşüş sağlamaktadır.
Şekil 1c’de yıllık bazda yapılacak makul tasarrufların bile CO 2 yayılımlarında önemli azalmalar sağladığı
gösterilmektedir. Ayrıca, son yıllarda İngiltere’de yapılmış olan araştırmada, termal kütlenin tam anlamıyla
kullanıldığı orta boyutta kagir/beton evin, aynı boyutta ahşap iskeletli bir ev ile karşılaştırıldığında, barındırdığı
ek CO 2 ’yi 11 yıl içinde iade edebildiği ve daha sonra da binanın ömrü süresince enerji sağlamaya ve CO 2
tasarrufuna devam edebildiği gösterilmiştir. (Hacker et al 2006).
500
Şekil 1c:
Bir malzeme, yapı elemanı
ya da binanın barındırdığı
CO2 , doğal kaynakların
madenciliği, malzemelerin
işlenmesi ve naklini de
içeren üretim ile ilişkili
kg CO2/ m2
400
300
200
Annual CO2 savings
100
15% potential saving
10% potential saving
5% annual inherent saving
2.5% annual inherent saving
0
0
20
süreçlerde yayılan CO2’dir.
40
Years
60
80
Enerji tasarruflarında yıllık bazdaki
küçük iyileşmelerin ömür süresince
sağladığı sonuçlar.
Not: Öz tasarruflar doğrudan ağır
binaların sağladığı tasarruflardır.
Potansiyel tasarruflar ise binalar
ile tesisatların özel olarak maksimum
enerji verimliliğine uygun inşa
edilmesi halinde sağlanabilmektedir.
100
Betonun termal kütlesinin, binaların iç ortamını iyileştirme yönündeki katkıları iklim değişikliğinin etkileri
belirginleştikçe artacak ve içinde bulunduğumuz yüzyıl içerisinde gelecek güvenli binaların yayılmasına
katkı sağlayacaktır.
Bu yayında ağır beton yapıların enerji verimliliğini ve binaların termal konfor özelliklerini nasıl artırdığı
açıklanmaktadır.
Şekil 1d:
Bonheiden Belçika’daki beton bloklu
kagir ev.
Şekil 1e:
(Architect’in izni ile-Gie Wollaert,
Fotoğraf-FEBE, Belgian Precast,
Association, Belçika)
Dublin İrlanda’daki enerji açısından verimli apartman.
(Concrete Development Group’un (Beton Geliştirme
Grubu) izni ile, İrlanda)
4
Enerji
Performansı,
tüketimin
azaltılması
ve konforun
sağlanması
arasında bir
denge
kurulmasına
bağlıdır.
2. BİNALARDA ENERJİNİN VERİMLİ KULLANIMI
Binalarda enerji tüketiminin azaltılması, sürdürülebilir olmayan enerji kullanımının önüne geçilmesi
açısından önemli bir role sahiptir. Avrupa rakamları, binaların ısıtılması, aydınlatılması ve soğutulması
için harcanan enerjinin birincil enerji tüketiminin %40’ını oluşturduğunu göstermektedir. Bu sebeple de
binalardaki yerleşim ve binaların kullanımı AB’deki sera gazı yayılımlarının en büyük tek kaynağıdır ve
çoğunlukla kendini karbondioksit olarak göstermektedir. Şekil 2a’da, AB’de mesken ve ticari binalarda
farklı fonksiyonlara yönelik olarak kullanılan enerji oranları gösterilmektedir.
2010 yılı itibari ile sera gazı yayılımları oranını 1990 yılı seviyesine çekme yolunda karar alan AB,
binalarda kullanılan enerjinin azaltılması için yeni bir mekanizma arayışına girmiştir. Bunun sonucunda
AB tarafından 2006 yılı Ocak ayında Üye Ülkelerde, yeni binalarda daha az enerjinin kullanılmasını
güvence altına almak üzere Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik (Yönetmelik 2002/91/EC
16 Aralık 2002) yürürlüğe girmiştir. Kısım 4’te bu yönetmelik ayrıntılı olarak irdelenmektedir.
Residential
Residential
Wat er
heat ing (25%)
Commercial
Light ing &
Cooking
appliances (11%)
(7%)
Water heating
(9%)
Lighting
(14%)
Space heat ing ( 57%)
Cooking
(5%)
Cooling
(4%)
Other (16%)
Space heating (52%)
Şekil 2a:
Meskenler ile ticari binalarda AB bina enerji tüketimi
Kaynak www.intuser.net
Binalarda enerji kullanımının değerlendirilmesi
Bu ve benzeri yasal düzenlemelere uyulması ve enerji açısından verimli, konforlu binaların oluşturulması
için tüm enerji akışlarının ve önemli faktör ya da parametrelerin (termal kütle dahil) göz önünde
bulundurulması gerekmektedir. Bir binanın enerji tüketiminin, belirli bir konumda yapı dışındaki istatistiki
sıcaklıklar, termal yalıtım (U-değeri) ve beklenen havalandırma oranı baz alınarak el ile yapılan basit
hesaplamalar ya da termodinamik akış modellendirildiği bilgisayar programlarından yararlanılması yoluyla
matematiksel olarak (örneğin; iletim, radyasyon ve konveksiyon) ölçülmesi mümkündür.
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelikte tasarım konusunda bütüncül ve entegre bir yaklaşım
benimsenmiş ve belirli sayıdaki farklı yöntemlerin kullanılmasına izin verilmiştir. Ayrıca yönetmelik
basitleştirilmiş “ yarı-durgun-durumlu” yöntemlerin yanı sıra “dinamik” hesaplamalara da izin vermektedir,
ancak enerji akışlarının karışık yapısı sebebi ile tasarım simülasyonlarının gerçekleştirilmesinde bilgisayarlar
daha sık kullanılmaktadır. (Şekil 2b) Bu alanda birçok enerji yazılım programları bulunmaktadır, ancak bunların
hepsi her duruma uygun olmamaktadır, örneğin; bazı yazılımlar meskenlere yönelik diğerleri belirli ülkelerde
ya da belirli iklim bölgelerinde kullanılabilmektedir.
5
Şekil 2b:
Teorik bir meskende
aylık bazda kullanılan
ve Consolis programı
Stockholm iklimi ile
hesaplanmış
enerji oranı
İklim Değişikliğinin Etkisi
Dünya iklimindeki değişikliklerin, Avrupada iç mekandaki termal koşulları etkileme
potansiyeli bulunmaktadır. İklim değişikliklerinin oluşturulan çevre üzerindeki
etkilerine ilişkin artan kanıtları ile ve De Saulles T (2005), mevcut ofis ve
meskenlerde 21. yüzyılın ortalarına doğru aşırı ısınma yaşanacağını
(CIBSE, 2005) bildirmektedir. Aslında Arup R&D tarafından yapılmış olan
araştırmaya göre 2080 yılında Londra’nın Marsilya kadar sıcak olacağı öne
sürülmektedir (Arup, 2004).
Bu sebeple binaların, gelecekte sağlık ve konfor güvenceli şekilde tasarlanması
gerekmektedir; mevcut standartlara göre yapılacak tasarımlar iklim değişikliğinin
etkileri ile mücadelede yetersiz kalabilir. Ağır binalar iyi düzeyde termal kararlılık
sağlamakta ve böylece soruna sağlam ve çevre dostu bir çözüm bulunması ve
mekanik soğutmanın azaltılması ya da çoğu durumda yok edilmesi mümkün
olabilmektedir. Yapılan araştırmalarda, yüksek düzeyde termal kütlesi,
pasif solar özellikleri ve etkin havalandırma kontrolü olan binaların oldukça
iyi performans gösterdiği saptanmıştır (Arup&Bill Dunster Architects, 2004).
Tasarımda bu yaklaşımın kullanılması gelecek güvenli yeni binaların yapılması
için tek yol olarak karşımıza çıkabilir, bu sebeple günümüzde ve ileride beton ve
kagir ürünler konforlu bir yaşama katkıda bulunabilir.
Bina içerisinde enerji akışları
Bina içindeki enerji akışlarına ilişkin temel ilkeler Şekil 2c’de gösterilmiştir. İç mekanda
hissettiğimiz iklimin oluşması için bu farklı akış türlerinin birbiri ile nasıl etkileşime girdiğini
anlamamız çok önemlidir. Aslında bu akışların etkin bir şekilde yönetilmesi ile, enerji
performansı açısından bina düzenlemelerinin kritik bir yönünü oluşturan enerji tüketiminin
azalmasına katkıda bulunmak mümkündür.
Enerji (örneğin ısı) iletim yoluyla (kondüksiyon), hava hareketi (konveksiyon) ve/veya
radyasyon ile taşınmaktadır.
İletim termal yalıtıma bağlıdır ya da bir malzeme veya yapının iletkenliği ile zıt ilişkilidir.
Hava hareketi havalandırma ile kontrol edilmektedir. Hava sızıntısının sebep olduğu
infiltrasyondan da kaynaklanmaktadır; binalar bu tür planlanmayan akışların önlenmesi
için daha hava sızdırmaz bir hale getirilmektedir.
Radyasyon birincil olarak bir binanın cam kısımlarını etkilemekte ve enlem ve yönlenime
göre değişiklik göstermektedir.
6
Enerji akışlarının yönü ve boyutu gün ve yıl boyunca, yere göre, dış ve iç ortamdaki iklim
koşullarına, ortamda kişi ya da ekipmanların varlığına bağlı olarak değişmektedir.
Yapı malzemelerinin, enerjiyi termal kütleleri ile tutma ve salma yeteneklerinin bir binanın
enerji performansı üzerinde önemli bir etkisi bulunmaktadır. Bu etki, hiçbir mekanik desteğin
gerekli olmadığı doğal havalandırma ile ya da zorlanmış hava veya suyun spiral içinden ya da
beton döşeme içindeki kanallardan geçirilmesi gibi aktif yöntemler ile oluşturulmaktadır.
Kısım 3’te termal kütle kavramı daha ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
Şekil 2c:
Bina içindeki ısı (enerji) akışı.
Isı, güneş radyasyonu ve
aydınlatma, ısıtma ve bina
sakinleri ve ekipmanlarından
edinilen iç kazançlar ile
kazanılmaktadır.
Isı, hava sızıntıları, havalandırma,
radyasyon ile pencerelerden,
kondüksiyon (iletim) ile duvar,
pencere ve döşemelerden
kaybedilmektedir.
Isı, binanın termal kütlesi
tarafından tutulmakta ve
salınmaktadır.
Pratik olarak enerji performansı ile ilgili iki önemli amaç bulunmaktadır:
1.
Binanın tükettiği enerji miktarının en aza indirgenmesi.
2.
Binanın, sakinleri için elverişli bir düzeyde termal konforu sağlaması.
Kısım 3’te de ayrıntılı bir şekilde anlatıldığı gibi beton bu iki amaca da ulaşılmasını sağlamaktadır.
Şekil 2d:
İyi termal kütle için ağır beton iç tabakası
bulunan ve yüksek derecede yalıtılmış dış
duvardan bir kesit. Bu sayede yaratılan
enerji akımı ve depolamanın en uygun
kombinasyonu ile yıl boyunca mükemmel
termal performans sağlanmaktadır.
Şekil 2e:
Richard Meier tarafından Bergamo, İtalya’da
tasarlanmış Italcementi’nin yeni enerji verimli
araştırma ve yenilik merkezi “Km Rosso”da
(kırmızı kilometre) yer alan “ITCLAB”.
(Italcementi’nin izni ile, İtalya)
(BedZED, İngiltere çalışma gezisi sırasında
çekilmiş fotoğraf)
7
Betonun
termal
kararlılığı
enerji
açısından
verimli,
gelecek
güvenli
binalara
katkıda
bulunmaktadır
3. BİNALARDA ENERJİ KULLANIMI VE BETON
Betonun termal kütlesi kullanılarak binadaki ısıtma ve soğutma ihtiyacının hafifletilmesi yoluyla enerji tüketiminde
azalma sağlanabilir. Oluşturulan termal eylemsizlik sıcaklığın tepe ya da taban değerlere varmasını engelleyecek
ve iç mekandaki sıcaklıklarda tepe değerlerin başlangıcını geciktirecektir, böylece iç mekanda daha kararlı,
konforlu bir ortam sağlanacaktır (bakınız Şekil 3a). Bu durum Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmeliğini
destekleyen EN ISO 13790’ ın sunduğu metodolojide de tanınmaktadır (bakınız Kısım 4).
Termal kütlenin işleyişi
Şekil 3a
Termal kütlenin konfor
üzerindeki etkisi.
(Concrete Center (Beton
Merkezi) yayını Thermal mass
for housing (Konutlar için termal
kütle)’den alınmıştır, İngiltere).
Ağır bir malzeme olan beton, ısıtma sezonu süresince güneş radyasyonu ve bina sakinlerinden
kaynaklanan ısı gibi serbest ısı kazanımlarında bir depo (tampon) görevi görür; bu enerjiyi depolar
ve günün ilerleyen saatlerinde salar. (bakınız Şekil 3b). Bunun tersine, betonun gece soğutma ve
bu serinliği gün içinde binanın içine salma yeteneği de yaz mevsimi boyunca termal konfora katkı
sağlamasının önemli yollarından biridir.
Yoğun, ağır beton en yüksek düzeyde termal kütleyi sağlamaktadır. Hafif, yalıtım betonu ise daha
düşük ama yine de makul bir düzeyde termal kütle sağlamaktadır. Termal kütlenin binalardaki
enerji kullanımı ve termal konfor üzerinde olumlu bir etkisi olduğu uzun zamandır bilinmektedir,
ancak bu özellik yakın zamana kadar bina enerji kodları arasına dahil edilememiştir
(bakınız Kısım 4).
Gün içerisinde bir malzemenin sağladığı termal kütle düzeyi ısının işleyeceği derinliği ve bunun
sonucunda termal depo rolünü belirleyecektir.
Yaz mevsiminde termal kütle
Gece
Gündüz
Sıcak günlerde sıcak havanın
dışarıda tutulması amacı ile
pencereler kapalı tutulur ve
gölgelendirme, güneş
enerjisinden kazanımı asgari
düzeyde tutacak şekilde
ayarlanmalıdır. Soğutma
termal kütle tarafından
sağlanmaktadır. Sıcaklıkların
çok aşırı olmaması halinde
havalandırma sağlanması
amacı ile pencereler açık
tutulabilir.
Eğer sıcak bir gün geçirilmiş
ise bina sakini, termal
kütlenin gece soğuması
için pencereleri açmalıdır.
Şekil 3b (devamı sayfa 9’da)
Yaz mevsiminde pasif soğutma ve serbest enerji kazanımlarının kış mevsiminde depolanması ve salınması.
(The Concrete Center’ın (Beton Merkezi) izni ile, İngiltere)
Isınma mevsimi boyunca termal kütle
10:00-17:00 arası
17:00-23:00 arası
23:00-07:00 arası
07:00-10:00 arası
Güneye bakan pencerelerden
güneş girer ve termal kütleye
çarpar. Böylece hava ve termal
kütle ısınır. Güneşli günlerin
çoğunda güneş ısısı sabah
saatlerinin ortasından
akşamüstünün son saatlerine
kadar konforun sağlanmasında
yardımcı olabilir.
Güneşin batışının ardından termal
kütlede önemli miktarda ısı
depolanmıştır. Bu ısı daha sonra
yavaşça salınmakta ve böylece
akşam da elverişli koşullar
sağlanmaktadır.
Bina sakini ısıyı, yalnızca çok
düşük düzeyde takviye ısı
gerekecek şekilde ayarlar.
Hava sızdırmazlık ve yalıtım
özellikleri ısı kaybını asgari
düzeye indirir.
Sabahın ilk saatleri pasif güneş
enerjisi ile ısıtmanın konforu
korumakta en fazla zorlandığı
zamanlardır. Termal kütle ısısının
çoğunu kullanmıştır ve bina
sakininin takviye ısıdan
yararlanmalıdır. Ancak bu
ihtiyaç hava sızdırmazlık ve
yalıtım ile asgari düzeye indirilebilir.
Şekil 3b devamı
Yaz mevsiminde pasif soğutma ve kış mevsiminde depolama ve serbest enerji kazanımları. (Concrete Center’ın izni ile, İngiltere)
Betonun ısıyı depolama
açısından yüksek
kapasitesini göstermek
için duvar tipleri arasında
basit bir karşılaştırma
yapılabilir: Sıvalı ağır bir
blok duvar, sıva çıta
kaplamalı tipik bir ahşap
çerçeve duvardan yedi
kat daha fazla ısıyı
emebilmektedir. Bu da,
sıcak yaz günlerinde ağır
bir konutta ek ısı emme
kapasitesi sayesinde iki
standart taşınabilir klima
ile yaklaşık olarak aynı
soğutma etkisini
göstereceği anlamına
gelmektedir.
Termal kütleden en fazla yarar elde etme
Betonun termal kütlesi özellikle gün boyunca sıcaklık değişimi düzenli olan binalarda en fazla
yararı sağlamaktadır. Örneğin; iç mekanda tepe ısı kazanımlarının önemli olduğu ve tepe güneş
enerjisi kazanımları ile çakıştığı okullar ve ofislerde betonun tampon etkisi sayesinde tepe
sıcaklıklar azaltılmakta ve başlangıcı ertelenmektedir. Akşam bina boşaldıktan sonra sıcaklıklarda
meydana gelen düşüş betonun gece soğutma yapması ve ertesi güne hazırlanması için fırsat
sağlamaktadır.
Sıva çıta ya da halı gibi iç kaplamaların bulunması yalıtıcı tabaka olarak fonksiyon göstererek termal
kütlenin belirli bir oranda azalmasına yol açacaktır. Bu sebeple her zaman yapısal anlamda ağır bir
binanın otomatik olarak yüksek düzeyde bir termal kütle sağlayacağını söylenemez; bu durum yapısal
beton elemanların doldurulan alan ile ne oranda termal etkileşim içine girebildiğine, yani çevre ortam
ile ne kadar ısı alışverişi yaptığına bağlıdır. Dış duvarlardaki yalıtımın betonun iç tabakasının arkasına
(örneğin boşluğa) yerleştirilmesi ve zemin katlardaki yalıtımın zeminin altına yerleştirilmesi ideal bir
uygulamadır. Bunun ötesinde boya, kiremit ya da ıslak alçı gibi kaplamaların kullanılması yoluyla
betonun yüzeyi termal açıdan olabildiğince maruz bulunması basit bir kural olarak uygulanabilir.
Yine basit bir kural ise kütlenin etkin olabilmesi için iç ısı kaynağının “görüş alanı içerisinde”
olmasıdır.
Belirli beton duvarların yapımında iç yalıtım ile ısı tutucu bir arada kullanılabilirken, halen bu tür bir
binada önemli düzeyde termal kütle, beton döşemelerin kullanılması yoluyla sağlanabilir.
Havanın uzun bir süre soğuk ya da sıcak olduğu iklimlerde, termal kütlenin kullanımında bu tür pasif
araçların etkinliği nispeten düşük olmakta ve bu sebeple de aktif (mekanik destekli) seçenekler daha
yararlı olmaktadır. Bu durumda enerji su ile kangallarda ya da hava ile kanallarda aktarılmaktadır
(bakınız Şekil 3c). Betonun yüksek termal iletkenliği, ısının hava ya da sudan, döşeme aracılığı ile
odaya aktarılmasında yararlı olmaktadır. Bu yaklaşım yüksek iç ısı kazanımlarının yaşandığı durumlarda,
örneğin IT ya da diğer ekipmanların bulunduğu ofislerde yararlı olmaktadır, bunun sebebi ise soğuk
su/havanın döşemenin ısı emme kapasitesini arttırmasıdır.
Şekil 3c
Termodeck Sistemi. Burada mekanik
havalandırma, havanın düşük hızla
boşluklu döşemeden kıvrımlı bir
rota izleyerek geçmesini
sağlamaktadır ve böylece hava ile
beton arasında iyi ısı transferi için
uzun bir temas mümkün olmaktadır.
Her döşemede beş boşluktan üçü
genellikle bu şekilde kullanılmakta
ve döşemenin alt kısmına yani alt
yüzeye hava dağıtıcı yerleştirilmektedir.
(Çizim Termodeck’in izni ile
alınmıştır, İsveç)
Termal kütle konusunda çalışmalar
Termal kütlenin etkisi herkes tarafından bilinmektedir. Bu konuda Finlandiya’daki Tampere Üniversitesi
tarafından, 28 uluslararası yayın taranarak yararlı bilgiler derlenmiş (Hietamaki et al. 2003) ve bazı
sonuçlara varılmıştır. Bu sonuçlar arasında aşağıdakiler yer almaktadır:
•
Isıtmada termal kütlenin kullanılması ile %2-15 oranında tasarruf sağlanmaktadır; hafif ve ağır
•
Yaz aylarında soğutma kullanılmadığında ağır bir iç mekandaki en yüksek hava sıcaklıkları, dengi
binalar karşılaştırıldığında Kuzey Avrupa’daki iklim şartlarında %10’luk tipik bir tasarruf görülmektedir.
hafif binalara göre 3-6 derece daha düşük olmaktadır; buradan termal kütlenin soğutma ihtiyacını
azalttığı sonucu çıkarılır.
•
Ofis binalarında gece havalandırma yapılması mekanik soğutmanın kullanımını azaltabilir ya da
tamamen ortadan kaldırabilir. Yüksek termal kütle ile birlikte gece havalandırma yapıldığında ise
soğutma için gerekli enerjide %50’ye varan bir azalma sağlanmaktadır.
•
Yüksek termal kütle ile arttırılmış hava sızdırmazlığının tek ailelik konutlarda kullanılması, hafif
dengi ile karşılaştırıldığında, ısıtma enerjisi tüketiminde %20 azalma sağlar.
Bu konuda Norveç’te yapılan diğer bir çalışmada ise gece havalandırma yapılan tek ailelik bir konut
ile gece havalandırma yapılan ofis binasının ya da farklı işletim rejimleri bulunan aktif soğutmalı
yaz mevsimindeki performansları değerlendirilmiştir (Dokka T H, 2005).
Simülasyonda Norveç iklimine ait veriler kullanılmış ve piyasada bulunan dinamik bir enerji modelleme
aracı kullanılarak uygulama yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda, ağır mesken olarak kullanılan binalarda
hafif binalara göre %7 oranında daha az ısınma enerjisi ihtiyacı olduğu ve betonun termal kütlesinin
termal konfor üzerinde önemli bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Ofis ortamında ise ihtiyaç duyulan enerji
miktarında %10 oranında bir fark olduğu ve aktif soğutma yapılan durumlarda hafif binaların soğutmada
%30 oranında daha fazla enerjiye ihtiyaç duyduğu görülmüştür. Hafif binalarda gece yapılan havalandırma
ile pasif soğutma uygulandığında halen aşırı ısınma görülmektedir ve binanın içinin 179 saat süreyle dolu
olmasının ardından sıcaklıklar 26°C değerinin üzerine çıkmaktaydı. Bu konuda yapılmış son çalışmanın
sonuçları Kısım 5’te yer almaktadır.
Şekil 3d:
Gislaved, İsveç’te 1993 yılında TermoDeck
sistemi ile inşa edilmiş ve 2006 yılında
genişletilerek 12,000 m2’lik bir alana
yayılan enerji açısından verimli okul.
(Strangbetong’un izni ile, İsveç)
0
10
Binaların
Enerji
Performansına
Dair
Yönetmelik,
Avrupa
çapında
binaların
enerji
performansının
ölçülmesinde
ortak bir
çerçeve
sunmakta ve
yeni binalar ile
onarımdan
geçmiş binalara
yönelik asgari
standartları
belirlemektedir.
4. BİNALARIN ENERJİ PERFORMANSINA DAİR YÖNETMELİK (EPBD)
AB’nin Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmeliği (Yönetmelik 2002/91/EC 16 Aralık 2002) AB’deki yeni binalarda
daha az enerjinin kullanımının sağlanması amacı ile 2006 yılı Ocak ayında üye ülkelerde yürürlüğe girmiştir.
AB’de içine yerleşilen ve kullanılan 160 milyon bina enerji tüketiminin %40’ını oluşturmakta ve böylece bölgenin
en büyük tek CO 2 yayılım kaynağını teşkil etmektedir. Ancak şu anki aşamada Yönetmelik yalnızca toplam yüzey
alanı 1000m2 ’nin üzerinde olan binalar için geçerlidir.
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik Şartları
Yönetmelik kapsamında binaların tasarım ve işletiminde etkili olan çeşitli enerji performansı düzenlemeleri ve
araçları bulunmaktadır. Bu yayında beton kullanımının Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmeliğin amaçları
açısından sağladığı potansiyel katkılar vurgulanmaktadır, bu sebeple Yönetmeliğin tüm yönleri ayrıntılı olarak
irdelenmemektedir. Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik;
•
Binaların entegre enerji performansının hesaplanma yöntemine ilişkin ortak bir çerçeve sunarak,
•
Binaların soğutma için dahil enerji performansına ilişkin asgari şartları belirleyerek,
•
Enerji ölçümünün tamamlanmış binalarda kontrol edilmesi ve uygunluğunun sağlanmasını gerekli kılarak,
•
Enerji performansının değerlendirilmesi sürecine alternatif enerji kaynaklarının (örneğin güneş panelleri)
•
Pasif ısıtma ve soğutma kavramlarının uygulanmasını öngörerek,
•
İyi enerji performansının iç mekanın kalitesi ile çelişmemesi gerektiğini vurgulayarak,
•
Binalar için bir enerji sertifika sistemi öngörerek konunun farkındalığını ve enerji verimliliğin piyasa
kullanımını teşvik eden bir CO 2 göstergesinin dahil edilmesine izin vererek,
değerini arttırarak (bakınız Şekil 4a), hükümetler, tasarımcılar ve müşterilerin şartları karşılayacak
şekilde faaliyet göstermelerini öngörmektedir.
D
E
F
G
Şekil 4a:
Bina enerji sertifikası örneği
(www.eplabel.org’un izni ile)
Geçmişte enerji performansı hesaplamaları yapılırken tasarımcılar ve enerji uzmanlarının genellikle binanın
iskeleti; yani döşeme, duvarlar ve çatının belirlenen temel U değerlerine uygun olarak tasarım yapmaları
istenmekteydi. Bazı ülkelerde daha bütüncül bir “Enerji Performansı” düzenlemesi kullanılmakta idi
(binanın hesaplanan, kWh/m2 olarak ifade edilen enerji tüketimi) ve bu düzenleme yeni Yönetmelikte de
benimsenmiştir. Temel U değerlerinden Enerji Performansına doğru atılan adım, binaların enerji performansının
değerlendirilmesinde termal kütle ve hava sızdırmazlık gibi unsurların dahil edilmesi olasılığını yaratmıştır.
11
11
Binaların Enerji Performansına Dair Yönetmelik enerji performansı konusunu geniş bir bakış açısı
sunmakta; entegre bir enerji performansı kriteri getirmekte ve bu kriter kapsamında termal kütle
gibi hususlar da tasarım aşamasında ele alınmaktadır. Yönetmeliğin getirdiği asgari düzeydeki
şartlar şunlardır:
•
Hava sızdırmazlık da dahil olmak üzere binanın termal karakteristik özellikleri
(yani dış cephesi/iskeleti ve iç duvarları)
•
Yalıtım özellikleri de dahil olmak üzere ısıtma tesisatları ve sıcak su temini.
•
Klima sistemleri.
•
Mekanik havalandırma sistemi.
•
Yerleşik aydınlatma tesisatları (genellikle mesken dışı yapılarda).
•
Binanın pozisyonu ve yönlenimi, dışarıdaki iklim koşulları dahil.
•
Pasif güneş enerjisi sistemleri ve güneşe karşı koruma.
•
Doğal havalandırma.
•
Tasarlanan iç mekan iklimi de dahil olmak üzere iç mekandaki iklim koşulları.
Bina dahilinde enerji kullanımının öngörülmesi
Yönetmeliğin uygulanabilmesi için bazı standartların karşılanması gerekmektedir. Belki en önemlisi ise
EN ISO 13790 Binaların termal performansı-Alanların ısıtılması ve soğutulmasında kullanılan enerjinin
hesaplanması (CEN 2005) standardıdır. Bu standart kapsamında termal kütle ve hava sızdırmazlığın
nasıl değerlendirileceği ve böylece binanın enerji kullanımının nasıl öngörüleceği
belirtilmektedir. EN ISO 13790 daha basitleştirilmiş bir “yarı durgun durum” yöntemi ve bunu yanı sıra
ayrıntılı “dinamik” hesaplamalar sunmaktadır.
Dinamik yöntemler ile oda ya da binaların gerçek termodinamik davranışlarına ilişkin model belirlenmektedir;
ancak bu modelleme sırasında çok kapsamlı, ayrıntılı tasarım ve iklim verilerinin kullanılması gerekmekte ve
bu süreç zaman almaktadır. Ancak saatlik iklim verilerine erişim mümkün olması ve daha kullanıcı dostu bir
yazılımın geliştirilmesi sayesinde dinamik modelleme daha popüler olmaktadır.
Yarı durgun durum yöntemi daha basit bir yaklaşımdır ve bu kapsamda termal kütlenin yararları da göz
önünde bulundurulmaktadır. Böylece erken tasarım aşamalarında yapı malzemelerine ilişkin stratejik
kararların alınması sırasında idealdir. Bu yöntem ile serbest enerji kazanımlarının (örneğin güneş radyasyonu
ve bina sakinlerinden kaynaklanan ısı) ve satın alınan enerji miktarının belirlenmesi yoluyla termal kütle
değerlendirilmektedir. Satın alınan enerji daha çok ağır binalarda kullanılmakta ve bu sebeple hafif binalarda
satın alınan enerjiye nispeten daha az gerek duyulmaktadır. Hesaplamanın nasıl yapılacağı Şekil 4b’de
gösterilmektedir. Şekilden, serbest enerji kazanımlarının büyük kısmının ağır binalarda kullanılabildiği anlaşılabilir.
Bu da EN ISO 13790 standardının önemli bir özelliğidir.
Utilisation of free gains
Heavyweight
Mediumweight
Lightweight
Additional free gains available
to heavyweight building
Şekil 4b
Serbest enerji kazanımlarının
EN ISO 13790 standardına göre
kullanılması (bu rehber için
basitleştirilmiştir). Örnekte de
görüldüğü üzere, serbest
kazanımların ısı kaybına oranının
belirli bir değeri için ağır bina
serbest enerji kazanımlarından
hafif binaya göre daha fazla
yararlanmaktadır.
Ratio of free gains to heat loss
Increasing - Decreasing
12
Yapılan yeni
araştırmalarda
betonun
binaların
termal
kararlılığı ve
enerji
verimliliği
üzerindeki
etkisi açıkça
gösterilmektedir.
5. BETONUN ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN KANITLANMASI
Betonun enerji tüketimini en aza indirgerken iç mekandaki iklimin kararlılığını ne oranda sağlayabildiğini göstermek
üzere teorik bina tasarımının kullanıldığı çeşitli testler yapılmıştır (Johannesson et al., 2006). (Johannesson G,
Lieblang P ve Öberg M) Testlerin amacı, Avrupa’da çeşitli iklimlerde (İsveç’ten Portekiz’e) hem ağır hem de hafif beton
seçenekleri için, mesken olarak kullanılan binalar ile ofis binalarındaki enerji dengesinin araştırılması idi. Şekil 5a’da
görülen, hem mesken hem de ofis olarak kullanıma uygun basit iki katlı bina tasarlanmıştır. İki farklı konfigürasyon
kullanılmıştır: beton döşemeler, iç ve dış duvarların bulunduğu ağır bina seçeneği ve iskelet bileşenleri tipik ahşap
ya da hafif çelikten çerçeve bileşenli, yalnızca zemin döşemeleri betondan yapılmış hafif seçenek. Ancak her iki
seçenekte de aynı termal yalıtımdan yararlanılmış, böylece termal kütlenin etkisinin doğru olarak belirlenmesi
hedeflenmiştir.
Şekil 5a:
Enerji testlerinde kullanılan teorik
binanın görünümü
Teorik enerji performansının hesaplanması
Binalarda enerji kullanımının hesaplanmasında kullanılan ve çoğu EN ISO 13790 standardından yayınlanarak
geliştirilen çeşitli bilgisayar programları mevcuttur. Beton ve enerji performansının değerlendirildiği bu
araştırmada Danimarka, Almanya ve İsveç’ten beş program kullanılmıştır. Bu programlardan üçü yarı durgun
durum metoduna dayanmaktadır; biri genel dinamik bir programdır ve diğerinde ise her iki hesap yönteminden
paralel olarak yararlanılmaktadır.
Beş teorik bina tasarım seçeneğinin kullanıldığı testlerin sonuçları, ağır beton binaların, dengi hafif binalar ile
karşılaştırıldığında, enerji performansı açısından önemli avantajlar sunduğunu göstermektedir. Beş program da
ağır bina seçeneğinin performans avantajını açık olarak göstermiştir.
Nötr pencere konumlu ve mesken olarak kullanılan ağır yapılar benzer özelliklerdeki hafif seçenek ile
karşılaştırıldığında %2-9 oranında daha az birincil ve satın alınan enerji (1.5 ile 6 kWh/m2/yıl) gerektirmektedir.
Daha fazla pencere güney yönüne çevrildiğinde ağır seçenek daha fazla avantaj sağlamaktadır. Şekil 5b’de ağır
ve pencereleri güneye bakan bir ağır bina gösterilmektedir ve hafif bir bina ile karşılaştırıldığında daha az soğutma
enerjisi gerektirmektedir. Diğer bir deyişle ağır binalar en az konfor problemi ile solar enerjiden en yüksek
oranda yararlanılmasını mümkün kılmaktadır.
13
90
80
70
13,2
11,3
15
12,4
60
Şekil 5b:
50
kWh/m2/year
40
30
66,9
64,5
60,1
54,5
20
10
0
Solid. Neutral
Heavyweight,
window
neutral
orientation
window
orientation
Light. Neutral Solid. Windows Light. Windows
Lightweight,
Heavyweight,
Lightweight,
window
to the
South
to the South
neutral
windows to
windows to
orientation
window
orientation
the south
the south
Cooling
Heating
Şekil 5a’da gösterilen
ağır ve hafif bina
modelinde gereken
ısıtma ve soğutma
enerjisinin hesaplanması
ile elde edilen tipik
sonuçlar. Bu çalışmada
modellenen örnek bina
Stokholm İsveç’te
mesken olarak kullanılan
bir binadır.
Betonun performans avantajı ofis binası senaryosunda çok daha etkileyici idi (%7-15),
bu senaryoda termal kütlenin etkisi oldukça belirgindi. Ofis tasarımı klima (personel ve ofis ekipmanlarından
kaynaklanan yüksek içsel ısı kazanımlarının üstesinden gelebilmesi için) içermekteydi, ancak ağır seçenek,
termal kütlesini soğutma ihtiyacını asgari düzeye indirgemek için kullanmış ve böylece hafif denginden daha
iyi performans göstermiştir. Termal konforun yarı durgun durum programları kullanılması yoluyla ölçümünün
zor olduğu görülmüştür, ancak soğutma enerjisinde meydana gelen nihai azalma termal konfora bir alternatif
olarak alınır ise ağır seçeneğin hafif seçeneğe göre %10-20 oranında daha iyi performans gösterdiğini
söylenebilir.
Her iki durumda da binanın ilk tasarımında, havalandırma yapılması ve iç mekandaki sıcaklıklara ilişkin
beklentiler ile birlikte termal kütlenin de göz önünde bulundurulmasıyla enerji tasarrufu daha fazla
arttırılabilirdi.
Özetle, programlarda hem mutlak enerji kullanımı hem de yüksek ve hafif binalar arasındaki ilişki açısından
tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. Dinamik ve yarı durgun durum yöntemleri beton binalarda benzer sonuçlar
vermiş, ancak hafif binalarda daha tutarsız sonuçlar görülmüştür. Bu durum, hafif binaların termal kararlılıklarının
düşük olması nedeniyle test senaryolarının gerçek davranışlarının öngörülmesinin güç olmasındandır.
Betonun, gerçek binalar üzerinde çalışmalar ile doğrulanan avantajları
Yukarıdaki sonuçların gerçekliğinin doğrulanması için farklı iklimlerde gerçek binalar, (bakınız Şekil 5c)
aynı bilgisayar programlarının kullanılması ile analiz edilmiştir. Hem ağır hem de hafif çeşitli yapısal
alternatifler göz önünde bulundurulmuş ve yerel özgü iklime ilişkin veriler de dahil edilmiştir.
Semi-detached. Lisbon
Bleichstrasse. Würzburg. Bavaria
Pilsbo. Stockholm
UK/Irish semi-detached
14
Şekil 5c:
Hem ağır hem de hafif
versiyonların etkisini
uygulayan bilgisayar
programlarının kullanılması
ile Avrupa’daki çeşitli binalar
analiz edilmiştir.
Şekil 5d:
Lizbon, Portekiz’de inşa edilmiş enerji
açısından verimli on iki katlı konut olarak
kullanılan beton bina (7,200 m2)
Torre Verde (Yeşil Kule). Yapılan izleme
sonucunda, aynı boyutlardaki geleneksel
bir binaya göre yılda 24 ton daha az CO 2
yaydığı belirlenmiştir. Solar termal sistemi
binada ev içi sıcak su tüketimi için gereken
ısının %70’ini temin etmektedir.
(Tirone Nunes, SA, Portekiz)
Yapılan doğrulama çalışmasının sonuçları Tablo 1’de özet olarak yer almaktadır, sonuçlar beş yazılım
programından elde edilen test verileri ile uyum içindedir, ancak binalarda ara alanların ısıtılması hususunda
ilginç bir gözlem yapılmıştır. Yüksek ve hafif yapılar arasında, aralıklı ısıtma döngülerine tabi tutulduklarında
ve sadece ardı ardına uygulanan ısıtma döngüleri arasındaki sıcaklık düşüşü etkin yalıtım ve uygun hava
sızdırmazlık önlemleri ile asgari düzeye indirgendiği durumlarda, tipik olarak küçük bir fark olmaktadır.
Tablo 1: Gerçek bina çalışmalarından örnekler. Yıllık enerji kullanımı (kWh/m2)
Bina türü
Enerji kullanımı Yüksek ağırlık Düşük ağırlık
İngiltere/İrlanda yarı
müstakil, ortalama 9
konumda
Isıtma**
34
35
Yarı müstakil, Lizbon
Isıtma*
17
19
Soğutma
27
32
Toplam
44
51
Çok aileli, Würzburg
Isıtma*
51
55
Yarı müstakil, Stokholm
Isıtma
78
81
Anahtar
* Sabit ısıtma rejimi
** Bu ülkelerde ortak kullanım aralıklı ısıtmanın hesaplanabilmesi için sabit ve
aralıklı ısıtmanın ortalaması
Şekil 5f:
Fredrikstad, Norveç’teki Kvernhuset Gençlik Okulu.
Enerji tasarrufu sağlanması ve diğer sürdürülebilir
çözüm özellikleri için hazır betonun kullanıldığı enerji
açısından verimli bina.
Şekil 5e:
Brüksel Belçika’da yerinde
dökme bina.
(Mimar-Joel Claisse
Architectures izni ile;
Fotoğrafçı-Jean Paul-Legros,
Belçika)
(Fotoğrafçı: Terje Heen-Fredrikstad
Belediyesi’nin izni ile)
15
6. REFERANSLAR
ARUP (2004). Too hot to handle. Building, No. 6, 2004, London, UK.
ARUP/BILL DUNSTER ARCHITECTS (2004). UK Housing and Climate Change - Heavyweight versus
lightweight construction, Arup Research + Development, Bill Dunster Architects, UK.
CIBSE (Chartered Institute of Building Services Engineers) (2005). Climate change and the Indoor
environment: Impacts and adaptation, TM36, CIBSE, Ascot, UK.
DE SAULLES T (2005). Thermal mass – a concrete solution for a changing climate. The Concrete
Centre, Camberley, UK, 25 pp.
DOKKA T H (2005). Varmelagringseffekt ved bruk av tunge materialer i bygninger. (Effect of thermal
storage by use of heavy materials in buildings.) SINTEF reportSTF 50 A05045, Trondheim, Norway (In
Norwegian)
EC (2003). DIRECTIVE 2002/91/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 16
December 2002 on the energy performance of buildings. Official Journal of the European Community,
Brussels, 2003.
HIETAMÄKI J, KUOPPALA M, KALEMA T and TAIVALANTTI K (2003). Thermal mass of buildings –
Central researches and their results. Tampere University of Technology, Institute of Energy and
Process Engineering. Report 2003:174. Tampere, Finland, 43 pp + Annex. (In Finnish)
CEN (2005). ISO DIS 13790: 2005. Thermal performance of buildings - Calculation of energy use for
space heating, CEN/TC 89, Brussels, Belgium.
JOHANNESSON G et al. (2006). Possibility to energy efficient houses by new integrated calculation
approach. ByggTeknik No. 3, Stockholm, Sweden 2006, 66 pp. (In Swedish)
JOHANNESSON G, LIEBLANG P and ÖBERG M Holistic building design for better energy performance
and thermal comfort – opportunities with the Energy Performance of Buildings Directive. Submitted in
April 2006 to the International Journal of Low Energy and Sustainable Buildings. Div. of Building
Technology, Dept. of Civil and Architectural Engineering, Royal Institute of Technology, Stockholm,
Sweden.
HACKER et al. (2006) Embodied and operational carbon dioxide emissions from housing: a case study
on the effects of thermal mass and climate change. ARUP Research commissioned by The Concrete
Centre and British Cement Association, UK.
ÖBERG M (2005). Integrated life cycle design – Application to Swedish concrete multi-dwelling
buildings, Lund University. Division of Building Materials, Report TVBM-3103, Lund, Sweden, 117 pp.
Şekil 6a & 6b:
Madrid, İspanya’da enerji açısından verimli beton ofis binası, sürdürülebilir bir gelecek için EDIFICIO ECOBOX,
’
’
FUNDACION
METROPOLI.
’
(Mimarlar Vicente Olmedilla ve Angel
de Diego’nun izni ile, İspanya)
16
Cyberpark, Cyberplaza C Blok
06800 Bilkent-Ankara/Turkey
Tel: (90 312) 444 50 57
Fax: (90 312) 265 09 06
www.tcma.org.tr
e-mail: [email protected]
Bu kitap Avrupa Çimento Birliği üyesi Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği tarafından Türkçeye çevrilerek basılmıştır.