YAPI TASARIMI ve ISI YALITIMI İLİŞKİSİ
Yapı tasarımında kimi zaman birbirine karşıt olan bir çok etkeni göz önünde bulundurmak ve bu etkiler arasındaki dengeyi sağlayacak imkanları en iyi şekilde değerlendirmek gerekir. Tasarımlarda; planlama, görünüm, dayanıklılık, dış çevre ve fiziksel ortam şartları göz önünde bulundurulmalı, bunlara gereken önem verilmelidir. Isısal konular göz önüne alınmadan yönlendirme, planlama, biçim, pencere tasarımı, yapı gereçlerinin seçimi gibi konularda kesin kararlar alınırsa tasarımın bütünüyle başarılı olması sağlanamaz. Yapının ısı tasarım açısından başarısı; hacimlerde ısı konforunun sağlanması ve bu konfora etki eden ısıtma sistemlerini minimum ölçüde kullanmakla mümkündür.
İklim konusu (rüzgar, güneş, yağış, sis gibi) önemine rağmen meteorologlar, coğrafyacılar, ısıtma-havalandırma mühendisleri ile şehir plancıları ve mimarlar arasında bir ilişki kurulmadığı, iklim bina ilişkisini kuran metodlar genellikle ısıtma ve havalandırma mühendisleri tarafından geliştirildiği için iklime uyumlu bina kavramı tasarımcıdan uzak kalmıştır. Bugün ise tasarımcıların verdiği kurallar (ilk etapta) güneşin binanın çevresel performansını ne derece etkilediği ile ilgilidir.
Uygulanmakta olan geleneksel tasarım sürecinde, tasarımcı bütünüyle çevresel kaygılardan uzak bir bina yapıp ısıtma mühendisine, havalandırma ve tesisat mühendisine teslim eder ve onların yer yer düzeltmeler yapmasını ister.
Kış Etkilerinden Korunma
İnşaat yerinin seçiminde yapının ısı yalıtımı göz önünde tutulmalıdır. Kış güneşinden maksimum düzeyde yararlanma konusunda hakim rüzgarlar, çevre yapılar, bitki örtüsü ve pencerelerin yönlendirilmesi gibi hususlar çok iyi düşünülmelidir.
Binanın ısıtma ihtiyacı ve sağlıklı bir ortamın oluşturulması, yapı dış kabuğunda yeterli bir ısı korunumsağlanmasına, hava kaçaklarının önlenerek yeterli bir havalandırmanın temin edilmesine, aynı şekilde binanın dış mimarisinde ve konumlandırılmasına (bitişik düzen veya müstakil yapı) bağlı olduğu unutulmamalıdır. Aynı şekilde binanın iç mimarisine de dikkat etmek gerekmektedir. Eşit derecede ısıtılan veya ısıtılamayan iç hacimler olabildiğince yan yana veya üst üste getirilmelidir. Mimari tasarım sırasında da yapının ısı kaybeden dış yüzey alanının yapının ısıtılan iç hacmine oranı büyüdükçe yapının ısı kaybının artacağı dikkate alınmalıdır. Bu bakımdan tasarım sırasında bina dış kabuğunda gereksiz girintili-çıkıntılı detaylardan kaçınılmalıdır.
Özellikle meydana getirdiği ısı köprülerinin önlenmesi mümkün olmayan betonarme konsol, balkon, saçak gibi çıkıntılar cephe mimarisinde asgari seviyede tutulmalıdır. Yapı dış kabuğunda teşkil edilen şeffaf yüzeylerin (pencere, camekan vs) artırılması yapının çevre ile ısı alışverişini önemli ölçüde artırmaktadır. Bu nedenle, şeffaf yüzeylerin kuzey cephesinde azaltılıp güney cephesinde arttırılmasıyla (Güneydoğu/Güneybatı yönleri dahil) yapının kış günlerinden ışıma süretiyle yararlanmasını sağlayacağından ısı kayıpları azaltılarak ısı kazancı sağlanabilir.
Pencere ve kapılara yeterli hava sızdırmazlığı lastik conta uygulaması ile sağlanmalıdır. Aynı şekilde ön yapımlı elemanların birleşim yerleri hava sızdırmaz şekilde örtülmüş olmalıdır. Kapalı ve hava sızdırmayan panjurlar, pencereler ısı kaybını önemli ölçüde azaltır.
Dış duvar içinden baca, ısıtma ve su tesisatları geçirilmemelidir. Yapı dış kabuğunu meydana getiren yapı malzemelerinin ve ısı tutucu malzemelerin devamlı sağanak yağmur veya buhar yoğuşması sonucu nemlenerek ısı yalıtım özelliğini kaybetmemesi sağlanmalıdır. Bunu için yıllık yağış miktarı 600 mm üzerinde olan bölgelerde veya rüzgarlı bölgelerde ve yüksek yapılarda duvarların dış sıvası özel önlemler (su emmeyi azaltıcı harç katkı maddeleri ilavesi veya sentetik yüzey kaplamaları) alınarak yapılmalıdır. Aynı şekilde devamlı olarak +20 °C iç ortam sıcaklığında %75 bağıl nemin üzerinde aşırı iç ortam şartlarının hüküm sürdüğü hacimlerde buhar yoğuşma tahkiki yapılarak gerekli görülen durumlarda yapı kesitinin buhar geçirgenlik direnci ve ısı geçirgenlik direnci düzeltilmelidir.
Konutlarda bulunan banyo ve mutfaklardaki aşırı buhar şartları devamlılık arz etmediğinden normal şartlar olarak düşünülmemelidir. Bu tahkik sonucu, yetersiz görülen yapı elemanlarının sıcak yüzeyden buhar geçirgenlik direnci yüksek olan bir kaplamanın uygulanmasıyla buhar geçirgenlik direnci artırılmalı ve/veya elemanın ısı geçirgenlik direnci, kalınlığı veya malzeme cinsi değiştirilerek arttırılmalıdır. Aşırı şartlarda her iki uygulama ile birlikte havalandırmalı cephe teşkiline gidilir.
Yapı dış kabuğunun oluşturulmasında yapı malzemelerinde ısı iletkenlik ve ısı depolama özelliklerinin belli bir uyum içinde olmasına dikkat edilmelidir. Ayrıca yapıyı oluşturan elemanların ısı depolama özelliği olması dış ve iç iklim şartlarındaki hızlı değişmelerin dengelenebilmesi bakımından gereklidir.Kısa kullanım süreli yapılarda (spor salonları, tiyatro vs) yapının ısı depolaması arzu edilmeyip hızlı ısınması arzu edildiğinden, yapının yeterli ısı yalıtımını sağlayan fakat ısı depolamayan malzemelerden veya iç yüzünden bir ısı tutucu uygulaması ile ısı depolaması önlenmiş olarak teşkil edilmesi gerekir.
Yaz Etkilerinden Korunma
Yapının konumu ve yerleşimi ayrı bir öneme sahiptir. Yapı tasarımında yer seçimi şansı çok az olduğundan tasarımcının yapı için önceden belirlenmiş arazi parçasının var olan özelliklerini (topoğrafik düzeni, eğimi, yönü vs) veri olarak değerlendirerek güneş ışınımı açısından en uygun konumu belirlemesi gerekir. Bu belirlemenin kentsel yerleşme ölçeğinde mevcut yerleşme dokusuna uyması gerekir. Binalar soğuk hava şartlarında minimum ısı kaybı, sıcak hava şartlarında ise minimum ısı kazancı sağlayacak şekilde biçimlendirilmelidir.
Bina boylarının uzunluğu iklim tipine göre değişir. Soğuk ve kuru iklimlerde kompakt yapı oluşturulması oldukça yararlıdır. Bu tür yapılar sert çevre etkilerine karşı minimum yüzey oluşturur. Kompakt yapıların boyları ile enleri arasındaki fark küçüktür.
Yapıda daha genel anlamda güneş ışınımlarının yüklendiği görevlerden biri de pasif ısıtma iklimlendirme işlevidir. Güneş ve diğer enerji kaynaklarının aktif ısıtma ve iklimlendirme sistemlerine destekleyici görev yüklenmesiyle istenen iç iklimsel şartlar büyük ölçüde sağlanır.
Yönlendirme, yapı içi ısısal konforu güneş etkilerine bağlı olarak etkiler. Güneş etkenine göre yapılacak bir yönlendirmeyle istenilen düşük sıcaklıklar veya yüksek sıcaklıklar elde edilebilir.
Güneş ışınları açısından bir yapının yönlendirilişindeki ana ilke, kışın güneş ışınlarından olabildiğince yararlanmak, yazın ise aşırı etkisinden korunmaktır. 32-56° kuzey enlemlerinde yer alan yapıların güney yüzleri, kışın doğu ve batı yüzlerine göre üç kat daha fazla güneş ışınımı alabileceği söylenebilir. Bu durumda doğu ve batı yüzeyleri, güney yüzeyine göre kışın daha soğuk, yazın daha sıcaktır.
Güneydoğu ve güneybatı yüzleri kış aylarında, yaz aylarına göre daha fazla güneş ışınımı alır. Yatay yüzler ise en fazla güneş ışınımını yaz aylarında alır. Kış aylarında ise bu yüzler güney, güneydoğu ve güneybatı yüzeylerinden daha az ışınım alır.
Yukarıdaki verilerden yola çıkarak, değişik işlemleri olan yapılar için doğu-batı doğrultusunda uzanan yani uzun yüzeyleri güneye ve kuzeye, dar yüzeyleri doğu ve batıya bakan yönlendiriliş biçiminin en uygun olabileceği ileri sürülebilir. Bu tür yapılarda değişik mekanları karşılıklı olarak her iki yüzeye yerleştirmek mümkündür. Kare planlı yapılarda ise her mekan için değişik yönlendirme söz konusudur.
Yatak odalarının sabah güneşini alması, tuvalet ve banyo gibi hacimlerin güneş ışınımlarından uzak kalması istenir. Yapıların ana fonksiyonlarına ilişkin hacimler (yaşama vb) güneye ve güneybatıya yönlendirilmelidir.
Cam yüzeylerinin boyutları öteki yapı yüzeylerine göre daha büyük tutulmalıdır. Bu durum; kışın güneşin ısıtıcı etkisinden olabildiğince yararlanmayı sağlar. Ayrıca kışın güneşten yararlanmayı, yazın da güneşin etkisinden korunmayı sağlayan ve aşağıda açıklanan çözümleri yapmak mümkündür. Batı ve kuzeybatı yönlerindeki mekanlarda (wc, banyo, erzak deposu, kiler vs) cam yüzeyler güneşten korunmak nedeniyle minimum boyutlarda tutulmalıdır. Güneş ışınlarına göre tasarımlarda, doğuya bakan dış yüzeylerin renginin açıklığı ile koyuluğu ve yüzeyer yakın hava devinimlerinin etkili olduğunu da unutmamak gerekir.
Binanın yazın güneş ışımasından korunması;
Şeffaf yüzeylerin enerji geçirgenliğine,
Şeffaf yüzeylerin dış cephedeki oranına,
Bu yüzeylerin coğrafi yönüne,
İç hacmin havalandırılmasına,
Bina iç elemanlarının ısı depolama özelliğine ve
Yapı dış kabuğunun ısı ataletine bağlıdır.
Güneş kırıcısız büyük pencere alanları, özellikle dış duvarların yeterli ısıl ataletine, iç mekanların da yeterli ısı depolama özelliğine sahip olmamaları halinde iç hacimlerin ve binanın aşırı ısınmasına neden olur. Koyu renk dış elemanların dış yüzey sıcaklıklarında aşırı yükselme görülür. Şeffaf yüzeylerin güneş etkisine karşı korunmaları mimari tasarım sırasında balkon veya saçak gibi güneş kırıcıları teşkili veya panjur vb uygulamalar ile olur. Şeffaf yüzeylerin yönlendirilmelerinde pencereli cephenin güney veya kuzeye yönlendirilmesi, doğu veya batıya yönlendirilmelerinden daha faydalıdır. İki yöne de açık köşe odalarında özellikle güneydoğu ve güneybatı istikametlerinde pencere açmak tek bir yöne pencere açmaktan daha olumsuz sonuç verir.
Yapılarda güneş etkisini optimize eden pasif ısıtma sistemlerinin fonksiyonlarını yerine getirmesi için;
Yapının kullanış şeklinin analizi,
Gerekli verilerin toplanması,
Güneşin konfor şartlarının saptanması,
Güneşin ısıtıcı etkisine ihtiyaç duyulan dairelerin belirlenmesi,
Yapı yüzeyindeki günlük güneş ışınlarının süresinin belirlenmesi,
Güneş ışınımlarını optimize eden parametrelerin değerlendirilmesi,
Belirlenen değerlere göre yapı modelinin hazırlanması gerekir.
Bina Kabuğunun Doğal İklimlendirme Parametreleri
Bina kabuğunun doğal iklimlendirici olarak kullanılması ilkesinden hareketle güneş enerjisinden üç ayrı yöntemle yararlanılır. Bunlar;
Mimari yöntemler:Geometrik yapı,
Pasif Yöntemler: En uygun yapı elemanları, bina geometrisi, yerleşme ve konum,
Aktif Yöntemler: Güneş kollektörleri vb ‘dir.
Her üç yöntemde de göz önünde bulundurulması gereken bazı parametreler vardır.
Kullanıcıya İlişkin Parametreler:
Kullanıcı nitelikleri,
Yaş,
Cinsiyet.
Fizyolojik Parametreler:
Topoğrafik durum,
Göl ve deniz olup olmadığı,
Yeşillik şeritleri.
İklimsel Parametreler:
Güneş radyasyonu,
Hava sıcaklığı,
Nem,
Rüzgar,
Atmosfer şartları.
Binaya İlişkin Parametreler:
Yönlendiriliş durumu,
Biçim faktörü,
Çatı örtü ve eğimi,
Yapı kabuğu ve kaplamaların saydam olup olmaması,
Opak kabuk elemanlarının toplam ısı geçirme katsayıları.