Sıfır Enerjili Binalarda Pencerelerin Önemi ve BedZED - Beddington Sıfır Enerji Yerleşkesi, Hackbridge, Londra, İngiltere
Günümüzün en önemli problemleri olan enerjide dışa bağımlılık, enerji arz güvenliği, enerji fiyatlarının yüksekliği ve fosil yakıtların oluşturduğu sera gazının azalması gerekliliği ile Avrupa Birliği 2050’de düşük karbon ekonomiye geçiş hedefine ulaşma yolunda 2020 yılı sonuna hedefi 20/20/20, yani %20 sera gazı tüketimi azaltılması, %20 yenilenebilir enerji kullanımı, %20 enerji verimliliğinin yükseltilmesidir.
Bu hedefleri geçekleştirebilmek için geleceğin yeni binalarının neredeyse sıfır enerji ilkeleri ile tasarlanıp inşa edilmesini öngörmektedir.
Dünyada toplam enerjinin yaklaşık %40’ı konutlarda kullanılmaktadır ve sanayi ve ulaştırma sektörlerine göre tasarruf potansiyeli en yüksek sektördür. Bu nedenle yeni konutların sıfır enerji veya nerdeyse sıfır enerjili binalar olarak yapılması öngörülmektedir. Bu binalar; “Enerji Maliyeti Net Sıfır” olan bina olarak tanımlanır. (Net Zero Energy Cost Building: Yerleşkede üretimle elde edilerek şehir şebekesine satılan enerji maliyetinin, şehir şebekesinden satın alınan enerji maliyeti ile dengelenmesi prensibine dayanır). Enerji alım ve satımının orta-uzun vadede enerji fiyatlarındaki dalgalanmaya dayalı olarak dengelenebilmesi temel amaçtır. “Enerji Kullanımı Net Sıfır” olan bina ise “Net Zero Energy Use Building: Kullanılan enerji miktarının tamamen yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerji ile karşılanması” prensibine dayanır. %100 yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanması koşulu ile dışardan satın alınan (off-site) enerji kullanılıyorsa “Enerji Kullanımı Net Sıfır” (Net Zero Energy Use), yerleşkede (on-site) üretiliyorsa “yerleşke enerji kullanımı net sıfır” (Net Zero Site Energy Use) olarak tanımlanmaktadır.
Sıfır enerjili binalar açısından pencereler, doğru planlandığında çok önemli bir fonksiyona sahiptir. Pencereler; insanların yaşadığı çalıştığı ve günlük aktivitelerini gerçekleştirdiği mekanlarda dış dünyayla bakışı sağlayan, gün ışığının dinamik ve değişken karakterini iç mekâna taşıyan elemanlar olarak tanımlanır. Aynı zamanda pasif ısı ve taze hava kaynağıdır. Bir konutta kullanılan toplam enerjinin %75’i ısıtma, %11’i sıcak su, %12’si elektrikli ev aletleri, %2’si aydınlatma için kullanılır. Isıtma için kullanılan %75’lik kısmı tek katlı tek başına duran bir binada %32’si bacadan, %28’i pencereden, %18’i dış duvarlardan, %16’sı tavandan ve %6’sı tabandan kaçmaktadır.
Sıfır enerji binalarda hedeflenen tasarrufun gerçekleştirilmesi için mimari tasarım stratejilerinin doğru kullanılması, yenilenebilir enerji kaynaklarının binalarla bütünleştirilmesi, ısıl ve akustik konfora yönelik teknik donanımın doğru tasarlanması gerekmektedir. Bu stratejilerin hiçbiri hedefe ulaşmak için tek başına yeterli değildir ve bir arada tasarlanmaları ve yönetilmeleri gerekmektedir.
Pencerelerin dış dünyayla bağ kurmayı sağlayıp, manzaralar ile iç mekânda görsel dinlenme noktaları oluşturduklarını insanların ruh hallerini olumlayarak rutinlik hislerini dağıtıklarını ve motive edici birer etkiye sahip olduklarını bunun yanında mekân algılamasını etkileyip, ferahlık hissi yarattıkları, yapıların dış yüzlerine karakter verirken aynı zamanda da termal kırılma noktaları oluşturduklarını söyleyebiliriz. Gün ışığı kullanımını enerji etkinlik bağlamında düşündüğümüzde, sadece enerji etkin aydınlatma olarak değerlendirilmektedir. Fakat, ısıtma, soğutma, sıcak su, elektrik üretimi, atık süreci ve besin üretimi gibi diğer pasif tasarım stratejileriyle birlikte değerlendirildiğinde, çok daha fazla potansiyeli olduğu görülmektedir: Pencere seçimi ile ilgili detaylar gün ışığı tasarımı açısından önem taşımaktadır. Pencerenin hangi malzemeden yapılmış olduğu, sırlama kullanılıp kullanılmadığı, yalıtımlı olup olmadığı ve benzeri faktörler gün ışığı kalitesini ve etkisini belirleyen etmenlerdir.
Sıfır enerji bina konseptinin, pasif tasarımlı, enerji etkinliğini ön plana alan düşük enerji binalarından başlayarak daha sonra ekolojik kriterlere dayalı binalardan evrimine dayanarak geliştiği bilinmektedir. Önce toplu yerleşkelerde güneş pillerine ilave olarak bio yakıtla çalışan kojenerasyon teknolojisi tercih edilmekte, import-export sayaçlarla şehir şebekelerine bağlanarak, on-site enerji ile off-site enerjinin birbirini desteklemesinden yararlanılmaktadır. Sıfır enerjili binalarda, toplu konutlarda, kent ölçeğindeki yerleşkelerde ve ofis kulelerinde bu çerçevede başarılı uygulamalar görülmektedir. Kentsel merkezlere uzak, ayrık ve dağınık binalar için ise mikro-üretim teknolojilerinden, örneğin elektrik üretmek için güneş pilleri veya rüzgâr türbinleri, mekân ısıtmak için bio yakıt, mevsimlik ısı depoları ile desteklenmiş güneş toplaçlarından yararlanılmaktadır.
Binalarda gün ışığı kullanımı, doğal aydınlatma sağlamakta ve elektrik enerjisi tüketimini arttıran yapay aydınlatma kullanımını azaltmaktadır. Gün ışığı tasarımı pasif tasarımın estetik ve ekolojik potansiyelini önemsemek için bir yoldur. Uygun ısıl kütleler pasif ısıtma için uygun yerlere konulur ve pasif soğutma için giriş ve çıkışlar boyutlandırılır. Çatılarda, kaplamalarda, camlarda, çatı pencerelerinde ve gölgeleme elemanı olarak kullanılan fotovoltaikler; gün ışığı, mimari tasarım ve elektrik enerjisi üretimini birleştirmektedir. Bitki yetiştirme, enerji etkinlik bağlamında gün ışığı tasarımıyla entegre edilebilecek bir durumdur. Kış bahçeleri, sera ve cam evler gün ışığı tasarımıyla bitki yetiştirmenin birlikte düşünülebildiği mekanlardır.
Sıfır enerjili binalar için örnek oluşturması hedefi ile gerçekleştirilen BedZED projesi; 82 adet konut ve 2.500 m2 yaşam ve çalışma alanından oluşmaktadır. 2002 yılında yaşamaya başlanılan projede ayrıca anaokulu, ziyarete açık örnek bir ev, sağlık merkezi, kreş, cafe, spor ve eğlence merkezi bulunmaktadır.
BedZED projesinde sıfır enerji binalar standartlarına ulaşabilmek için birçok yenilik yapılmıştır. Projenin ilk aşamasında gelişmiş analiz teknikleri kullanılarak; konfor hedefi yükseldikçe maliyeti artan ama yararı marjinalleşen aktif sistemler yerine, onların yerini doldurabilecek mükemmellikte pasif sistemler yaratabilmek hedeflenmiştir. Örneğin, hepimizin bildiği mekanik konfor sistemlerine gereksinimi ortadan kaldırmaya yetebilecek bir ısı yalıtımı ve ısıl kütle kombinasyonu başarılabilir mi sorusuna yanıt aranmış, iklim verileri ve değişik malzemelere dayalı pek çok modelleme çerçevesinde, bilgisayar desteği ve simülasyonlar ile yürütülen analizler yapılmıştır. Analizler sonucunda, ısıl kütle, yüksek ısı yalıtımı, çok katmanlı cam ve hava sızıntıları en aza indirgenmiş yüksek performanslı bir kabuk ile sadece içeride üretilen ısı ve güneşten elde edilecek ısı kazançlarının yetebileceği anlaşılmıştır. Böylece pasif sistemlerin son derece sade, komplike işlemler içermeyen yapısı ve işleyişine dayalı olarak ısıtılan, serinletilen ve havalandırılan binalar gerçekleştirilebilmiştir. Aktif sistemlerin kaldırılması ilk yatırım, işletim, bakım, onarım maliyetlerini; konvansiyonel enerji yerine yenilenebilir enerjiden yararlanılması ise enerji maliyetini ortadan kaldırmıştır.
BedZED Uygulamasının Çevre ve Enerji Açısından Önemli Özellikleri; Öncelikle vurgulanması gereken en önemli başarılardan biri, yıl boyu pasif iklimlendirmeden yararlanılması ve ısıtma, soğutma, havalandırma için gerekli olan mekanik sistemlerin tamamen ortadan kaldırılabilmiş olmasıdır.
Yüksek yalıtımlı, yüksek ısıl kütleli (ağır agregalı beton duvar, 30 cm yalıtım, dışardan tuğla, ahşap ya da camla bitirilmiş), pencerenin U değeri yani; “ısı iletim katsayısı” mümkün olduğunca küçültülmüş (U=0,1 W/m2K, pencerelerde 3 katmanlı cam), hava sızıntıları en aza düşürülmüş, enerji performansı yüksek kabuk ile desteklenen binalar sadece güneş enerjisi ile ısıtılmakta ve pasif teknikler ile havalandırılıp, serinletilmektedir.
Teraslı yapılarıyla tüm evlerin bahçesi olması hedeflenmiş, konutlar pasif güneş sistemi prensipleriyle ve maksimum ısı kazanımı için güneye cephe vermiştir. Terasların arkasında ofis kütleleri, fazla ısınmayı engellemek, soğutma ihtiyacını azaltmak ve gün ışığından optimum yararlanmak için kuzeye yönelimle yerleştirilmiştir. Salon, mutfak, güneş odası vb. mekanların güneş kazancı yüksek olan güneye yönlendirildiği bilinçli bir mimari tasarım gözlenmektedir. Yaz günlerinde serinletme koridor çatısından havalandırma ve karşılıklı açıklıklardan çapraz havalandırmaya dayalıdır. Ayrıca gece serinletmesi ile serinliğin ertesi gün için ısıl kütlede depolanmasından da yararlanılmaktadır.
Yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarından yararlanmak için yapılanlar: Güneş Odaları: Binalarda gereken ısıtma ihtiyacı, güneş odalarından sağlanan ısı kazancı ve mekân içindeki insanlar, aydınlatma vb. tarafından üretilen içsel ısı kazancı ile karşılanmaktadır. Binadaki ısıl kütlenin bu ısı kazancını depolayarak bir zaman ertelemesi ile mekâna geri verme özelliği yanı sıra iç konfor sıcaklıklarını düzenleme yeteneğinden de yararlanılarak, iç mekân konfor sıcaklıklarının sürekliliği sağlanmaktadır.
Rüzgâr Bacaları ile Havalandırma: Mekân sıcaklığının kontrolü ve serinletme için alışılagelmiş konvansiyonel havalandırma sistemleri tercih edilmemiştir. Gereksiz ısı kazanç ve kayıpları yanı sıra hava sızıntılarının son derece azaltılmış olması, havalandırma gereğini düşürmüşse de hem taze hava ihtiyacı hem de yoğuşma kontrolü açısından kontrollü havalandırma gereklidir. BedZED’de kullanılan rüzgâr bacaları Arup tarafından yürütülmüş 10 yıllık bir araştırma-geliştirme çalışmasının sonucudur. Düşük hava hızlarında dahi çalışabilen ve ilk defa rüzgâr enerjisini ısı geri kazanımı ile sentezleyen, rüzgâr tünelinde testleri defalarca yapılarak mükemmelleştirilmiş yepyeni bir tasarımdır. Bu bacalar, rüzgârın pozitif ve negatif basıncından yararlanarak hava emiş ve çıkışını sağlanmaktadır; mutfak, banyo, tuvalet hacimlerinden hava çıkışını yaparken, ısı geri kazanımı ile ısıtılmış ya da serinletilmiş havayı salon ve yatak odalarına emecek basıncı yaratabilmektedir.
Güneş Pilleri ile Elektrik Üretimi: Pencere camlarında, çatı ışıklıklarının camekanlarında lamine olarak ve ayrıca çatıların güneyinde panel olarak verimi yüksek monokristalin güneş pilleri kullanılmıştır.
Elektrik Tasarrufu için yapılanlar şu şekilde özetlenebilir:
Konutlarda yüksek enerji korunumu, pasif sistem enerjisinin akıllı kullanımı,
• Mekanik ısıtma soğutma havalandırma sistemlerinin tamamen kaldırılması, fanlar, motorlar vb. tür enerji tüketiminin olmaması,
• Doğal aydınlatmanın zenginleştirilmesi,
• Yapay aydınlatmada enerji verimini yükselterek israfı önleyen enerji etkin aydınlatma tasarımı ve uygulamaların yanı sıra kompakt florasanlar gibi enerji tasarruflu ürünlerin kullanımı,
• Elektrikli konut ve ofis aletlerinin A grubu tasarruflu ve verimi yüksek olanlarının kullanımı
• Yüksek izolasyonlu yapı kabuğu, cepheye bütünleşik olarak tasarlanmış fotovoltaik paneller, rüzgâr etkisiyle çalışan havalandırma bacaları ve kojen sisteminin kullanılması
BedZED evlerinin, ısı enerjisinin tüketimi dışında bütün fatura harcamaları ve çevresel harcamalar açısından tipik bir İngiliz evi ile karşılaştırılmıştır. 2003 yılında yapılan ölçümlere göre, BedZED yerleşkesi, İngiltere’deki ortalama değerlere kıyaslara aşağıdaki kazanımları başarmıştır:
• Isıtma gereksinimleri: %81 daha az,
• Elektrik kullanımı: %45 daha az
• Sıcak su kullanımı: %57 daha az
• Kişi başına elektrik kullanımı: ortalama vatandaşlara göre %25 daha az.
• Bu harcamaların da %11’i güneş panelleri ile üretilmektedir.
Yapılan araştırmalarda, müşteriler yeşil bina ve yenilikçi tasarımı nedeni ile BedZED’e yüzde 8,6 ila yüzde 20 daha yüksek bedel ödemeye gönüllü oldukları görülmektedir. Bir diğer önemli başarı, fosil tabanlı enerji kullanımı ve zararlı karbondioksit emisyonunun tamamen ortadan kaldırılmış olması, yenilenebilir enerjiden maksimum yararlanılmasıdır.
BedZED projesinde hem gayrimenkul geliştiricinin hem yaşayanların doğrudan kazançlı oldukları görülmektedir. Yaşayanların kazancı yaşam boyu devam etmektedir. Aynı zamanda çevrenin diğer projelere göre çok daha iyi korunduğu gözlenmiştir. Bu nedenle BedZED projesi herkesin kazandığı bir gayrimenkul geliştirme projesi olarak tanımlanabilir.
Kaynaklar
• “Gayrimenkul Geliştirme ve Sürdürülebilirlik” kitabı, Hülya Uğuz Yedievli
• http://www.emo.org.tr/ekler/56041fcb370eada_ek.pdf
• http://egemimarlik.org/49/17-22.pdf
• http://pukad.org/2011/04/12/pencerenin-camin-tarihcesi-pencerenin-onemi/
• https://dergipark.org.tr/download/article-file/193869
• https://webdosya.csb.gov.tr/csb/dokumanlar/mhgm0004.pdf