Giriş

İsveç’in güneybatısında beş katlı bir apartman ısıl kütlenin aktif olarak kullanılmasıyla düşük enerji kullanımı ve beraberinde yüksek ısıl konforun normal inşaat maliyetlerinde elde edildiğini göstermiştir. 

 

Projenin Tanımı

”Lärkträdet” olarak adlandırılan proje İsveç’te Götenburg şehrinin 100 km Kuzeydoğusunda yer alan Vara kasabasındadır. Bina pasif ev olarak tasarlanmış (İsveç Enerji Ajansı’nca yayınlanan Bina Yönetmeliklerine göre) ve yaşlı insanların kullanımı için planlanmış (75 yaş üstü insanlar) ve Haziran 2010 da işletmeye başlanmıştır. Toplam alanı 1.242 m² olan binanın 830 m²’lik kısmı yaşam alanıdır. Bodrum katta depolar, bir ortak alan, ısıtma ve elektrikli cihazlar odası (ısı pompası vb.) ve dört katta da apartman daireleri bulunmaktadır. Her katta ikisi 50 m² ikisi ise 54 m² olan dört daire vardır. Çatıda bir teras, güneş panelleri tesisatı ve mekanik cihaz olası yer almaktadır. Bakınız Şekil 1 ve Şekil 2.

 

Yapı Sistemi

Bina kabuğu 200 mm derin oyuklu kalın tabakalı beton elemanları taşıyan gayet iyi yalıtılmış ve yük taşıyan prefabrik sandviç duvar elemanlarından oluşur (150 mm beton, 250 mm EPS (Expanded Polystern- Genleştirilmiş Polistren Sert Köpük-,70 mm beton). İzolasyon kalınlığı, beton zemin levhaları beton duvarın iç tarafına oturduğundan hemen hemen her yerde aynıdır. Bu nedenle ısının hızla aktığı soğuk köprüler çok düşüktür: Diğer pasif evlerde normal izolasyon kalınlığı 400 mm’nin üzerindedir. Bakınız Şekil 3.

 

Duvar ve beton levha daha sonra birlikte dökülür. Bu yapım tekniği membranların birleşme noktalarında bant şeklinde ilave herhangi bir sızmazlık elemanı gerektirmediğinden son derece hava sızmaz bir bina formu oluşturur. Zemin kat levhası 300 mm’lik bir EPS izolasyon maddesi üzerinde 250 mm’lik bir beton tabaka içerir. Çatıda ise ortalama 400mm kalınlığında bir EPS izolasyon malzemesi vardır. Hava sızmazlığının onaylanması için Kraliyet Teknoloji Enstitüsü Mayıs 2010 yılında tüm binaya basınç testi uygulamıştır. Test sonucunda 50 Pa’lık test basıncında sızıntı bina kabuğunun her metre karesi için 0,27 l/s m² olarak bulunmuştur. 

 

HVAC Sistemi

HVAC sistemi mekanik bir besleme ve rotary tip eşanjörü olan bir egzoz havası sistemini içerir. Bina havalandırma, ısıtma ve soğutma için ThermoDeck (ısıl güverte) adı verilen bir sistem kullanmaktadır. Bu sistemde iç ortama verilen besleme havası odaya girmeden önce beton bloktaki oyuk göbek içerisindeki bir labirent kanaldan geçer. Bakınız Şekil 4.  Klima ünitesi çatının üzerine koyulmuştur. Hava klima ünitesinden dış hava sıcaklığına bağlı olarak 13-27°C arasında çıkar. Burada her apartman (daire) için banyo veya giriş kısmı üzerinde buluna yapma tavan üzerine yerleştirilmiş bir ısıtıcı kangalı olan ayrı bir klima ünitesi bulunmaktadır. Ayrıca yatak odası için kısa bir bölme perdesi bulunmaktadır. Besleme havasının kalan kısmı beton blok içinde bulunur. Besleme havası sıcaklığı maksimum 49°C’a kadar ısıtılabilir. Apartmanlardaki besleme havası akışı her oturulan bölüm birim alanı için 0,40…0,50 l/s m² arasında değişir.

Isıtma kangalı oda içine yerleştirilen bir termostat yardımıyla kontrol edilir. Termostat daireyi kullanana sıcaklığı 20-23°C arasında ayarlama imkânı sağlar. Her dairede havanın dağıtıldığı ikisi oturma odasında ve biri de banyoda olan üç adet dağıtıcı, difüzer, bulunur. Bakınız Şekil 5.

  

Egzoz havası banyodan alınarak atılır. Mutfakta yemek pişirirken kullanılan ve klima ünitesine bağlı olmayan ayrı bir ocak aspiratörü bulunur.

 

Her banyo ev elektrik sistemine bağlanan bir elektrikli havlu kurutucusu vardır.

 

Isıtma ve Sıcak Su Sistemi

Isıtma toprak kaynaklı bir ısı pompası vasıtasıyla sağlanır (yıllık ortalama COP değeri 2,7 olan 8,4 kW lık elektrik gücü olan sistem), sistem enerji tüketiminin en az %90’ını geri kazanacak şekilde tasarlanmıştır ve sistem en soğuk günlerde desteklenmesi maksadıyla 9 kW’lık bir elektrik ısıtma kangalına da sahiptir. Binada herhangi bir radyatör yoktur ve tüm apartmanlar sıcaklığı 49°C’a kadar yükselebilen sıcak hava ile ısınırlar. 

 

Sıcak su temin etmek için topla alanı 37 m² olan 16 adet güneş paneli binanın Batı ve Güney tarafına bakacak şekilde yerleştirilmiştir. Kullanılan sıcak suyun en azından %50’sinin bu panellerden elde edilmesi planlanmıştır. 

 

Pasif Evler ve Isıl Kütle

Pasif evler gayet iyi yalıtıldıklarından, infiltrasyon (sızıntı) oranları düşük ve enerji tasarruflu HVAC sistemleri kullandıklarından enerji kullanımını azaltmak için inşa edilmişlerdir. Ancak bu evler göreceli olarak yüksek ısıl kütleye sahiptir ve bu da büyük kısmı güneş enerjisinden sağlanan yüksek pasif enerji kazançları nedeniyle aşırı ısınırlar ve ısıl konfor dereceleri bu nedenle düşer. İlave olarak, önceki araştırmalar ağır inşaatların özellikle yaz aylarında düşük iç ortam havası sıcaklıkları ve en fazla enerjiye ihtiyaç duyduklarında daha düşük enerjiyle yetinebilme gibi önemli üstünlükleri olmaktadır.

 

Pasif evler için zorunlu şart olan 10W/m² ısı talebi şartını aşmamak için pencere alanı çok büyük tutulamaz ve duvarların içindeki (normal olarak>400 mm), çatıda (normal olarak >500 mm) ve zemin katta (normal olarak >400 mm), olan izolasyon oldukça kalın olmalıdır. Gerekli olan duvar kalınlığı büyük miktarda duvarlardaki soğuk köprülerin seviyesine bağlıdır.

 

Termal Kütle İç Ortam Isıl İklim Şartlarını Nasıl Etkiliyor

ThermoDeck sistemi havalandırma, ısıtma ve soğutma için kullanılmaktadır. Besleme havası sıcaklığı (içi oyuk beton bloktan geçtikten sonra) odaya girdiğinde, beton oyuğuna 49°C da girse dahi, hiçbir zaman 24… 25°C’ın üzerine çıkmamaktadır. Bakınız Şekil 6. Bu şekilde yatak odalarının aşırı ısıtılma tehlikesi önlenmekte ve daha iyi ve hatta ısı tüm apartman dairesine tavandan tabana sabit bir sıcaklıkta dağıtıldığından, daha düzgün bir iç ortam iklimi elde edilmektedir. Sıcak yüzey alanları da ayrıca yüksek bir ısı konforu sağlamaktadır.

 

Bu sistemle aşırı ısıtma da azaltılmaktadır, zira gece dışarıdaki 13°C’a kadar düşen soğuk hava sisteme beslenecek ve bu da gündüz depolanan ısıyı harcayacak ve beton bloğu soğutarak onu ertesi gün ısı absorbe edecek hale getirecektir. Klima ünitesinde yapılan hatalı bir ayarlama nedeniyle en düşük besleme havası sıcaklığı 18°C’a ayarlanmıştır. Bakınız Şekil 7.

 

Bu durumun 2011 yılında değişmesi bekleniyordu ancak problem halen devam etmektedir. Buna rağmen, 1. katta Güneybatıya bakan dairenin iç ortam sıcaklığı yıl içinde hiçbir zaman 90 saatten fazla 26°C’ın üzerine çıkmamıştır. Bu rakam 440 saat olan pasif ev yönetmeliklerinin çok çok altındadır. Bakınız Şekil 8. Maksimum sıcaklık hiçbir zaman 27°C’ı aşmamıştır. Kuzeybatıya ve Kuzeydoğuya bakan dairelerdeki iç ortam hava sıcaklıkları hiçbir zaman 26°C’ı aşmamıştır. Bu süre içinde dış ortam sıcaklıkları 30°C ile en yüksek seviyeye çıkmıştır (Temmuz ayında ortalama dış ortam sıcaklığı normalin 2°C üzerindedir). En sıcak zamanlarda gerekli olan soğuk egzoz havasından geri kazanılan ısıdan sağlanmaktadır. Bu nispeten düşük sıcaklıkları elde etmek için, büyük ihtimalle pencere camlarının orta kısımlarındaki panjurların kapatılmış ve daire sakinlerinin camları açmış olmaları gerekmektedir. Klima üniteleri doğru ayarlandığında, maksimum iç ortam havası sıcaklığının 30… 40 saat civarında 26°C’ı aşacağı tahmin edilmektedir. Çok iyi yalıtılmış ve hava sızmaz bir binada mevcut olan yüksek miktarda ısıl kütleyi de beraber kullanarak (açık beton bloklar ve duvarlar nedeniyle) binanın zaman sabiti yükselmektedir (350 saatin üstüne). Bu şekilde hesaplamalarda kullanılacak dış ortam sıcaklığı referansı pasif evler için yürürlükte olan İsveç standardına göre -18°C’dan -10°C’a getirilebilmektedir.

 

Ağır ve Hafif Sıklet Binaların Mukayesesi

Mälardalens Högskola, İsveç’te yapılan bir yüksek lisans tezi Lärkträdet’i incelemiştir. İlk olarak Lärkträdet’in teorik bir modeli IDA , İç ortam İklimi ve Enerji, simülasyon yazılımında enerji kullanımının ön işaretlemesini yapmak için oluşturuldu. Daha sonra bina kabuğu orijinal şekli olan beton ağır modelden, binanın iç ortam iklimi ve enerji ve elektrik enerjisi ihtiyacı hafif modele geçtiğinde nasıl olacağını mukayese etmek için, (ThermoDeck kullanmaksızın) daha hafif bir model olan bina iskeletlerinde kullanılan ağaç dikmelere çevrildi.

 

Minimum 22°C sıcaklıkta simülasyona göre binanın tümünde ısıtma için enerji kullanımı ağaç dikme yapıda ağır beton yapıya nazaran %7,4 daha yüksek olarak görülmüştür. 

 

Ağaç dikme yapı ile yapılan mukayesede beton yapının en büyük üstünlüğü nispeten daha iyi iç ortam iklim şartları olarak bulunmuştur. Ağaç dikme yapıda gerçek iç ortam sıcaklığı binadaki incelenen apartman dairesi için saat olarak (673’e karşılık beton ağır dairenin 175 değeri olarak) hemen hemen 4 kat kabul edilen sınırların dışındaydı. Ayrıca ağır binalarda gerçek iç ortam sıcaklıkları çok daha kararlıdır. Konu kapsamında Güney ve Batıya bakan pencereleri olan bir apartman dairesi incelenmiştir. örneğin hafif sıklette binada, iç ortam hava sıcaklıkları Mart ayında dahi 26°C civarındadır. (Şekil 9.)

 

Enerji tüketimi

Satın alınan toplam enerjinin 30,5 kWh/m², yıl olması tasarlanmıştı. İlk yıl için, ölçülen değer 37,9 kWh/m² olmuştu. Bu değer Aralık 2010 ile Kasım 2011 arası süreçte sürekli olarak azalmıştır, Kasım 2011 de değer 33,1 kWh/m² yıl dır (Her periyot 12 aydan oluşmaktadır). Haziran-Kasım 2011 arası satın alına elektrik enerjisi aylık bazda 2010 yılının aynı periyoduna nazaran %25…40 arası azalmıştır. Isıtma için normal yıl düzeltmesi yapılmamıştır. Aşağıdaki paragrafta anlatılan 4 nolu madde dikkate alındığında (2…3 kWh/m² azaltma), bina kurumuş ve madde 2,6 ve 7 daki hususlar ayıklanmış olarak toplam elektrik enerjisi alımının normal bir yıl için 28 kWh/m² olması beklenmektedir. Bu huşular için Tablo 1 ve Şekil 10’a bakınız.

 

Tasarlanan ve Gerçek Veriler Arasındaki Farklar

Projenin tasarımı sırasında kullanılan girdi verileri ölçülen gerçek verilerle karşılaştırılmıştır. Tüm simülasyonlar IDA,iç ortam İklimi ve Enerji, yazılımıyla yapılmıştır.

 

1. Isı eşanjörünün verimi tasarımın %80’i olarak hesaplanmıştır. Ölçüldüğünde verimin %73 civarında olduğu bulunmuştur. Simüle edilen yıllık artırılmış ısıtma konumu için enerji tüketimi: 2,5 kWh/m² (düşmesi beklenmemektedir).

2. İmalatçı tarafından monte edilen orijinal oda termostatları 17…27°C aralığı içindi ve kışın yüksek oda sıcaklığı oluşturuyordu (23°C’in üzerinde). Bu durum 2011 yılında, Haziran ayında maksimum 23°C olacak şekilde değiştirildi. Ancak oda sıcaklığı Ekim 2011 de hala 24°C’ın üzerindeydi, ısıtma kangalı hala devrede olduğundan bu termostatların doğru çalışmadığın gösterdi. Simüle edilen yıllık artmış ısıtma konumunda enerji tüketimi: 2…3 kWh/m².

3. Dahili ısı kazançları simülasyon için kullanılan pasif evler için olan şartlardan daha azdır. Evde kullanılan elektrik enerjisi her daire için ayrı olarak ölçülmüştür. Binada 16…17 kişi yaşamaktadır. Simüle edilen yıllık artırılmış enerji tüketimi ısıtma için: 3,5 kWh/m² dir (düşmesi beklenmemektedir).

4. İlk ısıtma sezonunda fiili olarak ortalama dış hava sıcaklığı simülasyon için kullanılan sezon şartlarından 3°C daha azdır. Simüle edilen yıllık artırılmış enerji tüketimi ısıtma için: 5…6 kWh/m²’dir. (Bu değer yıldan yıla değişir). Normal bir yılla karşılaştırıldığında tüketim 2…3 kWh/m² azalacaktır.

5. Fanların SFP değeri (Specific Fan Power-Özgül fan gücü) 2,0 kW/m³ olarak ölçülmüştür. Bu değer 1,6 kW/m³ olarak tasarlanmıştı. Hesaplanan yıllık artırılmış elektrik tüketimi 1,0 kWh/m² dir (düşmesi beklenmemektedir).

6. Sıcak su tankındaki (akümülatör) sıcak suyu ısıtmak için kullanılan ısı pompasının dışına koyulan bir elektrikli ısıtıcı kangal aşırı kullanılmıştır. Sıcak su sirkülâsyonu durdurulduğunda (7 ay sonra) elektrik tüketimi her ay için 900 kWh’den 300 kWh değere ani bir düşme yapmıştır. Tahmini artırılmış elektrik tüketimi 3,7 kWh/m²’dir.

7. Bodrumda bulunan bir sızıntı pompası pompayı her gün birkaç saat çalıştırmaktadır. Bu durumun 10 Kasım 2011 tarihinde çözüldüğü rapor edilmiştir. Tahmini artırılmış elektrik tüketimi 1,7 kWh/m²’dir.

 

İnşaat Maliyetleri

Lärkträdet projesinin toplam inşaat maliyeti her yaşam alanı m²’si için 19 350 SEK’dir (İsveç kronu) (KDV hariçtir). Bu maliyeti klasik bina maliyetleriyle karşılaştırmak zordur, zira maliyet inşaat tipine, projenin büyüklüğüne, fiyata dahil olan alanlara (park yerleri, ortak alanlar vb.), banyo ve mutfaklar için seçilen standartlar gibi birçok etkene bağlıdır. Ancak, maliyet artışı her ne olursa olsun klasik bir bina (radyatör ve daha az izolasyon kullanan) maliyetiyle karşılaştırıldığında en fazla %50’den fazla olmayacağı gözükmektedir.   

 

Proje Bilgileri

 

Sonuçlar

• Lärkträdet projesinin ölçümlerinden elde edilen sonuçlar değişik odalardaki iç ortam sıcaklılarının apartman daireleri arasında yıl boyunca oldukça benzer olduğunu göstermiştir.

• Isı kütlesinin aktif olarak kullanılması şunlara yardımcı olmaktadır:

- bina içinde daha düzgün dağılmış bir sıcaklık ortamı oluşmasına,

- Hem sıcak hem de soğuk dönemlerde oldukça kararlı iç ortam sıcaklıkları sağlamaya,

- Yaz aylarında birkaç saat yüksek sıcaklık görülmesine.

• Pasif ev şartları soğuk köprülerin düşük tutulması halinde 25,0 mm izolasyon kalınlığı ile sağlanabilecektir.

• Düşük enerjili birçok ailenin kullandığı konut blokları maliyetinin klasik binalardan çok daha fazla olmamasına.