Yeni bir bina çok dikkatli planlanmış olsa bile, kullanıcıların tüm gereksinmeleri karşılanmamış olabilir. HVAC sistemlerinin enerji maliyeti, yazın aşırı ısınma ve istenmeyen havalandırma gibi sorunlar bunlardan en çok rastlananlarıdır. Bu sorunların temel nedenleri, bina planlamasının sınırları ve olanakları içerisindedir. Durumu çözüme kavuşturmak için yeni yöntemler önermek ve yeni teknolojiler geliştirmek için geniş bir çaba harcanması gerekmektedir.

 

Örnek: Londra’daki İsviçre Bankası tasarım yanlışları nedeniyle 20.000.000 Euro’dan fazla kayba uğramıştır.  Dünyanın hemen her ülkesinde benzer durumlarla karşılaşmak olasıdır.

 

Sonuç olarak bina planlaması ve inşaatı ile ilgili değişik bireyleri olaya dahil etmek için “Binaların bütüncül planlaması”  gibi yeni bir kavram geliştirilmiştir. (IPB). Buradaki amaç, uzmanlarımızın ve bina simülasyonları yapan modern bilgisayar sistemlerimizin yardımıyla yatırım ve işletme maliyetlerinin düşürülmesidir. Bütüncül planlama her proje partnerinin (mimar, mühendis, inşaatçı ve yatırımcı) gereksinimlerinin erkenden saptanmasını içerir. 

 

1. Binaların Bütüncül Planlaması 

Bir binanın enerji tüketimi, projenin başlangıç aşamalarında bir mimari öneriyle aşağı yukarı belirlenmiştir. İnşaat alt yapısının ve bu değerlerin değişmesi olasılıkları oldukça sınırlıdır. Buna göre teknik planlamacılar ve mühendisler proje tasarımını değiştirmeksizin ellerinden geleni yapmak zorundadırlar. 

 

Bir binanın güç gereksinimi geniş ölçüde tasarım sürecinde belirlenir. Bugün belirli bir tasarım için optimal bir enerji kavramı geliştirmek mühendisin görevidir. Çok başlardan itibaren yatırımcı, mimar, mühendis ve simülasyon uzmanı arasındaki koordinasyon güç gereksinimlerini ve sonuçta bina maliyetini azaltmakta, en yüksek iç mahal konforu bağlamında anahtar öneme sahiptir. 

 

Bütüncül (ya da bütünler planlama) binanın mimari potansiyelini, HVAC ekipman ve tesisatını optimalleştirmek üzere ilgili her kesimin ilgilerini yönetmek, ortaya mükemmel bir ürün koymak adına yatırımı, işletme maliyetlerini optimalleştirmek üzere bir yol ortaya koyar. Diğer bir değişle, yılın her saatinde iç mahal konforu sağlayan bir optimal bina elde etmek olanaklıdır. 

 

Bu bağlamda en önemli uzmanlık aracı simülasyon yazılımıdır. Bina simülasyonu, kritik tasarım kararları alınmadan önce optimal bina performansını desteklemek üzere önemli bir görüş sağlar. Çalışmamızda konforlu bir iç mahal iklimi ile işletme (aydınlatma, ısıtma, soğutma, havalandırma) ve sermaye maliyetlerinin azaltılmasına odaklanırız. Aynı zamanda  gün ışığından yararlanma ya da hava hızı / hava çekmeleri ile ilgili değişik yazılımlar kullanırız. 

 

Bina projesinde enerji tasarruflu planlama ya da etkin enerji yönetimine göre tasarımda aşamalar aşağıdaki gibi olmalıdır. 

2. Bina Simülasyonu

 

2.1. Girdiler

Yeni veya mevcut bir binada, iç mahal konforunu sağlamak, ekipman boyutlandırması yapmak, ve enerji talebi belirlemek için bina simülasyonu; meslek adamlarının değişik ısıtma / soğutma alternatiflerini karşılaştırma olanağı veren ve değişik cephe tasarımı yapmaya olanak sağlayan tam bir süreçtir.  Öncelikle gerek duyulan şey; bir 3-D modelleme yapabilmek veya bir CAD-dosyası import edebilmek için binanın planlarıdır.

 

Binanın 3D-modelini yarattıktan sonra zonları grafik olarak oluştururuz. Bir zon, bir ofis, bir daire, bir giriş holü ya da bir alış-veriş alanı olabilir. Buraların iç koşulları, kulllanım programları  (schedule) ve hava değişimleri belirlenmelidir.  

 

Bundan sonra, doğrudan ve dağınık radyasyonun hesaplanması için yılın her saatine göre bina yerleşimi, çevredeki binalar ve ufuk çizgisi dikkate alınarak  binanın bir gölgeleme simülasyonu yapılır.

 

3D simülasyon modelimiz, gerçekçi biçimde fiziksel dünyayı temsil eder. Doğal hava akışını ve bina yapısından gün ışığı geçişini tahmin ederek binanın dinamik tepkisini belirleyebiliriz. Isıl kütlenin etkin kullanımı, güneşten korunma ve doğal ya da karışık mod havalandırma rejimlerinin hepsi, bütüncül bir simülasyonda görülebilir. Pencerelerin açılması, güneş kontrollerinin kullanımı, meskun mahal ve dış iklime göre bir dizi performans parametresine göre programlanabilmektedir.  

 

2.2. İç Koşullar

Bir binadaki insan sayısı, değişik günler ve kullanım programlarına göre bir takvim oluşturur. 

 

2. 3. Dış Hava Koşulları  

Dünya genelinde 2.500’den fazla kayıtlı hava istasyonuna ulaşmış durumdayız. Bunlardan elde edilen veriler; güneş radyasyonu, saatlik değerler, sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve yönüdür. 

 

2.4. Isıtma/ HVAC

Bir eleman kitaplığından [component library] seçilen simgelerle bir sistem diyagramı oluşturulur. Bu basit süreç sistem ve kontroller için bir simülasyon modeli oluşturur.  Binanın ve tesisin birleşik simülasyonu ekipman büyüklüklerini, hava debilerini, ekipman ve tesis bağlamında enerji tüketimini otomatik olarak verir. Fanlar, chiller’ler, kazanlar vb.nin kısmi yük karakteristikleri açıklanabilir. 

 

2.5. Gün Işığı Analizi

Simülasyon modeli gün ışığı analizine de uygulanır. Radyasyon hesapları için hazırlanmış üçgen haldeki ızgara yapısına sahip değişik konstrüksiyon ve cam türleri de eksport edilebilir. Gökyüzü koşullarını belirleyerek, binayı herhangi bir tarih ve zamanda dünyanın herhangi bir yerine yerleştiririz. 

 

Aydınlatma simülasyonu bittiğinde sadece bir görünüş değil bütün binaya ait fotoğraf kalitesinde model oluşturulur. Bu model, her hangi bir konumdan görüntülenebilir ve bölümler arasında uçuş yapılabilir. Gün ışığı analizi, herhangi bir iç yüzeydeki gün ışığı düzeylerini belirlemek üzere mahallere göre de yapılabilir. Aydınlatma lüks düzeyleri sınır çizgileri veya renkli harita görünümü ile verilebilir. 

 

3. Sonuçlar

Isıtma ve soğutma yüklerinin belirlenmesi mühendisin önemli görevlerindendir. Değişik ısıtma ve soğutma stratejilerinin yararlarını karşılaştırmak için simülasyonu kullanırız. Bu yolla, standart fan-coil veya VAV sistemleri de dahil olmak üzere yer değiştirme havalandırması, soğuk tavanlı mahallerde taze havanın döşemeden verildiği daha yeni sistemler de analiz edilebilmektedir. Öncelikle aşırı yaz ve kış performanslarını belirlemek için tipik hava koşulları araştırılır.

 

Her işaret ölçülen bir değeri ifade eder.Bu diyagram yılda 250 saatten fazla konfor zonunda kalışı göstermektedir. Birçok gün boyunca, sıcaklık dış mahal sıcaklığından 8 ºC’ye kadar yüksektir. Burada gölgelemenin yeterli olup olmadığı fazladan soğutma sistemine gerek olup olmadığı kontrol edilir. Simülasyon için harcanan ek bedeller elde edilen tasarruflarla ortalama 1-3 yıl gibi kısa sürede karşılanır.