Yeni bir bina, simülasyon yapılmadan çok dikkatli planlanmış olsa bile kullanıcıların tüm gereksinmeleri karşılanamayabilir. HVAC sistemlerinin enerji maliyeti, yazın aşırı ısınma, kışın soğuk hissi, enerji kayıpları gibi sorunlar bunlardan en fazla rastlananlarıdır. Bunların temel nedenleri, bina planlamasının sınırları içerisindedir ve enerji simülasyonu bunlardan en önemlilerindendir. Eskiden simülasyon esas sistemin bir modeli yapılarak gerçekleştirilebilirdi. Son yıllarda ise bilgisayar kapasitelerinin ve programlarının gelişmesi ile akla bilgisayar simülasyonları gelmektedir. Artık hemen her alanda gerçek prosesi veya olayı temsil edebilecek simülasyon programları bulunmaktadır. Bina enerji simülasyon programları binanın enerji performansını gösteren programlardır. Günümüzde bu programlar bina kabuğunu, ısıtma, soğutma, havalandırma ve aydınlatma vb. sistemlerini gerçeğe yakın modelleyebilmektedir. Bu yazıda bir binanın enerji simülasyonu (modellemesi) aşamaları ile örnek üzerinden yararları verilmiştir. Yazının 1. Bölümünü Dergimizin 202. sayısında yayımlamıştık. Bu sayıda ise 2. Bölümünü siz değerli okuyucularımızda paylaşıyoruz.

4. Simülasyon ile Tasarlanmış Örnek Bir Bina

4.1. Binanın Tasarım ve Yapım Süreci

Bu kısımda Almanya’nın Aachen şehrinde bina enerji sümülasyonu ile optimize edilerek yapımı 2002 yılında tamamlanan ve o yıldan bu yana işletilen bir ofis binası örnek olarak verilmiştir. 

Burada bu bina ile standart binalar arasındaki enerji tüketim ve konfor düzeyi farkları açık biçimde görülmektedir. Aşağıdaki resimde binanın cephesi görülmektedir.

Bu bina tasarlanırken mal sahibi başlangıçta bol gün ışığı alan bir bina talep etmişti. Binanın enerji modellemesi tamamlandığında bu talebe göre yapılması halinde yazın konforsuzluklar ve soğutma giderlerinin fazla olacağı ortaya çıkmıştır.

Durum böyle olunca mal sahibi bu isteklerinden vaz geçmiş, tam konforlu ve enerji verimliliği üst düzeyde sağlanan bir bina tasarım sürecine geçilmiştir. Buna göre oluşturulan sistemler aşağıda özetlenmiştir.

Binanın enerji tüketiminin optimize edilmesi için opak yüzeylerin oranı artırılmış (pencerler küçüktülmüş, içten ve dıştan gölgeleme yapılmış, camlarda U=0.6 W/m²K, SC=0.40 değerleri sağlanmış, duvarlarda 20 cm yalıtım yapılmıştır. Bu detaylar yukarıdaki resimde görülmektedir. Binanın enerji ihtiyacı simulasyon ile minimize edildikten ve konforsuzluk analizleri yapıldıktan sonra (aşağıda daha detaylı bilgi verilmiştir) HVAC system seçim ve tasarım aşamasına geçilmiştir.

Burada düşük sıcaklıklı ısıtma, yüksek sıcaklıklı soğutma ve ısı depolama esasına göre çalışan betona gömülü TABS (Thermally Activated System) seçilmiştir. 

Burada ısıtma ve soğutma borular aşağıdaki resimde görüldüğü üzere inşaat aşamasında betona demirlerin yanına döşenmiştir. 

Burada boruların kaçak ve basınç testleri yapıldıktan sonra beton dökülmüştür. Bu sistemin exserji verimliliği çok yüksek olup toprak ısısından verimli biçimde yararlanmayı olanaklı kılmaktadır. 

Bu sistemlerin bina otomasyon sistemleri entegrasyonu ile verimlilik ve konfor üst düzeyde sağlanabilmektedir.

4.2. Binadan Elde Edilen Sonuçlar

Bina işletmeye alındıktan sonra konfor ve enerji tüketimi yönünden izleme ve ölçümler yapılmıştır.

4.2.1. İç Sıcaklıklar

Bu binada dış sıcaklıklar ne olursa olsun hissedilen sıcaklıklar konfor değerlerinde olduğu tespit edilmiştir. 2003 yılı Temmuz ve Aralık ayları hissedilen ve dış sıcaklık değerleri aşağıda verilmiştir. Görüldüğü üzere yazın mahal sıcaklıkları (mavi renk) 23-26 C bandında bulunmaktadır.

Görüldüğü üzere kışın mahal sıcaklıkları (mavi renk) 22-24 C aralığındadır. Aşağıda görüldüğü üzere yıllık ısıtma ve soğutmadaki konforsuz saat değerleri de standartların öngördüğü değerlerin oldukça altında gerçekleşmiştir.

4.2.2. Binanın Enerji Tüketimi

Enerji simülasyonu ile önce standartlara uygun bir tasarım yapılmış, daha sonra ise bir kaç adımda iyileştirmeler yapılmıştır. Aşağıdaki şekilde standart durum %100 ile gösterilmiştir. Daha sonra üzere ısıtma, soğutma yük ve tüketimleri buna göre oldukça azaltılmıştır.

Yukarıdaki diyagramda binanın ısıtma, soğutma, havalandırma ve nemlendirme için yıllık işletme giderleri görülmektedir. Bu değerler bina işletmeye açıldıktan sonraki 2003 yılı gerçek değerleridir.

Ölçülen enerji tüketim değerleri ise aşağıdaki diyagramda görülmektedir. Şekilde ayrıca standart bir binanın (Almanya’daki standard uygun) primer enerji tüketimi de görülmektedir.

Not: Primer enerji kaynaktan olan tüketimi ifade etmektedir. Örneğin elektrik termik, nükleer, hidro elektrik santrallerinden üretiliyor ise santral verimleri, hatlardaki kayıplar vb. dahildir. Türkiye’de buradaki katsayı yaklaşık 3 civarındadır. 

Görüldüğü üzere enerji simülasyonu ile optimize edilmiş olan bu binanın primer enerji tüketmi standart binanın %25’i kadardır. Binanın 25 yıldan fazla hizmet vereceği düşünülürse sağladığı yarar tahmin edilebilir. Burada simülasyon için harcanan bedel ile ilk yatırım maliyeti artışı toplam ilk yatırım bedelinin %5’i civarındadır. 

Diğer yandan aşağıda Almanya’nın Düsseldorf şehrinde bulunan ve Norman Foster’a ait bir binanın primer enerji tüketimi ile enerji simülasyonu ile performansı artırılmış bulunan başka bir binanın primer enerji tüketimi görülmektedir. Burada da oran ¼ civarındadır.

Aşağıdaki grafiklerde örnek binanın 2003 yılı gerçek enerji tüketimleri verilmiştir. Görüldüğü üzere mal sahibi, kiralayan veya satın alan insanlar için oldukça düşük aidat giderleri söz konusudur. (Bir binada bunun önceden garanti edilebilmesinin yolu enerji simülasyonudur).

5. Sonuçlar

Bilgisayar simülasyon programları günümüzde yeni bina tasarımı, mevcut binaların renovasyonu veya enerji performanslarının ortaya konulmasında olmazsa olmaz aracıdır. 

Tasarım aşamasında bir miktar maliyet getiriyor gibi gözükse de binanın yıllık enerji tüketiminin ve konforunun daha tasarım aşamasında sağlanması çok önemlidir. 

Bu aşamada eğer tüketim fazla ise uygun maliyetle nelerin yapılabileceği ortaya konulabilmektedir. Ayrıca yeşil bina sertifikası alınması ve binaya değer katılması gibi süreçler mümkün olabilmektedir. Bu bağlamda bütüncül planlamanın yararları ve parasal tasarruf olanakları son derece geniştir. 

Bütüncül planlama her proje partnerinin (mimar, mühendis, inşaatçı ve yatırımcı) gereksinimlerinin erkenden saptanmasını içerir. 

Bina enerji sümülsyonu bütüncül tasarımın olmazsa olmaz parçalarından birisidir. Simülasyon için harcanan ek bedeller, elde edilen tasarruflarla ortalama 1-3 yıl gibi kısa sürede karşılanabilmektedir. 

Kaynaklar

[1]  www.edsl.net.

[2]  Kramer S., Kurzinsky M. „Binalarda konfor ve enerji verimliliği için enerji simülasyonu“, TTMD Semineri -12  Ekim 2012, Ankara.

[3] ASHRAE Standard 90.1, 2007, “Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings”, Atlanta.