Mimari tasarım yaklaşımlarında birden fazla tasarım senaryosu kurgulandığından bahsetmiştik. Bu senaryolardan biri olan gün ışığı kazancını bir önceki yazımızda irdelemiştik (Buradan ulaşabilirsiniz). Bu yazımızda ise gölgeleme elemanlarının yerleşim açısının ısıtma ve soğutma yüküne dair performansının değerlendirilmesi için çalışmalarımızı sunuyoruz.

Bu çalışma için İstanbul’daki açık ofis modeli aşağıdaki gibidir (Şekil 1). Bu açık ofis tek zondur ve sadece güneye bakan cephesinde pencere bulunmaktadır. Bu cephe için 0.46 pencere/duvar oranı belirlenmiştir.

Isıtma ve soğutma yükü hesabı yapılan bu ofise ait yükler aşağıdaki gibidir.

• Ekipman yükü (iç yükler): 10.33 W/m²
• Aydınlatma yükü: 10.54 W/m²
• Kişi başına havalandırma: 0.00236 m³/s
• Alan başına havalandırma: 0.000305 m³/s her m² için
• Hava Sızdırması: 0.000569 m³/s her m² için

Hesaplama için kritik olan malzemelerin U (ısı iletim katsayısı) değerleri ise aşağıdaki gibidir.

• Duvar: 0.54
• Döşeme: 0.30
• Çatı: 0.17
• Pencere: 1.3

Bu girdilerle beraber metrekare başına insan sayısı ise 0.05 olarak kabul edilip hesaplamalar yıllık (8760 saat) olarak yapıldı.

Bu mekânın herhangi bir gölgeleme elemanı kullanılmadan (mevcut halinin) yıllık ısıtma ve soğutma yükü hesabı yapıldı. Isıtma yükü: 6933 kWh soğutma yükü: 5734 kWh olarak karşımıza çıktı.

Sonrasında enerji etkin bina tasarımı yaklaşımı ile bu yükleri en aza indirmek amaçlandı. Bu doğrultuda yapıda gölgeleme elemanlarının etkisini incelemek üzere iki tip gölgeleme elemanı tercih edildi.

• Alternatif 1 : 80cm eninde, 320cm uzunlukta 6 adet ve
• Alternatif 2 : 40cm eninde, 320cm uzunlukta 10 adet

olacak şekilde yatay, alüminyum kompozit panel modelleri seçildi (Şekil 2).

Bu iki tip gölgeleme elemanı için yerleşim açısı 0° (düşey düzleme dik) iken analizleri yapıldı. Bu açı değeriyle 40cm’lik panel tercih edildiğinde ısıtma yükü: 7894 kWh ve soğutma yükü: 3986 kWh olmaktadır. Yine bu açı değeriyle 80cm’lik panel tercih edildiğinde ısıtma yükü: 8669 kWh ve soğutma yükü: 3615 kWh olmaktadır.

Bu sonuçlara göre 40cm’lik gölgeleme elemanı için yerleşim açısı 0° (düşey düzleme dik) iken mevcut duruma göre ısıtma yükünde %13.87 kayıp, soğutma yükünde %30.47 kazanç olmuştur.

80cm’lik gölgeleme elemanı için yerleşim açısı 0° (düşey düzleme dik) iken mevcut duruma göre ısıtma yükünde %25.03 kayıp, soğutma yükünde %36.95 kazanç olmuştur.  

Bu yerleşim biçimi(düşey düzleme dik)  gölgeleme elemanları için yaygın olarak kullanılmaktadır; fakat her zaman için en iyi performans bu yerleşimle sağlanmaz. Bu sebeple mekânın ısıtma ve soğutma yükünü düşürmek için gölgeleme elemanlarının yerleşim açılarını değerlendirmemiz gerekir. Bu yaklaşımla panellerin düşey düzlem ile yaptığı -60°, -50°, -40°, -30°, -20°, -10°, 0°, +10°, +20°, +30°, +40°, +50°, +60° açılarla yerleşiminin ısıtma ve soğutma yüküne etkisi değerlendirilmiştir.

40cm’lik panellerin yerleşim açılarına göre ısıtma ve soğutma yükleri grafiği aşağıdaki gibidir.

80 cm’lik panellerin yerleşim açılarına göre ısıtma ve soğutma yükleri grafiği ise aşağıdaki gibidir.

Bu grafiklere ek olarak gölgeleme elemanlarının etkisini daha iyi okumak için Tablo-1’de 40cm’lik panellerin, Tablo-2’de 80cm’lik panellerin mevcut duruma göre yüzdelik olarak kayıpları (kırmızı renk ile) ve kazançları (yeşil renk ile) gösterildi. Örneğin, Tablo-1’e baktığımızda -30 derecelik güneş kırıcı yerleşiminin, mevcut duruma göre ısıtma döneminde %7.23’lük fazladan enerji tüketimine sebebiyet verdiği okunur. Buna paralel soğutma yükünde ise mevcut duruma göre %27.88’lik bir azalma olduğu görülür. Böylece birim maliyet açısından daha pahalı olan soğutma yükünün kazanımı yıl bazında toplama bakıldığında avantaj sağlamaktadır.

Bu sonuçlarda ısıtma kaybı düşük olan ile soğutma kazancı yüksek olan değerler seçilmiştir. Grafiklere ve tablolardaki değerlere göre iyileşmelerin sağlandığı en iyi durum -30° açıyla yerleşim olarak belirlenmiştir. Bu yerleşimde soğutma kazancı ısıtma kaybından daha kritiktir. Çünkü çalışmanın tamamlandığı lokasyonda soğutma genellikle elektrik enerjisine bağlıdır ve elektrik birim maliyeti diğer enerji kaynaklarına kıyasla daha pahalıdır. Bu sebeple tasarım ve projelendirme aşamalarında bu hesaplamaların yapılması kullanıcı konforu, yatırım ve işletme maliyetleri açısından oldukça önemlidir.

Bir önceki yazımızda gün ışığı kazanımı için 40cm’lik ve 80cm’lik panellerin -20° açıyla yerleşimi en iyi sonucu vermekteydi. Maliyet açısından değerlendirildiğinde 40cm’lik panelin daha uygun olduğu görüldü. Bu çalışmada ise tablolardan okunduğu üzere 80cm’lik panelin -30° açıyla yerleşimi ısıtma ve soğutma yükü açısından en iyi yerleşim olarak belirlendi. -30°‘lik panel pozisyonunun gün ışığı açısından da verimi düşürmediği önceki analiz sonuçlarından bilinmektedir. Bu sayede enerji tüketiminde verimli çıkan açı pozisyonuyla tercihler belirlenebilir.

Bu çıktılar sonucunda, enerji tüketim ve malzeme birim maliyetlerinin belirlenmesiyle işletme maliyetinin yatırım maliyetini ne kadar sürede dengeleyeceği (amorti edeceği) de saptanacaktır.