Enerji tüketiminin artmasına bağlı olarak çevreye zararlı sera gazı salımlarının artması nedeniyle, enerji tüketen her sektörde enerji verimliliği önlemlerinin alınması günümüz dünyasında en öncelikli konular arasına girmiştir. 1997 yılında imzalanan Kyoto Protokolü’nün ardından tüm ülkeler enerji verimliği önlemlerine yönelik çalışmalar yapmakta ve Türkiye’de de bu konudaki çalışmalar genişletilerek devam etmektedir. TS 825 Türkiye’de zorunlu olan yalıtım standardıdır.(1) Avrupa’da yürürlüğe giren Binalarda Enerji Performansı Direktifi’nden (EPBD) sonra ise, Türkiye de tüm AB ülkeleri gibi Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği’ni hazırlayarak 7 Aralık 2010 tarihinde yürürlüğe koymuştur.(2) Bu yönetmelikle, mevcut ve yeni her bina için, binaların enerji tüketim seviyesini diğer binalarla kıyaslamalı olarak gösteren Enerji Kimlik Belgesi’nin (EKB) alınması zorunlu olmuştur. Ancak binalarda enerji verimliliğini etkileyen tüm parametreleri hesaba katan bu son yönetmelik ile zorunlu yalıtım standardı arasında uyumsuzluklar bulunmaktadır.

Bu makalede enerji etkin tasarım stratejileri birbirinden tamamen farklı olan Mardin ve İstanbul’da TS 825’e göre yapılan yeni konutlar ile geleneksel Mardin konutları enerji verimliliği açısından karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmada kullanılan hesaplama çalışmaları aynı amaçla yapılan bir uluslararası öğrenci çalıştayının ölçüm ve anket çalışmaları ile de desteklenmiştir.(3)

ILIMLI NEMLİ VE SICAK KURU İKLİM BÖLGELERİNDE ENERJİ ETKİN TASARIM

Binalarda enerji verimliliği düzeyini etkileyen en önemli mimari tasarım parametreleri, binanın yeri, yönü, diğer binalara göre konumlandırılış durumu, bina formu ve bina kabuğunun fiziksel özellikleridir. Bu parametreler arasında en önemlisi, bina içi çevre ile bina dışı çevreyi birbirinden ayıran bina kabuğunun ısıl ve ışık geçişini etkileyen fiziksel özellikleridir.

Türkiye’nin beş farklı iklim bölgesinden biri olan sıcak kuru iklim bölgesi, güneydoğu Anadolu platosu üzerinde karasal yarı çöl iklimidir. Dolayısı ile gece ve gündüz arasındaki sıcaklık farkı çok fazladır. TS 825 standardının bu iklim bölgesi ile aynı yalıtım kurallarını öngördüğü bir diğer iklim bölgemiz Marmara Bölgesi ve Karadeniz kıyılarını kapsayan ılımlı nemli iklim bölgesidir.

Karasal iklimin hâkim olduğu sıcak kuru bölgede bina kabuğunun yüksek ısıl kütleye, dolayısı ile iklim koşullarındaki değişime çok yavaş tepki verecek atalete sahip olması, enerji verimliliği açısından pozitif etkisi olan en önemli tasarım önlemleri arasındadır. O nedenle yaz şartlarının daha etkin olduğu bu bölgenin geleneksel mimarisine bakıldığında, bina kabuğunun ısıl kütlesi yüksek olan yöresel taş ile örülmüş kalın duvarlarla oluşturulduğu görülür. Yaz aylarında gün içerinde çok yüksek olan dış hava sıcaklığı duvarların dış yüzey sıcaklığını artırmakta, ancak bu duvarların ısı transferine çok ağır tepki vermesi nedeniyle bu sıcaklık akşama kadar duvarın iç yüzeyine ve dolayısı ile iç mekâna ulaşamamaktadır. Gece koşullarında ise dış ortam sıcaklığı gündüze oranla çok düşük olduğundan, duvarlar yüksek dış yüzey sıcaklığı nedeniyle hızla dış ortama uzun dalga ısıl ışıma ile enerji kaybetmekte ve böylece ertesi sabaha yeniden serin bir yüzeyle başlamaktadır. Bu durumda, sıcak kuru iklim bölgesinde kabuktaki ısıl kütlenin bina enerji verimliliğinde yalıtımdan daha etkin rol oynadığı görülmektedir. Bu iklim bölgesindeki geleneksel mimaride, iç mekânlarda konfor şartlarını iyileştirmek için tavan yükseklikleri de normalden fazladır. Yazın ısı kazançlarını azaltmak için pencereler küçüktür ve dış duvarların tavana yakın bölgesindeki delik denebilecek kadar küçük olan diğer pencereler ise iç mekânda ısınarak yükselen havanın tahliyesinde kullanılmakta ve bu sayede iç mekânlar daha konforlu olmaktadır.

Deniz ikliminin hakim olduğu ılımlı nemli iklim bölgesinde ise yaz ve kış aylarında ekstrem sıcaklıklar görülmemekte, ayrıca nemli kıyı iklimi nedeniyle gece ve gündüz sıcaklıkları arasında da fazla fark bulunmamaktadır. Bu bölgede özellikle konutlarda binanın ısıtma enerjisi ihtiyacını azaltmak için bina kabuğunun yeteri miktarda yalıtım değerine sahip olması uygundur. Yazın ise hem soğutma ihtiyacını hem de nemin yarattığı konforsuzluk etkisini azaltmanın en etkin yolu, bina kabuğu üzerinde yeterli boyutta pencere gibi havalandırma açıklıklarının bulunması ve iç mekânların karşılıklı havalandırılmasıdır.

Bu makalede özetlenen çalışmada İstanbul ve Mardin’de yer alan örnek bir konut binasının kabuğunun TS 825’e göre ve ayrıca Mardin geleneksel mimarisine göre yapılması durumunda kabuğun neden olduğu ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyaçlarının karşılaştırması yapılmıştır.

İSTANBUL ve MARDİN’de FARKLI KABUK SEÇENEKLERİNİN KONUTLARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ AÇISINDAN KARŞILAŞTIRILMASI

Türkiye’nin ılımlı nemli iklim bölgesini temsil eden İstanbul’da ve sıcak kuru iklim bölgesini temsil eden Mardin’de olduğu varsayılan bir konut binasının kabuğunun TS 825 şartlarını sağlayan iki farklı detayda yapılması ve ayrıca Mardin’deki konutun kabuğunun geleneksel taş ile yapılması durumlarında konutun ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyaçları analiz edilmiştir. Isı transferi için geliştirilen dinamik hesaplama yöntemlerinden biri olan sonlu farklar yöntemi ile yapılan bu teorik çalışmanın yanı sıra, Mardin’de taş duvarları olan mevcut bir geleneksel bina ile kabuğu TS 825’e göre yapılmış modern bir bina enerji verimliği açısından hem ölçüm hem de anket çalışmaları aracılığıyla değerlendirilmiştir.(3, 4)

Teorik çalışmada bir konutun sadece yaşama mekânı ele alınmış ve konutun duvarlarının TS 825’e göre iki farklı detayda yapılması ve Mardin’de ayrıca taş duvar olarak da yapılması durumunda yaşam mekânının ısıl konfor ve enerji ihtiyacı açısından performansları karşılaştırılmıştır. Yaşama mekânının güneye bakan tek bir dış duvarının olduğu ve binanın ara katında yer aldığı için tavan ve döşemeden ısı kayıp/kazançlarının olmadığı kabul edilmiştir. Mekânın taban alanı 32 m2, tavan yüksekliği ise 2.80 metredir. Dış cephe saydamlık oranı (pencere alanının tüm dış duvar alanına oranı) % 34’tür. Hesaplamalarda kullanılan TS 825’e uygun duvarların ve taş duvarın malzemeleri, malzeme kalınlıkları (d) ve ısı geçirme katsayıları (U) Tablo 1’de verilmiştir. Bu tabloda Duvar 1 ve Duvar 2 TS 825’i sağlayan duvarlar ve Duvar 3 Mardin için taş duvardır.

Tablo 1. Performansları karşılaştırılan dış duvarların fiziksel özellikleri

Tabloda görüldüğü gibi, Duvar 1 ve Duvar 2 0.55 W/m2K’lik U katsayısı ile TS 825’in İstanbul ve Mardin için 0.60 W/m2K olarak öngördüğü U katsayısı üst sınır değerini sağlamaktadır. Taş duvarın U katsayısı 1.42 W/m2K ise standardın verdiği değeri sağlamaktan çok uzaktır. Buna karşın ağır ve kalın taş duvarın ısıl kütlesi çok yüksektir.

Sonlu farklar yöntemi ile bu duvarlardan dinamik ısı transferi ile geçen ısı miktarları hesaplanarak ısıl konfor üzerinde etkin olan duvar iç yüzey sıcaklıkları ve iç ortam sıcaklıkları belirlemiştir. Şekil 1, 2, 3 ve 4’de sırasıyla İstanbul ve Mardin’de yaşama mekânının Ocak ve Temmuz aylarında duvar iç yüzey (T_İç Yüzey) ve iç ortam (T_İç) sıcaklıklarının değişimi görülmektedir. T_Dış dış hava sıcaklığıdır.

Bu şekillerde de açıkça görüldüğü gibi, aynı U değerine sahip duvarlar aynı şehirde farklı iç yüzey sıcaklığı ve iç ortam sıcaklığı sağlamaktadır. Diğer bir deyişle, duvarlar aynı U katsayısına sahip olsa bile, farklı malzemelerden oluştukları için farklı sıcaklıklara neden olmakta ve dolayısı farklı ısıtma ve soğutma enerjisine ihtiyaç duymaktadırlar. Bunun nedeni, yapı elamanlarının U katsayısından başka, özgül ısı, yoğunluk gibi özelliklerinin de ısıl davranış üzerinde U katsayısı kadar, hatta bazı durumlarda U katsayısından daha fazla etkin olmasıdır. Soğutma enerjisi harcamalarını gözardı eden TS 825’in ısıtma enerjisi tasarrufunu da sadece U katsayısına bağlaması nedeniyle enerji etkin bina kabuğu tasarımında yetersiz kaldığı görülmektedir. Grafiklerden görüldüğü gibi, soğutma enerjisi tasarrufunun çok önemli olduğu Mardin’de geleneksel taş duvarın Temmuz ayında sağladığı iç yüzey sıcaklığı ve iç ortam sıcaklığı TS 825’e göre yapılmış duvarların sağladığı sıcaklıklara göre hemen hemen 10 oC daha düşüktür. Bu da, U katsayısı TS 825’in istediği sınır değerden neredeyse üç kat fazla olan geleneksel duvarların standarda göre yapılmış duvarlara oranla çok daha fazla enerji etkin olduğunu göstermektedir. Dolayısıyla, sıcak kuru iklim bölgesinde enerji etkin tasarım için geleneksel mimarinin kabuk sisteminde kullanılmış olan kalın taş duvarların ısıl kütlesinin U katsayısından daha etkili olduğu hesap sonuçları ile de kanıtlanmıştır.

Ayrıca yine Şekil 1, 2, 3 ve 4’de görüldüğü gibi, TS 825 tarafından aynı yalıtım kurallarına tabi tutulan İstanbul ve Mardin’de standardın kurallarını sağlayan duvarlar hem Ocak hem de Temmuz ayında son derece farklı ısıl performans göstermektedirler. Bu da yine bu duvarların iki şehirde aynı detayda yapılmaları durumunda farklı ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyacı gösterecekleri anlamına gelmektedir. Bu sonuçlar da, iklimsel karakteristikleri birbirinden çok farklı olan şehirleri aynı yalıtım kurallarına bağlayan TS 825’in enerji etkin bina kabuğu tasarımında tasarımcıları hatalı çözümlere yönlendirdiğini göstermektedir.

Dış duvarları çalışmada önerilen üç duvar alternatifi ile oluşturulmuş konut binasının ısıtma ve soğutma ihtiyaçları da yine sonlu farklar yöntemi ile hesaplanmıştır. Bu duvar tiplerinin İstanbul ve Mardin’de neden olduğu ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyaçları (yükleri) Şekil 5’de gösterilmiştir. Bu şekilde de görüldüğü gibi, yukarıda açıklanan nedenlerle, TS 825’in önerdiği aynı U katsayısına sahip Duvar 1 ve Duvar 2 aynı şehirde farklı ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyacına neden olmaktadır. Gerek Duvar 1’in ve gerekse Duvar 2’nin İstanbul ve Mardin’deki performansları da birbirinden çok farklıdır. Mardin’de en düşük ısıtma ve soğutma enerjisi ihtiyacını TS 825’e uygun olmayan geleneksel Mardin taşı ile oluşturulmuş ısıl kütlesi yüksek Duvar 3 sağlamaktadır.

GELENEKSEL MARDİN KONUTLARININ ENERJİ VE KONFOR AÇISINDAN MODERN KONUTLARLA KARŞILAŞTIRILMASI

Uluslararası bir öğrenci çalıştayında gerçekleştirilen bu alan çalışmasının amacı, Mardin’de geleneksel bir konut ile modern bir konut binasının enerji verimliliği açısından karşılaştırılmasıdır. Bu karşılaştırma için aynı yönlendiriliş durumuna sahip Mungan Evi olarak adlandırılan geleneksel bir konut ile Demir Evi olarak adlandırılan modern bir konut binası seçilmiş ve bu iki konutta sıcaklık ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca ölçüm sonuçlarını desteklemek üzere geleneksel ve modern olmak üzere toplam 100 konutta, evsahipleri ile anket yapılmıştır.

Mungan Evi yöresel taş duvarları, güneye bakan eyvanları ve yüksek tavanlı mekânları, bu mekânlarda güneye bakan tek camlı pencereleri ve duvarın tavana yakın kotunda pencere üstlerine denk gelen ve sıcak hava tahliyesinde kullanılan küçük pencereleri olan geleneksel bir Mardin evidir. Demir Evi ise duvarları TS 825’e göre yalıtılmış, çift camlı PVC doğramaları olan modern bir konut binasıdır. Bu iki konutta 2004 yılının Mayıs ayı sonunda eşzamanlı sıcaklık ölçümleri yapılmış ve iç ortam sıcaklıkları ile duvar ve pencerelerin iç yüzey sıcaklıkları ölçülmüştür. Anket çalışmalarında ise, modern ve geleneksel konutlarda yaşayan toplam 100 kişiye kış ve yaz koşullarında konutların ısıl koşullarından memnuniyetleri ile ilgili 34 soru sorulmuştur.

Şekil 6’da Mungan Evi’nde ve Demir Evi’nde ölçüm çalışması yapılan mekânlardan birinin şematik planları ve ölçüm noktaları görülmektedir. Tablo 2’de ise bu noktalarda ölçülmüş sıcaklık değerleri yer almaktadır.

Tablo 2. Geleneksel ve modern konutta eşzamanlı ölçülen sıcaklık değerleri

Şekil 7’de ise, anket sonuçlarından derlenmiş olan, geleneksel ve modern konutlarda yaz ve kış ortam sıcaklıkları ile ilgili kullanıcı görüşleri yer almaktadır. Bu şekilden görüldüğü gibi, geleneksel konutlarda kullanıcıların sadece % 12’si yazın iç ortam sıcaklığını yüksek bulurken, bu oran TS 825’e göre yapılmış yeni konutlarda % 69’a çıkmaktadır. Yeni konutlarda kullanıcıların sadece % 9’u yazın iç ortamı serin bulurken, geleneksel konutlarda kullanıcıların % 64’ü serin bulmaktadır. Dolayısı ile yaz şartlarının baskın olduğu Mardin’de geleneksel konutların iç ortamı kullanıcılar tarafından çok daha konforlu bulunmaktadır. Bu anket çalışmasının sonuçları da, hesaplama çalışmasının sonuçlarıyla uyumlu olarak, geleneksel konutların modern konutlara göre daha enerji verimli ve konforlu olduğunu göstermektedir.

SONUÇ

Bu makalede açıklanan hesaplama ve alan çalışmasının sonuçları göstermiştir ki, Türkiye’nin sıcak kuru iklim bölgesinde, ısı geçirme katsayısı TS 825 standardının öngördüğü değerlerden çok daha yüksek olan taş duvarlı geleneksel konut binaları, TS 825’e göre yapılmış yeni konutlara göre enerji verimliliği açısından çok daha iyi performans göstermektedir. Bu durumda denilebilir ki, TS 825’in bina enerji verimliliği düzeyini sadece kabuk U katsayısı ile tanımlamaya çalışması çok yanlıştır. Hesaplama çalışmasının sonuçlarından da görülmektedir ki, bina kabuğunun U katsayısından başka, ısıl davranışını etkileyen özgül ısı ve yoğunluk gibi değerleri de vardır. O nedenle, aynı U katsayısı sağlayan ama malzemelerinin özgül ısı ve yoğunluk değerleri farklı olan duvarlar farklı enerji performansı göstermektedir. Türkiye’de yürürlükte olan, binaların enerji verimliğini etkileyen tüm parametrelerini hesaba katan ve TS 825’in tüm içeriğini de kapsayan “Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği” AB direktifleri doğrultusunda hazırlanmış enerji verimli bina tasarımında çok daha etkili, zorunlu bir yönetmeliktir. Bu durumda TS 825 standardı gözden geçirilmeli, Türkiye’nin iklim bölgelerine ve bina tipolojilerine göre yalıtım kurallarını daha doğru temellere dayanarak tanımlamalıdır. Aksi durumda, mevcut hali ile yürürlükte olması, bina enerji verimliliği konusunda hatalı uygulamaların sayısını artırarak ülkenin enerji ekonomisine zarar verecektir.

NOTLAR

1. 1998, Turkish Standards-TS 825: Rules of Heat Insulation in Building.

2. 2010, BEP, Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği, Resmî Gazete, 7 Aralık 2010.

3. 2004, Conference and Exhibition of Workshop on Energy Efficient Design in South East Turkey (Mardin Case), İTÜ Mimarlık Fakültesi, İstanbul, Ekim 2004.

4. Yılmaz, Z., 2007, “Evaluation of Energy Efficient Design Strategies for Different Climatic Zones: Comparison of Thermal Performance of Buildings in Temperate Humid and Hot Dry Climate”, Energy and Buildings, Cilt:39, Sayı:3, ss.306-316.