Çizelge 1’de açıklanan bu programların iklim verileri İngilizcede kullanılan Latin alfabesi üzerine kurulmuş bir karakter kodlaması olan ASCII biçiminde (format) girilmiştir. Dolayısıyla bu programlara yüklenmek istenen yeni iklim verilerinin de ASCII biçiminde girilmesi gereklidir. Enerji etkin bina tasarımında kullanılan paket programlardaki bina çizimleri genel olarak iki şekilde ele alınmıştır. Birisi Çizelge 1’de açıklandığı gibi CAD biçiminde yapılan çizimlerdir. Diğeri ise Autocad çizim programı ile kaydedilmiş ASCII tabanlı DFX uzantılı dosyadır. DFX dosyası içinde üç boyutlu bina ve yapı bileşenlerinin çizimleri bulunur. Menüde bulunan bu bina veya yapı bileşenlerine ait kalıp çizimlere ölçü ve boyut girilerek istenen çizimler elde edilir. Çizelge 1’de yer alan Awnshade, Daylight, Opaque, Parasol, Solar Tool, Solar gibi pencere, gölge elemanı ve duvar modellemesi yapan programlarlarda çizimler DXF biçiminde yer alır. Yani bu programlar ile CAD tabanlı çizimler yapılamaz. Burada Ecotect pencere ve gölge elemanlarını DXF biçiminde modellerken, tüm binanın enerji verimliliğini CAD tabanlı çizimler üzerinden örnekler. Çizelge 1’de yer alan Apache, Doe-2, Ecotect, Esp-r ve Trnsys tüm binanın enerji verimliliğini örnekler. Bu doğrultuda iklimlendirme sistemlerinin tasarımı, enerji çözümlemesi ve verimliliği ile ilgili simülasyon yapan bu programların çalışabilmesi için enlem, boylam, iklim verileri, malzeme katmanları ve tüm binanın çizimlerinin girdi olarak yüklenmesi gerekir. Bu programlara yüklenen veya programda yapılan CAD tabanlı çizimler pencere ve duvar olarak tek çizgi ile ifade edilir. Çizimlerde yapı bileşenlerini biçimi veya malzemesi gözükmemekle birlikte pencere veya herhangi bir duvar seçilerek menüye malzeme katmanları girilir ve simülasyonlar bu doğrultuda gerçekleşir. Daha sonra binanın ısı verimini gösteren CFD çıktıları alınır. CFD, bilgisayar ortamında yapılan bir simülasyon ve tasarım işlemidir. Binanın biçimine ve malzemesine bağlı olarak iç hacimdeki akışkanları (gazlar, sıvılar) ve ısı iletileri seçilen iklime göre CFD işlemi ile modellenir. (Şekil 13 ve 5) Çizimleri hazırlanmış ve malzemeleri belirlenmiş bir binanın enerji verimliliğini izlemek için ısısal verim ve iklimlendirme düzeneklerinin hacmini örnekleyen Apache, Doe-2, Ecotect, Esp-r, Heed ve Trnsys gibi programların menüsüne elektrik ve gaz gibi yakıtların tarife fiyatlarının da girilmesi gerekir. (Şekil 6) Bu bağlamda, tüm binanın enerji korunmasına yönelik olarak hazırlanmış programlara yüklenen girdiler ortak özellik gösterir. Sonuç olarak Çizelge 1’de açıklandığı gibi ilgili verilerin eksiksiz ve programın çalıştığı standarda uygun olarak girilmesi programı doğru kullanma açısından çok önemlidir.

Enerji Korunmasına Yönelik Programların Kullanımı

Enerji korunmasına yönelik Çizelge 1’de verilmiş olan programlar kullanım açısından üç şekilde ele alınabilir. Bunlardan birincisi tüm binayı kapsayacak şekilde enerji simülasyonu yapılması, ikincisi yapı elemanlarının ayrı ayrı örneklenmesi ve üçüncü olarak iklim çözümlemesi çıkaran programlar

Birinci kısma Apache (Şekil 1), Doe-2 (Şekil 2), Ecotect (Şekil 3), Esp-r (Şekil 4), Heat 2 (Şekil 5), Heed (Şekil 6) ve Trnsys (Şekil 7) girmektedir. Heed dışında bu programlardaki çizimler pencere ve duvar olarak tek çizgi ile ifade edilip, duvar veya pencere seçilerek uygulanan malzemeler menüye kayıt edilir. Bu programlar aynı görevi yapmakla birlikte bir takım farklılıklar gösterir.

Doe-2, Esp-r ve Trnsys mekanik iklimlendirme düzeneklerinin tasarımı konusunda uzmanlaşmıştır. Özellikle Trnsys çözümlemeleri sayısal bağlantılarla yapması yönü ile farlılık gösterir. Bu program malzeme ve ısı bilimi konusundaki deneysel çalışmaların sayısal bağlantılara çevrilmesinde kullanılabilir. Apache ve Ecotect ise binanın iklimlendirme düzenekleri konusunda bir fikir vermekle birlikte, bu programlar binanın biçimi, dış kabuğu, saydam ve sağır yüzeylerin oranı ile dış çevre etkilerini ilişkilendirmesi yönü ile mimari tasarıma daha yatkındır. Heat 2 ise mimaride çatı, temel veya duvar gibi yapı bileşenlerinin nokta detaylarının çözümü için uygundur.

Tüm binanın enerji verimliliğini örnekleyen Apache, Doe-2, Ecotect, Esp-r, Trnsys ve bu yazıda sözü edilmeyen diğer ilgili programlar bina tasarlanıp malzemeleri belli olduktan sonra simülasyon yapılabilir veya CFD çıktısı yaratabilir. Bu ise tasarımdaki sorunları görmekte gecikmeye ve düzeltilmek üzere tekrar başa dönüşlere yol açmaktadır. Bu durumda malzeme, boyutlandırma ve dış kabuğun biçimi enerji verimliliği sağlayacak şekilde tekrar düzenlenir. Bu ise tasarımda deneme-yanılma sürecinin yaşanmasına neden olur. Bu sorunu gidermek için tasarımın en başında iklim çözümle ile alınacak önlemler saptanıp, bu doğrultuda tasarıma veya eskizlere başlamak gerekir. Diğer bir görüş, binanın tamamını çizmeden önce, tasarıma pencere, duvar veya çatı gibi yapı bileşenleri ayrı ayrı modellenerek başlanabilir. Böylece verimliliği saptanan her bir yapı bileşeni tasarıma uygulanarak çizimler tamamlanır. Apache, Doe-2, Ecotect, Esp-r, Heed ve Trnsys gibi enerji simülasyonu yapan programlar yapı bileşenleri örneklenebilir. FreeRunner’da (Şekil 8) binanın enerji verimliliğini çizelgeler eşliğinde modeller. Bu programda çizim dosyaları bulunmaz.

İkinci kısma Awnshade (Şekil 9), Daylight (Şekil 10), Opaque (Şekil 11), parasol (Şekil 12) ve solar Tool (Şekil 13) girmektedir. Bu programlar yapı bileşenlerinin örneklemesinde kullanılır ve çizimler DXF biçimindedir. Awnshade, Parasol ve Solar Tool gölge elmanı modeller. Burada Parasol camlama, doğrama, iç ve dış gölge elemanı modellemesi yönü ile daha geniş kapsamlıdır. Ancak Solar Tool her türlü dış gölge elemanı, pergola ve binanın gölgeleme verimini çıkarması açısından esnek bir programdır. Awnshade ise pencere ve dış gölge elemanı ile ilgili ayrıntılı ölçülerin girilebilmesi yönüyle farklılık gösterir. Opaque sadece duvar kuruluşları üzerinde uzmanlaşmıştır. Daylight (günışığı) ise yalnızca DF değerinin belirlenmesinde kullanılır. Eco-Lumen (Şekil 14) de aydınlama örnekler.

Yapı bileşenlerini örnekleyen programlarda yapılan tasarımın uygunluğu, yine programdan çıkarılan verim çizelgeleri izlenerek belirlenir. Eğer tasarımcının pencere veya duvar ölçü ve malzemeleri konusunda bir ısrarı yok ise; deneme-yanılma yöntemi ile en uygun seçenek bulunabilir.

Yukarıda sözü edilen enerji simülasyonu yapan programlar ile de yapı bileşenleri örneklenebilir. Ancak bu programların çok geniş kapsamlı olan menüsünün bir kısım komutlarının kullanılması, tasarımcıyı bazı gereksiz işlemlere sürükleyebilir. Örneğin, tasarımcı menüde bulunan ısı geçişleri, fotovoltaik panellerin tasarımı vb. gibi konularla ilgilenmeyip, sadece duvar veya pencere konusunda nokta çalışması yapmak isteyebilir. Kaldı ki tasarımcı her zaman enerji verimliği konusunun tüm başlıklarını binanın tümü için uygulama olanağı bulamaz. Burada mimari tasarımın işlevsellik, estetik veya kullanıcı istekleri gibi diğer öğeleri öncelik kazanabilir. Bu bakımdan ikinci kısımda ele alınan yapı bileşenlerini modelleyen programları kullanmak yerinde olur. Bu durumda hem yeni hem de mevcut binaların iyileştirilmesi için yapı elemanlarını tek tek modelleyen programların seçilmesi önerilmektedir. Şekil 15’de görünen IPSE ise enerji etkin bina tasarımı konusunu en temel hali ile anlatmaktadır.

Üçüncü kısma Climate 1 (Şekil 16) ve Weather Data Viewer (Şekil 17) girmektedir. Bu programlar iklim çözümlemede kullanılır. Burada Weather Data Viewer psikometrik çizelgede kullanılan kuru termometre sıcaklığı / nemlenme noktası gibi ikili veya gibi dörtlü iklim verilerini aynı çizelgede çıkarabilir. Bu programların menüsünde kayıtlı iklim verileri enerji simülasyonu yapan programlara aktarılabilir. Bugün enerji çözümleme programları, mimari tasarımın sonunda “tasarım verimini doğrulamak” için kullanılmaktadır. Oysaki tasarım sürecinin başından itibaren, süreç boyunca enerji simülasyonu desteği ile yürütülen bir bina tasarımının sonuç veriminin çok daha yüksek olacağı açıktır.10 Burada mimardan beklenen çalışma enerji verimliliğini sağlayabilecek çözümleri yapabilmesi ve CFD çıktısını alabilmesidir. CFD çıktısında öngörülen enerji verimliliği sağlanmış ise, mimar bu noktadan sonra binayı modellemeyi bitirerek, mekanik iklimlendirme düzeneklerinin tasarımını makine mühendislerine bırakabilir. Sonuç olarak mimardan beklenen iklimlendirme düzeneklerinin tasarımı değil, binada enerjinin korunmasına yönelik altyapıyı kurgulayabilmesidir.

Bu çerçevede bilgisayar destekli enerji etkin bina tasarımı için yapılması gereken iş sırası iki temel aşamaya bölünebilir.11 Birincisi yerleşimin iklim verilerinin elde edilmesi ve iklim çözümleme; ikincisi yerleşimin iklim çözümlemesine uygun, yapı bileşenlerinin ve dış kabuğun örneklenmesi (modellenmesi) olarak ele alınabilir.

TARTIŞMALAR VE SONUÇ

Bu araştırmada bilgisayar desteğinin enerji etkin bina tasarımını kolaylaştırdığı vurgulanarak, mimari tasarımın da bu çerçevede yapılması önerilmiştir. Bu konu “enerji verimliliği” ile ilgili yasaların mimar tarafından doğru uygulanması açısından da önem taşımaktadır. Ancak bilgisayar destekli enerji etkin bina tasarımından beklenen verimi almak için aşağıda saptanmış olan konuların yeniden düzenlenmesi gerektiği öngörülmüştür.

• Enerji etkin bina tasarımı, yeşil mimarlık, ekolojik veya sürdürülebilir mimarlık konularında bilim çevreleri ve devlet kurumlarınca yapılan teşvikler, mimari tasarım geleneğinin tekrar gözdengeçirilmesini gerektiriyor.12 Burada öncelikle mimarın tasarım ekibi içindeki görevinin, sadece kullanım ve görsel algı ağırlıklı plan kararlarını binaya uygulamak ve çizmek olmadığını kabul etmek önemlidir. Mimar, tasarımın biçimsel kararlarını görsel etki, algı veya kullanım gibi konulara ek olarak enerji verimliliği açısından da sorgulamalıdır. Geleneksel bakış açılarının vazgeçilmez öğelerinden “yatay-düşey etki, kitlelerin dengesi, saydam ve sağır yüzeylerin oranı” gibi görsel algı ve estetiğe yönelik plan kararları gerçekte binanın enerji verimliliği ile doğrudan ilgilidir. Binada ”yatay etkiyi” vurgulamak üzere konan bir kiriş çıkıntısı, kış boyunca güneş ışınımını keserek binanın ısısal verimini düşürebilir. Bu çerçevede mimar ve ekip içindeki diğer tasarımcılar enerji verimliliği ve yenilenebilir enerji kullanımı ile ilgili tasarım bileşenlerini binaya yansıtabilmeli, yeni biçimsel bakış açıları geliştirebilmelidir. (Şekil 18) Burada anlatılmak istenen binanın enerji verimliğinin sınandığı tek katlı bir deney laboratuarı olmasından çok, enerji dahil tüm tasarım öğelerinin birbirini sağlayabildiği ve her türlü binaya uygulanabilen çözümlerdir. Bu plan kararlarının tasarımcının yeteneğinin yanı sıra, bilgisayar desteği ile daha kolay çözümlenebileceği yazıda açıklanmıştı. Bu çerçevede mimarlar CAD tabanlı programları sadece çizim için değil, aynı zamanda enerji çözümlemesi yapmak için de kullanabilmelidir. Bunun da ötesinde piyasaya sürülmüş mevcut yapı malzemeleri, iklim verileri ve ilgili yasalar gibi binayı etkileyen diğer tasarım öğeleri temel alınarak enerji çözümlemesi yapan ülke koşullarına uygun programların yazılımları yapılmalı ve kullanımları yaygınlaştırılmalıdır.
• İmar Mevzuatı, mimari tasarıma yön veren yasal düzenlemeleri içermesi yönüyle binanın biçimlenmesinde önemli yer tutar. Bu açıdan, mevzuat kapsamındaki imar yönetmelikleria, Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliğib, ısı yalıtımı ile ilgili yönetmeliklerc birbirleriyle uyumlu hale getirilmelidir. İmar yönetmeliklerindeki arsa üretimi, yapının arsaya yerleşme biçimi, TAKS ve KAKS hesaplamaları gibi binanın dış kabuğunu belirleyen ilgili maddeler, enerji etkin bina tasarımını sağlayabilecek şekilde yeniden düzenlenmelidir. Özellikle, arsa üretimi ve binanın biçimlenmesi ile ilgili imar yönetmeliklerindeki maddeler tüm ülkeyi kapsayacak şekilde genellemeler getirmemeli; her iklim kuşağı için ayrı bir düzenleme konulmalıdır.

• Tasarımcı açısından iklim verileri ve malzeme standartlarının yeterliliği ve erişim kolaylığı, yasalar kadar önemlidir. Sonuç olarak yeterli iklim verileri ve standartların olmaması durumunda hem enerji etkin bina tasarımından hem de bilgisayar desteğinden sözedilemez.

NOTLAR

• Szokolay, 1980
• Mcmullan, 1990
• Şenyapılı, 1969
• Tavares ve Martins, 2007
• İlal, 2007
• Jennings, 2009
• Sağlamer, 1985
• Akipek, 2007
• Capeluto ve Ark., 2003
• Harputlugil, 2007
• Yüceer, 2008
• Doğaner ve Toker, 2010

KAYNAKLAR

Akipek, F.Ö. 2007, “Bilgisayar Destekli Tasarım ve Üretim Teknolojilerinin Mimarlıktaki Kullanımları”, Megaron, YTÜ Mimarlık Fakültesi E-Dergisi, cilt:2, sayı:4, ss.237-253.

Capeluto, G.I., A. Yezioro, ve E. Shaviv, 2003, Climatic Aspects in Urban Design: A Case Study , Building and Environment, cilt:38, sayı:6, ss.827-83.

Doğaner, S. ve S. Toker, 2010, “Güneş Dekaltonu: Türkiye için Aydınlatıcı Bir Model”, Mimarlık, ss.66-70.

Harputlugil, G.U. 2007, “Mimari Tasarım Sürecinde Bina Enerji Simülasyon Programı Uygulamalarının Yeri”, Teknoloji, cilt:10, sayı:4, ss.249-265.

İlal, M.E. 2007, “The Quest Integrated Design System: A Brief Survey of Past and Current Efforts”, METU JFA, cilt:24, sayı:2, ss.149-158.

Jennings, P. 2009, “New Directions in Rewable Energy Education”, Renewable Energy, sayı:34, ss.435-439.

Mcmullan, R. 1990, Environmental Science in Building, Macmillan, Hong Kong.

Sağlamer, G. 1985, “Mimarlıkta Bilgisayar Uygulamaları”, Mimarlık, ss.11-15.

Szokolay, S.V. 1980, World Solar Architecture, John Wiley and Sons Inc, New York.

Şenyapılı, Ö. 1969, “Sorumun Paylaşılması”, Mimarlık, ss.13-14.

Tavares, P.F.A.F. ve A.M.O.G. Martins, 2007, “Energy Efficient Building Design Using Sensitivity Analysis: A Case Study”, Energy and Buildings, sayı:39, ss.23-31.

Yüceer, N.S. 2008, “Enerji Etkin Bina Tasarım Teknikleri, Adana Örneği”, ÇÜ Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, ss.287-298.

Araştırmada Sözü Geçen Standartlar:

TSE: Türk Standartları Enstitüsü, ölçü birimi: metrik.

ASHREA: American Society of Heating, Refrigerating and-Airconditioning Enginneers, ölçü birimi: Btu.

ISO: Innternational Standards Organisation, ölçü birimi: metrik (SI).

Araştırmada Sözü Geçen Yasal Düzenlemeler:

a) İmar Yönetmelikleri: Tüm büyükşehir Belediyeleri İmar Yönetmelikleri, 1985/303018916 Belediyeler Tip İmar Yönetmeliği, 1985/18916 Plansız Alanlar İmar Yönetmeliği.

b) 2008/27075Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği, Üçüncü Bölüm.

c) Isı yalıtımı ile ilgili yönetmelikler: 2008/27019 Binalarda Isı Yalıtımı Yönetmeliği; 2008/27075 Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği, Dördüncü Bölüm; 2008/27035 Enerji Kaynaklarının ve Enerjinin Kullanımında Verimliğin Artırılmasına Dair Yönetmelik.