İnşaat Sektöründe Çevresel Bir Yaklaşım Olarak Havalandırmalı Cepheler
Sanayileşme ve tüketim endeksli yaşam beraberinde çevre kirliliğini getirmiş, sonrasında iklim değişikliği ve doğal kaynakların tükenmesi ile etkisini daha da artırmıştır.
Sorunun çözümüne ilişkin farklı iş kollarından alternatif öneriler geliştirilmektedir. İnşaat sektörü kirliliğin ana aktörlerinden biri konumundadır. Tasarrufa yönelik çözüm önerileri arasında cephe sektörünü yakından ilgilendiren, ayrıca ciddi potansiyele sahip bir iş sahası olan havalandırmalı cephe çözümleri çeşitli boyutlardan ele alınmalıdır.
İnşaat sektöründe sağlanabilecek enerji tasarruf potansiyeli diğer birçok sektöre kıyasla çok daha fazladır. 2018 Global Status Report’da (2018-GSR) yayınlanan verilere göre, 2017 yılı içerisinde global ölçekte kullanılan enerjinin %36’lık kısmı ve toplam CO2 salınımının %39’u inşaat sektörüne aittir (1).
Şekil 1 Global ölçekte enerji kullanımı ve CO2 salınımı oranları – 2017 (1)
Yapının kullanım süreci içerisinde tükettiği enerji, yapının inşası için tüketilen enerjiden çok daha fazladır. Yapının kullanımı sırasında tüketilen enerjinin önemli bir kısmı yaşam alanının iklimlendirilmesi için harcanmaktadır. Cephe kabuğunda yapılacak iyileştirmelerle enerji sarfiyatı ve CO2 salınımının düşürülmesi ekseninden hareketle yapı kabuğunda enerji verimliliği sağlayacak birçok alternatif malzeme geliştirilmiş ve kullanıma sunulmuştur. Çeşitli performanslarda Low-e kaplamalı camlar, düşük ısı geçirimli kaplama ve izolasyon malzemeleri, yeni nesil gölgeleme çözümleri gibi ürünleri bu alternatifler arasında sayabiliriz. Her biri bağımsız olarak enerji verimliliğine yüksek katkı sağlayan bu malzemeleri, bütüncül bir yaklaşımla değerlendirerek sağlayacakları faydayı daha da artırmak mümkündür.
1. Havalandırmalı Cephe Sistemleri
1.1. Tercih Edilme Nedeni
2018-GSR’de sunulan dikkate değer diğer bir veri de 2010-2017 yılları arasında ısıtma enerji sarfiyatı düşme eğiliminde iken alan soğutma enerji sarfiyatının %20 arttığıdır(1). Klasik yalıtım çözümlerinin yaz aylarında yoğun güneş altında ısı izolasyon performansı beklenen düzeyde değildir. Işınım yoluyla ısınma nedeniyle, renk, ışık açısı, ortam sıcaklığı ve güneşlenme süresine bağlı olarak kaplama malzemesi ısınarak dış ortam sıcaklığının çok üzerine, bazı durumlarda 80 C° seviyelerine çıkabilmektedir. Bu durum ısı yalıtım malzemesinin verimini önemli ölçüde düşürmekte ve soğutma maliyetlerinde istenen tasarruf sağlanamamaktadır.
Havalandırmalı cepheler, yazların sıcak, kışların ılık olduğu iklimlerde iki opak katman arasında havalandırma boşluğu bırakılarak yapı kabuk sıcaklığının dengeye getirilmesine imkân sağlayan çözümlerdir. Bu sistemlerin temel faydası, yapının, dış cephe kabuğundan gelen solar radyasyon etkisinden oluşturulan hava odacığı içerisinde yoğunluk farkına bağlı olarak oluşan doğal konveksiyon ile korunarak bina soğutma yükünün azaltılmasıdır (4). Sistem taşıyıcı braket ve izolatörleri, düşey & yatay lineer askı karkası, ısı yalıtım panelleri ve görsel kaplama materyalinden oluşmaktadır.
1.2. Örnek Isı Performansı
15 Kasım 2018 tarihinde Dubai’de özel olarak tasarlanan bir havalandırmalı cephe örneği üzerinde yapılan bir deneyde dış ortam sıcaklığının 40 C° ölçüldüğü anda panel yüzeyi 55 C° seviyesinde, panel arkası boşlukta sıcaklığın 35-45 C° arasında olduğu, ısı yalıtım paneli önünde oluşan ısının ise 40-45 C° seviyelerinde kaldığı gözlenmiştir. Deneyde kaplama üst kısmındaki hava sıcaklığının alt kısma göre 10 C° daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca ısı yalıtım paneli ön sıcaklığı kaplama malzemesine kıyasla 5-15 C° daha düşüktür (2). Yapılan analizlerde havalandırmalı cephe sistemine sahip bir yapı ile klasik bir yapı arasında yazın pik sıcaklık dönemlerinde, soğutma maliyetlerinde %47-51 arasında enerji tasarrufu (4) sağlanabileceği hesaplanmıştır.
1.3. Sistem Tasarımında Dikkat Edilecek Hususlar
1.3.1. Isı & Nem Performansı
Yönetmeliklere göre değişkenlik gösterse de Avrupa şartlarında standart bir konut yapısında soğuk cepheler için ideal ısı geçirimsizlik performansı 0,2 W/m²K, pasif evler içinse 0,15 W/m²K ve altında olarak kabul edilebilir. Sistem tasarımı yapılırken ısı geçirimsizlik değeri yanında yüzey yoğuşması tedbirleri de alınırsa havalandırmalı sistemler rutubet oluşumunun engellenmesine yardımcı olur.
1.3.2. Enerji Performansı
Genel olarak bina yapısıyla direkt ilgili olsa da cephe sisteminin binada kullanılan ısıtma ve soğutma sistemlerine ait enerji tüketimine katkısı çok önemlidir. Pasif Ev standartlarında bir performans beklentisi varsa havalandırmalı cephelerin diğer enerji tüketim kaynaklarıyla entegre çalışması talep edilebilmektedir.
1.3.3. Akustik Yalıtım
Havalandırmalı sistemlerin dış cephe katmanı ve boşluklu yapılarıyla dışarıdan gelen seslere karşı yapının akustik yalıtım performansını iyileştireceği bilinen bir gerçektir. Buna karşın havalandırma pencereleri ve sirkülasyon boşluğu üzerinden katlar arası veya bitişik mekanlar arası ses transfer riski bulunmaktadır. Uygun bölme materyalleri kullanılarak bu sorun aşılabilmektedir. Ses iletimi; dış cephe kaplama malzemesine, parçalar arasındaki boşluklara, sirkülasyon boşluğu genişliğine, dış duvar izolasyon malzemesine, pencerelere ve hava geçirim değerine bağlıdır (3).
Aynı zamanda akustik olarak problem yaratabilecek diğer bir gürültü kaynağı da rüzgardır. Bu ses rüzgarın yönüne, hızına, türbülans etkisine ve akış karakterine bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Bu gürültüyü minimize etmek için kaplama tasarımında keskin kenarlardan ve oluklu dizaynlardan kaçınmak faydalı olacaktır.
1.3.4. Yangın Performansı
Bu sistemlerde, oluşan hava sirkülasyonu yangın durumunda yangının üst katlara sirayetini kolaylaştıracak şekilde davranabilecektir. Bu nedenle pasif yangın durdurucu olarak nitelendirilen ve yangın anında genleşen ve hava sirkülasyon boşluklarını kapatan intümesan esaslı köpük bariyerler ile desteklenmelidir.
1.3.5. Sürdürülebilir Malzeme Seçimi
Dış cephede kullanılan malzemelerin seçiminde üretim süreçlerinde bıraktıkları karbon ayak izi verilerinin değerlendirilmesi de çok önemlidir. Üretim ve montaj süresi kısa, stoklanabilen, konteynerler ile sevk edilebilen, istiflenebilen, hafif malzemelerin kullanımı tercih edilmelidir. Çelik, cam, beton vb. alternatiflerine kıyasla ahşap gibi biyo-tabanlı bir malzeme kullanımı daha çevresel bir yaklaşım olabilir. Üretim süreçlerinde oldukça düşük CO2 salınımına sahip olan ahşap, düşük ısı iletim katsayısı, iç ve dış mekânda uygulanabilme gibi avantajlara da sahiptir. Buna karşın, termal kararsızlıklar, yangın dayanımı zafiyeti, zayıf mekanik özellikler, biyotik bozulma vb. dezavantajları bulunmaktadır.
1.4. Dizayn Kısıtları
1.4.1. Taşıyıcı Sistemin Dayanımı
Havalandırmalı cephe sistemi braketler aracılığıyla bina strüktürüne konsol olarak bağlanmaktadır. Bu nedenle sistemin bağlanacağı yüzeyin mekanik dayanımı, rüzgâr, deprem, ısıl genleşme vb. yükler altında sistemi taşıyıp taşımayacağı kontrol edilmelidir. Bu sistemlerde görsel kaplama malzemesinin hafif olması alt konstrüksiyon maliyetinin optimize edilmesi için gereklidir.
1.4.2. Mimari Kısıtlar
Havalandırmalı cephe sistemlerinin verimli çalışması için bina yüksekliği boyunca kesintiye uğramaması gereklidir. Balkon, pencere vb. mimari unsurlar bu sirkülasyon devamlılığını kesintiye uğratır ve sistemin verimli çalışmasına engel olur. Geniş transparan yüzeyler havalandırma sisteminin, hava çıkış kanallarının yerleştirilmesi için yeterli alan bırakmayabilir. Ayrıca eğimli çatılı binalarda çatı çıkmaları için özel önlemler almak gerekebilir. Bina cephesinde ilginç, hareketli dekoratif unsurlar bulunuyorsa bunları korumak kolay olmayabilir.
1.4.3. Fonksiyonel Kısıtlar
Bina dışına konumlandırılmış lambalar, klima üniteleri, kamera sistemi, saçak vb. elemanların sökülmesi, yerlerinin değiştirilmesi veya bu ağırlıkları taşıyabilecek konsol çözümler kurulması gibi ilave maliyet getiren durumlara neden olabilir. Ayrıca, havalandırmalı cephe sisteminin entegrasyonu binanın gün ışığı alma performansını etkiyebilecek, bu konuda ek tedbirler almayı zorunlu kılabilecektir.
1.5. Sosyal Kısıtlar
Havalandırmalı cephe sistemlerinin faydaları maalesef son kullanıcılar ve teknik insanlar tarafından yeterince bilinmemektedir. Dizayn, performans ve uygulama bilgisi eksikliğinin yanında binaya sağlayacağı ekonomik katkı, konfor, çevresel kazanımlar ve yatırım maliyetleri konusunda da bilgi eksikleri bu sistemlerin tercih edilmesinde bir direnç etkisi oluşturmaktadır. Bu konuda akademik mecradan yapılacak seminer ve yayınlar, üreticilerin yatırım ve tanıtım faaliyetleri bu konudaki eksiğin kapatılması konusunda önemli katkı sağlayacaktır.
1.6. Finansal Zorluklar
Havalandırmalı cephe sistemlerinin kullanımı uzun vadede büyük bir tasarruf sağlasa da başlangıç yatırım tutarı önemli bir kısıt oluşturmaktadır. Kiralanan gayrimenkullerde kullanım giderleri genellikle değerlendirmeye alınmadığından, yatırımcılar böyle bir maliyete katlanmak istemeyebilirler. Ayrıca, ortak kullanıma sahip mevcut yapıların yenilenmesinde kullanıcıların yatırım maliyeti konusunda hemfikir olması zor olabilir. Bu nedenle devlet otoriteleri tarafından sürdürülebilir yatırımlara ilişkin verilecek teşvikler, vergi avantajları, krediler vb. geliştirilecek kamu politikaları yatırımcılar için etkili olacaktır.
2. Sonuç
Havalandırmalı sistemler ile ilgili merak uyandırma ve genel bilgilendirme amacı taşıyan yazıda, bu sistemlerinin tercih edilme nedenleri, uygulanması sırasında dikkat edilmesi gereken konular ve karşılaşılabilecek problemler üzerinde durulmuştur. Enerji tasarrufuna bağlı CO2 salınımını azaltıcı etkisiyle günümüz yapılarında havalandırmalı cephe çözümlerine odaklanmak iklim değişiklinin önüne geçebilmek için önemli bir adımdır.
Kaynaklar
1. UNEP Global Status Report 2018, Towards a zero-emission, efficient and resilient buildings and construction sector, 07 December 2018
2. E.P. Gispert*, M. Alsailani, K.C.A. van Dijk (Koen), A.D.K. Rozema, J.P. ten Hoope (Puck), C.C. Korevaar, S.P.G. Moonen (Faas), 2019, Design, construction, and thermal performance evaluation of an innovative bio-based ventilated façade
3. D. Bikasa, K. Tsikaloudakia*, K.J. Kontoleona, C. Giarmaa, S. Tsokaa, D. Tsirigotia, 2017, Ventilated Facades: Requirements and Specifications Across Europe
4. A. Gagliano, F. Nocera, S. Anell, 2016, Thermodynamic analysis of Ventilated Façades under different wind conditions in summer period.
