UYGULAMA 12. Sayı (Ocak-Şubat 2008)

Bütün mimari tasarımlarda malzeme seçimi belirleyici bir rol oynar. Bir binanın formunu etkiler, işlevini belirtir, görünüşü belirler ve çevredeki bütün elemanlar üzerinde bir etki yaratır.
Konsepte bağlı olarak bir malzeme, hem bir yüzey hem de bir strüktür olabilir. Dış duvar sistemleri artık homojen ve monolitik değillerdir; bir kaç katmandan meydana gelirler. Bu katmanların kalınlıkları gittikçe azalırken eş zamanlı olarak etkinlikleri de artmaktadır.

Vakum Yalıtımlı Paneller

Bu panellerin ısı iletkenlik katsayı değerleri, geleneksel ısı yalıtım malzemelerinden daha düşüktür. Diğer taraftan maliyetleri oldukça yüksektir. Bu panellerde kullanılan temel malzeme kuvars veya silisten elde edilmiş bir aerogeldir (Silis jeli). Aerogel yüksek ısı yalıtım özelliğine sahip ve aynı zamanda da yarı saydamdır. Diğer bir anlatımla, güneş enerjisi ve gün ışığının pasif kullanımında da yarar sağlar. Cabot firması, cam granül çapı 0.5 ile 4 mm arasında veya toz halinde olan hidrofobik bir silis jeli (Nanojel) üretmektedir. Granüller, gözenek çapı yaklaşık 20 nanometre olarak %95 oranında hava içerir. Malzeme ağırlığı 40Ğ100 kg/m3’tür. Örneğin, bir şeker küpü şeklinde olan aerogel 20 m3 yüzey alanına ve dolayısıyla oldukça iyi ses yalıtım özelliğine sahip olacaktır. Bazı aerogeller, gün ışığının neden olabileceği kamaşmayı önlemek için de kullanılabilirler (Şekil B). Nanogel dolgulu cam lifi donatılı polyester reçineden oluşan 50 mm kalınlığında bir çift cidarlı kompozit eleman %25 oranında gün ışığını geçirir ve düşük g değeri (%25) yaz aylarında aşırı ısınma tehlikesini azaltır. 0.48 W/m2K’lik düşük U değeriyle malzeme iyi bir ısı yalıtımı sağlar ve dolgusuz panellere (Şekil D) nispeten 5 dB’e kadar ses yalıtımına katkıda bulunur. Bir panelin ağırlığı yaklaşık 14 kg/m2’dir. Diğer bir anlatımla, bir çift cam elemanın ağırlığının altıda biridir. Bu, aynı zamanda Zürih yakınlarında bir spor tesisinde (Şekil A) gösterildiği gibi yapım maliyetini de azaltır.

LED Cepheler

Işık yayan diyotların (Light Emitting Diode-LED) küçük boyutlu olmaları aydınlatma için yeni olanaklar sunmaktadır. Beyaz dahil bir çok renkte monokromatik ışık için LED bulunmaktadır. Etkinliklerine (düşük enerji tüketimiyle yüksek aydınlatma performansı) ek olarak, LED’ler uzun ömürlüdür. Seul’da bulunan Galeria Alışveriş Merkezi, 1970’lerde inşa edilen düz, penceresiz basit bir beton cephenin aydınlatma için bir altlığa nasıl dönüştürülebileceğini göstermektedir (Şekil E-J). Aydınlatma konseptinin tasarlaması için UN Studio mimarları, Rogier van der Heide ile anlaşmışlardır. Yaklaşık 4500 adet 850 mm çapındaki cam elemanlara kırmızı, yeşil ve mavi aydınlatma için LED lambaları takılmıştır. Aydınlatma planı için özel bir yazılım geliştirilmiştir. Böylece video sinyal aracılığıyla, cephe üstünde görüntü, yazılı metin ve renklerle bir gece ışık gösterisi yaratılmıştır. Binanın görsel çekiciliğinin gün içerisinde devamını sağlamak için cam yüzeyler arasındaki dikroik tabakalar güneş ışığının geliş açısına bağlı olarak renk değişimi oluşturmaktadır.

Cam Lifi Optik Sistemler

Işık, elektriğe nispeten büyük miktardaki verileri daha hızlı bir biçimde iletir. Cam lifleri, ışık sinyallerini, yaklaşık ışık hızında iletirken elektrik, bakır kablolardan bu hızın yaklaşık onda biri hızda geçer. Uzun kablolarda, direnç nedeniyle büyük kayıplar olur. Cam liflerinde çok az veri kaybolur. Ayrıca liflerin yüzlercesi, tek ışınlar arasında birleşme olmadan, kablo şeklinde paketlenebilir. Bir cam lifi, 100-450 mikrometre çapında ince, silindir şeklinde bir cam elemandan, bir cam çekirdek ve kaplamadan oluşur. Lifler, özel bir kaplamayla korunur. Işın demeti, liflerin yönündeki herhangi bir değişimi izleyebilir (Şekil K).

Yarı Saydam Beton

LiTraCon prekast beton elemanlarla, Macar asıllı mimar Aron Losonczi, betonun görsel özelliklerini değerlendirmeyi başarmıştır (Şekil L). Malzeme %5 oranında cam lifi ve %95 oranında ince daneli beton içerir. 2 mikromilimetre ile 2 milimetre çapında binlerce cam lifi betona yerleştirilmiştir. Cam lifleri, ışığı betonun kalınlığı boyunca azalmadan iletirler. Elemanların yarı saydamlığı (%60-%70), doğal ve yapay aydınlatma şartlarında algınabilmektedir. Şekiller ve renkler iletilmekte ve yüzeyde görünmektedir. Cam liflerinin küçük çaplı olması, betonun strüktürel özelliklerini etkilemektedir.

Taş Kaplamalar

İnce taş kaplamaların da yarı saydam özelliği bulunmaktadır. Bir tabaka cam ve taş, her iki malzemenin avantajlarının bir arada kullanılmasını sağlar. Ayrıca, dayanımın malzeme kalınlığına olan oranını iyileştirir. Daha yumuşak taş cinsleri de kullanılabilir. Çok ince taş tabakaları (mermer veya granit) cam taşıyan altlığa, örneğin iki bileşenli yapıştırıcı ile yapıştırılarak tespit edilir. Elde edilmesi istenen yarı saydam özelliğin derecesine bağlı olarak granit tabakası bir veya iki milimetre kalınlıkta olabilir. Paneller çerçevelere veya cepheye noktasal bağlantılarla tespit edilebilir. Günümüzde en büyük panel boyutu 350x150 cm’dir.

Bitkilendirilmiş Cepheler

Yüzey kalitesinin önemi hakkındaki tartışmalarda bitkilendirilmiş cepheler bir tür geri dönüşün keyfini yaşamaktadır. Fransız mimarlar Hugues Klein ve Pierre Bauman işbirliğiyle, Fransa’da çalışan İrlandalı mimar Duncan Lewis, Alsace Obernai’de büyük ilgi çeken bir okul binası tasarladı (Şekil N, O). 2004 yılının sonunda tamamlanan tesis, küçük bir parkın ağaçları arasında doğrusal bir hat üzerinde yer alan ahşap taşıyıcı sistemli bir ve iki katlı binalardan oluşuyor. Her bir bina kütlesi camlı koridorlarla bağlanmıştır. İlköğretim okulunun sınıfları, ağaç benzeri çelik tabanlara oturtulmuş ahşap kutulardan oluşur. Çelik çerçeveler, galvanize ızgaraları ve bitkileri taşır. Bitkiler için bitki taşıyıcı tabakayı da içeren yaklaşık 80 mm kalınlığındaki cephe panellerinin boyutları yaklaşık 60x120 cm’dir. Üreticiyle birlikte Lewis, bitkilendirilmiş çatı sisteminde kullanılan standart elemanları iyileştirerek düşeyde kullanmıştır. Asmalar, ızgaralar üzerinden yukarı doğru büyüyerek cepheyi kaplayacaktır. Kısa zaman içinde binalar çevresi ile bütünleşecektir. Bitkilendirilmiş cephelerde büyük bir potansiyel vardır; ekonomiktirler, mikro iklimi düzenlemeye yardımcı olurlar ve doğal peyzajı yapay olanla birleştirirler.

Renkli ve İşlevsel Güneş Modülleri

Genellikle yeni ürünler, belirli bina gereksinimlerini dikkate almadan geliştirilirler. Günümüzde disiplinlerarası çalışma grupları, yapısal planlama ile doğrudan ilişkili ürünler geliştiren çalışmalar yürütmektedir ki bu çalışmalarda mimarlar malzemeleri tanımakta ve gelişimlerine katkıda bulunmaktadır. Avrupa’daki bir araştırma projesi BIPV-CIS (binalara fotovoltaik modüllerin entegre edilmesi) buna bir örnektir. Proje, bakır-indium-diselenide (CIS) malzemesinin alternatif bir güneş pili malzemesi olarak kullanımıyla ilgilidir ve yeni fotovoltaik modüllerin gelişimi, belirli gereksinimleri karşılamasıyla ilişkilendirilmiştir. Bunlar, mevcut bina kabuğunda bir bina tasarlanırken karşılaşılan tasarım sınırlamalarını içerir. Prensipler, çoğu durumda uygulananlardakinden farklılık göstermektedir. Burada amaç, işlev ve teknolojiyi optimize etmektir.

İnce film teknolojisi, silikondan üretilmiş güneş pillerinin sunduğu olanaklardan daha fazla olanak sunar. İnce film pillerinden yapılmış standart bir modülün koyu gri, homojen bir yüzeyi vardır ve yeni fotovoltaik modüllerin doku ve strüktürleri binanın yapısal kapsamına uydurulabilmektedir. Modüllerin görünüşleri, bunları kaplayan cam tabakasına bağlıdır. Daha fazla etkinlik elde etmek için iyi iletim gereklidir ki bu da kaplayan camın kırıcılık indeksine ve folyo tabakanın malzeme özelliklerine bağlıdır. Normal olarak piller optik olarak bağlantılıdır ki bu durum modül yüzeylerinin koyu renk olması durumunu açıklar. Cam elemanlar birbirlerinden, örneğin bir hava tabakasıyla ayrılırsa koyu renk yüzey durumu önlenir. Bu durumda modülün renklendirilmesi artık pil tarafından değil, kaplayan cam tabakası ve pil rengi birleşimiyle belirlenecektir.

Projenin başlangıcında elde edilen gelişmeler arasında, özellikle renkli cam ile birleştirildiğinde yoğun renkli olan optik olarak ayrılmış güneş modülleri bulunmaktadır (Şekil P). Pürüzlü yüzeye sahip camın kullanılmasıyla rahatsızlık verici yansımalar önlenebilmektedir. İnce film teknolojisine bağlı bu tür yeni buluşlar şimdiye kadar sınırlı olan ürün aralığını genişletmektedir. Optik olarak ayrılmış modüller, lamine güvenlik camının gerekli olduğu durumlarda film tabakasının kullanılamaması nedeniyle, tek bir tabaka olarak üretilebilirler. Bu kaliteyi elde etmek için modülün önüne veya arkasına cilalı dökme cam tabakasıyla birlikte bir film tabakası kullanılmalıdır. Binada bu tür ürünlerin kullanımı için izin gereklidir.

Cam tasarımcısı Klaus Jansen, Paderborn’daki Biohaus firmasının ofis binasında, işlevsel etkinliğinin ötesinde güneş pilleri ve panellerin yaratıcı bir şekilde nasıl kullanılabileceğini göstermiştir. Güneş pilleri üreticileri Sunways ve Q-Cells, cam üreticisi Saint Gobain ve mimar Franz Joseph Huxol ile işbirliği yaparak, Jansen yeni bir tip çift cam geliştirmiştir. Bu çift cam, tabakalar arasında silikon güneş pilleri yer alan lamine güvenlik camı ve oda tarafında özel tasarlanmış bir cam tabakadan oluşmaktadır. Camın bir kısmı parlatıcı boyalıdır, diğer kısmı ise antika cam ile birleştirilmiştir. Bir güneş pilinin olağan parlak gri renkli görünüşünün yerini kare geometrik biçimin etkin bir biçimde kullanıldığı anlamlı bir görünüş almıştır (Şekil T).

Tabakalar arasında güneş pillerinin yer aldığı çift cam, geleneksel çift camın sahip olduğu ısı yalıtım özelliklerinin aynısına sahiptir. Güneş radyasyonunun büyük bir kısmı güneş pilleri tarafından soğurulduğu için tüm enerji iletimi düşüktür. Bu nedenle bu tür bir çift cam güneş kırıcı olarak da kullanılabilir. Işık iletimi tek başına kontrol edilebilir. Bu da piller tarafından kaplanan alana veya daha çok bunlar arasındaki mesafeye bağlıdır. 100x100 milimetre boyutlarındaki pillerin 2-3 mm aralıklarla yer aldığı standart bir modül yaklaşık yüzde 10 ışık iletim değerine sahip olacaktır. Bu da merdiven evleri ve giriş holleri için yeterlidir.

Yukarıda verilen örnekler mimarlığın 1990’ların soyut cam strüktürlerinden uzaklaşarak yeni bir duyarlılığa doğru gittiğini göstermektedir. Mimarlar, malzemeleri alışılmışın dışında kullanarak kendi gerçek potansiyellerini keşfetmektedirler.