ERCAN BAŞER / Toprak Akıllı Cephe Sistemleri Ltd. Şti.
AHMET DEMİRCİ / Toprak Akıllı Cephe Sistemleri Ltd. Şti.
SİNAN SOĞANCI / Capvidia NV
MEHMET OĞUZ TUTKUN / Akana Engineering
SERDAR BAYRAM / Baymim Cephe Danışmanlık

GİRİŞ
Bu çalışmada, HVAC sistemi ile entegre, yenilikçi bir giydirme cephe sistemi ele alınmıştır. Bu patentli cephe sistemi, binaların ısıtma/soğutma ve havalandırma fonksiyonları için geliştirilmiş olup, bu işlevlerin yanı sıra dış cephelerin kaplanması işlevini de yerine getirebilmektedir.
Bu dış cephe kaplama sisteminin geliştirilmesinde izlenen hedefler şunlardır:
- Dış cephe kaplama sistemini havalandırma sistemi, ısı geri kazanım sistemi ve ısıtma/soğutma ekipmanı olarak kullanmak
- Bu cephe sistemini HVAC sistemi ile tamamen entegre hale getirmek ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını kolaylaştırmak.

YÖNTEMLER
Araştırmanın tasarım yaklaşımı şekil 1’de özetlenmiştir:

LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Literatürdeki benzer uygulamalar araştırılmış, mekanik sistemlerle entegre cephe çalışmalarında fazla örnek bulunamamıştır. Mikro ısı pompalarıyla modüler cephe tasarımları ve faz değiştiren malzemelerle cephede ısı depolamalı teknikler sıklıkla karşılaşılan araştırma konularıdır. Fakat giydirme cephenin HVAC sistemi ile entegrasyonu konusunda, havalandırmalı “Double-skin Façades” ve “Supply Windows/SUP” en benzer uygulamalardır.
Saelens, (2002) [1], “Multiple-Skin” cepheyi “Hava kanalı olarak kullanılan bir cidarla ayrılmış iki şeffaf yüzeyden oluşan bir cephe yapısı” olarak tanımlar.

Bu tanım, üç ana unsuru kapsamaktadır:
1) Cephe kaplama yapımı
2) Sınırlayıcı yüzeylerin şeffaflığı ve
3) Boşlukta (cidar) hava akışı.

Bu tanımdan yola çıkarak, yapılan çalışmalarda boşluğun, konstrüksiyonun ve cam tiplerinin optimum konfigürasyonu irdelenmiştir.

Şekil 2’de gösterildiği gibi, beş tip havalandırma modu vardır:
1. Dış hava perdesi, çift cidarlı cephe olarak da adlandırılır (DSF - Double-Skin Façade)
2. İç hava penceresi (AFW- Airflow Window) olarak da adlandırılan iç hava perdesi
3. Taze hava beslemeli, (SUP - Supply Window) olarak da adlandırılır
4. Egzoz penceresi (EXH- Exhaust Window) olarak da adlandırılan hava egzozu
5. Açık ve kapalı ısıl tampon bölgesi (buffer zone). Yapı tipi ve HVAC sistemine bağlı olarak çeşitli amaçlar için kullanılabilir [2] (Loncour 2004, 6-14). Isıl tampon bölgesi ayrıca kanal veya hava boşluğu olarak adlandırılır ve bu boşluk birkaç santimetre ile bir metre arasında değişir.

DSF-tipolojileri hakkında kapsamlı literatür Poirazis’te (2004) bulunabilir [3]. Saelens (2005) ayrıca, geleneksel cepheler ile ilgili olarak AFW, DSF ve SUP’un enerji performansını araştırmıştır [4].

Enerji verimliliği açısından bakıldığında Tip 5, (tampon bölge) kışın yüksek termal performansa sahiptir. Tip 3 ve Tip 4 doğal havalandırma için iyi uygulamalardır. Son olarak, Tip 1 ve 2, cam paneller arasında aşırı ısınmayı önlemek ve yaz koşullarında enerji talebini azaltmak için etkili yollardır. Ayrıca, kışın SUP-penceresinin ve yaz aylarında yeterli boşluk havalandırması olan DSF’nin kombinasyonu, hem ısıtma hem de soğutma yükünü azaltabilir.

Regazzoli’ye [5] göre, 1000 mm’lik boşluk derinliğine sahip çok katlı çift c (Multi-Storey DSF) enerji tüketimi açısından yıllık yüzde 31’lik verimlilik artışı sağlar.

PROBLEM
Genel olarak cephelerin konfor ve enerji verimliliği açısından iki temel problemi bulunmaktadır. Bunlardan birincisi, cephelerin statik-ölü kabuk olarak tasarlanmaları, buna karşın dış hava koşullarıyla iç konfor taleplerinin sürekli değişmesidir. Örneğin insanlar, kış aylarında daha sıkı giyinip iyi bir yalıtım sağlamak isterken, yazın tam tersine daha az giyinerek serinlemeye çalışır, dolayısıyla “dinamik” bir davranış gösterirler; oysa cepheler, deyim yerindeyse yaz-kış “sıkı giydirilmeye” çalışılmaktadırlar.

İkincisi, enerji verimli tasarımlarda (Passive House ve Net-Zero Buildings vb.) çok fazla yalıtım, yetersiz taze hava ve güney yönü dışındaki duvarlarda çok az cam kullanılması gibi nedenlerle iç hava kalitesinin ve konforun azalmasıdır. Dolayısıyla problem, sadece enerji verimli, iyi yalıtımlı cepheler yapmak değil, bunları yaparken, iç hava kalitesi yüksek, doğal ışık alabilen cepheler tasarlayabilmektir.

Bu nedenle, bu çalışmada giydirme cephe sistemi, HVAC sistemiyle entegre edilmiş, hem doğal ışık hem yüksek taze hava oranı ve havalandırma ile iç hava kalitesi artırılmaya çalışılmıştır. 

Termal ve yapısal analizden önce mevcut cephe sistemlerinin avantaj ve dezavantajlarını özetlemek gerekirse, genel olarak, DSF’lerin en önemli avantajı doğal havalandırma, düşük U değeri (özellikle kış aylarında) ve akustik performanstır. Dezavantajları ise, yüksek yatırım maliyeti, yangın güvenliği kısıtlamaları ve kullanılabilir alanın azalmasıdır. Çok cidarlı cephelerin tüm çalışma modlarının avantajlarından yararlanmak için oldukça karmaşık bir cephe tasarımı, motorlu damperler ve otomasyon sistemine ihtiyaç duyulduğu açıktır. Bunlar tabii ki hem yatırım hem de işletme maliyetlerini yükselten önemli faktörlerdir.

STRATEJİ
Bu zorlukların üstesinden gelebilmek için farklı bir tasarım stratejisi geliştirildi. İlk olarak, nispeten ekonomik bir tasarım elde etmek için, camlar arasındaki mümkün olan en küçük boşluk oluşturulmaya çalışıldı. İkincisi, işletim modları üzerinde daha iyi bir kontrole sahip olmak için sistem, HVAC sistemine havalandırma santrali yolu ile bağlandı. Son olarak, ısıtma, soğutma ve havalandırma fonksiyonlarını kapsayacak şekilde menfez ve ön camlar tasarlandı. Böylece AFW, SUP, EXH ve DSF sistemlerinin tüm avantajlarına sahip ideal bir tasarım oluşturulmaya çalışıldı. Bu yaklaşımlara uygun olarak, birçok farklı model geliştirildi ve en sonunda Şekil 3’te görülen üç model üzerinde karar kılındı.

Model A: Çift camlı + tek cam, egzoz havası
Model B: Çift camlı + tek cam, taze hava
Model C: Üç adet tek cam, besleme + egzoz havası (Model c, dış tarafta camlı alternatif bir konfigürasyona sahiptir, ancak inşa edilmesi daha pahalıdır).

Yazının devamını e-dergi'den okumak için lütfen tıklayınız.