Farklı Cephelerde Uygulanan Çift Kabuk Cephe Sistemlerinin Yapı Isıl Performansına Etkisinin Değerlendirilmesi(*)

7 AÄŸustos 2014 | TEKNÄ°K MAKALE 125. Sayı (AÄŸustos 2014)

Y. Doç. Dr. Neslihan Türkmenoğlu Bayraktar
Kocaeli Üniversitesi Mimarlık ve Tasarım Fakültesi
1. GİRİŞ


Dış ortam iklimsel etmenlerin, bina cephesi; yönleniş, konum, malzeme katmanlaşmasına bağlı olarak iç ortamda oluşturduğu iç ısıl koşullar kullanıcı konforu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Yapı kabuğunda bahsedilen parametrelere bağlı olarak gerçekleşen ısı transferleri, iklimsel koşullara bağlı olarak iç yüzey ve ortam sıcaklıklarını oluşturmaktadır. İç ortam ve yüzey sıcaklıkları arasındaki fark, belli değerler arasında olduğu zaman ısıl konfordan bahsetmek mümkün olabilir. Tampon bir alan yaratmak suretiyle iç yüzey ve ortam sıcaklıkları arasındaki sıcaklık farkının sınır değerler içerisinde korunumuna katkıda bulunan çift kabuk cephe sistemleri ülkemizde henüz yaygınlaşmaya başlamıştır. Bununla birlikte birçok ülkede, 1990 yıllardan sonra özellikle yüksek katlı, geniş cam cepheli ofis yapılarının, cam yüzeyler nedeniyle fazla olan ısıtma ve soğutma yüklerini azaltmak üzere sıklıkla uygulandığı görülmektedir [1].


Çift kabuk cephe sistemleri ısıl konfora doğrudan etki etmekle birlikte görsel ve akustik konforun sağlanmasına da katkıda bulunmaktadır. Sistem, kalınlıkları, adetleri, optik özellikleri farklılaşabilen cam yüzeylerin oluşturduğu dış kabuk; farklı kalınlık, malzeme özelliklerine sahip opak ve cam yüzeylerin beraber kullanıldığı iç kabuk ve bu iç ve dış iki katman arasında boyutları değişim gösteren boş hacimden oluşmaktadır [2, 1, 3, 4]. Çift cephe sistemleri tüm katlar arasında süreklilik gösterebileceği gibi, her kat arasında yer alan döşemeler ile düşeyde kesintili olarak ya da düşeyde döşemelerle kesintili ancak her katta cephede belli aralıklarla oluşturulmuş zeminden yapının en üst noktasına kadar süreklilik gösteren şaft hacmi ile bağlantılı olarak da tasarlanabilmektedirler. Sırasıyla, çok katlı çift kabuk cephe, koridor tipi çift kabuk cephe, kutu-şaft tipi çift kabuk cephe, kutu tipi çift kabuk cephe olarak sınıflandırılabilen çift cephe sistemleri, iki kabuk arasında, iç kabukta ya da dış kabukta yer alan gölgeleme araçları ya da bazı örneklerde görülebileceği üzere bitkiler ile en sıcak dönemde güneşin istenmeyen ısıl, görsel etkilerine karşı da korunum sağlamalıdır [5, 6, 7].


Çift cephe sistemler yapım tekniği dışında havalandırma tipine göre de sınıflandırılabilir. Dış kabuk ve iç kabuk arası boşluk doğal havalandırmayla (doğal taşınım ve rüzgar etkisi), mekanik ya da bu sistemlerin birlikte çalıştığı hibrid formda havalandırılmaktadır. Mekanik havalandırmanın kullanıldığı cepheler binanın ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sisteminin bir parçası olarak işlev görmektedir. Mekanik sistemde ara boşlukta yer alan hava kütlesi gerektiğinde kullanılmak üzere ısıtılmakta, daha sonra sisteme katılmaktadır; ya da içerideki havanın dışarı atılması için kullanılmaktadır. Doğal havalandırma ise doğal taşınım, rüzgar basınç farkları ya da her ikisinin bileşik etkisi ile dış ve iç kabukta düzenlenmiş açıklıklardan kontrollü olarak gerçekleştirilmektedir [5, 7].


Çift kabuk cephe sistemlere ait ısıl performansın, yapı konum, form, yönleniş; iç ve dış kabuk katmanlaşma, malzeme ve iç dış kabuk arası mesafe; ısıtma, soğutma dönemindeki iklimsel veriler ve buna yönelik havalandırma, gölgeleme seçenekleri; gün içerisindeki zaman dilimi gibi parametrelere bağlı olarak farklılık göstermesi beklenmektedir [4]. Sistemin çalışma prensibini anlamak üzere gerçekleştirilen çalışmalar oldukça zahmetlidir. Çünkü iki cephe arasında gölgeleme aracının etkisi; açıklık, boyut, malzeme özelliklerine bağlı olarak fazla sayıda ısı transferi ve bunlar arasında karmaşık etkileşimler mevcuttur. Çift kabuk cephe dış katmanından güneş ışınımı yutulmakta, katmanlar arasında uzun-dalga ışınımı değişimi gerçekleşmekte, katmanlar ile boşluk havası arasında taşınım yolu ile, yine katmanlarda iletim yolu ile ısı transferleri meydana gelmektedir.


Literatürde çift kabuk cephe sistemlerin performans ve boyut optimizasyonlarının değerlendirilmesine yönelik deneysel [7, 4, 8], sayısal [9], yerinde ölçüm [10], CFD [11, 12, 13, 14] ve enerji analiz programlarıyla gerçekleştirilen benzetişime dayalı araştırmaların yer aldığı görülmektedir. Bununla birlikte sistemin farklı tasarım parametreleri ve dış koşullar etkisinde çalışma prensiplerinin anlaşılarak, etkin biçimde uygulanması ve işlevini sürdürmesi için gerekli genel kabullere altlık olacak bulguların ve buna yönelik çalışmaların artması gerekmektedir. 


Bu bağlamda gerçekleştirilen çalışmada benzetişim yolu ile ılıman-nemli iklime sahip Kocaeli’de ele alınan örnek ofis binasının cephesine koridor tipli çift kabuk cephe sistemi uygulandığı kabul edilmiştir. Çalışmada ele alınan örnekte aktif ısıtma ve soğutma sistemleri tanımlanmamıştır. Cephelerde yer alan tüm açıklıkların kapalı olduğu kabul edilerek doğal havalandırma etkileri ihmal edilmiştir. Analiz aşamaları için “Designbuilder” programında yapı modellenmiş ve “Energyplus” programına aktarılmıştır. Energyplus enerji analizleri ve ısıl yük simülasyonlarının yapılmasına imkan veren bir programdır. Isı dengesi hesap metodunu temel almakta; yüzey ısı dengesi, hava ısı dengesi, bina ek sistemleri modülleri ile çalışmaktadır. Çift kabuk cephe sisteminin, yapının farklı yönlerinde kurgulandığı alternatif durumlar için gerçekleştirilen analizler yoluyla, kış dönemi dizayn günü olarak ele alınan 21 Ocak, yaz dönemi dizayn günü olarak ele alınan 21 Temmuz tarihleri için saatlik, dış ortam, referans zonlar ve iç boşlukta oluşan iç ortam ve yüzey sıcaklık değişimlerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada çift cephe sisteminin yer almadığı alternatif ile diğer alternatiflerin iç ortamda yarattığı ısıl koşullar karşılaştırılarak farklı yönlerde çift cephe kurgusunun etkileri değerlendirilmiştir.

Makalenin devamı için tıklayın...


 

---

R E K L A M