Güneş Kontrolü: Güneş Kırıcı ve Rafları

Prof. Dr. Salih Ofluoğlu Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Enformatik Bölümü Başkanı

Yapımları ve işletimleri sırasında binalar yüksek miktarda enerji tüketir ve karbon salınımına neden olurlar. Bu nedenle binaların iklim değişikliği üzerinde önemli etkisi vardır ve bu konuda farkındalık artmaktadır [1]. Bu sorunla başa çıkabilecek, enerji tüketimi daha etkin ve daha fazla yenilebilir enerji kaynaklarını kullanmayı teşvik eden sürdürülebilir bina çözümlerine yönelik Türkiye’de ve dünyada yönetmelik, sertifikasyon ve insiyatifler bulunmaktadır [2,3,4,5].

Sürdürülebilir binalar, yerel iklim,  güneş ve rüzgar vb. doğal ve yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak yapılı çevre oluştururlar. Bu yapılar ilke olarak fosil kaynaklı enerji kullanımını en az düzeyde tutar ve en az mekanik destekle, mevcut doğal pasif iklimlendirme olanaklarıyla binalarda hedeflenen ısısal ve görsel konfor ile hava kalitesini sağlarlar. Pasif iklimlendirme olanakları bina tasarım sürecinde erken evrelerden ilerleyen safhalara kadar dikkate alınır.

Tüm pasif tasarım öğeleri arasında, ısısal ve görsel konfora büyük etkisi nedeniyle ve önemli bir yenilebilir enerji kaynağı olması açısından güneş en yaşamsal olanlarındandır ve güneşe erişimin sağlanması çok önemlidir. Yoğun bina dokusunun bulunduğu şehirlerde güneşe erişimin olması önemli bir haktır. Güneş erişimi ve bina gölgelerini bazı ülkelerin yasalarında da yer almaktadır [6].  

Güneş hareketini anlamak ve ondan faydalanmak, mekanlar için ısısal ve görsel konforun sağlanması açısından çok önemlidir. Bunun için alınabilecek önlemler mevsimsel ve günlük olarak sınıflandırılabilir:

Güneşe bağlı pasif iklimlendirme için mevsimsel ve günlük önlemler

Güneşin farklı mevsim ve saatlerdeki konumu, bina ile yaptığı azimut ve yükseklik (altitude) açılarıyla ölçülür. Yükseklik açısı güneşin yer düzlemiyle yaptığı düşey açıdır. Günün aydınlık olduğu saatlerde bu değer 0<x<90 derece arasındadır.  Azimut açısı güneş ve gerçek (coğrafi) kuzey arasındaki açıdır (-180<x<180 aralığındadır ve kuzeyden saat yönünde pozitiftir).

Güneşin azimut ve yükseklik açısının hesaplanması

Yükseklik ve azimut açıları yılın farklı zamanlarında değişkenlik gösterir. Güneş ve gölge hesaplamasında ve güneşin ışıma etkisini hesaplarken Türkiye’nin bulunduğu kuzey yarım küre için yılın aşağıdaki bazı önemli günlerini dikkate almak gereklidir:

Güneş-gölge çalışmaları için önemli tarihler

Bu değerler arsa üzerinde tasarlanacak tüm yapılı (binalar) ve yapılı olmayan (peyzaj) çevre ile ilgili kararları etkiler. Binaların ne kadar yüksek, arsanın neresinde ve mevcut yapılı çevreden ne kadar uzakta olması gerektiği, pencere ve kırıcıların boyutları ve konumları bu bilgiden etkilenir.

Elle yapılabilecek güneş-gölge hesaplamaları için yılın belirli bir tarih ve saatinde, belirli bir coğrafi bölgedeki güneşin azimut ve yükseklik açılarını bilmek gerekir. Bu bilgiler Web üzerinde yer alan çeşitli meteoroloji ve astronomi sitelerinden öğrenilebilir. Azimut ve yükseklik açı bilgileri ayrıca güneş ile ilgili analizler yapan birçok BIM yazılımında verilen tarih için otomatik olarak elde edilmektedir. Bu yazılımlar, güneş-gölge analizleriyle, binaların çevre topoğrafya ve yapılı çevre gölge ve güneş etkileşimini; güneş ışıması analizleriyle, güneşin bina yüzeyi üzerinde ısıtma etkisi ile PV ile enerji üretme potansiyelini ve gün ışığı analizleriyle, mekanlardaki doğal ışıkla oluşan aydınlık düzeyini ölçebilmektedir [7].

Autodesk Revit kütle modeli üzerinden bir Müze binası önerisi için kavramsal güneş gölge analizi

Binanın doğru yönlendirilmesi pasif iklimlendirmede görsel ve ısısal konforun sağlanması açısından önemlidir. Binanın uzun yüzeyinin batı-doğu yönünde olması tercih edilir. Bu yönlenme tutarlı bir şekilde günışığı alınımı ve uzun yön boyunca da ışık kamaşmasını kontrol etme imkanı verir. Büyük ve geniş yapılarda ise boşluklar sağlanarak gün ışığı arttırılabilir. Gün ışığının fazla gelmesi yazın mevsimsel aşırı ısınmaya neden olabildiği için yüksek günışığını düşük ısı geçirgenliği ile sağlayan gelişmiş özellikli camlar bir çözüm olabilir.

Daha iyi güneş erişimi için bina yönlendirme ve kütle üzerinde boşluk oluşturma [8]

Güneş kırıcı ve ışık rafları

Binanın biçimi, yönlendirilmesi ve malzeme kararları ile kullanıcı konforu, verimi ve bina enerji tüketimi belirli bir düzeye ulaştırılacaktır. Güneşin görsel ve ısısal etkisini daha fazla düzenlemek için güneş kırıcı (sunshaders) ve raflarından (light shelves) yaygın olarak faydalanılmaktadır.

Güneş kırma, güneş ışığının günün veya yılın belli zamanlarında mekanlara girmesini sağlamak ve diğer zamanlarda engelleme faaliyetidir. Bu işlem binanın biçimi ve mevcut strüktürel elemanları kullanılarak sağlanabildiği gibi güneş kırıcı adı verilen cepheye eklenen çoğunlukla PVC, alüminyum, çelik ve ahşap malzemeden oluşan profillerle de gerçekleştirilebilir.

Şekil 4: Güneşin mevsimsel değişen konumuna göre önlem almak [8]

Güneş kırma stratejileri genellikle konsollar, panjurlar ve düşey-yatay kayıtlarla sağlanmaktadır. Gün ışığının ısısal etkisinin içe geçmesini engellediği için kırıcıların bina dışında olması tercih edilir. Kırıcılar sabit, elle veya mekanik ayarlanabilir olabilirler. Sık kullanılan yöntem en çok güneş ışığının geldiği yön olan güney için sabit yatay konsollardır. Bu konsolların uzunluğu güneşin en tepede olduğu yaz ve en alçakta olduğu kış günlerinde ışığın geliş açısına göre hesaplanır. Genellikle doğu ve batı yüzeyleri sabah ve öğleden sonra alçak açıdan gelen güneşi önlemek için düşey kayıtlara ihtiyaç duyarlar. Yaygın olarak kullanılan ışık rafları ve etkileri şu şekildedir [9]:

Sık kullanılan ışık kırıcı tipleri [9]

Gün ışığının etkisini düzenlemek ve iç mekanlarda daha derin alanlara girişini sağlamak için kullanılan bir çözüm ışık raflarıdır. Raflar zorunlu olmasa da dışarıda kırıcı özelliğine sahip bir konsol ve iç mekana doğru bazen dışarıdaki parçaya birleşik konsol yardımıyla, gelen ışığın mekanın daha az aydınlanan kısımlara az bir kayıpla yansıtılmasını sağlarlar. Işık rafı yerleştirilen duvarlar çoğu kez yüksek pencerelidir. Raf pencereyi ikiye böler. Üst pencereden gelen ışık yansıtılırken pencerenin hemen yanında yüksekten gelen şiddetli gün ışığından oluşabilecek kamaşma engellenir. Rafların tavan ve çatı aydınlık pencerelerinde düşey yansıtıcı olarak kullanılan tipleri de bulunmaktadır.

Işık rafları yoluyla ışığın iç mekana erişimi

Sonuç

Bu yazıda ifade edildiği gibi güneş bir pasif iklimlendirme ve enerji kaynağı olarak önemli bir yere sahiptir. Bina biçimi ve binanın yeri ile ilgili kararlarda güneşin mevsimsel ve günlük hareketini dikkate almak, bu etkiyi düzenlemek için güneş kırıcı ve raflarını yapıya eklemek kullanıcı konforu ve binanın enerji tüketimi açısından faydalar sağlamaktadır. Son yıllarda farklı tasarım alternatifleri için güneş-gölge ilişkileri, gün ışığı seviyesi, yüzey ışınım miktarları ile kırıcı/raf gibi elemanların profilleri sayısal araçlarla hesaplanabilmekte ve analizler üretilebilmektedir. Erken tasarım sürecinden itibaren bu araçları da katarak geliştirilecek, güneşe erişimi ve kontrolünü dikkate alan tasarımlar daha sürdürülebilir bir çevre için katkı sağlayacaktır.

Kaynakça:

[1] Farah, Yoosof, Building.co.uk, “Climate change summit to have dedicated Buildings Day”, 19 Ağustos 2015, URL: www.building.co.uk/news/climate-change-summit-to-have-dedicated-buildings-day/5077102.article

[2] Leadership in Energy & Environmental Design – LEED, US Green Building Council,
URL: www.usgbc.org/leed,

[3] Building Research Establishment Environmental Assessment Method – BREEAM,
URL: www.breeam.org,

[4] The Architecture 2030 Challenge , URL: www.architecture2030.org

[5] Binalarda Enerji Performansı Yönetmeliği, URL: www.bep.gov.tr

[6] Prescription Act 1832, İngiltere, Ancient lights/right to light, URL: http://www.legislation.gov.uk/ukpga/Will4/2-3/71

[7]Ofluoğlu, Salih, “Performansa Dayalı Sürdürülebilir Kavramsal Mimari Tasarım Eğitimi, Mimarlıkta Sayısal Tasarım Sempozyumu (MSTAS 2015)

[8] Autodesk Building Performance Analysis Certificate Program
URL: sustainabilityworkshop.autodesk.com/bpac

[9]Ernest Orlando Berkeley National Laboratory, Environmental Energy Technologies Division , Tips for Daylighting with Windows, Ekim 2013