19 Haziran 2012 | TEKNİK MAKALE 13. Sayı (Mayıs-Haziran 2012)

Ömer Moltay / Endüstri Mühendisi - Mimta EcoYapı LEED AP BD+C (Accredited Professional, Building Design + Construction) ASHRAE BEMP (Building Energy Modeling Professional) BREEAM Assessor Enerji, binaların işletilmesi süresinde ortaya çıkan en yüksek maliyet kalemi haline gelmiştir. Gayrimenkul geliştiricileri ve müteahhit firmalar için ilk yatırım maliyetini düşük tutmak amacıyla enerji korunumuna yönelik önlemler gözardı edilse de, bina kullanıcıları için bina enerji maliyetlerini düşük tutmak, iç ortam kalitesini yükseltmek ve doğal kaynakları korumak en yüksek önceliğe sahiptir. Bina enerji modellemesi, binaların tasarım sürecinde çok küçük bir maliyet artışıyla bu faydaların sağlanmasını mümkün kılmaktadır.
İnşaat sektörünün Yeşil Binalar ve sürdürülebilirlik kavramına doğru yöneldiği bir zamanda, binaların tasarımında enerji tüketiminin de gözönüne alınması kaçınılmaz bir hale gelmiştir. Gayrimenkul projelerinin yüksek performans özelliklerini teyit eden LEED ve BREEAM gibi Yeşil Bina sertifikalarının en önemli kriterleri, binaların enerji performanslarıdır. 1970’lerden bu yana geliştirilen ve binaların enerji tüketimlerinin analizini sağlayan bilgisayar yazılımları artık bina tasarım sürecine entegre olmuşlardır ve uygulamaları daha yüksek performanslı binaların geliştirilmesi için kural haline gelmiştir. Özellikle karmaşık mimariye sahip ve belirli bir metrekareden büyük binaların geliştiricileri için tasarım ekibinde bir Enerji Mühendisinin bulunması çok önemlidir.

Sadece satış amacıyla geliştirilen projelerde bile artık müşteriler enerji ile ilgili konularda çok hassas davranmaktadırlar. Binaların onlarca seneye yayılan bir yatırım olduğu düşünüldüğünde ve özellikle fosil kaynaklı yakıt maliyetlerinin bu yatırımın kullanımı boyunca artacağı beklentisi, binanın enerji yönünden optimum tasarımı ve inşasını, yatırımın değerini artırıcı bir kriter haline getirmektedir.

Düşünün ki tasarım aşamasında yapılacak analizler ile daha hafriyat bile başlamadan bir binanın enerji tüketimi ortaya çıkarılabilir, kullanım süresi boyunca yüzde 10 ila 30 arasında tasarruf sağlayıcı önlemler belirlenebilir ve bu önlemlerin yatırım maliyetinde nasıl bir değişikliğe yol açacağı belirlenebilir. Eklemek gerekir ki, bina enerji modellemesi ile belirlenecek önlemlerin bazıları ilk yatırım maliyetlerinin azalmasını da beraberinde getirebilirler, özellikle pasif mimari önlemler bunu sağlayacaktır. İklimsel koşulların karşı konulması gereken bir olgu değil, tam tersine faydalanılması mümkün olan bir olgu olduğu, bina enerji modellemesinin arkasında yatan en önemli düşüncelerden biridir.

Bina Enerji Modellemesi Nedir?
Kısaca bina enerji modellemesi, bir bina tasarımının ihtiyaç olduğu detayda soyut bir modelinin bilgisayar ortamında yaratılması ve kullanımı süresince oluşacak koşullar altında test edilmesidir. Yaratılacak bu model, enerji modelleme uzmanı tarafından sıfırdan da yaratılabileceği gibi, BIM (Yapı Bilgi Modellemesi) araçları ile yaratılmış halihazır modellerden de türetilebilirler. Modelde önemli olan, binada tüketilen enerjinin miktarını etkileyen tüm faktörlerin dikkate alınmasıdır. Aşağıda bu faktörlerden örnekler verilmektedir.

•     Bina konumlandırılması ve iç mekan konfigürasyonu
•     Pasif mimari ve güneş kontrol sistemleri
•     Cephe camlarının ısısal performansları, ışık geçirgenlikleri, kaplama oranları
•     Bina kabuk elemanlarının ısı performansları
•     İklimlendirme ve havalandırma sistemlerinin seçimleri, verimlilikleri ve çalışma senaryoları
•    Aydınlatma sistemleri ve günışığı kullanımı fırsatları
•     Güneş enerjisinden elektrik veya sıcak su üretimi sistemleri
•     Hava veya toprak ısısından faydalanma fırsatları
•     Kojenerasyon veya mikro-kojenerasyon sistemleri
•     Enerji geri kazanım sistemleri
•     Bina otomasyonu ve kontrol senaryoları
•     Binada enerji tüketen diğer tüm ekipmanlar

Bina enerji modellemesi, bir defa yapılan bir çalışma değil, tasarım ilerledikçe sürekli tekrarlanması gereken bir analiz yöntemidir. Uygulama projeleri üzerinden yapılan bir enerji modellemesi, sadece tasarlandığı şekilde binanın enerji performansının nasıl olacağını ortaya çıkaracaktır. Enerji performansının iyileştirilmesi için tasarımın erken safhalarından itibaren enerji modellemesinin, tasarımın entegre bir parçası haline gelmesi önemlidir. Bu şekilde bakıldığında, enerji modellemesi detayı giderek artan modeller üzerinden yürüyen bir süreçtir. Konsept tasarım aşamasında bina ile ilgili genel kararların alınmasında destek olunurken, ileriki aşamalarda bina sistemlerinin daha detaylı olarak analiz edilmesi ve enerji tüketimini azaltıcı önlemlerin belirlenmesi söz konusu olacaktır. Binanın mimari, mekanik ve diğer müellifleri ile sürekli koordinasyonun önemi bu nedenle önemlidir.

Burada bir parantez açarak, enerji modellemesinin sadece yeni binalarda değil, mevcut binaların işletmeyle ilgili kararlarında veya renovasyonlarında da kullanılabileceğine değinmeliyiz. Bu şekilde yürütülen enerji modellemesi çalışmaları, binanın enerji tüketimi ile ilgili mevcut verilerin elde bulunması nedeniyle modellerin ayrıca gerçek duruma göre düzeltilmelerini gerektirmekte ve çoğunlukla daha çok emek isteyen bir süreç olmaktadır.

Kullanılan Yazılımlar
Hangi bina enerji modellemesi yazılımının kullanılacağını, tamamen projenin gereksinimleri belirlemektedir. Günümüzde en çok kullanılan yazılımlar eQuest (DOE) ve EnergyPlus yazılımlarıdır ve her ikisi de ABD kamu kurumları tarafından geliştirilmişlerdir. eQuest özellikle Yeşil Bina sertifikası hedefleyen projelerde tercih edilmektedir ve gerek LEED, gerek BREEAM altında şart koşulan ASHRAE 90.1 standardı enerji modellemesi metodolojisine uygun raporlama yapabilmektedir. EnergyPlus ise eQuest’in kullandığı DOE modelleme çekirdeğinin daha geliştirilmiş bir versiyonudur. Yine önemli bir yazılım, İngiltere’de geliştirilmiş olan ve daha çok akademik çevrelerde kullanılan ESP-r yazılımıdır. Bu yazılım ile bir binanın tamamını veya belirli kısımlarını detaylı olarak analiz etmek ve enerji yanında birçok başka performans metriklerinin incelenmesini de yerine getirmek mümkündür.

Bu yazılımların hesap algoritmaları kullanılarak ticari yazılım firmaları tarafından geliştirilmiş ve kullanımı daha basitleştirilmiş birçok paket yazılım da mevcuttur. Sektördeki gidiş, yapı bilgi modellemesi ile enerji modellemesi yazılımlarının entegre edilerek tek bir model üzerinden tüm analiz ve tasarım süreçlerinin yürütülmesidir.

Bina enerji modellemesi, doğası itibariyle birçok yardımcı yazılımın sonuçlarını girdi olarak kullanmaktadır. Bu yardımcı yazılımlar arasında multizonal hava akış yazılımları, CFD (computational fluid dynamics) yazılımları, günışığı modelleme yazılımları, inşaat malzemeleri ısısal analiz yazılımları sayılabilir. Ayrıca yüksek binaların rüzgar tünel testi gibi çalışmalardan çıkan sonuçlar, bina enerji modellemesinde önemli girdiler olmaktadırlar.

Yeşil Bina Sertifikaları için Bina Enerji Modellemesi
LEED gibi sertifika sistemlerinde yüksek puanların alınması için bina enerji modellemesinin yerine getirilmesi şarttır. Bu konuda verilen danışmanlık hizmetlerinde, bina enerji modellemesinin ancak bina tasarım süreçlerine entegrasyonu ile başarı sağlanmaktadır. LEED veya BREEAM sertifikası adayı bir projenin özellikle erken tasarım safhalarında bina enerji modellemesinin başlatılması ile LEED’in kriter olarak koyduğu birçok sürdürülebilir mimari ve elektromekanik fırsatın değerlendirilmesi ve uygulanması mümkün olmaktadır.
Tasarım ile birlikte sürdürülen bina enerji modellemesinin Yeşil Bina sertifikalarındaki tek avantajı, enerji performansının iyileştirilmesi değildir. Örneğin LEED sisteminde puanlandırılan günışığı kullanımı, iç mekanlarda ısısal konfor, yenilenebilir enerji gibi konuların hepsi bina enerji modellemesi yazılımları ile incelenmektedirler ve sertifika başvurusu için belgelendirilmektedirler.

Bina Enerji Modellemesinin Uygulanması
Mimta EcoYapı olarak yeni bina projelerinde enerji modellemesine bir mühendislik destek aracı olarak yaklaşıyoruz ve projenin farklı aşamalarında farklı soruların cevaplanmasına yardımcı oluyoruz. Örneğin avan proje aşamasında iklimsel verilerin ve arazinin analizini gerçekleştirilerek hangi fırsatların değerlendirilmesi gerektiğini belirliyoruz. Burada amaç, bina üzerindeki iklimlendirme ve havalandırma pik yüklerinin azaltılması ve bu sayede ilk yatırım maliyetinin düşürülmesi oluyor. Proje sahibinin koyduğu performans hedeflerine yönelik olarak yapılan bu çalışmalarda dikkate alınan yaklaşımların bazıları aşağıda özetlenmiştir.

•     Arazi-güneş ilişkisinin incelenerek optimum bina yerleşiminin belirlenmesi
•     Hakim rüzgarların incelenerek doğal havalandırma veya gece soğutması gibi yaklaşımların değerlendirilmesi
•     Pasif mimari önlemlerin ve gölgelendirme yaklaşımlarının mevsimsel bazda değerlendirilmesi
•     Bina kütlesinde veya mekanik şekilde ısı depolaması fırsatlarının yük azaltımına etkisinin incelenmesi
•     Bina kullanım profiline uygun inovatif iklimlendirme sistemlerinin değerlendirilmesi
•     Günışığı kullanımının optimize edilerek aydınlatma için gerekli elektrik enerjisinin azaltılması fırsatları
•     Doğal kaynakların ısıtma, soğutma veya elektrik enerjisi üretiminde kullanımı.

 İlerleyen proje safhalarında kesinleşmiş tasarım kararlarını kullanarak binanın daha detaylı bir modelini oluşturuyoruz ve sistemlerin birbirleriyle entegrasyonunu inceleyerek enerji tüketimini binanın tamamında azaltacak önlemleri belirliyoruz. Bu aşamada sadece tasarımla ilgili değil, binanın işletmesiyle de ilgili faktörlerin değerlendirilmesi ve binanın yaklaşık enerji tüketiminin ne kadar olacağını belirlemek mümkün oluyor.

Tüm bu süreç boyunca tasarım ekibine sadece enerji konusunda değil, farklı senaryoların getireceği ekonomik fayda ve yatırımlar konusunda da raporlama yapıyoruz. Bu sayede bina enerji modellemesinin belirlediği fırsatların (enerji tüketiminde azaltma, iç mekan konforunda artış) ekonomik etkilerinin nasıl olacağı, işverene karar vermede önemli bir destek sağlıyor. Bütün bu çalışmalar sonucunda, tavsiye ettiğimiz yaklaşımların yatırım maliyetlerindeki artışı, senelik enerji tasarrufu ve yatırım kriterlerine göre geri dönüş süreleri konusunda niceliksel bilgi üretilmiş oluyor.

Yaptığımız bina enerji modellemesi çalışmalarının formalite olarak görünebilecek, ancak bizce çok önemli bir yönü de, çalışmalar sonucunda ortaya çıkan dokümantasyon ve bilgisayar modellerinin bina işletmecileri tarafından da kullanılacak şekilde düzenleniyor olmaları. Bu sayede binanın işletmeye girmesinin ardından beklenen enerji performansının gerçekleşip gerçekleşmediğinin teyit edilmesi veya ileride alınacak yeni enerji verimliliği önlemlerinin halihazır model üzerinde test edilmeleri mümkün oluyor.

Türkiye’de Bina Enerji Modellemesi
Türkiye’de bina enerji modellemesi, son senelerde kullanımı artan LEED ve BREEAM sertifikasyonları ile inşaat sektörünün gündemine girdi. Bugün sayıları yirmilerle ifade edilen sertifikalı binaların her birinde enerji modellemesinin gerekli olduğunu varsayarsak, Türk inşaat sektörünün bina enerji modellemesi ile yeni tanıştığını söyleyebiliriz. Bu sertifikalı binaların bazılarında da yurtdışından hizmetler alındığı gerçeği, aslında yapılmış olan bina enerji modellerinin iki elin parmaklarını geçmediğini göstermektedir.
Bunun yanında Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından başlatılan Bina Enerji Performansı çalışmaları, yeni yapılan tüm binalarda Enerji Kimlik Belgesi’nin kullanımını zorunlu hale getirmiş ve bunların üretilmesi için dinamik saatlik enerji modellemesine dayalı olan BEP-TR yazılımını geliştirmiştir. Bunun doğru yönde desteklenmesi gereken bir yaklaşım olduğunu düşünsek de, yazılımla ilgili kaygılar ve özellikle yazılımın sadece web tabanlı olarak çalışabilir olması, sadece binanın uygulama projelerindeki bilgilerin girdi olarak talep edilmesi ve herhangi bir tasarım alternatifinin analiz fırsatının sunulmaması, bina tasarımında uygulanabilir bir araç olmadığını göstermektedir. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı da, çıkardığı yönetmeliklerde Enerji Kimlik Belgesi’nin binaların iskan aşamasında belediyeler tarafından talep edilmesi şartını koyarak bunu teyit etmiştir. Ülkemizde bina enerji modellemesi konusunda herhangi bir eğitim programı bulunmamaktadır. Özellikle üniversitelerin mimarlık ve inşaat mühendisliği yüksek lisans programlarında bu konuda bir dersin olmasının önemi yurtdışındaki örneklerden sabittir. Bina enerji modellemesinin yüksek performanslı bina yatırımlarında standart bir hizmet haline gelebilmesi için farkındalığın yanında eğitim de önemli bir şarttır. Ayrıca uluslararası arenada rekabetçi olması gereken Türk mimar ve mühendislik sektörünün bu konuda da hizmet verebilir hale gelmesi için eğitimli personelin yetişmesi gereklidir.