28 Şubat 2017 | TEKNİK MAKALE 40. Sayı (Kasım-Aralık 2016)

Öğr. Gör. Dr. Arzu CILASUN KUNDURACI Yaşar Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi Doç. Dr. Tuğçe KAZANASMAZ İzmir Yüksek Teknoloji Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi

Akkor lambanın icadıyla birlikte mimarlık ve aydınlatma ilişkisinde yeni bir devir açıldı [1]. Yapay aydınlatmanın, mimarlığın vazgeçilmez bir parçası olması, tasarımda günışığının önceliğini kaybetmesi ve enerji tüketiminin artmasına sebep oldu [2]. Günümüzdeyse, toplam enerji tüketimindeki aydınlatmanın payı ticari yapılarda yaklaşık üçte bir iken, konutlarda ise yarıya yakındır [3, p. 161]. Tüketimin çokluğundan dolayı aydınlatmada enerji tasarrufu için yeni yöntemler geliştirilmeye çalışılıyor. Özellikle tasarımın başında alınmış, aydınlatma tasarrufuna yönelik kararlar enerji tüketiminde oldukça başarılı olabilmektedir [4]. Günışığından etkin olarak faydalanma ve kontrol sistemlerinin kullanımı ise sıklıkla başvurulan yöntemlerdendir. Bu çalışmada aydınlatma kontrol sistemlerinin, aydınlatma amaçlı tüketilen enerji tasarrufunda sağladığı katkı, örnekler eşliğinde tartışılacaktır.

2. AYDINLATMA KONTROL SİSTEMLERİ
Aydınlatma kontrol sistemleri enerji tasarrufu amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır. Enerji tüketimini azaltıcı etkisine ek olarak farklı işlevli yapılarda (ticari binalar, eğitim kurumları, hastaneler ve ofis binaları gibi) gereken aydınlık düzeyinin nerede, ne zaman ve ne kadarlık bir süre için sağlanacağını, görsel konfor gereksinimlerini gözeterek kontrol edebilmeye yarar [5] [6]. Bu amaçla üretilmiş çeşitli kontrol sistemleri bulunmaktadır; varlık sensörü, günışığı sensörü, kişisel ve kurumsal kontrol sistemleri sıklıkla kullanılanlar arasındadır [3, p. 165]. Bu dört kontrol sistemine ek olarak, “daha az kullanılan işlev ayarı (task tuning), lümen koruma (lumen maintenance) ve yük azaltma (load shedding) gibi aynı amaca hizmet eden kontrol sistemleri de bulunmaktadır [5].
Sıklıkla kullanılan bir kontrol sistemi türü olan varlık sensörü, hacimde kullanıcı olma durumuna göre aydınlatma sistemini kontrol eder. Hacimde kullanıcı olduğunda ışıkları açıp, olmadığında ise kapatan türleri olduğu gibi, sadece hacimde kullanıcı olmadığında ışıkları kapatan türleri de mevcuttur [3, p. 162].
Bir diğer kontrol sistemi ise günışığı sensörüdür. Bu sistemde, hacme giren günışığı, sensör tarafından algılanarak, aydınlatma sistemi kontrol edilir. Günışığı sensörlü sistemlerde, sensör üzerinde sağlanan aydınlık düzeyi değerine bağlı olarak, aydınlatma sistemini yalnızca açıp kapatan türler olduğu gibi, aydınlatma sistemini loşlaştıran türleri de bulunmaktadır [6] [7].
Kişisel kontrol sistemleri, kullanıcıların kişisel tercihlerine göre, çalışma alanlarındaki aydınlık düzeyini ayarlamalarını sağlar. Loşlaştırma, kablosuz açma-kapama cihazları, bilgisayardan kontrol, önceden oluşturulmuş sahne tercihi gibi farklı teknolojilere sahip olabilen bu kontrol [3, p. 164], kullanıcının görsel konfora ilişkin tercihlerini yansıtır.
Kurumsal kontrolde ise, kurumun enerji politikalarını ya da hacim özellikleri ile gerçekleştirilmekte olan işlev düşünülerek aydınlık düzeyi belirlenir [3, p. 165]. Bu kontrol türünde kullanıcıların aydınlatma düzenine olan müdahalesi pasifize edilir.

3. KONTROL SİSTEMLERİNİN ENERJİ TASARRUFUNDAKİ ETKİNLİĞİ
Günümüzde, görsel konfor koşullarından ödün vermeden, aydınlatmaya bağlı enerji tüketimini azaltmak için çeşitli kontrol sistemleri geliştirildi. Sistemlerin verimliliklerini inceleyen pek çok farklı çalışma yapıldı. Araştırmacılar, bu kontrol sistemlerinin işe yararlığı konusunda hemfikir olsalar da, enerji tasarruflarını sayısallaştırmada farklı uyuşmazlığa düşmekteler [8, p. 514]. Her araştırmanın farklı bir amaç, yöntem ve sonucu olduğu düşünülünce, kontrol sistemlerinin tasarrufuna ve avantajlarına ilişkin objektif karara varmak güçleşmektedir.
Söz konusu aydınlatma için harcanan enerji tüketimini hesaplamak olunca, önceki çalışmalar incelenerek doğrudan bir yargıya varmak mümkün olmamaktadır. Yapılan çalışmalar sanal ya da mevcut yapılardaki enerji tüketimini gözlemlemiştir. Bu çalışmaların sonuçları kadar amaçlarının, kapsamının, yöntemlerinin ve kabullerinin de büyük farklılık gösterdiği görülmektedir [3], [8]. Özellikle Williams vd. (2012) enerji tüketiminin gözlenmesi çalışmalarında kullanılan yöntemlerin farklılığını göstermek için iki örneğe yer vermiştir.  Bu örneklerden biri, Amerikan Çevre Koruma Ajansı’na referans veren VonNeida vd. (2000)’nin araştırmasıdır [9]. Bu araştırmada, gerçek uygulamalardaki ölçüm sonuçları dikkate alınarak enerji tüketimi değerlendirilir. İkinci örnek ise Kanada Ulusal Araştırma Konseyi ve Florida Güneş Enerjisi Merkezi’ni referans veren Parker vd. (1996)’nin araştırmasıdır [10]. Burada da laboratuvarda edinilen enerji tüketimi sonuçları kullanılır. Bazı çalışmalarda kontrol sistemlerinin etkinliğini yalnızca aydınlatma üzerinden incelerken [11], bazıları böyle bir ayrıma gitmemiş, örneğin, Deru vd. (2006) diğer mekanik sistemlerle bütünleşik olarak irdelemiştir [12]. Ayrıca çalışmaların bir kısmı cam türü, güneşlik ve yönün enerji tasarrufundaki etkisini [13] irdelerken, Granderson vd. (2010) hacim türü ve işlevini odak noktasına koyarak bu analizi gerçekleştirmiştir.
Kontrol sistemlerinin enerji tüketimindeki etkisini incelemek üzere yapılmış çalışmalar ise diğerlerine oranla oldukça kısıtlı olmakla birlikte aynı değişkenliği göstermektedir. Örneğin, Guo vd. (2010)  [14] ise yapılmış yedi farklı akademik çalışmaya dayanarak hazırladığı tabloda, kullanıcı varlık sensörünün etkisinin %3-86 arası değiştiğini belirtmektedir [3]. Günışığı sensörleri ile ilgili çalışmalarda ise enerji tasarrufunun %30 ile %77 arasında değiştiği görülmüştür [7, p. 509].

IESNA’nın hazırladığı aydınlatma kitapçığında (2000), kontrol sistemlerinin maliyete olan etkisini belirlemenin kolaylığına karşılık performansının belirlemenin zor olduğuna değinilmiştir. Çünkü kontrol sistemleri, projenin konumu, günışığı düzeyleri, hacmin büyüklüğü, çalışma saatleri ve işleve bağlı olduğu kadar, kullanıcının yaklaşımı ve eğitiminden de büyük ölçüde etkilenmektedir [15]. Ayrıca yönlenmenin ve gökyüzü türünün de etkileri göz ardı edilmemelidir. Örneğin Norveç’te gerçekleşen bir çalışmada, günışığına bağlı kontrol sistemlerinin uygulandığı güney ve kuzeye bakan hacimlerdeki enerji tasarrufu farklılığının %10 ile %20 arasında değişiklik gösterebildiği belirtilmiştir [8, p. 514]. Gökyüzü türüne göre enerji tasarrufunun %16 ile %35 arası bir farklılık gösterdiği de başka bir çalışma tarafından vurgulanır [16]. Dolayısıyla güneşlenme durumları, sağlanacak tasarrufta oldukça önemli rol oynamaktadır.

Kontrol sistemlerinin verimlilikleri pek çok değişkene bağlı olduğu için, her ne kadar bu çalışmaları birbiri ile kıyaslamak çok doğru olmasa da, Williams vd. (2012), bu alanda yapılmış 88 bilimsel yayının sonuçları arasında bir kıyaslama yaparak aşağıdaki grafiği elde etmişlerdir [3]. Şekil 1’de görüldüğü gibi, bu çalışmaya göre günışığı sensörlü hacimlerde tasarruf oranı %32 iken, kişisel kontrol %8 oranında kalmaktadır.
Şu noktaya kadar tartışıldığı üzere, kontrol sistemlerinin etkinliği pek çok farklı parametreye bağlıdır. Herhangi bir ölçütün değişmesi, sonuçlarda önemli ölçüde değişikliğe sebep olabilmektedir. Bu nedenle, Reinhart (2004) aydınlatma tasarımcılarının en doğru aydınlatma kontrol sistemine, kendi deneyimleri, anekdotsal kanıt ve bilgisayar destekli simülasyonlara dayanarak karar vermesi gerektiğini belirtmiştir [15]. Reinhart’ın çalışmasında yaptığı bu önerinin kapsamında olan deneyim ve anekdotsal kanıt dayanağının oldukça öznel ve tartışmaya açık olduğu aşikardır. Bilimsel bir çalışma yapılırken bu üç öneri içinden, en güvenilir olanın sıklıkla başvurulan yöntem olan bilgisayar destekli simülasyon olduğu görülür.
Bilgisayar destekli simülasyonlar, binaların enerji tüketimini düşürmek için, henüz tasarım aşamasında iken enerji tüketimi hesaplanıp öngörülür hale getirebilir. Bu hesaplamalarda, binaya ilişkin girilen değerlerin doğruluğu, öngörülen tüketim miktarı ile gerçekte olan tüketim miktarı sonuçları arasındaki farkı azaltır. Bu hesaplamalarda yapıya ilişkin; binanın türü, ebatları, yönlenişi, yapı elemanları, kullanıcı sayısı, çalışma saatleri gibi sabit olması beklenen değerlere ek olarak, bir önceki bölümde geçtiği gibi, var ise, kontrol sistemlerine ilişkin değerler de girilmelidir. Dolayısıyla bu simülasyonlar için girilen değerler ne kadar kesin ve gerçekçi ise, sonuçlar da aynı şekilde gerçekçi ve güvenilir olabilir.

4. ENERJİ TÜKETİMİNDE ETKİN BİR FAKTÖR: KULLANICI
Yapıların enerji performansını etkileyen ve henüz bu çalışmada detaylı değinilmeyen başka bir önemli değişken daha bulunmaktadır; “Kullanıcı Faktörü”. Kullanıcılar, varlıkları ve yapıda gerçekleştirdikleri aktiviteleri ile hacmin çevresel özelliklerini etkiler, değiştirir [4]. Kullanıcılar, hacimdeki bir çevresel özelliği değiştirirken, diğerlerini de etkileyebilirler. Örneğin, güneşlikleri açarak yapay aydınlatma yükünü azaltan bir kullanıcı, hacme giren fazla günışığının etkisiyle oda sıcaklığını, dolayısıyla da soğutma yükünü artırabilir. Bu gibi etkiler, kullanıcı kontrolünü ve onun fiziksel çevre koşullarına olan etkilerini kestirmeyi zorlaştırır.
Kullanıcı faktörünün binadaki etkinliğini göz ardı etme konusunda bir eğilim olduğu görülmüştür. Örneğin, Çizelge 1’de görüldüğü gibi, Avrupa Standardı 15193’te [17], aydınlatma kontrolüne ilişkin kullanıcı kontrolünün, kontrolsüz anlamına da gelen, “1.00” katsayısı ile kabul edilmektedir.
Bu kabul, 09.00-18.00 saatleri arasında, bir işyerinde çalışan kullanıcıların aydınlatma sistemini sabah 09.00’da açıp, çıkış saati olan 18.00’e kadar kapatmadığını belirtmektedir. Bu standardın pek çok çalışma tarafından kabul görüp referans gösterildiği düşünüldüğünde, böyle bir varsayımın pek çok hesap tarafından kullanıldığı sonucuna varılabilir. Halbuki yapılan çalışmalarda [18], [19] kullanıcının bu kadar etkisiz olmadığı görülmüştür. Dolayısıyla bu varsayım, bu standardı referans alarak yapılan çalışmaların sonuçlarının güvenirliğine gölge düşürmektedir.

5. KULLANICI KONTROLÜ MODELLERİ
Kullanıcı kontrollünün tamamen etkisiz olduğuna karşı çıkılmasına rağmen, etkinliğini kestirmesi, bu kontrol tipinin çok çeşitli sebeplere bağlı olmasından dolayı zordur. Kullanıcı kontrolünün öngörülebilmesi için kullanıcı eğilimleri ve tercihlerinin bilinmesi gerekmektedir. Simülasyonlarda kullanılacak gerçekçi kullanıcı kontrolü modeli elde etme üzerine yapılan çeşitli çalışmalar bulunmaktadır.
Bu çalışmaların en eskisi, Hunt’ın 1979 yılında, kullanıcı kontrolünü incelemek üzere yaptığı bir alan çalışmasıdır. Hunt, belirli çalışma saatleri içinde yapay aydınlatmayı kontrolünü ve yıl içindeki aydınlık düzeyi değerlerinin değişimini inceleyerek bazı varsayımlara ulaşmıştır. Bunlardan biri, kullanıcıların sabah ofise girdiklerinde ışıkları yakıp, ayrılırken kapattıkları idi [13]. Ancak Hunt çalışmasında, gün içerisindeki ofisi kısa/uzun süreli terk etmelerdeki kullanıcı davranışları incelenmemiştir [15, p. 3].
Newsham (1994), Hunt’ın bu çalışmasını geliştirerek yaptığı araştırmada, kullanıcıların sabah ve öğle yemeği dönüşü hacme girdiklerinde çalışma düzlemi üzerindeki aydınlık düzeyi 150 lux’ün altında ise ışıkları açma eğiliminin arttığını ortaya koymuştur [14]. Fakat Newsham’ın modelinde de gün içindeki açma kapama davranışları kapsam dışı bırakılmıştır [15, p. 3].

Love (1998), çalışmasında kullanıcıları, aydınlatma sistemi üzerindeki stokastik işlev ve etkin tepkilerine göre, “aktif” ve “pasif” olmak üzere iki gruba ayırmıştır [15]. Burada aktif olarak belirtilenler kullanıcıların, yapay aydınlatma ve güneşlikler kullanılarak günışığından yararı artırmaya çalışan kullanıcılar olduğunu, pasif kullanıcıların ise aydınlatma sistemine hiçbir müdahalede bulunmayan olanlar olduğunu görmekteyiz. Love’ın çalışmasını referans alarak baktığımızda, kullanıcıların tamamını pasif olarak kabul eden varsayım üzerine kurulmuş enerji performans hesaplarının gerçekçi sonuçlar veremeyeceği görülmektedir. Kullanıcının hem hacme giriş-çıkışı sırasında, hem de değişen günışığı değerlerine karşılık aydınlatma sistemine hiç müdahalede bulunmayacağını kabul etmenin hatalı olacağı düşünülmektedir.
Kullanıcıların davranışlarını gözlemleyen bu çalışmaların bulgularının yer yer benzeşmekte olduğunu görmekteyiz. Özetlemek gerekirse, bu çalışmaların ortak çıkarımı, kullanıcıların aydınlatma sistemine en yoğun olarak mekana giriş ya da çıkışlarda müdahalede bulunduğudur [14], [15], [16]. Ayrıca aydınlatma aygıtlarını açma durumunun, hacme girildiği andaki günışığı miktarı ile oldukça ilişkili olduğu görülmüştür [14], [15]. Bir başka önemli çıkarım ise hacimden çıkarken kullanıcıların aydınlatma aygıtlarını kapatmalarının, hacimde bulunmayacakları sürenin uzunluğu ile bağlantılı olduğudur. 

6. TARTIŞMA
Kullanıcı kontrolünün etkisini kabul edip, bir önceki bölümde tartışılan, kontrol sistemlerinin etkinliğine bakıldığında, verilen yüzde değerlerine nasıl ulaşıldığı sorusu akla gelmektedir. Daha açık belirtmek gerekirse, örneğin Şekil 1’de görülen Williams’ın çalışmasında %28 tasarruf yapıldığı belirtilen varlık sensörü  hangi duruma kıyasla %28’lik tasarruf sağlamaktadır? Tasarrufun yapılmadığı durum, kullanıcının “kontrolsüz”, yani pasif olduğu varsayımına mı dayanmaktadır? Benzer şekilde günışığına bağlı kontrol sisteminin %32 oranında tasarruf ettiğinin belirtildiği aynı çalışmada [3], bu tasarrufun kullanıcıların yön, mevsim, saat, güneşlenme durumu gibi etkenlerin hiçbirine müdahalede bulunmadığı durumla oranlanarak elde edilmiş bir değer olup olmadığı sorusunu akla getirmektedir. Yapıların enerji tüketimini azaltmak için çeşitli önlemler alırken, bu gibi bazı belirsiz noktaların açığa çıkması, yanılsamaları önler.

7. SONUÇ
Bu çalışmada, aydınlatmanın yapılardaki enerji tüketiminin önemli bileşenlerinden biri olduğu için aydınlatma tüketimini azaltmanın yolları tartışılmıştır. Günümüzde aydınlatma amaçlı tüketilen enerjinin azaltılması için sıklıkla önerilen ve tercih edilen bir yöntem olarak kontrol sistemleri karşımıza çıkmaktadır. Pek çok çeşidi bulunan kontrol sistemlerinin, önceki çalışmalarda elde edilen tasarruf yüzdeleri bu çalışmada sunulmuştur. Bu tasarruf yüzdelerini elde ederken kullanılan, “tasarrufsuz” durum olarak kabul edilen kullanıcı kontrolü ve onunla ilgili çalışmalara da değinilmiştir. Kullanıcı kontrolünün etkisiz olduğu kabulü ile yürütülen çalışmalara zıt olarak, bu belirsizliği ortadan kaldırmayı hedeflemiş, kullanıcı kontrolünü gözlemleyerek kullanıcı kontrol modeli oluşturma çalışmalarına da değinilmiştir.
Hacimlerin kullanıcılar için yapıldığı ve kullanıcıların bu hacimlerle sürekli etkileşim halinde olduğu düşünülünce, kullanıcı kontrolünün azımsanmaması gereken bir faktör olduğu düşünülmektedir. Kontrol sistemlerinin kullanımı, enerji tüketimini azaltmada faydalı olsa da, kullanıcıların memnuniyetini ve kullanıcı faktörünün etkinliğini de gözardı etmemek gerektiğine inanılmaktadır.

KAYNAKLAR
[1]    G. H. Kutlu, “An Evaluation Methodology for Assessing Artificial Lighting Quality in Architecture : The Case of Apikam A Thesis Submitted to in Architecture by,” Izmir Institute of Technology, 2007.
[2]    M. Velds, “Assesment of Lighting Quality in Office Rooms with Daylighting Systems,” TU Delft, 2000.
[3]    A. Williams, B. A. Pe, K. Garbesi, E. P. Pe, and F. R. Fies, “Lighting Controls in Commercial Buildings,” Leukos, vol. 8, no. 3, pp. 161-180, 2012.
[4]    P. Hoes, J. L. M. Hensen, M. G. L. C. Loomans, B. de Vries, and D. Bourgeois, “User Behavior in Whole Building Simulation,” Energy Build., vol. 41, no. 3, pp. 295–302, Mar. 2009.
[5]    J. D. Jennings, F. M. Rubinstein, D. Dibartolomeo, E. Orlando, L. Berkeley, and S. L. Blanc, “Comparison of Control Options in Private Offices in an Advanced Lighting Controls Testbed,” Illum. Eng. Soc., no. Summer, 2000.
[6]    IEA ECBCS, “Lighting Control Systems,” in Annex 45 Energy Efficient Electric Lighting for Buildings, L. Halonen, E. Tetri, and P. Bhusal, Eds. Finland: Aalto University School of Science and Tehcnology, 2010, pp. 137–182.
[7]    P. Ihm, A. Nemri, and M. Krarti, “Estimation of Lighting Energy Savings from Daylighting,” Build. Environ., vol. 44, no. 3, pp. 509–514, Mar. 2009.
[8]    B. Roisin, M. Bodart, A. Deneyer, and P. D’Herdt, “Lighting Energy Savings in Offices Using Different Control Systems and Their Real Consumption,” Energy Build., vol. 40, no. 4, pp. 514–523, Jan. 2008.
[9]    A. B. Vonneida, D. Maniccia, A. Tweed, and M. Street, “An Analysis of the Energy and Cost Savings Potential of Occupancy Sensors for Commercial Lighting Systems Energy Star Buildings Program,” in Proceedings of the Illuminating Engineering Society of North America 2000 Annual Conference, 2000, pp. 433–459.
[10]    L. Schrum, D. S. Parker, D. B. Floyd, and F. Solar, “Daylight Dimming Systems : Studies in Energy Savings and Efficiency,” in Proceedings of the 1996 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings 4, no. Crisp 1977, 1996, pp. 311–319.
[11]    G. Newsham, S. Mancini, J. Veitch, R. Marchand, W. Lei, K. Charles, and C. Arsenault, “Control Strategies for Lighting and Ventilation in Offices: Effects on Energy and Occupants,” Intell. Build. Int., vol. 1, no. 2, pp. 101–121, Feb. 2009.
[12]    M. Deru, S. Pless, and P. Torcellini, “BigHorn Home Improvement Center Energy Performance,” in ASHRAE Annual Meeting, 2006, no. April.
[13]    A. D. Galasiu, M. R. Atif, and R. a MacDonald, “Impact of Window Blinds on Daylight-linked Dimming and Automatic on/off Lighting Controls,” Sol. Energy, vol. 76, no. 5, pp. 523–544, Jan. 2004.
[14]    X. Guo, D. Tiller, G. Henze, and C. Waters, “The Performance of Occupancy-based Lighting Control Systems: A review,” Light. Res. Technol., vol. 42, no. 4, pp. 415–431, Aug. 2010.
[15]    C. F. Reinhart, “Lightswitch-2002 : a Model for Manual and Automated Control of Electric Lighting and Blinds A versio,” Sol. Energy, vol. 77, no. 1, pp. 15–28, 2004.
[16]    S. Onaygıl and Ö. Güler, “Determination of the Energy Saving by Daylight Eesponsive Lighting Control Systems with an Example from Istanbul,” Build. Environ., vol. 38, no. 7, pp. 973–977, Jul. 2003.
[17]    CEN/TC169, “EN 15193 : Energy Performance of Buildings - Energy Requirements for Lighting Contents,” 2006.
[18]    E. Arens, “Behavior and Buildings-Leveraging Occupants to Improve Energy and Comfort” Behav. Build., vol. Summer, 2010.
[19]    P. Maleetipwan-Mattsson, T. Laike, and M. Johansson, “Factors Affecting Optimal Lighting Use in Shared Hospital Environments: A Case-Study,” Build. Environ., vol. 96, pp. 260–269, 2016.