Yüksek Enerji Performanslı Yapılar

Küresel ısınma atmosfere salınan gazların neden olduğu sera etkisinin sonucunda, ortalama sıcaklıklarda görülen artıştır. Küresel ısınmanın doğal ve yapay nedenleri vardır. Doğal nedenler güneş etkisi (gelen zararlı ışınlar nedeniyle ozon tabakasında görülen değişiklikler), dünyanın presizyon hareketi ve El Nino (güney salınımı) hareketidir. Yapay nedenler ise kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar ve sera etkisidir. İklim değişikliği ise doğal iklim değişikliğine ek olarak doğrudan veya dolaylı olarak atmosferin yapısını bozan insan faaliyetleri sonucu iklimde oluşan değişikliktir.

Atmosferdeki gazların kısa dalga boylu güneş ışınlarına karşı çok geçirgen, yeryüzünden verilen uzun dalga boylu radyasyona karşı ise biriken su buharı, metan ve karbondioksit gibi sera gazları nedeniyle daha az geçirgen olması sonucunda, yere yakın kısımların beklenenden daha fazla ısınması olayına sera etkisi denir.

Sera gazları olmasaydı gündüz güneş ışınları dünyayı çok fazla ısıtır, geceleri de çok aşırı derecede dondurucu soğuklar meydana gelirdi. Gece ve gündüz arasında aşırı sıcaklık farkı meydana gelir ve dünyadaki yaşam son bulurdu.

Küresel ısınmaya karşı alınacak önlemler arasında tasarruflu ampul kullanmak, daha az ışık, araba ve sıcak su kullanmak, otomobillerin yakıt filtrelerinin bakımını yaptırmak, çöplerin geri dönüşümünü sağlamak, ağaç dikmek, ormanları korumak gibi birçok önlem sayılabilir.

ENERJİ KAVRAMI
Gelecek nesillerin enerji ihtiyacını karşılamak ve çevreye verilen zararı en aza indirgeyebilmek için enerji kaynakları teknolojisine önem vermemiz gerekmektedir. Fakat bundan önce enerji kavramını
iyice anlamalıyız. Çünkü enerji teknolojinin ilerlemesinde en önemli etkendir. Enerji bütün temel bilimlere girmiş olup, çeşitli olayları birleştirip durumu basitleştirme olanağı sağlayan ortak bir paydadır. Herhangi bir hareketi yapan veya yapmaya hazır olan kabiliyete enerji denir. Kısaca, enerji iş yapabilme yeteneğidir.

Bir enerji türünün başka bir enerji türüne dönüşmesine, dolayısıyla yok olmamasına enerjinin korunumu denir.

Termodinamiğin birinci yasası herhangi bir sistemdeki toplam iç enerjinin sisteme eklenen ya da çıkan enerji ile ilgili olduğundan bahseder. Bir sisteme giren enerji miktarı, sistemden iş ve atık ısı olarak çıkan toplam enerji miktarına eşittir. Enerji korunumunu ifade eden bu yasaya göre hiçbir enerji var veya yok edilemez, ancak bir biçimden diğerine dönüşebilir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre ise ısı enerjisi tam olarak işe dönüştürülemez ve her zaman artık bir ısı oluşur. Bu yasa herhangi bir sistemin hiçbir zaman %100 verimli olamayacağını söyler.

Sistemin moleküler yapısı ve hareketliliği ile ilgili olan mikroskobik enerjilerinin tümünün toplamına sistemin iç enerjisi denir. İç enerji duyulur (moleküllerin kinetik enerjisiyle ilgili olan), gizli (sistemin fazıyla ilgili olan), kimyasal (moleküllerin atomları arasındaki kuvvetlerle ilgili olan) ve nükleer (atom çekirdeği içindeki parçacıklar arasında var olan bağlarla ilgili olan) enerji türlerini kapsar.

Enerjide %100 verim mümkün değildir. Termodinamiğin ikinci yasası çoğu zaman kullanışsız ve ısı enerjisi olarak görülen bir miktar enerjinin niteliksel olarak kaybolduğunu söyler. Böylece bu yasa herhangi bir sistemden elde edilebilecek en yüksek verimin hesaplanabileceğini ve enerji etkin sistemlerde termodinamiğin önemini ifade etmektedir

Yenilenemez Enerji Kaynakları
Kullandıkça rezervleri tükenen ve oluşumları uzun yıllar süren kaynaklara yenilenemez enerji kaynakları denir. Yenilenemez enerji kaynakları fosil yakıtlar ve nükleer enerji olarak iki grupta incelenebilir. Fosil yakıtlar milyonlarca yıl yerin derinliklerinde kalmış, oksijensiz, belirli bir ısı ve basınç altında fosilleşmiş bitki ve hayvanlardan oluşurlar. Böylece kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil tabanlı kaynaklar bu kategoriye dâhil olmaktadır. Bunlar dışında, fosil yakıt olmayan uranyum da yenilenemez enerji kaynakları arasındadır.

Kömür
Kömür en eski enerji kaynağıdır. Milyonlarca yıl önce yaşamış canlıların oluşturduğu fosil yakıtlardır. Bataklıklarda uygun nem ve sıcaklığın oluşması, ortamın asit miktarının artması, ortamda bulunan gerekli organik maddelerin çürüyen bitkiler ile su altına inmesi ve bataklığın zamanla üstünün kapanması gibi olaylar sonucunda oluşur. Özellikle buharlı makinelerin icadından sonra kömür kullanımı artmıştır. Kömür elektrik üretiminde, demir çelik ve çimento imalatında, endüstriyel işlemlerde ve ısınma amacı ile kullanılır. Kömürden elektrik elde etmek için termik santraller kullanılmaktadır. Birçok ülkede elektik üretiminin çok önemli bir bölümü kömürden elde edilmektedir.

Petrol
Çağlar önce yaşamış ölü hayvan ve bitkilerin toprak altında sıkışıp gaz basıncı ile sıvılaşmasından oluşur. Bu nedenle deniz yatakları dâhil her yerde petrol vardır. Magma tabakasının hemen üstündeki erişilemez yerler dışında, yeryüzüne yakın olan petroller belirlenir ve petrol yatakları denilen bu bölgelerden çıkarılır. C ve H atomlarının uygun bileşimleriyle meydana gelen metan, etan gibi hidrokarbonlardan oluşan petrol sudan yoğun, koyu renkli, arıtılmamış, yanıcı ve kendine özgü kokusu olan bir maddedir. Petrolün dünya ekonomisinde yaşamsal önemi çok büyüktür. Petrolün yakılması ile elektrik üretilir. Bunun yanında jeneratör ve araba gibi araçlar başta olmak üzere aklınıza gelebilecek neredeyse tüm alanlarda petrol kullanılmaktadır. 

Doğal Gaz
Havadan hafif, zehirsiz, kokusuz, renksiz ve bir petrol türevi olan doğal gaz yerkabuğunun içindeki
fosil kaynaklı bir çeşit yanıcı gaz karışımıdır. Büyük bir bölümü metan molekülünden oluşur. Geçmişte
petrol üretimi sırasında ortaya çıkan yararsız bir atık olarak görülmüş ve yakılarak uzaklaştırılmıştır. Günümüzde ise oldukça değerli ve stratejik bir enerji kaynağı olup, daha çok ısı enerjisi kaynağı
olarak kullanılmaktadır. Elektrik ihtiyacının küçümsenemeyecek bir kısmı da doğal gazla çalışan
santrallerden üretilmektedir.

Nükleer Enerji
Nükleer enerjinin hammaddesi uranyum-235 nükleer yakıt doğada bulunur. Ayrıca, uranyum-
238 de reaktörlerde kontrollü bir şekilde nötron bombardımanı ile parçalanabilir. Sonuçta
ısı enerjisi ortaya çıkar. Bu ısı ile önce buhar, daha sonra sırasıyla mekanik ve elektrik enerjisi üretilir.
Nükleer santrallerde çok yüksek miktarda enerji elde edilir. Fakat bu enerjinin kontrolü yapılmazsa
çevreye çok büyük zararı da olabilir. Geçmiş yıllarda Çernobil ve Fukuşima faciaları çevreye çok
büyük zararlar vermiştir. Sonuç olarak reaktör kazaları ve nükleer atıkların depolanması büyük bir
sorun teşkil eder.

Nükleer enerjiyi anlamamız için fisyon ve füzyon kavramlarını bilmeliyiz. Fisyon ağır radyoaktif maddenin dışarıdan nötron bombardımanına tutularak daha küçük atomlara parçalanması olayıdır. Atom bombası fisyona bir örnektir. Füzyon ise hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomları meydana getirdiği nükleer tepkimelerdir. Örnek olarak hidrojen bombası veya güneşte meydana gelen patlamalar söylenebilir.

Yenilenebilir enerji kaynakları dünyanın doğal döngüsü içinde kendileri tükenmeden diğer enerji
kaynaklarının üretilmesi için kullanılan kaynaklardır. Yenilenebilir enerjiler güneş, rüzgâr, biyokütle,
jeotermal, su enerjisi gibi doğada kendiliğinden var olan kaynaklardan elde edilmektedir.

Güneş Enerjisi
Güneşten direkt ya da dolaylı olarak elde edilen enerji olarak tanımlanır. Güneş enerjisi çok temiz bir enerji kaynağı olup, doğaya ve çevreye neredeyse hiçbir zararı yoktur. Sürekli bir füzyon reaktörü olan güneşin enerji kaynağı, hidrojenin helyuma dönüşmesi ile ortaya çıkar. Bu enerji hidrostatik dengededir. Başka bir ifade ile zaman içinde ne genişler ne de küçülür. Dünyada var olan tek doğal enerji kaynağıdır. Dünyadaki madde ve enerji akışları güneş enerjisi sayesinde mümkün olabilmektedir. Hava ve su döngüleri güneş sayesinde oluşur. Rüzgâr, biyolojik (bitkiler) ve hidrolik enerji dediğimiz enerji türleri aslında güneş kaynaklı enerji türleridir. Güneşin üç günde yaymış olduğu enerji dünyadaki tüm petrol, doğal gaz vb. yakıta eşdeğerdir. Fakat insanlar bu enerjinin çok küçük bir kısmını kullanabilmektedir. Toplayıcılar kullanılarak güneş enerjisinden ısı ve elektrik üretilirken, geliştirilen fotovoltaik pillerle de elektrik üretmek mümkündür. 

Rüzgâr Enerjisi
Hava akımının enerjiye çevrilmesi ile elde edilen enerjidir. Ekvator kutuplara göre daha fazla güneş enerjisi alır ve böylece daha sıcaktır. Ekvator bölgesinde hava ısındıkça genleşir ve kuzey/güney kutbuna doğru yükselir. Genleşen hava kutuplarda soğuk hava ile karşılaşınca yoğunlaşır ve alçalır. Bu hava akımı dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi ile savrularak küresel rüzgârlar oluşur. Güneş enerjisinin bir şekli olan rüzgâr enerjisi coğrafi açıdan rüzgâr alan uygun yerlere kurulan, havanın kinetik enerjisini elektrik enerjisine çeviren türbinler ile elde edilmektedir. 

Hidroelektrik Enerji
Su bütün canlılar için yaşamsal öneme sahiptir. Dünyanın %70’ i suyla kaplıdır. Güneşten gelen ısı kara ve denizlerdeki suyu buharlaştırır ve su buharı oluşturur. Genleşen su buharlı hava yükselir, yükseldikçe soğur ve bulut olarak yoğunlaşır. Bulut soğudukça su damlaları büyür ve kar ya da yağmur olarak düşer. Yeryüzüne düşen su ve kar hem dere yataklarını ve akarsuları besler hem de yer altı sularını oluşturur. Bu dönüşüm sayesinde su döngüsü sürekli devam eder. Suyun sahip olduğu enerjinin kullanışlı enerjiye çevrilmesi çok önemlidir. Bunun günümüzdeki en yaygın örneği hidroelektrik enerjisidir. Belli bir miktar yükseklikteki suyun sahip olduğu potansiyel enerjiye hidrolik enerji denir. İşte bu hidrolik enerji önce mekanik enerjiye, sonra elektrik enerjisine çevrilir. Elde edilen bu enerjiye ise hidroelektrik enerji denir. Hidroelektrik enerji şu anda kapasite ve enerji verimliliği açısından dünyadaki en büyük yenilenebilir enerji kaynağı olup, dünya elektrik ihtiyacının neredeyse beşte birini karşılamaktadır.

Jeotermal Enerji
Jeotermal enerji yerkabuğunun çeşitli derinliklerinde birikmiş ısının oluşturduğu, sıcaklığı sürekli
20 °C’den fazla olan ve çevresindeki normal yer altı ve üstü sularına oranla daha fazla erimiş mineral, çeşitli tuzlar ve gazlar içerebilen sıcak su ve buhar olarak tanımlanır. Yer kabuğu çatlaklarından magma tabakasına, magma tabakasından yeryüzüne ulaşan su ve buhar tribünler yardımıyla diğer enerji türlerine dönüştürülür. Jeotermal enerji yaklaşık %95 verimle kullanılabilen, rüzgâr, güneş ve yağmur gibi hava koşullarından etkilenmeyen en önemli ve en temiz yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Jeotermal enerji ısıtma, soğutma, elektrik üretimi, mineral üretimi, kaplıca amaçlı kullanım gibi farklı uygulama alanlarına sahiptir.

Biyokütle Enerjisi
Biyokütle yeryüzünde ve biyosferde organik üretimde bulunmak için karbondioksit, su ve güneş
enerjisi kullanan bitkilerin toplamıdır. Biyoenerji sıvı biyoyakıt, atık, katı biyokütle (odun) veya gaz
formlarındaki biyokütleden elde edilir. Fotosentez yoluyla enerji kaynağı olan organik maddeler
sentezlenirken, atmosfere oksijen verilir. Üretilen organik maddelerin yakılması sonucu ortaya çıkan
CO2 ise daha önce bu maddelerin oluşması sırasında atmosferden alınmış olduğundan, biyokütleden
enerji elde edilmesi esnasında çevre CO2 emisyonu açısından korunmuş olur. Hemen hemen kaynakları fosil yakıtlar ile aynı olmasına rağmen, son on yıl gibi çok kısa süre önce yaşamış canlı organizmalardan elde edilen biyoyakıtlar yenilenebilir enerji kaynaklarındandır.

Sürdürülebilirlik kelime anlamı olarak çeşitlilik ve üretkenliğin devamlılığı sağlanırken
daimi olabilme yeteneğini de korumak olarak tanımlanır. Bu kavram pek çok alanda ve uygulamayla karşımıza çıkmakta, fakat gelecek nesillere yaşanabilecek bir dünya bırakmak hepsinin ortak
noktasıdır. 

Oluşan bu enerji talebinin sektöre göre dağılımı incelendiğinde ise tüketimin %24,6’sı çevrim sektöründe (elektrik üretiminde), %24,8’i konut ve hizmet sektöründe, %25’i sanayide ve %19,4’ü ulaştırma ve %6,2’si diğer sektörlerde kullanılmaktadır

Yerleşim Planlaması ve Mikroklima Denetimi
Tasarımda alınan ilk kararlar mikroklima denetimi sonrasında arazi seçimi ve binanın arazide yerleşeceği konumun belirlenmesidir. Mikroklima aynı iklim bölgesinde arazinin yakın çevresinin özgün iklimsel özellikleri ile ortaya çıkan yerel bir olgudur. Mikroklima denetim elemanları iklim özellikleri, güneşlenme miktarı ve süresi, ortalama sıcaklık, rüzgâr, nem, bitki örtüsü özellikleri, yakın çevredeki tümsek, çukur, su kütlesi gibi coğrafi elemanlar olarak sıralanabilir. Tüm bunlar ele alınarak bina uzunluğu, derinliği, hacmi ve yüksekliği, kabuk yüzey alanı, çatı türü ve eğimi, cephe eğimi gibi bina geometrisi oluşturulur. Bu aşamada, var olan enerji kaynaklarının etkin kullanımları da değerlendirilir. Örneğin, arazinin durumuna göre güneş enerjili sıcak su üretimi, elektrik üretimi için rüzgâr türbinleri veya fotovoltaik enerji sistemleri ve toprak kaynaklı ısı pompaları gibi sistemler incelenir.

Yerleşim planlaması ve mikroklima denetimi aşamasının amacı ısıtma, soğutma ve havalandırmanın
pasif yöntemlerle sağlanmasına yardımcı olarak, iklimlendirmede aktif enerji desteğine duyulacak ihtiyacı azaltmaktır. Yerleşim ve mikroklima denetimini sağlayarak kullanılabilecek pasif tasarım dinamikleri doğal havalandırma ve aydınlatmadır.

Binalarda pasif sistemler herhangi bir mekanik ve elektrik sistem kullanılmadan yapı elemanlarıyla oluşturulan tasarımlardır. Bu sistemler bina çevresi ile sürekli etkileşim halinde olup, kendisine ısıtma
ve soğutma sağlayabilen ve böylece enerji tüketimini azaltan düzeneklerdir. Aktif sistemler ise enerji depolama ve dağıtım sistemlerinin kullanıldığı tasarımlardır.

Enerji Performans Hesabı
Simülasyon karmaşık sistemleri basitleştirerek bir model oluşturmak ve gerçek sistemin davranışını tahmin ve analiz etmek için bu modeli kullanmaktır. Bina enerji performans hesaplama programları kullanılarak binanın enerji performansı ve verimlilik seviyesi ile ilgili ön kontroller yapılabilir. Bina tasarımının başlangıcından itibaren simülasyon programları kullanılabilir. Biçim, boyut, yön ve tüm bina sistemlerinin enerji tüketimini nasıl etkilediği bu programlar aracılığı ile analiz edilir. Elde edilen bilgiler enerji tüketimini etkileyen aydınlatma gibi bina sistemleri ile ilgili tasarımlara yön vermektedir. Programlar bina kullanıcı sayısı, oda sıcaklığı, sıcak su kullanım miktarı ve elektrikli aletler tarafından tüketilen elektrik enerjisi gibi parametreler için standart veriler kullanırlar. Bina kullanım amacı, yerel iklim şartları, ısıtılan alan ve bina hacmi, konfor koşulları, bina kabuğu, pencereler ve dış kapılar ile ilgili tüm detayları ve verileri göz önüne alırlar. Bina tasarımı ilerledikçe bu programlar ile tasarımda yapılan değişikliklerin etkilerini karşılaştırmak mümkündür.

Bina Kabuğu
Bina içini ve dışını ayıran tüm bina bileşenleri bina kabuğu olarak tanımlanır. Bina kabuğunun işlevleri ısı, ışık, ses gibi fiziksel parametrelerin kontrolü, kullanıcı sağlığı ve konforu üzerine kuruludur. Dış iklim koşullarını, doğal ışığı ve dış gürültü düzeyini kontrol altına alarak iç çevrede sırasıyla termal, görsel ve işitsel konfor koşullarını sağlamak en önemli işlevleridir. Bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri kazanılan ve kaybedilen enerji miktarını belirler. Optik özellikler güneş ışığına karşı yutuculuk, yansıtıcılık ve geçirgenlik katsayıları, termofiziksel özellikler ise ısı geçirme katsayısı, saydamlık oranı, zaman geciktirme ve genlik küçültme faktörü şeklindedir.

Akıllı Bina
Akıllı binalar teknolojik yenilikleri kullanarak yaşayanların konforunu ve güvenliğini artıran, binanın
enerji harcamalarını otomatik olarak binanın kendi elemanlarıyla ve ek donatılarla kontrol ederek en alt düzeye indiren binalar olarak tanımlanmaktadır. Akıllı binalar mekanik, elektrik ve elektronik sistemlerin kesintisiz bir şekilde verilerinin ölçülmesini, kaydedilmesini, analizlerinin yapılmasını, otomatik olarak karar verilmesini ve uygulamaya geçilmesini amaçlar. Bu tür binalarda ısıtma, klima, havalandırma, nemlendirme gibi iklimlendirme sistemleri, enerji yönetimi, aydınlatma programı, ısı geri kazanım sistemleri, enerji ölçüm sistemleri, yangın, güvenlik ve aydınlatma otomasyonları yapılır. Akıllı binaların içeriği enerji verimliliği, güvenlik ve iletişim-haberleşme  sistemleri kapsamında değerlendirilebilir.

Yeşil Bina
Küresel ısınma, iklim değişikliği ve çevre kirliliği artıkça, doğal kaynaklar hızla azalmakta ve
canlılar sıkıntı yaşamaktadır. Günümüzde her alanda olduğu gibi konut sektöründe de çevrecilik
ön plandadır. Ekolojik, yeşil, çevre dostu gibi pek çok isimle karşımıza çıkan doğayla uyumlu yapılar
arazi seçiminden itibaren yaşam döngüsü içinde değerlendirilen, sosyal ve çevresel sorumluluklarla tasarlanan, iklime uygun, ihtiyacı kadar tüketen, yenilenebilir enerji kaynaklarını ön plana çıkarmış, doğal ve atık üretmeyen malzemelerin kullanıldığı ekosistemlere duyarlı binalar olarak tarif edilebilir. Belli standartlar getirilerek sertifikalanmakta olan yeşil binalar yapı sektöründe
daha değerli, doğaya saygılı, ekolojik, konforlu ve enerji tüketimini azaltan binalar olarak yeni bir sektör oluşturmuştur.

Pasif Ev
Pasif ev Almanca “Passivehausen” kelimesinden ismini almaktadır. Pasif evler çok iyi yalıtılmış ve yıllık ısıtma ihtiyacı çok düşük olacak şekilde planlanmış binalardır. Günümüzün en hızlı yayılan yapı standardı olup, dünya genelinde elli bin üzerinde pasif ev örneği bulunmaktadır. Bu yapılar için sertifikalandırma işlemi Almanya’da bulunan Darmstadt pasif ev enstitüsü tarafından yapılmaktadır. Türkiye’de ise sıfır enerji ve pasif ev derneği (SEPEV) pasif evler konusunda eğitim vermek, sertifika kursları açmak, uzmanlar yetiştirmek ve pasif ev standartlarını oluşturmak için 2012 yılından bu yana çalışmalarına devam etmektedir. Pasif evlerin standartları yüksek ısı yalıtımı uygulaması, hava sızdırmaz bina kabuğu, iklime göre üç veya iki camlı yüksek performanslı pencere seçimi, mekanik ve yüksek verimliliğe sahip ısı geri kazanımlı havalandırma sistemi, bina içindeki elektronik aletler ve insan sayısına bağlı ısı kazançlarının kontrolü ve güney cephede gölgelendirme olarak sıralanabilir.
Pasif evler güneye bakan camlar ve gölgelendirme elemanları gibi pasif tasarımın bazı özelliklerini içermektedir. En önemli özellikleri ise ısınma gereksinimini taze gelen, önden ısıtılmış hava ile  karşılamalarıdır. Amaç evin hava sızdırmayan bir yapıya kavuşmasıdır. Bu noktada dışarıdan içeriye  hava girmesi önlendiği gibi, içeriden de dışarıya hava kaçması engellenir. Doğal gaz ve soba kullanımı olmaksızın, evin hava geçirmezliği sayesinde evdeki enerji kaynakları örneğin ampul, bilgisayar ve hatta evde yaşayan insanlar sayesinde ev ısınabilmektedir. Mekanik havalandırma sistemi sayesinde yazın klima açmaya gerek kalmadan serinlik sağlanabilmektedir.