ENERJİ TASARRUFU VE ÇEVRE - Deneme Sınavı - 9

Gagge’nin iki bölmeli anlık enerji dengesi modeli insan vücudunu iç içe silindirlerden oluşan iki bölüme ayırır. İçteki silindiri iç organlar, iskelet ve kaslar oluştururken, dıştaki silindiri ise deri tabakası oluşturur. Deri ve kor bölmeleri için yazılan enerji denge denklemleri yardımıyla ısıl olarak verilen tepkiyi
hesaplar. Bu modelde aşağıda belirtilen kabuller yapılmaktadır;
1. Kor ve deri bölmelerinin sıcaklıkları sabittir.
2. Kor ve deri bölmeleri arasında taşınım (kan akışı ile) ve iletim ile ısı transferi meydana gelir.
3. İki bölme arasında soluma nedeniyle gizli ve duyulur ısı kaybı, yapılan aktiviteler ve titreme sırasında üretilen metabolik ısı, meydana gelen kütle değişimi ölçüsünde enerji transferi meydana gelir.
4 Deri ve dış ortam arasında taşınım, ışınım ve nem buharlaşması yoluyla ısı transferi meydana gelmektedir

İnsanların ortamdan ısıl olarak hoşnut olma duygusu ısıl konfor olarak belirtilir.

Isı aktarımı kısaca enerji aktarımı olarak tabir edilebilir. Isı için belirli aktarım şekilleri söz konusu olup üç farklı mekanizmadan söz edilebilir. Bu mekanizmalar kondüksiyon, konveksiyon ve radyasyondur.

İletim olarak da adlandırılır. Bir madde içerisinde birbirleriyle etkileşim halinde olan atom veya moleküllerden fazla enerjili atom veya moleküllerin enerjilerini daha az olanlara aktarması veya iletmesidir. Örneğin elimizde tuttuğumuz metal bir çubuğun ucunu kaynar bir suya daldırdığımızda bir süre sonra elimizde hissettiğimiz ısı iletim yoluyla yayılmaktadır. Metalin kaynar su içerisinde yer alan ucundaki atom veya moleküllerin enerjisi artacak ve bunu yakınındaki daha az enerjili atom veya moleküllere aktaracaklardır.

Işınım olarak da adlandırılan bu iletim şeklinde elektromanyetik dalgalar ya da fotonlar aracılığıyla ısı transferi söz konusudur. Isı kaynağından çıkan farklı frekans ve faz değerlerine sahip fotonlar bir yüzeye rast geldiğinde, bu yüzey tarafından ya yansıtılırlar, ya absorplanırlar ya da yüzeyin kalınlığına bağlı olarak karşı tarafa iletilirler.

Taşınım olarak da adlandırılır. Bu iletim şeklinde katı bir yüzey ve bu yüzeyle etkileşim halinde olan belirli bir akışkanlıktaki başka bir yüzey söz konusudur. Enerji transferi bu iki yüzey arasında gerçekleşir. Taşınım olayında adından da anlaşılacağı üzere maddenin bir alandan diğerine taşınması yani yer değiştirmesi söz konusudur. Soba veya kaloriferin bir odayı ısıtması taşınım ile ısı aktarımına örnek olarak verilebilir.

Isı yalıtım malzemeleri genel olarak yüksek ısıl dirence yani ısı akışına karşı yüksek mukavemete sahip, ısı kaybını en aza indirecek ve dolayısıyla düşük ısıl iletkenlik katsayılarına sahip hafif malzemelerden oluşmalıdır. Isıl iletkenlik katsayısının düşük olması ortamlar arası ısı veya enerji geçişini zorlaştıracak dolayısıyla yalıtımı arttıracak bir özelliktir. Standartlara uygun yalıtım malzemeleri için ısıl iletkenlik katsayıları genel olarak 0,065W/ mK ile verilen değerden daha küçük olmalıdır. Bu değerin üzerinde ısıl iletim katsayısına sahip olan malzemeler genel olarak yapı malzemesi sınıfındadır. Bir ısıl yalıtım malzemesinde, ısıl iletim katsayısının yanı sıra, mekanik mukavemet, su emme kapasitesi, yoğunluk, sıcaklığa mukavemet, buhar difüzyon direnci ve yapı boyutlarına bağlı kararlılık durumu gibi özellikler de önem taşır.

Binalarda enerjinin uygun biçimde sarfiyatı noktasında mekanik tesisatlar oldukça önemlidir. Bundan dolayı tesisat sistemlerini oluşturan boru, vana, tank, depo ve benzeri gibi nokta ve bölmelerin doğru şekilde yalıtımı enerji kullanımında tasarruf sağlayacak faktörler arasında yer almaktadır. Tesisatta ısı yalıtımından amaç sıcak ve soğuk hatlarda kayıp-kazanç dengesini sağlamaktır.

Kondüksiyon: İletim olarak da bilinir. Bir ucu ısıtılan metal çubukta ısı kondüksiyon yoluyla yayılır.

Konveksiyon: Taşınım olarak da adlandırılır. Katı bir yüzey ve bu yüzeyle etkileşim halinde olan belirli bir akışkanlıktaki başka bir yüzey söz konusudur. Enerji transferi bu iki yüzey arasında gerçekleşir. Kaloriferin bir odayı ısıtma biçimi konveksiyona bir örnektir.

Radyasyon: Işınım olarak da adlandırılan bu iletim şeklinde elektromanyetik dalgalar ya da fotonlar aracılığıyla ısı iletimi gerçekleşir. Güneş’in Dünya’yı ısıtması bu iletim biçimine örnektir.

Kaynayan su konveksiyonsla ısı iletir. Cezvenin ısınan sapı kondüksiyonla ısı iletimine örnektir. Güneş’in Dünya’yı ısıtması radyasyon iletimine örnektir.

Bir cezvede kaynatılan su için iki tür ısı iletim mekanizmasından söz edilebilir.Kaynayan su konveksiyonsla ısı iletir. Cezvenin ısınan sapı kondüksiyonla ısı iletimine örnektir.

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.

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.

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.

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.

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. Rüzgar, biyolojik (bitkiler) ve hidrolik enerji dediğimiz enerji türleri aslında güneş kaynaklı enerji türleridir.

Jeotermal enerji ısıtma, soğutma, elektrik üretimi, mineral üretimi, kaplıca amaçlı kullanım gibi farklı uygulama alanlarına sahiptir.

Günümüzdeki yeni teknolojik gelişmeler ve yapılan araştırmalar neticesinde uzay bazlı güneş enerjisi, insan gücüne dayalı enerji (piezoelektrik), dalga enerjisi, gel-git enerjisi, hidrojen enerjisi, magma enerjisi, nükleer çöp enerjisi, alg enerjisi, gömülü güneş enerjisi, uçan rüzgar türbinleri ve füzyon enerjisi geleceğin enerji kaynakları olarak görülmektedir.

Önce binanın tasarımının yapıldığı daha sonra ise yapının ısıtma, soğutma ve havalandırma sistemlerinin tasarıma ilave edildiği süreçler artık geride kalmıştır. Binanın enerji verimliliği ve performansı sadece iç ve dış duvarlar, pencereler gibi tekil bina bileşenlerine veya ısıtma, havalandırma, iklimlendirme, aydınlatma gibi tesisat sistemine dayalı olmayıp, bunların bir bütün olarak ve dinamik bir şekilde etkileşimine dayalıdır. Günümüzde artık ‘‘bütünleşik bina tasarımı’’ ele alınmaktadır. Bütünleşik tasarımda yapıya ilişkin enerji ihtiyaçları, çevresel etkiler, malzeme ve doğal kaynak kullanımları, atık yönetimi ve kullanıcı ilişkileri bir bütün olarak ele alınır.

Geleneksel tasarımda ekip elemanları tasarıma sadece gerektiğinde katılır ve daha çok karar daha az kişiyle alınırken, bütünleşik tasarımda ekip elemanları süreç boyunca tasarıma katılır ve kararlar tüm ekiplerin ortak görüşü ile alınır. İlk maliyetin çok önemli olduğu geleneksel tasarımların aksine, bütünleşik tasarımda tüm yaşam döngüsünün maliyeti ele alınır. Geleneksel tasarımda her sistem tek başına incelenirken, bütünleşik tasarımda sistemlerin birbiriyle ilişkileri göz önüne alınır. Bütünleşik tasarım ilk aşamalarda gelenekselin aksine, çok daha fazla zaman ve işbirliği gerektirir. Bütünleşik tasarımın en temel özelliği disiplinler arası işbirliğinin olabildiğince üst düzeyde sağlanmasıdır.

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, rüzgar, 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.