Silikon Teknolojisinin Sürdürülebilir Mimariye Katkıları

9 Kasım 2010 | TEKNİK MAKALE 29. Sayı (Kasım - Aralık 2010)

Silikon mastik ve yapıştırıcılar ilk olarak 1960’ların başında inşaat sektörünün kullanımına sunulmuştur ve ilk uygulamaların birçoğu bugün hala performans ve işlevini sürdürmektedir... A.T. Wolf / Dow Corning Corporation - Dow Corning GmbH, Wiesbaden, Almanya
Silikon mastik ve yapıştırıcılar ilk olarak 1960’ların başında inşaat sektörünün kullanımına sunulmuştur ve ilk uygulamaların birçoğu bugün hala performans ve işlevini sürdürmektedir. (Şekil 1).
Silikon mastik ve yapıştırıcıların ticari önemi, piyasanın birçok farklı çeşitte ve önemli ihtiyaçlarını karşılamaya imkan veren özelliklerin kendine özgü kombinasyonuna dayanır.
Hava şartları ve ısıl koşullara mükemmel uyum, ozon ve oksidasyon dayanıklılığı, aşırı düşük ısılarda dahi esnekliğini koruması, yüksek gaz geçirgenliği, iyi elektriksel özellikleri, fizyolojik hareketsizliği, hemen her yüzeye yapışabilmeleri ve farklı metotlar kullanılarak hem yükseltilmiş hem de standart ortam sıcaklıklarında kürlendirilebilmeleri bu özelliklerin başlıcalarıdır. Bu kendine has özelliklerinden dolayı silikon mastik ve yapıştırıcılar, hem ticari hem de konut yapılarının verimliliğini ve kullanım ömrünü arttırma potansiyeline sahiptir.

Sürdürülebilir Mimari İhtiyacı
Binalar oldukça yoğun kaynak gerektirirler. Binalar, enerjinin yüzde 35-40’ını, kullanılan tüm hammaddelerin yüzde 30-40’ını, kullanılan tüm suyun yüzde 15-20’sini tüketirler ve arazi kullanımının yüzde 10’unu temsil ederler. Küresel olarak, yıllık 3 milyar ton gibi  muazzam miktarda bir hammadde inşaat faaliyetleri için kullanılır. Binalar ayrıca kirlilik emisyonlarının ve olumsuz çevresel etkilerin büyük bir kısmını oluştururlar. Binalar, tüm sera gazı emisyonunun yüzde 35-40’ının, tüm katı atık üretiminin yüzde 30-35’inin ve su atıklarının yaklaşık yüzde 20’sinin kaynağıdır. Uluslararası Mimarlar Birliği,  1993 yılında Chicago’daki kongrelerinde, Sürdürülebilir bir Gelecek için Dayanışma Beyanında “Sürdürülebilir Tasarımı” tanımlamıştır. Tanımlamada, “Sürdürülebilir tasarım, kaynak ve enerji verimliliğini, sağlıklı binaları ve malzemeleri, arazi kullanımındaki ekolojik ve sosyal hassasiyeti ve ilham veren, doğrulayan ve olanak sağlayan bir estetiğin önemini bir araya getirir” denilmektedir. Bu tanım, sorumlu gelişimin ekonomik, sosyal ve çevresel unsurları tarafından desteklenen genel sürdürülebilirlik kavramına dayanır (Şekil 2).
Bu tanıma başka bir bakış açısı da, herhangi bir sürdürülebilir tasarım veya mimarinin 4P stratejik gerekliliklerini; (a) Proje-tasarım kalitesi, (b) Refah veya kar-ekonomik kalite, (c) Gezegen-çevre kalitesi ve (d) İnsanlar-sosyal kalite, karşılamak zorunda olduğunu ifade eder. (Bu ayrıca Hollanda Delft Teknoloji Üniversitesi’ndeki Prof. Kees Duijvestein tarafından önerilmiş olan “4P dörtlü” olarak da adlandırılır, Şekil 3)
Daha önce belirtildiği üzere, sürdürülebilir mimari ile kastedilen sadece enerji verimli binalardan daha fazlasıdır. Ancak enerji verimliliği, üç mevcut soruna çözüm getirebilecek en önemli tedbirdir: çevresel hasar, iklim değişikliği ve enerji güvenliği. Mevcut binalarda kullanılan enerji kolayca ölçülebilir ve bu ölçüm, toplam enerji tüketiminin yüzde 80’inden fazlasına tekabül eden işletme enerjisiyle, enerji tüketiminin büyük çoğunluğunun binanın işletilmesi sırasında meydana geldiğini gösterir.
İşletme enerjisinde elde edilecek azalma birincil önceliktir. Çünkü “en sürdürülebilir enerji, tasarruf edilen enerjidir.” Enerjinin kendisi özel bir ilgi odağı değildir; ancak istenilen sonuca götüren bir araçtır. Müşteriler, enerjinin kendisini değil sağlayabileceği servisleri isterler; örneğin konfor, aydınlatma, güç, ulaşım. Bu sebeple, mimarinin sorunu en az çevresel etki ve en fazla enerji verimliliği ile nihai hedefimize ulaşmamıza olanak sağlayan çözümler sunabilmektir. Bu bağlamda, malzemelerin üretimi, inşaat süreci ve yıkımında harcanan enerji daha az önemliyken, binanın işletme enerjisini etkileyen malzemelerin seçilmesi daha önemlidir.
Bu sebeple, sürdürülebilir binaların tasarımındaki iki ana hedef, işletme enerjisi tüketimini ve binanın ömrü boyunca oluşabilecek bakım ve onarım masraflarını azaltmaktır. Yapı kabuğu ömrünün 50 ile 100 yıl arasında olduğu dikkate alınırsa, enerji talebini azaltmak için yapı kabuğu performansının geliştirilmesine odaklanılmalıdır. Ortak akıl halen bize, yapı kabuğunun hava geçirmezliği, yalıtımın ve özellikle pencerelerin kalitesi gibi konulara odaklanmayı ve termal köprüleri engellemeyi söyler. İkinci öncelik de enerji kullanımını, örneğin verimli cihazlar kullanarak ve artan gün ışığı kullanımı yoluyla önlemek olmalıdır. Bu tamamlandığında odak, hizmet süresi 10-25 yıl aralığında olan yenilenebilir enerjinin üretimine doğru kaymalıdır. Kötü tasarlanmış bir yapı kabuğunun veya verimsiz cihazların enerji tüketiminin yüksek kapasiteli yenilenebilir bir enerji sistemiyle telafi edilmesi için daha çok yatırım gerektiğinden, bu yaklaşım en basit ekonomik kuramlara dahi uygun değildir.

Silikon Teknolojisinin Sürdürülebilir Bina Tasarımı için Yararları
Dünya çapındaki hükümetler, sürdürülebilir binalar için gereklilikleri tanımlamaya başlamaktadırlar. Hedefler, enerji tüketimini ve karbondioksit emisyonlarını azaltmak üzere konulmaktadır. Bina içi konforu üzerinde ayrıca olumsuz bir etkiye sahip olmayan çevre dostu yapı malzemeleri talep edilmektedir.
Bir mimar, bildik metotlarla mekanik montaj yapılmış bir camın yerine silikon strüktürel cephe teknolojisini kullanarak, sürdürülebilir mimarinin 4P’sine-binanın çevresel, sosyal, ekonomik ve tasarım kalitesine katkıda bulunur.
Silikon strüktürel cephe, daha düşük işletme maliyeti ve geliştirilmiş termal ve akustik performansı ile birleşen yaratıcılık ve tasarım serbestliği sunar. Cam ve metal çerçeve arasına yerleştirilen elastik silikon (bonding) ısı yalıtımı sağlar, hava sızdırmasını minimize eder, titreşimlerin ayrıştırılması ve söndürülmesine katkıda bulunur ve bunun sonucu olarak da daha enerji verimli ve geliştirilmiş akustik performans sağlar. Silikonlar çevre kaynaklı doğal bozunmaya dayanıklıdır ve petrol bazlı organik benzerlerinden doğal olarak daha yüksek dayanıklılığa ve daha uzun servis ömrüne sahiptir. Daha uzun servis ömrü, daha düşük işletme maliyeti olarak da tercüme edilebilir.
Termal modelleme çalışmalarımız, silikon strüktürel cephenin mekanik sistemlere göre termal performans üzerindeki olumlu etkisini defalarca göstermiştir (Şekil 4).
Beklendiği üzere, yalıtım camı ünitesinin termal performansı, cephenin genel termal performansına katkıda bulunur. Gaz dolumlu üniteler ve warm edge teknolojisi gibi uygulamalar da cephenin termal performansına katkıda bulunur.
Kapaklı sistemler yerine silikon strüktürel sistemlerin kullanılması, cephenin U değerini 0,2 W/m2K’e kadar iyileştirebilir. Hava sızdırmazlığı iyileştirilerek, binanın enerji talebi daha da azaltılabilir.  Sistemin dayanıklılığı ve silikonun strüktürel yapışma özellikleri, organik dolguların kullanıldığı kapaklı cephe sistemlerine kıyasla, binanın kullanım ömrü boyunca daha düşük sızdırma derecelerini sağlar.
Silikon mastiklerin yüksek yapışma ve güneş ışınlarına dayanım özelliği gibi üstünlükleri, strüktürel cephe uygulamaları yanı sıra cam çatı (ışıklık) detaylarının da tercih edilen malzemesi olmalarını sağlar. Yalıtım camı üniteleri (IGU) üzerine en son gelişmeler, argon gazı dolumlu ve çift silikon dolgulu IGU’ların buhar geçirim dayanımı ve gaz sızdırmazlık gerekliliklerini güvenilir olarak ulusal ve uluslararası endüstri standartlarında tanımlandığı gibi karşılayabildiklerini göstermişlerdir. Silikon dolgular ikincil sızdırmaz olarak Warm edge ile birlikte kullanıldığında, kenarlardaki yoğuşma riskini azaltır, yalıtım camı ünitelerine daha iyi enerji verimliliği sağlarlar.

Referans Uygulamalar
Kırk yılın üzerindeki kanıtlanmış performanslarıyla silikon mastikler ve yapıştırıcılar fırtınalara, depremlere, asit yağmurlarına, tayfunlara ve aşırı neme, ısınma ve donma koşullarına karşı koymak üzere giydirme cephe, strüktürel yapıştırma ve hava şartlarına karşı sızdırmazlık uygulamalarında kullanılmıştır. 
Aşağıdaki bölüm, silikon mastiklerin çevresel dayanıklılığını ve sürdürülebilir tasarıma katkılarını gösteren birkaç referans projenin altını çizmektedir.

Prenses Elizabeth Antarktik İstasyonu
İklim değişikliğini ve sürdürülebilir malzemeleri incelemek için Uluslararası Kutup Kuruluşu (IPF) tarafından işletilen Prenses Elisabeth Antarktik İstasyonu (Şekil 5), tamamen yenilenebilir enerji (rüzgar türbinlerinden ve güneş panellerinden) üzerine faaliyette bulunan dünyanın ilk sıfır emisyon araştırma istasyonu ve ilk kutup araştırma istasyonudur.
Eksi 50°C ile -5°C arasındaki bir hava sıcaklığı, maksimum 125 km/h rüzgar hızı ve maksimum 250 km/h’ye kadar fırtınayla, IPF’ye uygun yapı malzemelerinin ve özellikle pencerelerin seçilmesinde ciddi zorluklarla karşı karşıya kalınmıştır. Pencere sistemi, arasında 400 mm’lik bir boşluk bulunan iki yalıtım camı ünitesinden oluşan bir çift kabuk olarak tasarlanmıştır.

Yalıtım camı üniteleri, silikon dolgu kullanılarak üretilmiş bir üçlü yalıtım camı ve lamine cam sisteminden oluşur.

Pardatschgrat Dağ Restoranı, Ischgl, Avusturya
2.624 metre rakımdaki konumuyla Pardatschgrat Restoranı, aşırı ısı farklarına ve ayrıca kuvvetli rüzgârlara maruz kalmaktadır. (Şekil  6).
Restoran cephesi, dört taraflı strüktürel yapıştırma sistemidir. Cephenin bazı bölümleri negatif eğimlidir. Cephe, Ug değeri 0,70 W/m2K olan argon gaz dolumlu, silikon dolgulu, üç camlı yalıtım camı üniteleri ile giydirilmiştir. Çok benzer bir başka projede kullanılan dört taraflı strüktürel yapıştırma tekniğiyle yapıştırılmış, kripton gazıyla doldurulmuş üç camlı yalıtım camı üniteleri, tasarımcısına ancak 0.77 W/m2K’lık bir Uf  değerine ulaşabilme imkanı sağlamıştı.
Bu ısı yalıtımı ancak, yalıtım camı ünitelerinin dolgusunda ve strüktürel yapıştırma için silikon kullanarak cephedeki tüm termal köprülerin öncelikli olarak bertaraf edilmesi sayesinde gerçekleştirilebilmiştir. Proje, tamamlandığı Kasım 2004’ten beri, zamanın testine tabi tutulmuş ve sahibine enerji verimliliği, restoranın ziyaretçilerine de konfor sağlamıştır.

Prime Kulesi, Zürih, İsviçre
İsviçre, Zürih’te bulunan Prime Kulesi, silikon dolgulu yalıtım camı üniteleri ile tasarlanmış yüksek derecede enerji verimli silikon strüktürel cephe uygulamasının başka bir örneğidir (Şekil 7). Bu çok işlevli, 126 metre yüksekliğindeki kulenin sahipleri, mimarlardan ve cephe danışmanlarından, binayı şehrin yüksek değerli kira piyasasında farklılaştırmak için projeye en ileri teknoloji enerji verimliliğini kazandırmalarını istemiştir. Bina, tam kat yüksekliğini kaplayan silikon dolgulu, gaz dolumlu, üç camlı yalıtım camı ünitelerine sahip 20.000 m2lik dört taraflı silikon strüktürel yapıştırma sistemine sahiptir.

Berlaymont Binası, Brüksel, Belçika
Avrupa Komisyonunun merkezi olan Brüksel’deki Berlaymont Binası ilk olarak 1960’larda inşa edilmiştir. 1990’ların ortasında, Berlaymont binasının, çağdışı altyapısı, sızdırmazlık ve yalıtım problemleri, gün ışığının azlığı ve büyük bir asbest tehdidinden dolayı 1999’da başlayan tam bir renovasyona ihtiyaç duyduğu görülmüştür. Avrupa Komisyonu bir dizi zorlayıcı ve sürdürülebilir iyileştirme kriteri belirtmiştir: Birincisi, orijinal yapı mümkün olduğunca muhafaza edilmelidir. İkincisi, bina enerji verimliliği, kullanılan yapı malzemelerinin dayanıklılığı, bakım kolaylığı ve binaya optimum doğal ışık girişi bakımından bir dönüm noktası olmalıdır (Şekil 8).
Cephenin iç kısmı, tam kat yüksekliğinde silikon dolgulu yalıtım camlarından oluşurken, dış kısımda da strüktürel silikon ile metal alt strüktüre yapıştırılmış 21.000 m2lik hareketli cam panjurlar bulunmaktadır. Hava sensörlerine bağlanmış olan bir bilgisayar hareketli panjurları kontrol eder. “Yaşayan” cephe, güneşin pozisyonu, sıcaklık ve rüzgâr hızına bağlı olarak panjurların konumunu değiştirir.
Böylelikle, bir yandan bina içerisinde düzgün doğal aydınlatma sağlanırken, bir yandan da binanın yazın güneşten dolayı aşırı ısınması önlenir ve cephe soğuk kışta bir manto işlevi görür (Şekil  9).
Hareketli cam panjurlarının değişken konumlandırılması, enerjinin kontrollü bir biçimde binanın içinde veya dışında kalmasına olanak sağlar. Ek olarak, aktif cephe ayrıca bina içerisindeki gürültü seviyelerini azaltır (Şekil 10).
Cam panjurların silikonla yapıştırılması, cam kırılması durumunda camın düşmemesini sağlayarak, ayrıca can güvenliği sağlaması gerektiği için kapsamlı bir testten geçmelidir.
2005 yılında, Binaların Enerji Performansı hakkındaki Avrupa Direktifine dayandırılan bir sertifika, Berlaymont’un enerji tüketiminin benzer binaların yaklaşık yarısı olduğunu göstermektedir.

BP Keşif Binası, Anchorage, Alaska
1983’te tamamlanan ve Anchorage, Alaska’da bulunan BP Keşif Binasının silikon strüktürel cam cephesi, sert bir iklime ve Richter ölçeğinde 5,8 şiddetine kadar birçok depreme dayanmıştır (Şekil 11).
Bina sık, güçlü sismik faaliyet, eksi 37 °C ile +29 °C arasındaki aşırı sıcaklıklar ve ortalama 414 mm yıllık yağışa maruz kalmıştır. İki taraflı strüktürel cam cephe, hasarsız bir şekilde sert iklime ve depremlere dayanmıştır.
 

---

R E K L A M