Özellikli Camların Mimaride Kullanımı

23 Mart 2011 | TEKNİK MAKALE 30. Sayı (Ocak - Şubat 2011)

Hande Zeynep ALTINOK Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi, İç Mimarlık Bölümü
Yirminci yüzyılın son çeyreğinde, dünyanın sınırlı kaynaklarının tüketim hızındaki artış, kirlenen enerji kaynakları gibi temel toplumsal söylemler mimarlıkta da gündeme gelmiş; üretim, tüketim, biriktirme gibi temel işlevlerin sürdürülebilir bir yaşam için denetlenme zorunluluğu, enerji ve çevre duyarlığının bir çıktısı olarak enerji tasarrufu, atık birikimi, geri dönüşüm, sürdürülebilirlik gibi kavramlar mimarlık üretiminin de bir parçası olmuştur [1]. Tüm bu çevresel sorunların alabildiğince hızlanması, mimaride tasarımların bu durumdan bağımsız olarak düşünülmesini imkansız hale getirmiştir.

Düz camların yerine kullanılmaya başlanan renkli camlar, ısı ve güneş kontrol kaplamaları, temperleme, laminasyon, opaklaştırma, gaz doldurma gibi ek işlemlerin katılmasıyla cam, sıklıkla karşımıza çıkan beton, mermer vb. dış cephede kullanılan malzemelerle dayanıklılık, güvenlik, yalıtım açılarından boy ölçüşebilecek hale gelmiştir. Taşıyıcı sistem teknolojilerinin imkan tanıdığı ölçüde yükselen yapıların cepheleri için hafif, kolay temizlenebilen ve mevcut kullanılabilir alanda yer kaybına neden olmayan cam malzeme, beklentileri karşılayabilmektedir.

2. Camın Mimaride Kullanımı
Jean Jacques Rousseau’nun söylediği gibi, “tüm taşların en masumu” olarak adlandırılan cam, şeffaflığı çağrıştırması, var olan ile yok olan arasındaki sınırı ifadesi ile yüzyıllar boyunca mimari tasarım üzerinde etkili olmuş bir malzemedir. Camlar amorf iç yapılı, atmosfer etkilerine ve ısı değişikliklerine karşı yüksek dayanımlı, ışığı düzgün kırma özelliğine sahip saydam yapı malzemeleridir [2].

Yapılarda ilk olarak pencerelerde kullanılmaya başlanan mimari cam ise insanların ışığı içeri almak için verdikleri çabanın önemli ürünü olmuştur. Tarihi gelişimi içinde ve özellikle Ortaçağ Gotik mimarlığında, kiliselerde renkli cam kullanımı görülmüştür. O dönemlerde teknolojik sınırlara bağlı boyutlarda üretilebilen ve kullanılan camlar, XVI. yüzyılın sonlarına doğru sivil binalarda kullanılmaya başlanmış ve bu yöntemle iç mekanlara daha fazla gün ışığı alınması sağlanmıştır. Daha sonra XIX. yüzyılın ortalarına doğru yaygınlaşmaya başlayan sera yapılarında, camın küçük parçalar halinde kullanılarak çok büyük mekanları örtebileceği gösterilmiştir. Endüstri devrimi ile birlikte demir ve çeliğin kullanılmaya başlanması ile yapılarda daha geniş açıklıkların geçilebilmesi sağlanmış ve tasarımlar bu yönde geliştirilmiştir. XX. yüzyılın başından itibaren ise cam malzeme, bina kabuğunda yer alan boşlukların kapatılması ve mekanlar içindeki konforlu yaşam koşullarının sağlanmasında önemli bir görev üstlenmiştir. Artan geniş cam yüzeyli binaların ardından, tümüyle cam ile örtülmüş bina tasarımları geliştirilmiş ve yapıların camlı şeffaf bir kabukla örtülmeleri yaygınlaşmıştır [2]. XX. yüzyılın sonlarına doğru gelindiğinde konuşulmaya başlanan enerji krizi, binalarda enerjinin verimli kullanılması gereğini de beraberinde getirmiştir. Bunun sonucunda ise havalandırma, aydınlatma, ısıtma-soğutma vb. binaların kullanıcılarının temel gereksinimlerini karşılamak ve kullanılan enerji miktarını azaltmak için çalışmalara başlanmış ve camın bu doğrultuda tasarımlarda üstleneceği görevler artırılmıştır.
Tasarımcı camın performansını, yüzeye uygulanan kaplamalar, filmler, panellerin sayısı ve camın diğer özelliklerini değiştirerek elde edebilir. Özetle cam, yapının

• Dış estetiğini
• İç görünüşünü
• Kullanıcının görsel konforunu
• Kullanıcının ısı konforunu
• Yıllık enerji maliyetini
• Havalandırma boyut ve formunu etkilemektedir [3].

3. Özellikli Camlar ve Mimaride Kullanımları
Cam malzemenin teknolojik gelişmelere bağlı olarak yapı kabuğunda kullanılmaya başlanması ile birlikte, klasik pencere camlarının sağladığı olanaklar dışında bir performans beklenmektedir. Güneşin zararlı radyasyon ısısına karşı koruma, mukavemet, dış ortam gürültüsü, iç-dış ortam ısı dengesi, güneşin oluşturduğu parlamalar vb. pek çok etken kontrolüne cevap verebilecek niteliklere sahip olması istenmektedir. Cam, bu gerekleri, tabakalanarak dayanımının artırılması, temperlenerek güvenli hale getirilmesi, ince film tabakalarının kullanımıyla cephelerde ve istenilen boyutlarda açıklıkları geçmede kullanılabilmektedir.

3.1 Yüzey Kaplamalı Camlar (Tayfsal Seçici Camlar)
Güneş kontrolü amacıyla kullanılan camlarda genellikle güneş ışınımı geçirgenliğinin düşük olması, spektrumun görülebilen bölümü için de düşük geçirgenlik değerlerine neden olmaktadır. Bu durumu ortadan kaldırmak ve camın günışığı geçirgenliğini olabildiğince yüksek tutabilmek amacıyla yalnızca spektrumun görülemeyen bölümü için etkili olan bazı özel boya ve kaplamalar kullanılmaktadır [4]. Genel olarak camın yüzeyine değerli metallerden veya metal oksitlerden yapılmış ince bir tabakanın eklenmesi ile yarı şeffaflık, yansıtıcılık, enerji üretimi ve koruma gibi özellikler kazandırılan cam, çok amaçlı bir malzeme haline gelmektedir.

3.1.1 Dikroik Kaplamalı Camlar
Dikroik kaplamalı camlar, yinelenme derecesine bağlı dalga boylarından bir alanı geçiren, kalanlarını ise yansıtan karışımları sonucunda ışığı spektral renkler içine bölmektedirler. Bu olay, yansıma ve iletme aşamalarında farklı renklerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır [2].

Basit camların dikroik kaplamalar ile kaplanması sonucunda elde edilen bu tür camlar, ışığı spektral renklerine ayırarak yansıtması ile yansıtılan herhangi bir yüzey üzerindeki monotonluğu gidermekte ve günün farklı zamanlarında değisen bir etki sağlamaktadır. Düz ve sade bir yüzey halinde görülen pek çok cepheye geometrik, açık-koyu renk ve leke etkileriyle hareket kazandırılabilmektedir. Mimaride bırakılan açıklığın gün ışığını kontrol ederek farklı atmosferik etkiler uyandırır biçimde kaplanması, kullanıldığı cepheyi de özelleştirmekte, üzerine ışık çubuklarının yansıdığı var olabilecek herhangi bir duvarı da beraberinde etkileyebilmektedir.
Levine Children’s Hospital binasının (Şekil 1) çatısında kaplama malzemesi olarak kullanılan dikroik cam, gün ışığını belli açılarla kırarak iç mekanda görsel bir şölen sunarken, aynı zamanda gün ışığını kontrol altına alarak durağan gözüken cephenin canlanmasını da sağlamaktadır. Özellikli camın cephedeki etkisi, bakış açısına ve gün ışığının şiddetine bağlı olarak günün her saatinde farklılık göstermektedir.

3.1.2 Low-e Kaplamalı Camlar
Low-E kaplamalı camlar, ısıyı kısa zamanda emerek ileten düz camlardan farklı olarak soğuk dış ortama transfer edilen ısıyı azalmakta ve böylece iç mekândaki ısının büyük oranda korunmasını sağlamaktadır. Bu camların yüzeyinde kızılötesi ve ultraviyole dalga boylarını yansıtmaya yarayan, oldukça yüksek ışık geçirimine sahip kalın bir metal kaplama bulunmaktadır. Bu metal kaplama sayesinde mekan içindeki ısının dışarıya çıkması üç kat daha fazla engellenebilmektedir. Low-E kaplamalı camlar kullanılarak uzun dalga boylu ışımalar kontrol altına alınabilmektedir [2]. Özellikle tüm cepheleri camla kaplı yapıların yansıtıcı güneş kontrol kaplamaları ile “görünmez” nitelikli ısı kontrolleri, aslında cam yüzeyi ile bütünleşen metal veya metal alaşımları ile sağlanabilmektedir. Bu yansıtıcılık özelliği sayesinde gün ışığının iç mekânda kontrolü sağlanırken, cephelere de estetik anlamda yorumlar katılabilmektedir.

The Willis Faber&Dumas binasının (Şekil 2) yansıtıcı parlak yüzeye sahip cephesi, dış ortamın değisen imajlarını yansıtarak sürekli bir doku oluşturmaktadır. Gece görüntüsünde ise binanın iç mekanlarının yapay aydınlatma ile etkileyici bir şekilde sunulması sonucu cam kabuğun kendisini görünmez bir yapıya dönüştürdüğü görülmektedir.

3.1.3 Sır Kaplamalı Camlar
Yarı şeffaflığı niteleyen sır kaplamalı camlar, istenilen şekillerin belli bir ısıda basılarak uygulanmasıyla elde edilmektedir. Günışığının dağıtılarak içeriye girmesi amacıyla yapılan bu uygulama, cam levhaların yüzeylerinin bir sır tabakası ile kaplanması yöntemiyle yapılmaktadır. Bu sayede, gün ışığına maruz kalan mekânların cephe camlarında, doğrudan günışığının rahatsız edici etkilerinden korunmakta ve mekânın dışarıdan ve içeriden kullanılan desenlerle dolaylı görünümü sağlanmaktadır [2]. Uygulanan desenler günışığının iç mekanda elde edilmesi istenilen aydınlık seviyesine ve dış mekâna uyum sağlaması açısından, genellikle doğada bulunan renk ve biçimlerin yansıması şeklinde oluşturulmaktadır. Desenler ya bir silindir işlemiyle ya da perde baskı yöntemiyle uygulanabilmektedir.

Atelier Ruche’nin tasarlamış olduğu cephede (Şekil 3) yer alan sır dokulu cam, iç ve dış mekân arasında sınırlayıcı ve aynı zamanda da geçiş elemanı olarak kullanılmıştır. Yarı şeffaf sır dokulu camda yaprak motifinin kullanımı ile cepheye hareket kazandırılırken, iklim ve ışık değişiminin de etkisiyle insan algısı üzerinde farklı etkiler bırakabilecek bir tasarım gerçekleştirilmiştir.

3.2 Açısal Seçici Camlar
Güneşin yükseliş açısı günün ve yılın en sıcak zamanlarında dik açıya yakın değerlerdedir. Açısal seçici camların özelliği bu ışınların geçişini engelleyerek yataya yakın gelen ışınları geçirmeleridir. Dışta uygulanan gölgelemeyle en basit ve etkili bir biçimde ısı kazancı engellenebilirken hacimlere giren günışığı da azalmaktadır [5]. Bu tür camlar, alüminyum veya gümüş gibi kaplamalarla elde edilmekte, yalnızca istenilen düzeyde, yeterli ve kontrollü olarak günışığının iç mekana alınmasını sağlayan tepe ışıklıklarında (Şekil 4 ve Şekil 5) kullanılmaktadır.

3.3 Geçirgenliği Değişebilir Camlar
Geçirgenlik özelliği farklılık gösteren camların genel olarak çalışma ilkesi, iç mekan konfor koşullarını dışarıda değişen iklim koşullarına göre dengede tutmaktır. Koşullara göre şeffaf halden yansıtıcı ve absorbe edici hale geçip bu özelliklerini tekrar tersine çevirebilme ve ışık geçişini denetleyebilme yeteneğine sahip olan değişken geçirgenlikli cam kullanımı ile ısıtma ve soğutma sistemlerine daha az gereksinim duyulmakta ve büyük ölçüde enerji tasarrufu sağlanmaktadır [6]. Cam, değişkenlik özelliğini, üzerine uygulanan film tabakaları ve arasına sandviçlenen likit kristallerle kazanmaktadır. Bu kaplamalarla cam, ışığa, ısıya ve küçük miktarda bir elektrik voltajına karşı duyarlı olup, optik özelliklerini bu uyaranlarla değiştirebilmektedir.

Geçirgen seçici camlara örnek olarak verilebilecek sıvı kristalli cam parçacıklı camlarda (Şekil 6); iki iletken levha arasına yerleştirilen kristal saydam sıvı elektrik akımı verildiği zaman oluşan gerilim nedeniyle harekete geçer. Sıvı kristallerin düzenli hale geçmesi ile cam saydamlaşır. Elektrik akımı kesildiğinde kristaller dağınık hale geçer, cam matlaşır ve görüş kaybolur [4].

3.3.1 Fotokromik (Işığa Duyarlı) Camlar
Camın yapısında bulunan metallerin optik özellikleri, üzerlerine gelen ışığın yoğunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Buna göre ışık miktarının artması yutuculuğun artmasına sebep olurken, azalması ise geçirgenlik değerinin değişmesine ve görüntünün netliğinin kaybolmasına neden olmaktadır. Geçirgenliklerini değiştirdiklerinde ısı emme oranları artmaktadır. Güneşli soğuk günlerde güneş ısısı ve oda kaynak ısısını emerek ve daha sonra da bir miktar ısıyı tekrar bulundukları mekana yaymakta, güneşli ve sıcaklığın yüksek olduğu günlerde ise yansıtıcı camlar kadar gelen güneş ışığını yansıtmamaktadırlar.

3.3.2 Termokromik (Isıya Duyarlı) Camlar
Cam katmanları arasına yerleştirilen sıkıştırılmış likit veya jel sayesinde camın geçirgenliği sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Bu tür camlarda sıcaklık arttıkça camın saydamlığı ve buna bağlı görüntü netliği de azalmakta, aksi durumda ise saydam hale geçmektedir. Bu sistemlerin eksik yanı ise, cama gelen ışığın geçişini azaltmaları ve likit fazın sızma ihtimaline bağlı olarak uzun süreli kararlılığını sağlayamamasıdır.

3.3.3 Elektrokromik Camlar
Elektrokromik camlar, manuel veya binanın işletim sistemiyle voltaja bağlı olarak renkli durumdan orta ve tamamen renksiz hale geçebilmektedir. Sistemde, mevcut ünite içinden elektrik akımı geçirilmesi ile camın optik özellikleri değiştirilebilmektedir. Bu işlem için camın iki paneli arasına sıvı kuvars filmi koymak ya da ince metalik bir filmi cam üzerine yerleştirmek mümkün olmaktadır. Elektrik akımı verildiği zaman bir elektrik alanı yaratılmakta ve camın renklenmesi sağlanmaktadır. Akımın verilme süresi uzadıkça renk koyulaşmakta ve akım kesildikten sonra da renk uzun süre varlığını koruyabilmektedir.
Ofiste özel toplantı bölümünü diğer çalışma alanlarından ayıran bölücü sistemde elektrokromik cam kullanımı (Şekil 8), görüntü mahremiyeti istenildiği zamanlarda gerekli olan opaklığı sağlayabilmektedir.

3.1.1 Gazokromik Camlar
Gazokromik camların çalışma prensibi elektrokromik camlara benzemektedir. Elektrokromik camlarda renklendirmek için kullanılan elektrik akımı yerine bu cam türünde cam katmanları arasına hidrojen verilmektedir. Hidrojen konsantrasyonuna bağlı olarak cam, uygun bir şekilde renklendirilirken, oksijen ilavesi ile camın saydamlığının ilk haline geri dönmesi sağlanabilmektedir.

3.1.2 Holografik Camlar
Bir film tabakası üzerine lazer ile uygun desenlerin işlenmesi ve bir filmin iki cam tabakası arasında lamine edilerek kullanılmasıyla elde edilen özellikli holografik camlar (Şekil 9), üzerlerine gelen güneş ışığını yansıtırken, yaygın gök ışığını geçirici özelliğe sahiptirler.

4. Sonuç
Teknolojik olanaklar, yeni hesap yöntemleri, bilgisayar destekli tasarım, yeni malzemelerin bulunması, tasarımcıya mekansal kurgudaki olanakların yanı sıra formsal serbestlikler de sağlamaktadır. Bu anlamda çağdaş mimarlık örnekleri, eğrisel, büyük ve tek bir yüzeyin oluşturduğu, belirli bir geometrik biçimi olmayan, büyük ve kompleks yüzeylerden birbiri içine akan mekanlar ve boşluklardan oluşmaktadır. Çağdaş yapıların çoğunluğu, enerji korunumu ilkesini temel hedefleri arasında saymakta ve geleceğin mimarlığına yönelik söylemlerinde insanın yanı sıra çevreye saygıyı ön plana yerleştirmektedirler [1].
Cam teknolojilerindeki gelişmeler ve yeni teknolojik seçenekler, artık yapı cephelerinin sadece bir filtre değil, enerji de üretebilen, mevcut güneş ışınlarını yönlendirebilen bir platform şekline dönüştürmüştür [7]. Cam, ısı ve ses yalıtımı sağlayan, güneşin aşırı parlaklığı ile radyasyon ısısını denetleyen ve yapı içini dış etkenlere karşı güvence altına alabilecek niteliklere sahip bir yapı kabuğuna dönüşmüştür. 20. yüzyılda ise harman katkı maddeleri, ince film kaplamaları, ara katmanları veya yüzey işlemleri yardımıyla yalın veya çok katlı, doğrudan veya dolaylı olarak:

-     Binaların günışığı denetimi veya iklim kontrolünde
-     UV ışınlarından korunmada
-     Güneş ışınlarından ısı ve elektrik üretiminde
-     Seralarda kullanılmıştır [3].

Teknolojik gelişmelere bağlı olarak yeniliklere açık olan mimarlık disiplininde, ekolojik yaklaşımla tasarım çözümleri vazgeçilmez olmaktadır. Depolanmış ve yapay enerji gerektirmeyen günışığı doğal enerji olması sebebiyle, ekonomiyi destekler özellikte sayılmakta ve atık maddeler içermemesi nedeniyle çevreye dost tasarımlar gerçekleştirmede önemli bir rol oynamaktadır. Bu durumdan yararlanarak gerçekleştirilen cephelerde özellikli cam kullanımı, hafif olmaları, estetik görünümleri, imalat ve montajlarının kolay olması, dış iklime dayanıklılıkları nedeniyle kısa zamanda özellikle yüksek yapılar için vazgeçilmez bir yapı kabuğu haline gelmiştir.
 

---

R E K L A M