HVAC Sistemi ile Entegre, Yenilikçi bir Giydirme Cephe Sistemi Akıllı Cephe Sistemi

ERCAN BAŞER / Toprak Akıllı Cephe Sistemleri Ltd. Şti.
AHMET DEMİRCİ / Toprak Akıllı Cephe Sistemleri Ltd. Şti.
SÄ°NAN SOÄžANCI / Capvidia NV
MEHMET OÄžUZ TUTKUN / Akana Engineering
SERDAR BAYRAM / Baymim Cephe Danışmanlık

GÄ°RÄ°Åž
Bu çalışmada, HVAC sistemi ile entegre, yenilikçi bir giydirme cephe sistemi ele alınmıştır. Bu patentli cephe sistemi, binaların ısıtma/soÄŸutma ve havalandırma fonksiyonları için geliÅŸtirilmiÅŸ olup, bu iÅŸlevlerin yanı sıra dış cephelerin kaplanması iÅŸlevini de yerine getirebilmektedir.
Bu dış cephe kaplama sisteminin geliştirilmesinde izlenen hedefler şunlardır:
- Dış cephe kaplama sistemini havalandırma sistemi, ısı geri kazanım sistemi ve ısıtma/soğutma ekipmanı olarak kullanmak
- Bu cephe sistemini HVAC sistemi ile tamamen entegre hale getirmek ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını kolaylaştırmak.

YÖNTEMLER
AraÅŸtırmanın tasarım yaklaşımı ÅŸekil 1’de özetlenmiÅŸtir:

LÄ°TERATÜR ARAÅžTIRMASI
Literatürdeki benzer uygulamalar araÅŸtırılmış, mekanik sistemlerle entegre cephe çalışmalarında fazla örnek bulunamamıştır. Mikro ısı pompalarıyla modüler cephe tasarımları ve faz deÄŸiÅŸtiren malzemelerle cephede ısı depolamalı teknikler sıklıkla karşılaşılan araÅŸtırma konularıdır. Fakat giydirme cephenin HVAC sistemi ile entegrasyonu konusunda, havalandırmalı “Double-skin Façades” ve “Supply Windows/SUP” en benzer uygulamalardır.
Saelens, (2002) [1], “Multiple-Skin” cepheyi “Hava kanalı olarak kullanılan bir cidarla ayrılmış iki ÅŸeffaf yüzeyden oluÅŸan bir cephe yapısı” olarak tanımlar.

Bu tanım, üç ana unsuru kapsamaktadır:
1) Cephe kaplama yapımı
2) Sınırlayıcı yüzeylerin ÅŸeffaflığı ve
3) Boşlukta (cidar) hava akışı.

Bu tanımdan yola çıkarak, yapılan çalışmalarda boÅŸluÄŸun, konstrüksiyonun ve cam tiplerinin optimum konfigürasyonu irdelenmiÅŸtir.

Åžekil 2’de gösterildiÄŸi gibi, beÅŸ tip havalandırma modu vardır:
1. Dış hava perdesi, çift cidarlı cephe olarak da adlandırılır (DSF - Double-Skin Façade)
2. Ä°ç hava penceresi (AFW- Airflow Window) olarak da adlandırılan iç hava perdesi
3. Taze hava beslemeli, (SUP - Supply Window) olarak da adlandırılır
4. Egzoz penceresi (EXH- Exhaust Window) olarak da adlandırılan hava egzozu
5. Açık ve kapalı ısıl tampon bölgesi (buffer zone). Yapı tipi ve HVAC sistemine baÄŸlı olarak çeÅŸitli amaçlar için kullanılabilir [2] (Loncour 2004, 6-14). Isıl tampon bölgesi ayrıca kanal veya hava boÅŸluÄŸu olarak adlandırılır ve bu boÅŸluk birkaç santimetre ile bir metre arasında deÄŸiÅŸir.

DSF-tipolojileri hakkında kapsamlı literatür Poirazis’te (2004) bulunabilir [3]. Saelens (2005) ayrıca, geleneksel cepheler ile ilgili olarak AFW, DSF ve SUP’un enerji performansını araÅŸtırmıştır [4].

Enerji verimliliÄŸi açısından bakıldığında Tip 5, (tampon bölge) kışın yüksek termal performansa sahiptir. Tip 3 ve Tip 4 doÄŸal havalandırma için iyi uygulamalardır. Son olarak, Tip 1 ve 2, cam paneller arasında aşırı Ä±sınmayı önlemek ve yaz koÅŸullarında enerji talebini azaltmak için etkili yollardır. Ayrıca, kışın SUP-penceresinin ve yaz aylarında yeterli boÅŸluk havalandırması olan DSF’nin kombinasyonu, hem ısıtma hem de soÄŸutma yükünü azaltabilir.

Regazzoli’ye [5] göre, 1000 mm’lik boÅŸluk derinliÄŸine sahip çok katlı çift c (Multi-Storey DSF) enerji tüketimi açısından yıllık yüzde 31’lik verimlilik artışı saÄŸlar.

PROBLEM
Genel olarak cephelerin konfor ve enerji verimliliÄŸi açısından iki temel problemi bulunmaktadır. Bunlardan birincisi, cephelerin statik-ölü kabuk olarak tasarlanmaları, buna karşın dış hava koÅŸullarıyla iç konfor taleplerinin sürekli deÄŸiÅŸmesidir. ÖrneÄŸin insanlar, kış aylarında daha sıkı giyinip iyi bir yalıtım saÄŸlamak isterken, yazın tam tersine daha az giyinerek serinlemeye çalışır, dolayısıyla “dinamik” bir davranış gösterirler; oysa cepheler, deyim yerindeyse yaz-kış “sıkı giydirilmeye” çalışılmaktadırlar.

Ä°kincisi, enerji verimli tasarımlarda (Passive House ve Net-Zero Buildings vb.) çok fazla yalıtım, yetersiz taze hava ve güney yönü dışındaki duvarlarda çok az cam kullanılması gibi nedenlerle iç hava kalitesinin ve konforun azalmasıdır. Dolayısıyla problem, sadece enerji verimli, iyi yalıtımlı cepheler yapmak deÄŸil, bunları yaparken, iç hava kalitesi yüksek, doÄŸal ışık alabilen cepheler tasarlayabilmektir.

Bu nedenle, bu çalışmada giydirme cephe sistemi, HVAC sistemiyle entegre edilmiÅŸ, hem doÄŸal ışık hem yüksek taze hava oranı ve havalandırma ile iç hava kalitesi artırılmaya çalışılmıştır. 

Termal ve yapısal analizden önce mevcut cephe sistemlerinin avantaj ve dezavantajlarını özetlemek gerekirse, genel olarak, DSF’lerin en önemli avantajı doÄŸal havalandırma, düÅŸük U deÄŸeri (özellikle kış aylarında) ve akustik performanstır. Dezavantajları ise, yüksek yatırım maliyeti, yangın güvenliÄŸi kısıtlamaları ve kullanılabilir alanın azalmasıdır. Çok cidarlı cephelerin tüm çalışma modlarının avantajlarından yararlanmak için oldukça karmaşık bir cephe tasarımı, motorlu damperler ve otomasyon sistemine ihtiyaç duyulduÄŸu açıktır. Bunlar tabii ki hem yatırım hem de iÅŸletme maliyetlerini yükselten önemli faktörlerdir.

STRATEJÄ°
Bu zorlukların üstesinden gelebilmek için farklı bir tasarım stratejisi geliÅŸtirildi. Ä°lk olarak, nispeten ekonomik bir tasarım elde etmek için, camlar arasındaki mümkün olan en küçük boÅŸluk oluÅŸturulmaya çalışıldı. Ä°kincisi, iÅŸletim modları üzerinde daha iyi bir kontrole sahip olmak için sistem, HVAC sistemine havalandırma santrali yolu ile baÄŸlandı. Son olarak, ısıtma, soÄŸutma ve havalandırma fonksiyonlarını kapsayacak ÅŸekilde menfez ve ön camlar tasarlandı. Böylece AFW, SUP, EXH ve DSF sistemlerinin tüm avantajlarına sahip ideal bir tasarım oluÅŸturulmaya çalışıldı. Bu yaklaşımlara uygun olarak, birçok farklı model geliÅŸtirildi ve en sonunda Åžekil 3’te görülen üç model üzerinde karar kılındı.

Model A: Çift camlı + tek cam, egzoz havası
Model B: Çift camlı + tek cam, taze hava
Model C: Üç adet tek cam, besleme + egzoz havası (Model c, dış tarafta camlı alternatif bir konfigürasyona sahiptir, ancak inÅŸa edilmesi daha pahalıdır).

Yazının devamını e-dergi'den okumak için lütfen tıklayınız.