Yapı Sektöründe Enerji Etkin Çözümler | Biyomimetik Cepheler – 2

CEPHE SİSTEMLERİNDE ENERJİ ETKİNLİK – BİYOMİMETİK CEPHELER

Yapı cephelerini ‘Binaların çevre ile etkileşiminin gerçekleştiği sınır’ olarak tanımlıyor Rankouhi (2012). Kieran (2004)’ın görüşlerine göre de bu sınır ‘en çok enerji ve madde transferinin gerçekleştiği yapı bölümüdür.’. Öyleyse söz konusu enerji etkin tasarımlar ise büyük bir alan kaplayan cepheler bizler için önem kazanıyor. Teknolojinin de gelişmesiyle yapı sektöründe, cephe uygulamalarında hem teknik hem estetik bir tutum sergilenirken aynı zamanda sürdürülebilirlik, enerji verimliliği, geri dönüştürülebilirlik gibi başlıklarda tasarımlar içinde yer alıyor.

Şekil 1: Enerji Etkin Bina Tasarımını Etkileyen Parametreler (Esen 2019’dan uyarlayan Gündoğdu 2020)

Gündoğdu (2020)’ye göre cephe tasarlanırken kendi bileşenleri ve işlevleri ile ele alınmalıdır. Cepheden beklenen temel ihtiyaçları karşılayan ana işlevler vardır. Bu işlevleri şu şekilde sıralanabilir:

· Nem ve sıcak/soğuk hava koşullarına karsı yalıtım (rüzgâra karsı koruma, güneşe karşı koruma)

· Parlamaya karsı koruma

· Güvenlik, kamusal alan ile iç mekân arasında sınır oluşturma

· Aydınlatma

· Görsel koruma(mahremiyet)

· Mekanik hasara karsı koruma

· Yangına karsı koruma

· Dış mekân ile görsel ilişki

· İdeal ses düzeyi

· Havalandırma ve hava kirliliği

· Enerji kazancı, enerji üretimi · Maliyet

Eklenen yeni işlevler:

– Yapının zamanla değişen kullanım amacına göre dönüştürülebilir olması,

– Esnek tasarıma izin vermesi,

– Kullanıcı talepleri ile ortaya çıkan yeni fonksiyonlara cevap verebilme, şeklinde sıralanmaktadır. Cephe sisteminin bu işlevleri cephenin sahip olduğu elemanlar ve bileşenlerle sağlanmaktadır (Gündoğdu, 2020).  (Fedakar, A. & Yamaçlı, R. (2022)

Cephenin tasarımında gereken parametrelerin yanı sıra enerji etkinliğinin tanımını bilmek de enerji etkin tasarımlar yapmak için önemlidir. Mimaride enerji etkinliği ise, binanın yapımı, yapıda kullanılacak malzemenin üretimi ve yapının işletimi süreçlerinin tamamında, tükenmesi muhtemel olan enerji kaynaklarına olan bağlılığın azaltılması, binanın doğaya uyarlanıp yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenmesi, bu kaynaklardan en çok verim alınması ve kullanılan enerjinin çevresel etkilerinin en aza indirgenerek tasarım yapılması şeklinde tanımlanmıştır (Tokuç, 2004; Zigenfus, 2008; Esen, 2019). Yapılarda gerek üretim sürecinde gerekse de yapı ömrü boyunca mümkün mertebe az enerji kullanmak enerji etkinliğinin önemli bir parçası da denilebilir. Bu bağlamda enerji etkin cephenin yapım sürecinde çok fazla faktör göz önüne alınırken süreç içinde sadece mevcut durumu değil olası ihtimallere de dikkat edilerek tasarım yapılması gerekmektedir.

Şekil 2: Geleneksel ve Enerji Etkin Cephe Tasarım İlkeleri Karşılaştırılması (URL-1, 2021)

ISO 18458:2015 (2021)’e göre biyomimetik enerji etkin cephe sistemleri tasarlanırken yararlanılan iki yaklaşım yöntemi mevcuttur. Bunlar: “The Technology Pull Process” ve “The Biology Push Process” yöntemleridir. “The Technology Pull Process”, yani teknoloji ilerletme yöntemi olarak çevrilmektedir ve “The Biology Push Process” bu kavramı da biyolojiyi dahil etme yöntemi olarak çevirmek doğru olacaktır. Teknoloji ilerletme yöntemi, var olan teknolojik bir ürünün fonksiyonlarını biyomimesis ve biyolojik prensipler çerçevesinde geliştirmek olarak tanımlanmaktadır. Biyolojiyi dahil etme yöntemi ise saha araştırmalarından sağlanan biyolojik veriyi yeni teknik tasarımlarda başlangıç noktası olarak kullanmaktır. (Fedakar, A. & Yamaçlı, R. (2022)

Şekil 3: Biyomimetik Enerji Etkin Cephe Sistemleri Tasarlanırken Yararlanılan İki Yaklaşım Yöntemi (Cruz vd., 2021)

Loonen (2015) bir yazısında yapı ve biomimikri bağlamında şu ifadeleri kullanmıştır: “Canlı organizmalar enerjiyi, suyu ve güneş ışığını nasıl yakalamaktadır, dönüştürmektedir, depolamaktadır ve işlemektedir? Doğa nasıl soğumaktadır, ısınmaktadır, gölge sağlamaktadır ve ışığı nasıl kontrol etmektedir? Uyarlanabilirlik, yani bir sistemin çevresel koşullardaki değişikliklere yanıt olarak hareket etme yeteneği, bu bağlamda genellikle kilit bir rol oynamaktadır. Canlı organizmaların aksine, binalar tipik olarak statik, cansız nesneler olarak düşünülmektedir. Bir binanın çevresi ve iç koşulları sürekli değiştiği için, doğadan alınan ilhamın, gelişmiş bina performansı için cephelerde daha fazla uyarlanabilirliğini nasıl destekleyebileceği hakkında öğrenilecek çok şey vardır.”

Cephenin bir sınır, bir tampon bölgesi olduğu düşünüldüğünde, yüzey gerilimi ile suyun altını koruyan su yüzeyi, insan veya hayvan derisi cephe ile benzer sorumluluklar üstlenmektedir. Değişen koşullara da en iyi şekilde uyum sağlayan bu sistemler cephe uygulamalarında sorunlara çözüm ararken önemli örnekler olabilmektedir.

Tablo 1: Biyomimetik Tasarım Örneği Olarak Cephe Sistemleri ve Hayvan Derisi Arasındaki Benzerlikler Ve Karşılaştırma (Aldemir, 2014)

Enerji etkin biyomimetik cepheler tasarlarken, iklim, binanın işlevi, yönlendirme, malzeme özellikleri, binaya gelen gün ışığı, dışarıdan gelen istenmeyen ısının engellenmesi, cephede ısı depolanması, bina içini soğutmak için doğal havalandırma, ısı transferinin ve hava, nem geçişinin engellenmesi gibi pek çok başlıktan bahsetmek mümkündür. Bu zamana kadar yapılan biyomimetik cephe tasarımlarına bir iki örnek verilecek olursa bunlardan biri Beijing’deki ‘Water Cube’ dur. Belçikalı bir bilim adamı olan Plateu, sabun köpüğünü ve üç yüzün bir araya gelerek bir çizgi oluşturacak şekilde nasıl bir araya geldiğini araştırarak kabarcıkların içindeki sabun filmlerinin, yüzey alanını ve yüzey enerjisini azaltma özelliğine sahip olduğundan yola çıkmış ve bir problemi yanıtlamıştır. Bölmelerin yüzey gerilimi sayesinde kabarcıkların yüzey alanı azalmaktadır. Sonucunda da hem içerideki hem de dışarıdaki insanlar su deneyimiyle meşgul olur. (Fedakar, A. & Yamaçlı, R. (2022)

Şekil 4: Water Cube Bina Kabuğu Tasarım Fikri (Radwan ve Osama, 2016)

Bir diğer örnek de Kore’deki ‘One Ocean Tematik Pavyonu’dur. Yapının hafif eğimli plakalarla gölgeleme sistemi ve değişen gün ışığına göre tepki veren kinetik bir cephesi vardır. Cephe, cennet kuşu çiçeğinden ilham almaktadır. Çiçeğin kuşlar için, iki süs yapraktan oluşan çıkıntılı bir iniş platformu vardır. Kuş tozlaşma içi konduğunda yaprak aşağı doğru eğilmekte, taç yapraklardan ikisi de yana doğru açılmaktadır. Cephe için teknik konsept, üç ana yön ile karakterize edilmektedir: elastik deformasyon, uyarlanabilir ön gerilim ve enerji geri kazanımı. Kuşun etkisiyle eğilen yaprağın geri eski haline dönmesinden yola çıkılarak deforme olmuş elemanlarında elastik enerji depolayan mekanizmasında bulunabilmektedir. Çevre koşullarına göre hareket eden cephe panelleri eski haline döndüğünde depolanan enerji kısmen elektrik gücüne dönebilmektedir. (Fedakar, A. & Yamaçlı, R. (2022)

Şekil 5: Cennet Kuşu Çiçeğinin Mekanizması ve Cephenin Farklı Durumları (Haidari, 2015)

Enerji etkin çözümler için kullanılan biyomimetik cephelere daha pek çok örnek vermek mümkündür. Tek bir canlıdan veya pek çok canlıdan ilham alınıp entegre edilmiş sistemlerle sorunlara çözüm üretilmekte ve farklı seviyelerde ve ölçeklerde sorunlar çözülebilmektedir. Enerji korunumu dışında enerji üretimi de biyomimetik tasarımlar da elde edebilen sonuçlardan biri olabilmektedir. Teknolojik gelişmelerin, doğadan esinlenerek yapılan tasarımlarda, araştırma ve uygulama esnasında imkân tanıması açısından da önemli ölçüde etkisi bulunmaktadır. Tüm bu bağlamda, daha çevre dostu, enerji kaynaklarını koruyan yapılar tasarlarken biyomimesisin, doğanın, teknolojinin mimarlar ve tasarımcılar için önemi de görülmekte ve bu alanda çalışmalara da devam etmek gerekmektedir.