Assessment of green roof systems in terms of water and energy balance

Abstract

Yeşil çatı sistemlerinin su ve enerji dengesi açısından değerlendirilmesi

Özet: Yeşil çatı kavramı, günümüzde sığ derinliğe sahip bir yetişme ortamı üzerinde (2-10 cm), değişken çevre koşullarına uyum sağlayabilen otsu bitki türleriyle bitkilendirilen, bakım ihtiyaçları düşük olan, üzerinde bulunduğu binaya ve şehre sağladığı katkılar nedeniyle tesis edilen ekstensif (az yoğun) çatı bahçeleri için kullanılan bir terimdir. Bu çalışmanın amacı, İstanbul iklim şartlarında yer alan bir yeşil çatı sisteminin, ısı yalıtımı, su tutma, yüzeysel akış, bitki büyüme durumu gibi özelliklerinin ve çevresel etmenlerle olan etkileşiminin karşılaştırmalı ölçümler yardımıyla belirlenmesidir. Çalışma kapsamında, bir araştırma alanı kurularak (İÜ Yeşil Çatı Araştırma İstasyonu), yeşil çatı sistemlerinin İstanbul şartlarında su ve enerji dengesi açısından değerlendirmesi yapılmıştır. Bu sayede İstanbul şartlarındaki bir yeşil çatı sistemi su ve enerji dengesi açısından değerlendirilmiş, kentle ve üzerinde bulunduğu yapıyla olan ilişkileri tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, yeşil çatı sisteminin referans çatıya oranla genel ortalamada %77 oranında ısı verimliliği sağladığı tespit edilmiştir. Çatı yüzeylerinde oluşan sıcaklık dalgalanmaları, çatının yeşil çatı ile kaplı bölümünde %79 oranında daha düşük olarak ölçülmüştür. Bunun yanı sıra çatı yüzeyine gelen yağış, yetişme ortamındaki nem içeriğine bağlı olarak %12,8 ile %100 oranında yeşil çatı sistemi içerisinde biriktirilmiş ve sistemden su tahliyesi 23 saate kadar ertelenebilmiştir.

Anahtar kelimeler: Yeşil çatı, bitkilendirilmiş çatı, su, enerji, İstanbul

Assessment of green roof systems in terms of water and energy balance

Abstract: Green roofs concept term is used for extensive green roofs which are planted with herbaceous plants that can be adapted into changeable environmental conditions on a shallow substrate layer, require minimal maintenance, installed for their benefits to building and urban scale. Main objective of this study is to determine the characteristics of a green roof such as thermal insulation, water holding capacity, runoff characteristics, plant growth and its interaction with environmental factors in Istanbul climate conditions by performing comparative measurements. In this study, a research site (IU Green Roof Research Station) was founded to assess water and energy balance of green roofs. Thus, a typical green roof was evaluated in terms of water and energy balance and its interaction with the building and city was determined. energy efficiency of green roof system was 77% higher than reference roof. Temperature fluctuations on green roof section of the roof were 79% lower. In addition, green roof retained 12,8%  - 100% of precipitation and delayed runoff up to 23 hours depending on water content of substrate.

Keywords: Green roof, vegetated roof, water, energy, Istanbul

Received (Geliş tarihi): 19.02.2015 - Revised (Düzeltme tarihi): 03.03.2015 -   Accepted (Kabul tarihi): 03.03.2015

To cite this article: Ekşi, M., Uzun, A., 2016. Yeşil çatı sistemlerinin su ve enerji dengesi açısından değerlendirilmesi. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University 66(1): 119-138. DOI: 10.17099/jffiu.67110

Keywords

• -

Yeşil çatı sistemlerinin su ve enerji dengesi açısından değerlendirilmesi

Abstract

Yeşil çatı kavramı, günümüzde sığ derinliğe sahip bir yetişme ortamı üzerinde (2-10 cm), değişken çevre koşullarına uyum sağlayabilen otsu bitki türleriyle bitkilendirilen, bakım ihtiyaçları düşük olan, üzerinde bulunduğu binaya ve şehre sağladığı katkılar nedeniyle tesis edilen ekstensif (az yoğun) çatı bahçeleri için kullanılan bir terimdir. Bu çalışmanın amacı, İstanbul iklim şartlarında yer alan bir yeşil çatı sisteminin, ısı yalıtımı, su tutma, yüzeysel akış, bitki büyüme durumu gibi özelliklerinin ve çevresel etmenlerle olan etkileşiminin karşılaştırmalı ölçümler yardımıyla belirlenmesidir. Çalışma kapsamında, bir araştırma alanı kurularak (İÜ Yeşil Çatı Araştırma İstasyonu), yeşil çatı sistemlerinin İstanbul şartlarında su ve enerji dengesi açısından değerlendirmesi yapılmıştır. Bu sayede İstanbul şartlarındaki bir yeşil çatı sistemi su ve enerji dengesi açısından değerlendirilmiş, kentle ve üzerinde bulunduğu yapıyla olan ilişkileri tespit edilmiştir. Çalışma sonucunda, yeşil çatı sisteminin referans çatıya oranla genel ortalamada %77 oranında ısı verimliliği sağladığı tespit edilmiştir. Çatı yüzeylerinde oluşan sıcaklık dalgalanmaları, çatının yeşil çatı ile kaplı bölümünde %79 oranında daha düşük olarak ölçülmüştür. Bunun yanı sıra çatı yüzeyine gelen yağış, yetişme ortamındaki nem içeriğine bağlı olarak %12,8 ile %100 oranında yeşil çatı sistemi içerisinde biriktirilmiş ve sistemden su tahliyesi 23 saate kadar ertelenebilmiştir.

Keywords

• Yeşil çatı, bitkilendirilmiş çatı, su, enerji, İstanbul

References

1. Alexandri, E., Jones, P., 2008. Temperature decreases in an urban canyon due to green walls and green roofs diverse climates. Building and Environment 43: 480-493.
2. Anonim, 2005. Binyilin Ekosistem Değerlendirme Kurulu Bildirisi. Birleşmiş Milletler. Anonim, 2011a. Crassulacae Acid Metabolism in Cactus and Succulents. Cactus & Succulent Society Of New Zealand, http://www.cssnz.org/CAM-in-succulents.php [Ziyaret Tarihi: 10 Ekim 2011].
3. Anonim, 2011b. Google Earth. Bass, B., Baskaran, B., 2003. Evaluating Rooftop and Vertical Gardens as an Adaptation Strategy for Urban Areas.
4. CCAF Impacts and Adaptation Progress Report, Institute for Research in Construction National Research Council, NRCC-46737.
5. Berghage, R.D., Beattie, D., Jarrett, A.R., Thuring, C., Razaei, F., O’Connor, T.P., 2009. Green Roofs for Stormwater Runoff Control, National Risk Management Research Laboratory Office of Research and Development U.S. Environmental Protection Agency Cincinnati. EPA/600, 9-26.
6. Berndtsson, J.C., 2010. Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review. Ecological Engineering 36: 351–360.
7. Carter, T.L., Rasmussen T.C., 2006. Hydrologic behavior of vegetated roofs. Journal of the American Water Resources Association (JAWRA) 42(5): 1261-1274.
8. Chen, X.L., Zhao, H.M., Li P.X., Yin Z.Y.,2006. Remote sensing image-based analysis of the relationship between urban heat island and land use / cover changes. Remote Sensing of Environment 104: 133 - 146.

9. Connelly, M., Liu, K., 2005. New directions in green roof research green roof research in British Columbia- an overview. Greening Rooftops for Sustainable Communities, Washington.
10. Cushman, J.C., Borland, A.M., 2002. Induction of Crassulacean acid metabolism by water limitation. Plant, Cell and Enviroment 25: 295-310.
11. Dunnett, N., Kingsbury, N., 2004, Planting Green Roofs and Living Walls, Timber Press. Oregon ISBN: 9780881929119.
12. Dunnett, N., Nagase, A., Booth, R., Grime, P., 2008, İnfluence of vegetation composition on runoff in two simulated green roof experiments. Urban Ecosystems 11: 385–398.
13. Ekşi, M., 2012. İstanbul’daki başlıca çatı bahçelerinin yapım esasları açısından değerlendirilmesi. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University 62(1): 149-157.
14. Takebayashi, H., Moriyama, M., 2007. Surface heat budget on green roof and high reflection roof for mitigation of urban heat island. Building and Environment 42: 2971–2979.
15. Tan P.Y., Sia, A., 2009. Understanding the performance of plants on non-irrigated green roofs in singapore using a biomass yield approach. Nature in Singapore 2: 149–153.
16. Teemusk, A., Mander, Ü., 2009. Green roof potential to reduce temperature fluctuations of a roof membrane: A case study from Estonia. Building and Environment 44: 643-650.
17. Teeri, J., Turner, M., Gurevitch, J., 1986. The response of leaf water potential and crassulacean acid metabolism to prolonged drought in Sedum rubrotinctum. Plant Physiology 81: 678-680.
18. Tunbiş, M., 1987. Çatı bahçeleri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi 37(B4): 103-116. Vanwoert, N. D., Rowe, D.B., Andresen, J.A., Rugh, C.L., Fernandez, R.T., Xiao, L., 2005. Green roof stormwater retention: effects of roof surface, slope, and media depth. Journal of Environmental Quality 34(3): 1036-1044.
19. Villarreal, E.L., Bengtsson, L., 2005. Response of a Sedum green-roof to individual rain events. Ecological Engineering 25: 1-7.
20. Wolf, D., Lundholm, J.T., 2008. Water uptake in green roof microcosms : Effects of plant species and water availability. Ecological Engineering 33:179–186.
21. Wolf, J.,1960. Der diurnale saurerhythmus. Encyclopedia of Plant Physiology, Springer-Verlag,12:809-89, Berlin.
22. Wong, N.H., Chen, Y., Ong, C.L., Sia, A., 2003. Investigation of thermal benefits of rooftop garden in the tropical environment. Building and Environment 38: 261–270