Yapılardaki Kat Adedinin Büyük Kentlerin Güneş Enerjisinden Akılcı Yararlanmasına Etkileri

Yıl 2020, Cilt: 61 Sayı: 699, 81 - 115, 05.08.2020

Birol Kılkış

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.767213

Öz

Bu çalışmada, yoğun ve dikey kentleşme özelinde güneş enerjisinden akılcı yararlanma yöntemlerinin sürdürülebilir çözümleri araştırılmıştır. Bu bağlamda, çok yüksek katlı, cam giydirmeli bina cephelerindeki alüminyum malzemenin ve saydam PV gözelerinin gömülü enerji ve ekserjilerinin, bunlara bağlı olarak da gömülü CO2 salımlarının fazlalığı ve diğer fiziksel kısıtlar nedeni ile güneş enerjisinden akılcı ve çevreci biçimde etkin yararlanılmasının mümkün olmadığı görülmüştür. Güneş enerjisinden yararlanmada yüksek binaların komşu binaları gölgeleme etkisinin de yasal sorunları olabileceği üzerinde durulmuştur. Makalede, yapılı çevrede güneş enerjisinin etkin kullanımında en akılcı çözümün bireysel binalar yerine bölge enerji sistemlerinin geliştirilip yaygınlaştırılması olduğu öne sürülmekte, somut örnekler verilerek sadece güneş değil, rüzgâr, jeotermal ve biyogaz gibi yenilenebilir enerji sistemlerinin melez kullanımının önemine işaret edilerek CO2 salımlarını azaltma amaçlı yeni bir şehir planlama modeline olan gereksinim belirtilmektedir. Yatay ve yaygın kentleşmenin alt yapı ve ulaşıma ilişkin ek yatırım ve işletim giderleri ile buna bağlı ek CO2 salımlarının da göz önünde tutulduğu bir enuygun çözüm algoritması tanıtılmaktadır. Örnek çalışmalarla yüksek binalar yerine yaygın kentleşmeye özen gösterilmesine dikkat çekilmektedir. Enuygun Kentleşme Modeli adı verilen bu algoritmanın anlatımı yanı sıra yenilikçi bir örnek olarak tasarlanan güneş ve rüzgâr enerjili hidrojen evi tanıtılmaktadır.

Anahtar Kelimeler

Cam cepheli yüksek binalar, PVT panel, hidrojen ekonomisi

Kaynakça

• Al-Kodmani, K. 2012. The Logic of Vertical Density: Tall Buildings in the 21st Century City, CTBUH Research Paper: International Journal of High-Rise Buildings, Vol. 1, No.2, pp: 131-148. https://global.ctbuh.org/resources/papers/download/2264-the-logic-of-vertical-density-tall-buildings-in-the-21st-century-city.pdf, son erişim tarihi: 8 Mayıs 2020.
• Ellis, P.G., Torcellini, P.A. 2005. Simulating Tall Buildings Using EnergyPlus, Proc. of the 9th Int. IBPSA Conference on Building Simulation, Montreal, Canada, pp: 279-286, August 15-18.
• Kılkış, B., Kılkış, Ş. 2017. An Urban Planning Algorithm for Optimizing the Height of Buildings to Maximize the Share of PV Electricity Generation in a Nearly-Zero Exergy District, First Latin American Conference on Sustainable Development of Energy, Water, and Environment Systems, January 28-31, Rio, Proceedings on Line. https://www.rio2018.sdewes.org/, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• Kılkış, B. 2020. Küresel Kapitalizmde Küresel Salgınlar, İklimsel Isınma ve Atmosfer, BRİQ Dergisi, Yaz Sayısı.
• ÇMO, 2019. Hava Kirliliği Çevre Raporu-2018, TMMOB Çevre Mühendisleri Odası Raporu, http://cmo.org.tr/resimler/ekler/9d62b3a2bb620a4_ek.pdf., son erişim tarihi: 8 Mayıs 2020.
• Kılkış, B. 2019. T.C. Ulaştırma ve Altyapı Bakanlığı Altyapı Yatırımları Genel Müdürlüğü Kanal İstanbul Projesi Çevresel Etki Değerlendirmesi Raporu Hakkında Kişisel Görüş, Öneriler ve İtiraz Belgesi, 26 sayfa, Çevre ve Şehircilik Bakanlığına Sunu, 30.12.2019. Ankara.
• Kilkis, B. 2020. Barriers, Solution, and Metrics for 100% Renewable Cities, Special Report to ETIP RHC Meeting, 2 March 2020, Brussels.
• Simmonds, P. 2016. ASHRAE Design Guide for Tall, Supertall and Megatall Building Systems, REHVA Journal, October Issue, pp: 45-52, 2016.
• CTBUH. 2019. Tall Buildings in Numbers, Tall Buildings and Embodied Energy, CTBUH J., 2009 Issue: 50-51, 2009.
• Dawodu, A., Cheshmehzangia, A. 2017. Impact of Floor Area Ratio (FAR) on Energy Consumption at Meso Scale in China: Case Study of Ningbo, The 8th Int. Conf. on Applied Energy- ICAE2016, Energy Procedia 105, 2017, pp: 3449-3455.
• Chau, K-W, Wong, S. K., Yau, Y., Yeung, A. K. C. 2007. Determining Optimal Building Height, Urban Studies, Vol. 44, No. 3, Special Theme: Supertall Living (March 2007), pp: 591-607. https://www.jstor.org/stable/43084360, son erişim tarihi: 9 Mayıs 2020.
• Mert, Y. 2014. Application of Exergy Analysis Method to Energy Efficient Building Block Design, Ph.D., Thesis in City Planning and Regional Planning, Izmir Institute of Technology, Izmir, 2014.
• Government of Ireland. 2017. Urban Development and Building Heights Guidelines for Planning Authorities December 2018. https://www.housing.gov.ie/sites/default/files/publications/files/urban_development_and_building_height_guidelines_for_planning_authorities_december_2018_0.pdf, son erişim tarihi: 9 Mayıs 2020.
• Kılkış, B. 2017. Bina ve İklim Bölgelerine Göre Güneş Enerjisinden En Çok Yararlanma Yöntemleri, 7. Güneş Enerjisi Sistemleri Sempozyumu ve Sergisi, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, 22-23 Eylül 2017, Mersin, Bildiriler Kitabı, MMO Yayın No: 673, pp: 63-86, ISBN: 978-605-01-1053
• Kılkış, Ş., Kılkış, B. 2019. An Urbanization Algorithm for Districts with Minimized Emissions Based on Urban Planning and Embodied Energy Towards Net-Zero Exergy Targets, Energy, 179, 2019, pp: 392-406.
• Kılkış, Ş. 2011. A Rational Exergy Management Model to Curb CO2 Emissions in The Exergy-Aware Built Environments of The Future, Ph.D. Thesis, Bulletin/Meddelande No. 204, ISBN 978-91-7501-129-5, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden.
• CE. 2012. Clarke Energy, The Shard Combined Heat and Power Plant, https://www.clarke-energy.com/2012/the-shard-combined-heat-and-power-plant/, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Dietrich, S., Anna, K., Markus, B., Svend, S., Natasa, N., Kai, S. 2014. Low Temperature District Heating for Future Energy Systems, Anna, L. (Ed.): 14th International Symposium on District Heating and Cooling, DHC 2014. Proceedings: September, 6.10, 2014, Stockholm, Sweden, Swedish District Heating Association, 2014, ISBN: 978-91-85775-24-8, pp.8-15.
• Kılkış, B., Özgür, E. 2018. Güneş Enerjisinin Akılcı Değerlendirilmesinde PVT Sistemleri, Bölüm 12.2. Türkiye’nin Enerji Görünümü, sayfa 373-381. Makine Mühendisleri Odası, Oda Raporu, Yayın No. MMO/691, Nisan 2018, Ankara. ISBN: 978-605-01-1198-9.
• https://zerohomebills.com/product/tesla-powerwall-2-13-5-kw/, son erişim tarihi: 8 Mayıs 2020.
• Kılkış, B., Erol, Ö. 2011. Turgut Özal Tıp Merkezinde Enerji Verimli Isı/Soğuk ve Güç Sistemi Kurulum Projesi Danışmanlık Raporu, 2 Cilt, Başkent Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 2011.
• Kılkış, B., Kılkış, Ş. 2015. Yenilenebilir Enerji Kaynakları ile Birleşik Isı ve Güç Üretimi, TTMD, 32, ISBN: 978-975-6263-25-9, 371 sayfa, DSYG, İstanbul, 2015.
• Kılkış, B., Kılkış, Ş., Kılkış, Ş. 2017. Optimum Hybridization of Wind Turbines, Heat Pumps, and Thermal Energy Storage Systems for Near Zero-Exergy Buildings (NZEXB) Using Rational Exergy Management Model, Paper No. 2, 12th IEA Heat Pump Conference, 15-18 May, Rotterdam 2017. Papers on line, P.1.3.8, https://na.eventscloud.com/ehome/165152/520581/, son erişim tarihi: 11Mayıs 2020. Abstracts in print, pp: 179-180. Proceedings, ISBN 978-90-9030412-0, Rotterdam, June 2017.
• Kılkış, B. 2020. Exergy to the Rescue: A Handbook of Quality of Life and Quality of Energy: Almost 50 Years of Formulae and Metrics 1972-2020-A Formula Bank for Engineers, 177 pages, (In print).
• Kılkış, B. 2019. Development of a Composite PVT Panel with PCM embodiment, TEG Modules, Flat-Plate Solar Collector, and Thermally Pulsing Heat Pipes, Solar Energy, Vol. 200, April 2020, pp: 89-107, Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.10.075, son erişim tarihi: 8 Mayıs 2020. Turkish Patent: TR 2017 10622 B.
• Yaşam Magazin.17 Ağustos 2017. http://m.finansgundem.com/haber/istanbulda-deprem-toplanma-alanlari-avm-oldu/1222198, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• Kılkış, Ümit. Güneş Enerjisi ve Hukuk, TIBTD Dergisi, Cilt 4, Sayı 1, s:53-54, Mayıs 1981, Ankara
• NREL, PV FAQs, What is the Energy Payback for PVs, 2004, https://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf, son erişim tarihi: 11Mayıs 2020.
• Fthenakis, V. M., Kim, H.C., Alsema, E. 2008. Emissions from Photo Voltaic Life Cycles, Environ. Sci. Technol., 2008, 42 (6), pp: 2168–2174, 2008.
• Cronin T. V. 2012. On the Choice of Average Solar Zenith Angle, Journal of The Atmospheric Sciences,Vol. 71, pp: 2994-3003. http://web.mit.edu/~twcronin/www/document/Cronin2014.pdf, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Fangzhi Chen, F., Wittkopf, S.K. Khai Ng, P., Hui Du, H. 2012. Solar Heat Gain Coefficient Measurement of Semi-Transparent Photovoltaic Modules with Indoor Calorimetric Hot Box and Solar Simulator, Energy and Buildings 53, 2012, pp: 74-84, http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.06.005
• Poh Khai Nga, P.K., Mithraratnea, N., Kuac, H. W. 2013. Energy Analysis of Semi-Transparent BIPV in Singapore Buildings, Energy and Buildings, 66, 2013, pp: 274-281, http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.07.029
• Kristine Lofgren, K. 2018. Newly-Revealed Tesla Solar Roof Patent Shows The Secrets Behind The Technology, InHabitat, 05/07/2018. <http://inhabitat.com/tag/solar-roof/> son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Zigisha, Mhaskar, Case Study of Pune, Eco-Friendly Building Materials, Business, August 6, 2013. https://www.slideshare.net/lstikore/eco-friendly-building-materials, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Raji, B.Tenpierik, M. J., van den Dobbelsteen, A. 2016. A Comparative Study: Design Strategies for Energy -Efficiency of High-Rise Office Buildings, Journal of Green Building: Winter 2016, Vol. 11, No 1, pp:134-158.
• M. B. Stevens, Reclaiming Energy from Waste Water in Tall Buildings, US Patent US8610295 B1, 2013. http://www.journalofgreenbuilding.com/doi/abs/10.3992/jgb.11.1.134.1?code=copu-site, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• Kılkış, B. 2020. New Frontiers in Sustainability Metrics for Renewable Energy Utilization and Storage, 4th SEE SDEWES Conference 2020, June 28-July 2, Sarajevo, https://www.sarajevo2020.sdewes.org/, son erişim tarihi: 8 Mayıs 2020. (Invited Paper for Special Session, Under Review).
• Kılkış, B., Kılkış, Şiir. 2018. Hydrogen Economy Model for Nearly Net-Zero Cities with Exergy Rationale and Energy-Water Nexus, Energies 11 (2018) 1226, <https://doi.org/10.3390/en11051226, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Kilkis, B. 2019. Design of a Sustainable Hydrogen House for Future Hydrogen Cities, 4th Hydrogen Technologies Congress, IHTEC-2019, 20-23 June, Edirne, Proceedings Book, pp: 57-62. ISBN: 978-605-66381-6-9.
• Gray, A. 2019. New York City Isn’t Banning Glass Skyscrapers After All- Mayor De Blasio’s Threats to Change the City’s Iconic Skyline Are More Bark Than Bite, Architecture+Design, April 26, 2019, https://www.architecturaldigest.com/story/new-york-city-isnt-banning-glass-skyscrapers-after-all, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• Hazem, E., Khaled, S. S. A., Ezzat, M., Tarek, M. F. A. 2015. Energy-efficient tall buildings design strategies: a holistic approach, Energy Procedia 74 (2015) 1358-1369.
• Koroneos, C. J., Ioannis Kalemakis, I. 2012. Exergy Indicators in the Building Environment, Exergy, Vol. 11, No. 4, 2012 (4):439-459, December 2012. DOI: 10.1504/IJEX.2012.050255, https://www.researchgate.net/publication/233401766_Exergy_indicators_in_the_building_environment, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• Gülbeden, A. E. 2019. Yüksek Performanslı Binalarda Enerjinin Akılcı Kullanımı İçin Mekanik Tasarım ve Optimum Kontrol Algoritmasının Geliştirilmesi, Doktora Tezi, T.C. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Haziran 2019.
• Schittich, C., Staib, G., Balkow, D., Schuler, M., Sobek, W. 2007. Glass architecture from the Modern Movement to the Present Day. In: Glass Construction Manual. 2nd Edition: Munich.
• COST, Low-Exergy in The Built Environment Insights from the Cost Exergy Action, Analysis and Design of Innovative Systems for Low-Exergy in The Built Environment 2007-2012, COSTeXergy Book, Delft, 2014.
• Kılkış, Ş. 2018. Application of the Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems Index to World Cities with a Normative Scenario for Rio de Janeiro, J. sustain. dev. energy water environ. syst., 6(3), pp: 559-608, https://www.sdewes.org/sdewes_index.php, son erişim tarihi: 11 Mayıs 2020.
• https://www.usgbc.org/leed/rating-systems/leed-for-cities, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• https://www.breeam.com/discover/technical-standards/communities/, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.
• Künar, A. http://www.emo.org.tr/ekler/935500c4791d68b_ek.pdf?tipi=2&turu=X&sube=14, son erişim tarihi: 10 Mayıs 2020.