SÜRÜKLENEN YAĞMURUN BİNALAR ÜZERİNDEKİ ETKİSİ

Yağmur'u kelime olarak hepimiz biliriz ve bir doğa olayı olarak yakından tanırız. Peki; sürüklenen yağmur nedir, diğer yağmurlardan farkı nedir ve bina klimatolojisi açısından neden bu kadar önemlidir?

Bu nedenle; öncelikle "Sürüklenen Yağmur" tanımlamasını yapmak gereklidir. Sürüklenen yağmuru diğer yağmurdan ayıran en büyük özelliği atmosfer içinde rüzgar etkisine maruz kalması ve rüzgardan farklı şekillerde etkilenmesidir.

Bu nedenle: Rüzgar tarafından sürüklenmekte ve dikey konumundan saptırılmakta olan yağışlara genel olarak " Sürüklenen Yağmur " adı verilmektedir. Sürüklenen Yağmurlar rüzgar nedeniyle binaların duvarlarına, çatısına ve camlarına belli bir hız ve açı ile çarptığından özellikle binaların duvarlarında ciddi problemlere neden olmaktadır. Bu noktada sormamız gereken ise; Binaların Duvarlarında bu derece etkili olmasının temel nedeni nedir? olmalıdır. Özellikle duvarları gözenekli materyallerden yapılmış olan binalarda bu tip yağmurların büyük bir bölümü duvarlar tarafından absorbe edilmektedir. Böyle bir durumda yağmur çatlaklar vasıtasıyla duvarın iç kısmına geçebilmekte ve bina içlerinde rutubete neden olabilmektedir. Bu tip absorbsiyonlar sadece binaların çatılarına zarar vermekle kalmayıp aynı zamanda bina duvarlarına da ciddi zarar verebilmektedir. Havaların soğuması ile bina içinde nem, binaların donmasına ve sonuç olarak duvarlarda patlak ve çöküş gibi zararlara yol açmaktadır.

Fakat böyle bir durumda en büyük dezavantaj duvarların termal iletkenliğinin artması ve netice bina içi sıcaklığının hızla azalmasıdır. Diğer bir ifade ile bina içini ısıtmak için harcanan enerjinin çok büyük bir bölümü boşa gitmektedir. Bina içindeki nemin sonuç olarak duvarlarda çatlak ve çökmeler neden olması ise hem fiziksel hemde maddi kayıpları beraberinde getirmesi kaçınılmazdır.

bina17.gif (26249 bytes)

Halkımız arasında sıklıkla söylenen " İnsanı Gam, Duvarı nem yıkar" sözünün temelinde yatan ise bu bilimsel veriler olabilir. Peki, böylesine önemli bir parametrenin düzenli ve sürekli gözlemleri yapılıyormu? Cevabımız ise genellikle HAYIR olmaktadır. Türkiye' ninde dahil olduğu bir çok ülkede sadece yağan yağışın cinsi ve miktarı gibi kavramlar çok daha fazla önem taşımaktadır. Bununla birlikte sayısı az olmakla birlikte, belli başlı ülkelerde bu konuda deneysel olarak ta olsa bazı gözlemler yapılmaktadır. Gözlemi yapılmayan bu parametrenin diğer yöntemlerle hesaplanması mümkünmüdür? Tabiki bu noktada yanıtımız EVET olacaktır.

Günümüzde çok sayıda ülkede gözlemi yapılmayan bu parametrenin yapılar üzerindeki olumsuz etkilerinin çok iyi bilinmesi nedeniyle, matematiksel olarak hesaplanması için yöntemler araştırılmış ve sürüklenen yağışların gözlemi yapılmadan da hesaplanabilmesi için bazı formüller geliştirilmiştir.

Sürüklenen yağışın hesaplanmasında temel sorunlardan bir tanesi yağışın hangi yönden ve hangi açı ile bina duvarına çarptığı konusudur. Bu nedenle çalışmanın esası içinde, farklı yönler ve açılara göre bazı sonuçlar bulunmasına yönelik çalışmalar daha ağırlık kazanmaktadır. Bunun temel nedeni ise yağmurun her yerde ve her zaman aynı açı ve hız ile bina yüzeyine çarpamayacak olmasıdır.

Rüzgarın duvara karşı dik olacak durumda esmesi halinde dik duvar yüzeyine gelebilecek yağış şu formüller ile tespit edilebilir:

Hb= h*u/Vp

Burada; Hb = Dik duvar yüzeyine gelecek yağış miktarı

h = Yatay yüzey üzerinde yağış miktarı

u = yağış süresince rüzgar hızı ( m/sec)

Vp = Düşen yağmur damlasının ortalama hızı (m/sec)

k16.jpg (10849 bytes)
Şekil Düşen yağmur damlasının ortalama hızı ile yağış yoğunluğu arasındaki ilişki

Burada dikkat edilmesi gereken ise düşen yağmur damlasının ortalama hızının yağışın süre ve yoğunluğa bağlı olmasıdır. Yukarıda verilen şekilde bunu rahatlıkla görebiliriz.

Aşağıda yer alan Şekil' de ise; Bina duvarına dört farklı yönden gelen yağışın yoğunluğu ve süresi arasındaki ilişkiyi rahatlıkla inceleyebilirsiniz. Bu grafik, yapı pratikleri için son derece yararlıdır.

Norveç Yapı Araştırma Enstitüsü ( Norwegian Building Research Institute) tamamen deneysel verilerine dayanarak düşen yağmur damlasının ortalama hızı için aşağıdaki bağıntıyı geliştirmiştir.

Vp= 4.5*I 0.107

k17.jpg (17923 bytes)

Şekil : Bina duvarlarının kuzey, güney, doğu ve batı yönlerden yağmur alması durumunda yağış süresi ve yağış yoğunluğu arasındaki ilişkiyi şematik olarak göstermektedir. Bu grafik uzun yıllar yapılan araştırmalar sonucunda elde edilmiş genel anlatımlı bir grafiktir. Ülkemiz açısındadn geçerliliği ise ayrı bir araştırma konusu olarak değerlendirilmelidir.

Farklı rüzgar yönlerine göre sürüklenen yağış miktarları, bina dizaynında en önemli kriterlerden bir tanesidir. Çünkü çalışmalar göstermiştir ki binaların uygun olmayan tarafına düşen sürüklenen yağışlar söz konusu binaların diğer taraflarına göre kat kat daha fazla etkili olmaktadır.

Sürüklenen yağışların binalar üzerindeki olumsuz etkilerini ortadan kaldırabilmek için çok özel bina tasarımları yaratacak mimari ve yapı dizayn teknikleri kullanılmaktadır. Uzayan geniş silmeler, ventilasyon sağlayacak "screen walls ", dışarıya açılan pencereler, havalandırması olan bodrum katları,

Mupm7spf.jpg (6380 bytes)

derin balkonlar ve yağışlardan koruyan diğer sistemler önerilmektedir. Tüm bunlara ilave olarak özel suya dayanıklı ve su geçirmez malzemeler de yapısal malzemeler olarak kullanılmalıdır. Yağış süresince rüzgar hızı atmosferik nemin bina duvarlarına nüfus etmesi için bilinen belli başlı temel bir faktördür. Bu nedenle yapı hesaplamalarına bu faktör de katılmalıdır.

Tablo V.I7 Yağış ölçer tarafından ölçülen yağış miktarının bina duvarına düşen yağış miktarı ile oranlanması:

RÜZGAR HIZI ( U.COSQ), M/SEC	DUVARA DÜŞEN YAĞIŞ KATSAYISI
<2 2-5 >5	0 0.2 0.6

Caton ( 1982) Standart yağış ölçümlerinin duvar yüzeyine düşen aktüel yağışa dönüştürülmesinde zaman aralıklarında oluşabilecek buharlaşma için bir düzeltme katsayısının kullanılmasını önermektedir. Daha öncede çeşitli vesilerle belirtildiği gibi, rüzgar ölçümleri ve yağış ölçümleri meteorolojinin en temel ölçüm parametreleridir ve çok değişik amaçlarla çok çeşitli yerlerde kullanılmaktadırlar.

Rüzgar ölçümleri yerden 10 metre yükseklikte sürekli olarak yapılırken sürüklenen yağışın süresi kısa ve süresi belli bir peryod için olacaktır. "P "katsayısı meteorolojik gözlemin yapıldığı yerdeki rüzgar hızı ile bina duvarı yakınındaki rüzgar hızının oranını temsil eden bir değerdir. Buller (1976) yılında şehirlerin kenar mahalleri için "p "değerinin yerden " 1.5 - 7 " metre yüksekliği için " 0.5 " olarak alınmasını önermektedir.

Sürüklenen yağışın klimatolojik parametreleri ve bunları hesaplama metotları.

Belli bir noktadaki duvarın uzun yıllar ortalama sürüklenen yağış indeksi

Dikey zemin üzerine düşen ( hb) ortalama yıllık yağış miktarının nazari olarak değeri

En yüksek yağış miktarı ve rüzgar hızına bağlı olarak yağış, yağış yoğunluğu( veya süresi) hb max up.I(T)

Yağış miktarı ile Yağış anında maksimum rüzgar hızı ve yağış yoğunluğu ( veya süresi) up max.hb.I(T)

En yüksek yağış yoğunluğu(süresi) ve yağış miktarı ve yağış yoğunluğu Imax(Tmax)uphb

Geriye doğru üç yıllık süre içinde kısa süreli sürüklenen yağış index değeri

Sürüklenen yağış indexinin ortalama değeri aşağıda verilmiştir.

n

IDR= ? h u cos Q /n

i

Burada ; IDR : Ortalama yıllık sürüklenen yağış indeksi ( m2/sec )

h : Bir saatlik ortalama yağış miktarı mm

u : aynı saat için ortalama rüzgar hızı ( m/sec)

Q : Bir saatlik süre içinde ortalama rüzgar hızı ile üzerinde çalışılan duvar

arasındaki açı ( 0-180)

n : yağışın yıllık toplam saat sayısı

Burada dikkat edilecek en önemli nokta ise söz konusu ölçümlerin saatlik ölçüm istemesidir.

IDR = h u

n

hb= ? h u cos Q /n vp

i

_ 0.107

vp = 4.5 I Burada I = Yağışın beşer dakikalık aralıklardaki yoğunluğu

BİNALARDAKİ ENERJİ DENGESİ

Enerjinin ekonomik ve akılcı olarak kullanılmasına yönelik ilk uygulamalar 1950 li yıllarda yaşanan ve bir çok ülkeyi etkileyen ekonomik kriz sonrasına rastlamaktadır. 1979 yılında ABD de yapılan İklim ve Mimari konferansında, klimatolojik dataların güncelleştirilerek binalara uygulanmasının yapıları hem daha güzel, hem de enerji tasarrufu yapan yapılara dönüştüreceği ifade edilmiştir. Isı stresi ( Heat Stress) çeşitli iklim zonlarında farklı etkiler yaratmaktadır. Bu nedenle çeşitli iklim zonlarında farklı rahatlatıcı bioklimatik koşulların sağlanması gerekmektedir. Çünkü insanlar yaşadıkları her ortamlarda klimatolojik açıdan rahat edecekleri bir yaşamı arzulamaktadır.

Meteorolojik koşullar binaların ısı bütçesinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu etkiye karşı koyabilmenin yolları ise ısıtma, air - conditioning ve havalandırma sistemlerini kullanmaktır. Sıcaklık, Nem, Rüzgar ve radiation gibi klimatik parametreler ;

*İzolasyon tipi (duvar kalınlığı, pencere genişliği tipi ve cam çeşitleri...)

*Isınma talebleri

*Havalandırma ve air-conditioning sistemleri

hesaplamalarında göz önüne alınmalıdır. Tüm bu hesaplamalar binanın konumu göz önüne alınarak, izolasyon için kullanılacak malzemeler değerlendirilerek ve ısınma amaçları için gerekli olacak yakıt belirlenerek gerçekleştirilir.

İZOLASYON

Karşılıklı olarak binaların içinden dışarı doğru veya bina dışından bina içine doğru üç tip ısı akışı vardır. Bunlar:

-Duvarlardan içeri-dışarı doğru akış ( Conductive ),

-Isınma ile havanın yükselmesi, soğuma ile çökmesi ( Convective )

-Radiant

Olarak adlandırılır. Diğer bir ifade ile dış ortam sıcaklığı duvarlardan, veya diğer izolasyon malzemelerinden geçerek bina içi sıcaklık rejimini etkiler.

Conductive : ısı değişimi binaların dışında kullanılan materyalin geçirgenliği ile yakından ilgilidir ve bina içi sıcaklığı ile bina dışı sıcaklığı arasındaki farka bağlı olarak tanımlanır.

Convective: ısı akışı ise duvarlarda kullanılan gözenekli malzemelerden, pencerelerdeki ve kapılardaki çatlak ve yarıklardan meydana gelen ısı iletiminden ibarettir Bina tasarımından, rüzgar hızından bina içerisinde ve bina dışındaki hava sıcaklığına bağlı olarak değişim gösterir.

Radiant : ısı akışı ise genel olarak binaların pencerelerine gelen kısa dalga güneş radyasyonu ile tanımlanır ve pencerelerin konumuna ve ölçüsüne bağlı olarak değişim gösterir.

Bu tanımlamalarda görmekteyiz ki; Isı enerjisinin temel iletim yolları olan Conductive, Convective kavramları birbiriyle iç içe girmiş gibi duran iki kavram olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu nedenle bu iki tanımlamayı daha anlaşılır hale getirmemizde yarar görmekteyiz. Şöyleki Conductive ( Kondüksiyon) dediğimiz zaman ortamı meydana getiren parçacıkların birbirleriyle temas ederek ısıyı yaymaları anlaşılır. Yani metal çubuğun bir ucu ısıtılırsa biraz sonra çubuğun diğer ucununda ısınmaya başlaması gibi...

Convective ( konveksiyon ) ise; bir ocağın alevi üzerindeki sıvının ısınması ve yükselmesi, bu esnada genişlemsi ve hafiflemesiyle izah edilebilir. Bu işlem süresince ısınan sıvı yükselir ve bu sıvının yerini kenarlarda bulunan nispeten daha soğuk olan sıvının alır.

Tüm ısı işlemlerini daha basit olarak ifade edersek; Bir çizgi boyunca dizilmiş bir insanlar olduğunu kabul edelim. Çizginin en başında bulunan kişiye bir top verelim ve bunu kendi insiyatifi doğrultusunda en arkada bulunan kişiye ulaştırmasını isteyelim. Topu verdiğimiz kişi bunu nasıl en arkada bulunan kişiye ulaştırabilir?

1- Topu verdiğimiz kişi, bunu direkt olarak en arkada bulunan kişiye doğru fırlatabilir. Bu duruma RADYASYON,

2- Topu verdiğimiz kişi, önce hemen yanında bulunan kişiye vererek onun kendi yanındakine vermesini ve elden ele aktarılarak en arkada bulunan kişiye ulaştırmasını isteyebilir. Bu duruma KONDUKSİYON,

3- Topu verdiğimiz kişi, topu atmak yada elden ele aktarmak yerine bizzat kendisi taşıyarak topu en arkada bulunan kişiye aktarabilir. Bu duruma KONVEKSİYON,

tanımlaması yaparız. Bu açıklamalrdan sonra binalardan olan enerji iletimleri için yaptığımız tanımlamaların biraz daha iyi anlaşılacağını ümit etmekteyiz.

Binalarda meydana gelen spesifik sıcaklık kayıplarını tespit edebilmek için çok daha önemli etkileri olan conductive ve convective değişimlerin yanında radiant ısı değişimi ihmal edilebilir. Bununla birlikte solar enerji duvarlar üzerinde absorbe edilerek passive bir kaynak görevi görebilir. Bu durum özellikle güney bölgeler için daha da önem arz eder. Radiant ısı değişiminin ihmal edilmesi değerlendirmesi iyi izole edilmiş bina tabanları ve duvarları içinde geçerlidir. Bununla birlikte beton tabanlar güneşli yaz mevsimi süresince ısı depolaması yaparlar.

Şayet radiant ısı değişimi ihmal edilirse spesifik ısı kaybı aşağıdaki formül ile elde edilir.

Binalarda duvarların termal geçirgenliğini hesaplamak, duvar kalınlıklarının homojen olmaması ve duvar aralarında hava boşlukları kalması nedeniyle son derece kompleks bir çalışmadır. Pencere camlarından ısı transferi ise sadece camlardan olan güneş radyasyonunun bir kısmını geçmesi ile gerçekleşir. Bu geçiş ile ilgili hesaplamalar ise yine son derece kompleks dir. Kalın camlardan olan transfer ise termal iletkenliğin bir sonucu olarak meydana gelir.

Soğuk mevsimler ve sıcak mevsimler süresince iç yüzey sıcaklığının korunabilmesi için hemen her ülkenin farklı izalosyon standartları mevcuttur. Genel bir formulasyon ile bu;

Resistans hesaplamasında sadece rüzgar hızı, sıcaklık, ve sıcaklık aralıkları göz önüne alınmıştır. Bununla birlikte bu değerler ısı transfer hesaplamalarında da convection katsayısının etkilenecek olması nedeniyle göz önüne alınan değerlerdir. İngiltere da çatılar için üç, duvarlar için de üç sabit kullanılmaktadır. Bu değerler sırasıyla iyi korunan binalar için Çatı için 1.0, duvarlar için 0.7, Sıradan binalar için çatı; 3.0 duvar; 2.0 ve ağır koşullar içinde çatılar için 9.0, duvarlar için 6.0 katsayıları kullanılmaktadır.

ISINMA SİSTEMLERİ

Dünya yakıt tüketiminin çok önemli bir kısmı ısınma amaçlıdır. Gerek ekonomik açıdan gerekse enerji problemleri nedeniyle tüm dünyada ısınma sistemlerinde yakıtın verimli kullanılması son derece önemlidir.

Valko'ya göre ( 1972) üretim maliyetlerinin yaklaşık olarak üçte birini enerji harcamaları oluşturmaktadır.

Bina klimatolojisinde en önemli problem harcamaların nasıl azaltılacağı soruna yanıt bulabilmektir. Bunun için izlenecek iki temel yol vardır; ya ucuz bir yalıtım yapılacak veya ısıtma ekipmanlarının ekonomik olarak dağılımı sağlanarak aynı zamanda doğal ısınma sistemlerinden maksimum yararlanılacaktır. Isınma sistemlerinin seçimi ve gerekli olan ısı ihtiyacının izolasyon ile kazanılacak miktarında hesaplanılarak belirlenmesi ilk önce ve öncelikle yapılması gerekli olan çalışmadır. Bu çalışma içinde ısıtma ve izolasyon için gerekli olan meteorolojik parametrelerin yer alması gerekmektedir. Daha da ötesi binaların ısıtılması ve bina izalosyonu ( karşılıklı olarak duvar kalınlıklarının arttırılması ve ısınma ihtiyaçlarının azaltılması) problemlerinin çözümünde meteorolojik parametrelerin değerlendirilmesi optimizasyon sağlayacaktır.

AIR-CONDITIONING VE HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ

Sağlık kriterleri göz önüne alındığında air-conditioning ve havalandırma sistemleri anahtar bir role sahiptir. Air-conditioning sistemleri binalarda teknik nedenlerden olduğu kadar belli bir konfor sağlamak amacıylada kullanılır. Yaz mevsimi süresince yaşanılan ortamın hava sıcaklığını azaltmak ve nem miktarını sürekli kontrol ederek, ortam içindeki bazı maddeleri filtre ederek ortamın havasını temizlemek, kış mevsimi süresincede yine iç ortam havasını temizlemek, ısıtmak ve nemlendirmek amacıyla kullanılır.

Air conditioning ve havalandırma sistemlerinin enerji tüketimleri son derece pahalı ve toplam işletim harcamaları ve mühendislik ekipmanlarının içinde % 60 ile %80 arasında bir değer tutabilecek kadar da yüksektir. Bununla birlikte bu sistemlerin maliyeti hiç şüphesiz dizayn kapasitelerine ve sistem dizaynına ve yaşanan meteorolojik koşullara bağlı olarak değişim gösterir. Bu nedenle sistemi etkileyecek meteorolojik parametrelerin öncelikli olarak belirlenmesi binalarda bulunacak air conditioning sistemlerinin kapasitesinin ve maliyetinin tayini için gereklidir.

GÜNEŞ IŞINLARI VE GLOBAL RADYASYON

İzalosyon hesaplamalarında sadece ortalama güneş ışını süresini hesaplamak yeterli değildir. Mimari tasarımcıların ve Mimar-Mühendislerin tam gün güneşlenme sıklıklarını veya bulutluluk nedeniyle meydana gelecek güneşlenme kesintilerinin sürelerini bilmeleri gerekmektedir. Saatlik olarak güneşlenme sürelerinin kontrolü ile farklı duvarların güneş alabilmelerini hesaplayabilmek mümkün olabilmektedir.

Air conditioning harcamalarının belirlenebilmesi için hava sıcaklığı, entalpi, güneşlenme süresi, ve global radyasyon arasındaki korelasyon değerlerine de ihtiyaç duyulacaktır.

	SÜRÜKLENEN YAĞMURUN BİNALAR ÜZERİNDEKİ ETKİSİ
	BİNALARDAKİ ENERJİ DENGESİ
	ISINMA SİSTEMLERİ
	AIR-CONDITIONING VE HAVALANDIRMA SİSTEMLERİ
	GÜNEŞ IŞINLARI VE GLOBAL RADYASYON