Yapı Performans Analizleri by Alkazar Eng

YAPI PERFORMANS ANALIZLERI

engineering & consultancy

ruzgar

TERMAL

YANGIN

enerji

ALKAZAR MÜHENDİSLİK VE DANIŞMANLIK 2011 yılında başladığımız yapı sektöründeki hizmetlerimizle 7. senemizi geride bıraktık. Bu süre zarfında birçok inşaat, mimarlık, mühendislik ve tedarikçi firmayla projelerde yer alma fırsatı yakaladık. Diğer disiplinlerin raporlarına kıyasla, çıktılarımızdaki sayısal verinin görselleştiriliyor olması, işverenlerimizin geri bildirimlerine göre tatmin edici sonuçlar doğurmaktadır. Analiz çalışmalarımızın yapı performansını irdelemeye yönelik oluşu ve bunu tamamen dijital ortamda yüksek başarımlı bilgisayar altyapısıyla gerçekleştiriyor olmamız, bizlere teknolojiyi ve bilgiyi çok iyi harmanlamamız gerektiğini gösterdi. Temelde hava akış hareketlerini çözerek başladığımız yolculuk artık tüm yapı tasarım sistemi için gerekli veriyi de sahadan toplayacak planlamayla devam etme gereksinimini doğurmuştur. Tasarım aşamasında sistemin performansını konfor için hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle irdelerken, enerji analizleriyle yatırım ve işletme maliyetlerini kurgulayabilir hale geldik. Tüm bu analiz çalışmaları içinse gerekli iklim verisini işverenin arazisinde kurduğumuz meteoroloji istasyonlarıyla tamamlar haldeyiz. Böylece Bina Bilgi Modellemesi (BIM) alt başlıklarından birisi olan performans analizleri hizmetlerimizi, Tübitak ve Avrupa Birliği Projeleri gibi ulusal ve uluslararası platformlarla da besleyerek kent ölçeğine taşımaya başlıyoruz. Tamamladığımız projeler içinde, ciddi güvenlik riskleri taşıyan yangındaki patlama olayından, balkonda sigara içerlerse üst kattakiler dumandan ne kadar rahatsız olur sorunsalına… Amonyaklı gazı fabrika bacasından hâkim rüzgârda ne kadar uzağa atabildiğimizden, kule dibindeki kafeteryada yılın kaç günü dışarıda rüzgâr olmadan oturabileceğimize… Ofiste yaz aylarında en serin ve havadar masanın hangisinin olacağından, binanın 60. katında camı açabilmenin güvenli olup olmadığına kadar farklı tipte projeleri birlikte keyifle sorgulamaya devam etme niyetiyle… Güven Fidan

Barkın Kılıç - Yüksek Makina Mühendisi Mustafa Yağız Yılmaz - Yüksek Makina Mühendisi Oğuzhan Koral - Mimar

engineering & consultancy Nisbetiye Mah. Gazi Güçnar Sk. No:4/ 7 34340 Istanbul, Turkey info@alkazar.com.tr Tel : +90 212 270 40 57 Fax : +90 212 337 36 10 Her Hakkı Saklıdır. 1. Baskı Ekim 2018 Istanbul, Turkey

Geri bildirimleriniz bizim için önemli. iOS kullanıcısı iseniz qr kodu kameranıza göstermeniz yeterli.

İÇİNDEKİLER Neyi, Nasıl ve Neden* Yapıyoruz?

Rüzgâr Simülasyonları

Yangın Simülasyonları

Tahliye Senar yoları

İç Or tam Hava Kalitesi

Termal Konfor Analizleri

Çift Cidarlı Cephe Analizleri

Gün Işığı Analizleri

Enerji Modellemesi

Referanslar

NE YAPIYORUZ? Alkazar, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (Computational Fluid Dynamics) ve Enerji Modellemesi yöntemlerini kullanarak analitik çözümlemesi zor fiziksel problemleri nümerik yöntemler ile çözmektedir.

NASIL YAPIYORUZ?

Proje arazisini yapısına göre arazi modeli oluşturma yöntemleri değişkenlik gösterirken, fotogrametri metodu aktif olarak kullanılır.

CFD yöntemi korunum denklemlerini kullanarak akışkanların davranışlarını çözümler. Rüzgar, Isı, Yangın, Duman Hareketi, Radyasyon, İklimlendirme gibi fenomenlere mühendislik hesaplamalarıyla ve sonrasındaki danışmanlık hizmetiyle çözüm sağlanmaktadır. CFD kullanmanın en önemli avantajı herhangi bir test yapılmadan, çoklu çekirdekli yüksek matematik hesaplamalarıyla simüle edilerek proje tasarım aşamasında verilen danışmanlık ile sürdürülebilir ve güvenli yapılar inşaa edebilmektir. Alkazar bütün bu çözümlemelerini disiplinler ile yürütebilmektedir.

farklı

İş birliği yapılan disiplinler; -

Mimarlık Mühendislik Şehir Plancılığı Sürdürülebilir Paydaşlar

Sürdürülebilir yapılarla tasarım konuları; -

bütünleştirlebilecek

Hava Kalitesi Yaya Konforu ve Güvenliği Enerji Modellemesi İç-Dış Çevre Kalitesi Kar Yükü Aktif Havalandırma Pasif Havalandırma Rüzgâr Etkisiyle Cephe Yükü Hesabı Yangın ve Duman Seyreltme İklim Değerlendirmesi Veri Merkezi İklimlendirmesi Gün Işığı Görselleştirmesi Termal Konfor Yağmur Yayılımı Araç/ İnsan Tahliye Senaryoları

Buradaki katkılar ile yapı tasarımcılarına, yatırımcılarına ve kullanıcılarına; zamandan ve paradan tasarruf etmelerine, riskleri azaltmalarına ve konfor düzeyini arttırmalarına destek sağlanmaktadır.

Devlet Meteoroloji istasyon verilerinin şehirleşen bölgelerde oluşan mikro iklim alanlarında eksik veri temininden dolayı proje arazisine veri toplayacak meteoroloji istasyonları proje şantiyesi başlamadan önce yerleştirilir.

Tasarım önerileri, oluşturulan topografya modelinin üzerine yerleştirilir ve analize hazır hale getirilir.

Analizler firma içerisinde geliştirilen açık kaynak kodlu OpenFOAM çözdürücüsü ile gerçeklenir.

Analiz sonuçları istenilen düzlemde (plan, kesit, aksonometrik) bakış açılarıyla 2-3B olarak çıktıya ve rapora dönüşür.

NEDEN* YAPIYORUZ? Rüzgâr Yaz sıcaklarında serinlemek için rüzgârın daha hızlı esmesini beklerken, akşam balkon yemeğinde esintiden peçetelerin uçması… Açık pencerelerin odayı havalandırmasındaki rahatlatıcı etkisinden yüksek yapılarda yoksun kalınması…

Sıcaklık Ofis cam kenarı kullanıcısının güneşlenmeden dolayı klimayı sonuna kadar açmasına, iç kısımda oturan kişilerin donduklarını söyleyip kapatmak istemesi… Genel olarak kadınların cilt yapısının daha ince olması sebebiyle soğuk havaya erkeklere göre daha fazla tepki vermesi…

Yangın Kapalı cam önünde yükselen yangın dumanının sıcaklığı, iç ortamdaki kağıtları ışınımla tutuşturup öngörülemez şekilde alevlendirmesi… İnsanların acil durumda tahliyesini mümkün kılmışken, itfaiyenin olay mahâline erişmesine rağmen dumandan dolayı yanan cisme ulaşamaması… Sıcak dumanın çatıdaki kapaklardan kendiliğinden çıkacağını düşünürken, cebri yollarla ancak tahliye edilebilmesi…

Enerji Güneş kırıcının pasif olarak sağladığı aydınlatma ve termal konfor yatırım maliyeti için gerekli enerji tasarruf süresi… Pencere-duvar oranlarıyla birlikte HVAC cihazlarının yatırım ve işletme maliyetlerinin gösterimi… Yatırım bütçesinin enerji etkin kullanım için planlanmasında farklı senaryoların tekrarlanabilmesi…

RÜZGÂR SİMÜLASYONLARI Yapılar için temel olarak aşağıda sıralanmış 3 temel akışı kabul edebiliriz.

NEDİR? CFD analiz çalışmalarının yapı sektöründeki en genel uygulamalarından birisi de yapı etrafı rüzgâra bağlı; - Yaya seviyesinde konforun tayini, - Cephe basma ve emme yüklerinin hesaplanması, - Yapı statiğini etkileyecek yük değerine göre ivmelenmenin çözümlenmesi, - Çevre yapılar ya da proje binalarından atılan kirli havanın dağılımının görselleştirilmesidir. Yapı etrafı rüzgâr analizlerinde en önemli husus rüzgarın zeminle olan ilişkisi sebebiyle oluşan atmosferik sınır tabakadır. Zemine yakın bölgelerde sürtünmenin yüksek oluşu, rüzgârın buradaki harcadığı enerjinin azalmasıyla birlikte yükseklik arttıkça hız da artmaktadır. Gerçek ortamda fiziksel koşullarla şekillenen rüzgârın CFD analizlerinde de aynı koşulları sağlaması önem arz etmektedir. Zemin yüzey pürüzlülüğüne göre şekillenen rüzgâr dağılımı deniz seviyesinde 10m yükseklikte 4m/s hızla eserken bu değer çok fazla yüksek katlı yapının yer aldığı şehir ortamında 10m için ortalamada daha düşük mertebelerde olacaktır.

İki binanın yan yana gelmesiyle oluşması muhtemel kanal efekti, daralan hacimde akışın sürekli hızlanmasına sebebiyet verecektir. Akışın bu aralıkta kanalize olması konfor mertebesini etkileyecektir. (Channelling Effect)

Çoğu zaman yapı altlarında geçitlerin bulunduğu bölgelerde de rüzgar hızlanmaları görülmektedir. Şayet bu ve benzeri rüzgârlar hakim rüzgâr yönleriyle de kesişirse, yapı etrafında sürekli konforsuzluk oluşturabilir. (Passage Acceleration)

600 10 m/s 500 10 m/s

Metre

400

300

8 m/s

200 6 m/s 100

10 m/s

8 m/s

6 m/s

8 m/s 6 m/s

Rüzgâr Profilleri

Az Katlı Yapı

Yüksek binalar, daha yüksek rakımlarda daha kuvvetli rüzgârları yakalayarak bunları aşağıya indirmektedir. Büyük yapıların yaya seviyesinde daha yüksek rüzgâr şiddetini oluşturmasındaki temel mantıktır. (Downwashing Flow)

Çok Katlı Yapı

ATMOSFERİK SINIR TABAKASI (ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER)

10 m/s

8 m/s

Meteorolojiden alınan veriler ile her analiz için rüzgar profili oluşturulur.

6 m/s

10 m/s

8 m/s

6 m/s

Beaufort skalasına göre rüzgârın insan üzerindeki etkisi aşağıda gösterilmiştir. Yaya seviyesi konfor hesaplamaları yapılırken 1,75 metre düzlemi esas alınır. Bu kabule göre; Oturma Konforu : 0,2 - 2,3 m/s Yürüme Konforu : 2,4 - 5,5 m/s olarak değerlendirilir ve analizler bu veriler üzerinden yorumlanır.

Hafif Esinti

Or ta Rüzgâr

10 km/h & 2,8 m/s

15 km/h & 4,1 m/s

Fırışka Rüzgâr

Güçlü Meltem

20 km/h & 5,5 m/s

40 km/h & 11,2 m/s

Bora Rüzgâr

Güçlü Bora

45 km/h

60 km/h

12,5 m/s

16,6 m/s

KONFOR YORUMU Özellikle konut, otel, avm ve eğlence merkezli tasarlanan yapı projelerinde insanların oturma, yürüme ya da dinlenme alanlarında rüzgâr açısından konforlu hissedebilmeleri için rüzgâr şiddetinin belirli mertebelerin üzerine çıkması olumsuz bir tablo çizmektedir. Şehirleşmede dikine büyüme, yüksek yapıların alt kotlarında kullanıcılar için dinlenme alanları gerektirmektedir. Fizik olarak bilinmektedir ki yapı yüksekliğinin artmasıyla birlikte, binanın basınç zonlarının büyümesi beraberinde alt kotlarda yüksek rüzgâr şiddetini oluşturur. Bu sebeple özellikle kule binaları giriş ya da ilk katlara planlanan mahallerde rüzgâra bağlı kullanıcı konforu için detaylı simülasyon çalışmaları gerekmektedir. Örneğin bir kafenin ön cam parapet yüksekliğinin güvenlik amaçlı 1.2m olması, konforun sağlanmasında yeterli gelmeyerek 2m’ye kadar çıkarılmak zorunda kalınabilir. Rüzgâra bağlı konforun yorumlanması için herkes tarafından kabul gören uluslararası bir standart bulunmamaktadır. İnsanların psikolojik, fizyolojik ve kültürel birikimleri sebebiyle konfor algısı farklılaşmaktadır. Literatür çalışmalarında bu konuyla ilgili çeşitli yorumlama kriterleri mevcuttur. Özellikle rüzgârın esme hızına bağlı olarak gerçekleşen fiziksel dinamikler (bayrakların salınması, saçların dağılması, peçetelerin uçması vb.) referans alınarak Beaufort skalasıyla konfor yorumu yapılabilmektedir.

RÜZGÂR SİMÜLASYONLARI CEPHE YÜKÜ Cephe yükü hesaplamaları için çeşitli norm ya da standartlar kullanılabilir. TS498, EN 1991-1-4 ve ASCE 7-10 norm ve standartları belli başlı bina tipleri ve yükseklikleri için çıktı vermektedir. Fakat yüksek katlı binalar (10 kat ve üstü) ya da gökdelenler (20 kat ve üstü) için hesaplamalarda standartlar yetersiz kalmaktadır. Bu durumda simülasyonlar, gerekli hesaplamalar maliyet ve zaman açısından birincil yöntem olarak ön plana çıkmaktadır.

Akış analizi çalışmalarında oluşturulan modelin kusursuz geometrik forma sahip olması gerekmektedir. Kusursuz modeli oluştururken 20 cm’in altındaki detaylarda eğrisellik yoksa modele dahil edilmeyip ihmal edilir. Analiz edilecek proje binasının olduğu bölgelerin çözümleme ağ yapısı sık oluşturulurken, çevre hacme doğru genişledikçe ağ sıklığı azaltılır. Buradaki kritik husus uygulanacak atmosferik sınır tabakanın bozulmayacağı bir ağ örgüsüdür. Cephe yükü hesaplamalarının 36 yön için çözdürülmesi ve uygun ağ yapısının örülmesiyle, deneysel çalışmalara en yakın analiz çıktıları alınabilmektedir. 36 yön sayısının proje teslim süresi içinde irdelenebilmesi için yapı cephesi numaralandırılarak parçalanır ve dwg formatında 3 boyutlu raporda emme/ basma yükleri katmanlarla gösterilir.

Proje yapısı etrafındaki binalar, topografya veya binanın kendisi formu sebebiyle çok farklı yön ve şiddetlerde rüzgâra maruz kalmaktadır. Bir cepheye doğrudan, karşısından gelen rüzgârın temas etmesiyle oluşturduğu basınca «basma yükleri», yan veya üstünden geçen yüksek rüzgâr şiddetindeki basınca da «emme yükleri» denilmektedir. Genel itibariyle rüzgârın hızlanarak geçtiği yüzeyde oluşan emme yükleri (kPa ya da kgf/m2 birimleriyle ifade edilir) basmaya göre daha yüksektir. Cephe yükleri hesaplamasında 1km çap içindeki tüm çevre binalar topografya detayıyla modellenir ve proje binalarına 100’lik açı değişimiyle 36 farklı yönden rüzgâr uygulanır. Her bir yön için en yüksek basma ve emme yükleri cephe üzerinde kayıt edilir. 36 farklı durum için bu negatif ve pozitifteki kayıtlı yükler içinden en yüksek olanları tek bir görselde işlenerek 3 boyutlu ve yazılı raporu oluşturulur.

kPa değerleri

Aşağıdaki görselde verilen cephe yükü dağılımı mavi renkli dağılımın olduğu alanlarda yüksek rüzgâr hızının yüzeyin yanından geçerek emme (negatif ) basıncı oluşturduğunu (atmosfer basıncına göre) ifade ederken, kırmızı renkle oluşan dağılım cephenin doğrudan karşıdan aldığı basma (pozitif ) yükleri ifade etmektedir. Cephe yükleri hesaplamaları uzun yıllar geriye dönük en yüksek oluşan rüzgâr hızlarının ortalamasından yola çıkılarak belirlenir ve 10m referans yükseklikten akış analizlerine veri olarak tanımlanır. Böylece eksponansiyel olarak artış gösteren rüzgâr zemine yakın yükseklikte yavaş eserken, yükseklik arttıkça bölgesel yüzey pürüzlülüğüne bağlı olarak artış gösterir.

Cephelerde oluşan rüzgâra bağlı basınç dağılımı 8

Yapıların yüksekliğine bağlı, önlerinde ve arkalarında oluşturduğu basınç farklarından dolayı çevre binaların baca gazlarının hareketi, hakim rüzgâr yönü ile doğrudan ilişkili olmayabilir. Bu durumda bacalardan çıkan kirli hava yüksek katlı yapıların cephelerine doğrudan yapışıp menfezlerden iç mekana sızma yapabilmektedir. Bu senaryoların tespit edilebilmesi CFD yöntemiyle mümkündür.

Kirli Hava

Rüzgar Yönü

Bacadan çıkan gazın yüksek katlı binanın cephesine yapışması

BACA GAZI DAĞILIMI Atmosfere bırakılan ve içindeki kirletici mertebesi yüksek olan; - Mutfak bacalarından yayılan, - Kapalı otoparkların egzoz yapılan hava, - Fabrikaların atmosfere bıraktığı filtrelenmiş zehirli gaz - Mahâli bir bölgedeki konutun attığı soba gazı kirletici kaynak olarak kabul edilebilir. Kirli hava yayılım analizlerinde baca ağzı çıkan gazın debisi, cinsi ve sıcaklığı gibi parametrelerle birlikte dış ortamdaki diğer yapılar sebebiyle, gelişerek baca üstüne gelen rüzgârın şiddeti ve yönü de önem arz etmektedir. Topografya farkları, çevrede olabilecek yüksek yapılar ya da bacanın diğer yapılara göre daha düşük kotlu bir arazide oturuyor olması, bu türden fiziksel koşulların irdelenmesini önemli kılmaktadır. Bu durum özellikle endüstri yapılarında şehre etkisi bakımından dikkatle incelenmesi gereken bir konudur. Şehirde yaşayan insanların sağlığını etkiliyebilecek mertebede etkisi olabilmektedir.

25,09 24,85 24,62 24,39 24,16 23,93

Bacadan çıkan gazın atmosfere etkisi

23,70 23,47 23,24 23,00 22,77 o

Sıcaklık ( C ) Atmosfer sıcaklık profili verilerden oluşturularak analizlere hazır hale getirilir.

Endüstri tesis bacalarından çıkacak gazın, yapının diğer bölümlerine girip girmeyeceği, işçinin konforunu ve sağlığını etkileyip etkilemeyeceği oldukça önem arzetmektedir. Bu etkilerin önüne geçmek için rüzgar verisi dikkate alınarak analizler yapılır ve iyileştirici koşullar belirlenebilmektedir.

YANGIN SİMÜLASYONLARI ALIŞVERİŞ MERKEZLERİ

NEDİR? Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (Computational Fluid Dynamics) yöntemi bir mahali küçük hesaplama hacimlerine bölerek, sistemin fiziksel koşullarının matematiksel olarak ifade edilmesini ve yüksek bilgisayar alt yapısıyla çözümlenmesini sağlamaktadır. Çözümlemelerin gerçek çıktılarla tutarlılığı iki temel faktöre bağlı olarak değişmektedir. Bunlar; - CFD mühendisinin çözdürdüğü senaryonun fiziksel koşullarına olan hakimliği - Uygulanan çözümleme ağ yapısının irdelenen noktalar için detayı Yangın ya da mekanik tasarım mühendisliğine destek amaçlı yürütülen CFD simülasyonlarında yukarıda verilen iki temel kabul güvenlik faktörleri sebebiyle önem arz etmektedir. Akış dağılımıyla, ısı transferinin birlikte çözümlendiği bu metodolojide örneğin kullanılan türbülans modelinin seçimi (en uygun olarak Large Eddy Simulation-LES seçilmeli), yangın ya da sprinkler bölgelerindeki ağ yapısının niteliği (yanan malzeme tipine bağlı 15cm’den fazla olmamalı), tanımlanan sınır şartlarından; yanma eğrisinin yangın tipine uygunluğu ve debi/ hız arasındaki alana bağlı hesaplama geçişinin simülasyonlarda tutarlı olup olmadığı gibi koşullar dikkat edilmesi gereken başlıca hususlardır. Yangın analizleri CFD yöntemiyle çözümlenirken kullanılabilecek birçok ticari veya açık kaynak kodlu yazılımlar mevcuttur. Bunların başında sadece yangın analizleri için özelleştirilen çözdürücü olan ve Amerikan Standartlar Enstitüsü tarafından sürekli güncellenerek geliştirilen Fire Dynamics Simulator (FDS) gelmektedir. Ansys Fluent, StarCCM+, FloEFD, Phoenics ve AVL gibi yazılımlar ise ticari paketler olup genel çözdürücü olmalarıyla sebebiyle, CFD konusunda uzman ve «Yangın Mühendisi» olan kişiler tarafından tercih edilmektedir.

AVM’lerde atriumlu bölge için CFD yangın analizleri yapıldığında genel kurgu, seyreltilmiş duman altında yetkili personelin müdahale edebileceği koşulların sağlanıp sağlanmadığını görmek üzeredir. Bu sebeple insanların tahliyesinin hali hazırda ilk 3-4 dakika içinde tamamlandığı kabulü yapılır.

Atrium orta alanında çıkarılan bir yangının zamana bağlı ürettiği dumanın ortam içinden cebri ya da pasif sistemle tahliyesi kurgulanır.

1. dk

20. dk

60. dk

Tanımlanan yangın yüküne göre, duman seyreltme için çalışan havalandırma fanları yardımıyla atrium bölgede sıcak duman ilk aşamada üst kotlara doğru ilerleme eğilimindedir. Cebri ya da doğal yöntemlerle duman tahliyesi standartlara dayanarak hesaplanabildiği gibi simülasyon çalışmalarıyla performansı görülebilmektedir. Aktif ya da pasif uygulamanın birbirini ne ölçüde desteklediği/ desteklemediği simülasyon sonuçlarıyla kıyaslanabilir. Böylece risk mertebesinin somutlaştıralabilmesi ya da fazladan uygulanması planlanan yatırım maliyeti yüksek, duman tahliye fanlarının sağladığı değerler görselleştirilmiş olmaktadır.

Yangın Esnasında Ortam Sıcaklıklarındaki Değişim

İSTANBUL YENİ HAVALİMANI

Terminal Alanı Karayolu ve metro tünellerinde de uygulanan yangın simülasyonları sayesinde gerekli havalandırma debisi belirlendiğinde fanların yerleşiminin uygunluğu, üfleme açıları ve atış yönleri gibi parametrelerle analizler tekrarlanarak iç ortamdaki sıcaklık, görüş mesafesi, hava hızları ve bunlarla birlikte ortamdaki zehirli gazların yayılımları da görselleştirilir. Yeni havalimanı için tünel tarzı bu güzergahta çıkacak bir yangın esnasında tavanda yer alan deliklerle pasif havalandırmanın yapılması ve dumanın tahliye olması yangın danışmanı tarafından öngörülmekte ve bunun için NFPA standartlarına göre analitik olarak bir hesap kabulü yapılmaktadır. Ayrıca simülasyon çalışması yürütülerek de işverene riskin mertebesi, dumanın farklı meteoroloji koşullarında (yaz, kış, aşırı rüzgarlı) gösterilmesi sağlanmıştır. Böylece analitik yaklaşımlarla yangın danışmanı ya da sadece mekanik tasarım ekibinin hakim olduğu ve yeterli gördüğü sistemin ayrıca simülasyonlarla test edildiğinde nasıl performans verdiği de anlaşılır şekilde görselleştirilmiştir. Otobüste Çıkan Yangın Sonucu Zamana Bağlı Sıcaklık Dağılımı

NEDEN GEREKLİ? Isı ve akış dağılımı deneysel çalışmalarla test edilebileceği gibi simülasyon teknolojisi kullanılarak da analiz edilebilir. Test çalışmalarında rüzgar dağılımı için tüneller, oda için hava kalitesi ya da termal konfor için belirlenmiş test merkezleri ya da cephe dayanımları için yağmur suyu sızdırmazlığı ve rüzgar yükü dayanımı gibi diğer test düzeneklerinden faydalanılabilir.

1. dk

5. dk

15. dk

30. dk

Otobüste Çıkan Yangın Sonucu Zamana Bağlı Dumanın Dağılımı 1. dk

5. dk

10. dk

20. dk

Yangın gibi fiziksel koşulların insan güvenliği açısından test aşamasında da riskli olduğu durumların senaryolaştırılması ciddi maliyet ve standartları yüksek ekipmanlar gerektirmektedir. Bu konu yapı sektöründe binanın kullanıma açılmadan yangın çıkarılarak bire bir test yapılmasını imkansız kılmaktadır. Bir metro tünelinin, avm’nin, havalimanının ya da atriumlu bir kule binasının herhangi bir lokasyonunda deney yapmak olası değildir. Bu sebeple tasarım hesapları standartlara (NFPA, SFPE Handbook, DIN,BS yada TSE) dayanarak yapılmaktadır. Fakat standartlar günümüzdeki kompleks ve doğrusal olmayan formdaki yapılarda simülasyon yöntemiyle desteklenebilir. Yangın simülasyon uygulamasında; - Çıkarılacak yangının ısıl yükü, buna bağlı oluşacak duman üretim miktarı, - Toplam yangın süresinin tayini, - Kaç hava değişiminin öngörüldüğü gibi konular yine standartlardan faydalanılarak ya da yangın danışmanı birlikteliğiyle yürütülmelidir. Simülasyon teknolojisi sayesinde kabuller yapılarak, yapı henüz tasarım aşamasındayken, öngörülen tüm senaryolar çalışılabilir. Böylece sıcaklık değişimi, hız dağılımı ve duman altında görüş mesafesinin mertebesi çıktı olarak irdelenmiş olacaktır.

YANGIN SİMÜLASYONLARI NEDİR? Metro Tünelleri Metro tünelleriyle ilgili yangın simülasyon senaryoları yapılırken istasyon yangınları CFD yöntemiyle 3 boyutlu olarak çözümlenirken, tünel içi yangınlar 1 boyutlu olarak analiz edilir. Tünel içi yangın esnasında insanların yanan araçtan inmesiyle birlikte tahliye için ilerleyecekleri güzergah dumanın tahliye edildiği güzergaha zıt olmalıdır. Bu sebeple tünel havalandırması kritik önem taşımaktadır. Yangın esnasında dumanın tahliyesi için gerekli hava değişim hesaplamaları yapılırken kullanılacak ana (aksiyal) fanlarla birlikte jetfanların hangi istasyon arasında, ne sıklıkta olacağı ve hangi debi değeriyle çalışacağının; 1 boyutlu analizleri (Subway Environmental Simulation ya da IDA Tunnel) genel CFD çözdürücüsünden farklı yazılımlarla tamamlanır. İstasyonlarda ise yangın ayırıcı kapıların olması/olmaması durumuna göre bagaj yangını, tren yangını ya da istasyon için merdiven ya da kat yangını gibi farklı yangın yüklerine göre senaryolar belirlenir ve sistem havalandırmasının performansı simülasyonlarla test edilir. Deneysel çalışma imkanının olmadığı ve riskin çok yüksek olduğu bu gibi çalışmalarda CFD analizleri günümüzde vazgeçilmez hesaplama araçlarıdır. 1 boyutlu yangın analiz çalışmalarında tünel içi havalandırması yangın durumu ve günlük havalandırma kullanımları için tasarlanır. Tünel günlük havalandırmasında hesaba katılması gereken birçok etken parametre vardır. Bunların başında tünel şaft bağlantı noktalarındaki açıklıklarda meydana gelen atmosfer basınç değişimidir.

KAPALI OTOPARKLAR Yanan Araç

Özellikle kapalı otoparklarda uygulanması avantaj sağlayan jet fanlı duman seyreltme uygulamaları diğer yangın çalışmalarında da olduğu gibi simülasyon desteğiyle tasarlandığında güvenlik, maliyet ve zaman açısından avantaj sağlamaktadır. Jet fan ve mekanik olarak taze hava ihtiyacını karşılaması beklenen aksiyal fanların saha yerleşimi mühendislik birikimine ve kapasitelere göre tayin edilir. Aksiyal fanların yerleşimi genel itibariyle şaft lokasyonuna göre belli olduğu için, jet fanların lokasyonlarının neresi olacağı simülasyonlarla neticelendirilebilir.

3. dk

Dış ortam iklim verisi, - Tüp uzunluğu ve derinliği, - Tüneli çevreleyen toprağın nem tutma kapasitesi, - Trenlerin günlük aktivite bilgisi, - Toplam kullanıcı sayısı, - Tünel toprağı iç duvar yüzey sıcaklığı gibi parametrelerle analiz kabulleri tamamlanır. Kapalı Otoparklar - Kapalı otopark yangın analizlerinde uygulanacak yangın yük değeri standartlarla bellidir. Bir aracın yanmasıyla oluşacak ısıl yük değeri yaklaşık 4800MJ olarak kabul edilirken bunun zamana göre yanma eğrisi araç tipine göre değişkenlik göstermektedir. - Yanma sonucu aracın çıkardığı duman yoğunluğu ise görüş mesafesini etkilemektedir. Sprinklerli sistemlerde dumanın suyla soğutulması beyaz duman oluşmasını tetiklemekte bu durum ise görüş mesafesinde siyah dumana kıyasla daha düşük görüş mesafesi oluşturmaktadır. - Yetkili personelin yangının çıktığı noktayı tayin edebilmesi üzerine kurulan tüm tasarımın bu ve benzeri sınır şartlarının belirlenmesiyle dijital olarak test edilmesinde CFD yöntemi son derece tutarlıdır.

30. dk

60. dk

TAHLİYE SENARYOLARI iNSAN TAHLİYESİ Cami gibi özel kullanımlı yapılarda tahliye senaryolarının güzergahında ayakkabı koyulma mekanı da olduğu için tahliye durumu karmaşıklaşmaktadır. Tam kapasiteyle dolan bir mekanın kapılardaki yığılmaları, kapı adedine ve yerine göre tahliye süresi farklı senaryolar üzerinden tespit edilebilmektedir.

30. sn

NEDİR? Tünel ve diğer tüm yapılarda yangın durumunda insanların ortamı güvenli koşullarda tahliye edebilmesi için mimari yapı bu kriteri tasarımlarında göz önünde bulundurur. Bununla birlikte yapının kullanım amacına göre karmaşık, kalabalık ya da tahliyeyi zorlaştırıcı unsurları içermesi durumunda simülasyon desteği kullanılarak insan akışı görselleştirilebilir. Tahliye simülasyonları çatısı altında toplanan bu simülasyon desteği insanlar ve araçlar için kullanılabilir. İnsanlar için psikolojik bazı faktörlerin de hesaba katılabildiği bu yaklaşımda, - İnsan omuz genişliği, - Yürüme hızı, - Bir araya gelindiğindeki yoğunlukta yapacağı hareket, - İvmelenmesi gibi faktörlerde hesaplamalarda kullanılarak toplam tahliye süreleri hesaplanabilmektedir. Analiz çalışmaları acil durum tahliye için kullanılabileceği gibi günlük koşullarda insanların bir mahali yürüyen merdiven, turnike veya asansör gibi araçları da kullandığında ne kadar sürede tahliye edebileceğini de göstermektedir.

180. sn

METRO TÜNELİ SICAKLIK YAYILIMI

360. sn

Alt Platform Görünümü Her 10 dakikada 4 tren Her trende 200 yolcu

1 boyutlu analizlerle tünel tüm mekanik, pasif sistem şematik kurgulanır. İşletme esnasında presipler güncellenebilir ve tekrar analiz edilerek iyileştirilir.

İÇ ORTAM HAVA KALİTESİ AÇIK OFİS

NEDİR? İç ortam çevre kalitesi insan sağlığı ve üretkenliği açısından son derece önemli bir konudur. Günümüzde ofis yapılarında görülebilecek tıbbi problem, yapıyla ilişkili en temel lejyoner hastalığı olabilir. Fakat bu durumdan korunma havalandırmaya bağlı olarak sağlanamaz, açıktaki kaynakların (bakteri, mantar) ortadan kaldırılması gerekmektedir. Bunun yanında psikolojik rahatsızlıklar da görülebilir fakat bu da yapı/ofis havalandırma ya da iklimlendirmeye çok bağlı olmayabilir. Bu durumların dışında mühendislik tasarımı sebebiyle hava kalitesine, ısıl, görsel ve akustik kayba bağlı olarak kullanıcılarda Hasta Bina Sendromu (Sick Building Syndrom-SBS) dediğimiz rahatsızlık ortaya çıkabilir. SBS rahatsızlığı yaşayan kişilerde bu durum doğrudan gözlemlenmediği gibi, ofis dışına çıkıldığında geçebilir. Göstergeleri daha çok yorgunluk, baş ağrısı, bitkinlik, sinirlilik hali veya göz gerginliği problemleri olabilir. Ofis ortamında belirttiğimiz bu durumları yaşayan insanların ise üretkenliklerinin zamanla azaldığı ve neticesinde iş verimliliğinde de kayıplar olduğu görülmektedir. Hem kullanıcı sağlığının korunması hem de üretkenliğin yüksek tutulması için, ofis iç tasarımı çok farklı disiplinlerin bir araya gelerek çalışma yapmasını gerektiren bir konu olmuştur.

CFD analiz çalışmalarının termal konfor çözümlemelerindeki en önemli katkısı hava akış hareketlerinin laminer ya da türbülanslı olarak çözdürülebilmesidir. Bu sayede insan vücudu üzerinde ve hacimde oluşan hava hızları tespit edilerek bu değerlere bağlı, yüzeylerden ne kadarlık ısının birbiri arasında transfer olabileceği hesaplanmaktadır. h c (ısı taşınım katsayısı) değerinin elde edilmesi deneysel çalışmalar ya da akış simülasyonlarıyla mümkündür. Diğer parametreler başka çözümleme metodolojileriyle de elde edilip kullanılabilir. Bu sebeple CFD metodu çok farklı sınır şartlarıyla simülasyon yapma imkanını verdiği için maliyet ve zaman açısından avantaj oluşturmaktadır.

Sıcaklık

Sıcak Hava Üfleme Menfezleri

İklimlendirme için menfez yerleşimleri

Hava Emiş Menfezleri

Analiz çalışmaları Ankara ili iklim koşulları ısıtma dönemi referans alınarak tanımlanmıştır. Dış ortam hava sıcaklığının -12°C olduğu kabulü yapılmış ve duvar kalınlığı verilen odanın ısı iletim değeri 1.7W/m.K seçilmiştir. İnsanların vücudunun ürettiği 100 Watt’lık ısıl yük hesaba katılmış ve üşümemeleri için iklimlendirme yapılmıştır. Asma tavan altına yerleştirilen ve 4 yöne üfleme yapan standart bir menfezle sıcak hava ortama dağıtılmış ve asma tavan içine geri toplanarak fan coil tarzı döngü tamamlanmıştır.

Ayıraçlı

Ayıraçsız

Belirtilen kabullere bağlı analizler tamamlanmış ve sayısal sonuçlar oda içinde insanların ortalama oturma seviyesinde alınan kesitlerde görselleştirilmiştir. Lokal hava kalitesi görselinde ayraçların olduğu senaryoda insanların kırmızı olarak kalan bölgede zamanla Sick Building Syndrom hastalığına maruz kalması olasıdır. LAQI CO2

Ayıraçlı 14

Örnek bir ofis odası içinde ve masa üzerindeki ayırıcı malzemelerin yerleşimine bağlı hava kalitesinin (Indoor Air Quality-IAQ) nasıl ve ne kadar etkileneceğini irdelemeye yönelik çalışma CFD yöntemiyle, 3 boyutlu olarak analiz edilmiştir. Elde edilen sayısal değerler daha kolay yorumlanabilmesi için görselleştirilmiştir.

Ayıraçsız

Ayıraçlı

Ayıraçsız

TERMAL KONFOR SİMÜLASYONLARI P.O. FANGER YAKLAŞIMI

NEDİR?

Konfor Parametreleri - PMV = Ortalama Isıl Duyum - PPD = Tahmini Tatminsizlik Yüzdesi

İnsanların içinde yaşadıkları mahallerde en çok gündeme gelen ve fark edildiğinde hızlıca önlem almayı gerekli kılan konfor kaybı genellikle termal açıdan olmaktadır. İnsan derisi yüzeyinden çevreye olan ısı geçişindeki bu dengenin korunması bizi hayatta tutan fizyolojik temel kuraldır. Vücut çekirdek sıcaklığının 1-2 0C değişmesiyle birlikte hayati risk teşkil eden bu olay için dış ya da iç etkenleri değiştirerek önlem almaya çalışırız. Giydiğimiz kıyafetler, aktivitemize bağlı metabolik ısı üretimimiz, güneşlenme ya da aktif olarak ısıtma soğutmada kullandığımız cihazların tümü öncelikle çekirdek sıcaklığımızı korumaya yönelik, ardından da kişiden kişiye farklılık gösterse de termal açıdan rahat hissetmemizi sağlamak içindir.

Örneğin grafikte verilen A noktası için (-1,26) değerleri 100 kişinin yer aldığı bir ortamda 26’sının ortamdan memnun olmadığını ve kendilerini biraz serin hissettiğini ifade etmektedir. Bununla birlikte B noktası ise (2,76) değerleriyle 100 kişiden 76’sının kendini konforsuz ve ılık hissettiğini ifade etmektedir. CFD yöntemi özellikle türbülans çözümünde çok fazla matematiksel altyapı kullanmaktadır. Buradan elde edilen çıktılarla aşağıdaki basitleştirilmiş denklemlerle ikincil çıktılar sağlanmaktadır.

Termoregülasyon

Hava Hareketi

Kıyafet Yüzeyi Konveksiyonla Isı Transferi

Vücut Çekirdeği Isı Üretimi

Buharlaşma Isı Transferi

Işınımla Isı Transferi Deri Yüzeyi

İletimle Isı Transferi

Kıyafet Yüzey Alanı

Kısmi Su Buharı Basıncı

Kıyafet Isıl Direnci

Ortam Akışkan Sıcaklığı

Kıyafet Yüzey Sıcaklığı

Ortalama Işınım Şiddeti

Isı Taşınım Katsayısı

Bağıl Hava Hızı

İletim, taşınım ve ışınımla insan vücudundan dış çevreye olan ısı geçişinin hızı ve miktarı bizim termal açıdan konfor seviyemizi belirleyen faktördür. Vücut iç çekirdeğinde üretilen ısının korunması için gösterilen tüm çabayı 6 temel faktörle isimlendirebiliriz. Giydiğimiz kıyafetler ve metabolik ısı üretimi bizim doğrudan kontrolümüzde olan iki parametre iken, çevre havanın sıcaklığı, hızı, nem mertebesi ve ışınım sıcaklığı da diğer dış parametrelerdir. Bu verinin kullanılmasıyla en temel termal konfor hesabını Danimarkalı bilim insanı P.O. Fanger matematiksel olarak ifade etmiştir. 6 parametreyi değiştirerek oluşturduğu farklı çevre koşullarında, deneklerden ortamın çok soğuk ya da çok sıcak olup olmadığına dair geri bildirim toplamış ve bunu -3 (çok soğuk), +3 (çok sıcak) olacak şekilde «Ortalama Isıl Duyum PMV» şeklinde yorumlamıştır. Bu testle ortaya çıkan bir sonuçta insanların %5’lik bir kısmının her koşulda kendini konforsuz hissettiğini söylemiş olmasıdır. Toplam denek sayısı üzerinden de yüzdesel olarak ikinci parametre olan «Tahmini Tatminsizlik Yüzdesi PPD» parametresini elde etmiştir.

TERMAL KONFOR SİMÜLASYONLARI

ANALİZ SÜRECİ

Hava Üfleme Menfezi Hava Emiş Menfezi

Bir ofis odası içinde yer alan materyaller ve yapı malzemelerinin tümü mimari planlara bağlı kalınarak 1:1 ölçekli, 3 boyutlu çizilir. CFD analiz çalışmalarında akışın ve ısı transferinin önemli rol oynadığı noktalar çizimde uygulanmalıdır. Örneğin; bir kapının kolu, dekoratif küçük süs eşyalar ya da asma tavan içindeki cihazların yerleşimi gibi detaylar uygulamayı yapan mühendisin tecrübesiyle ihmal edilmelidir. Bu tür analizlerde uygulanacak detaylar sonuçların gerçek veriyle eşleşmesinden ziyade daha hatalı çıktılara sebep olabilir. Oda içi menfezden üflenen havanın dağılımı oda içerisinde kullanılacak her tipteki difüzör bire bir ölçüleriyle 3 boyutlu çizilerek mekanik tasarım ekibinin belirlediği alana yerleştirilir. Belirlenen debi değeri ya da doğrudan menfezden olan atış hızı biliniyorsa tanımlanarak çözdürülür. Menfez ağzından atış yapılmadan önce gerçekleşen cihaz içi basınç kayıpları mekanik tasarım talep ederse çözüme dahil edilir, aksi halde hızlı çözüm almak adına bu gibi durumlar kabullerle tamamlanır.

Odanın yaz dönemi iklimlendirmesi için asma tavana uygulaması yapılan ve fancoil ile çalıştırılan soğutma sistemi tek yönlü üfleme yapacak anemostat ile modellenmiştir. Böylece sadece kullanıcının çalıştığı masanın etrafına 19 0C’lik hava üflenmektedir. Menfez ağzı hava çıkışı sistemden temin edilen debiye göre değişmektedir. Üfleme hızının mertebesi hem gürültüye sebebiyet vermeyecek hem de yeterli iklimlendirmeyi yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca kullanıcı konfor alanına eriştiğinde ise 0.2m/s mertebesini geçmeyerek, hava akımı kaynaklı konforun (draft effect) bozulmaması şartını yerine getirmelidir. Bu kriterler mekanik ve mimari tasarım ekiplerinin seçimleri neticesinde netleştirilerek simülasyonlara adapte edilir. 16

Camlar

Kapı Görselde verilen ofis odası için yaz döneminde soğutma yapılarak termal konfor seviyesinin saatlik değişimi irdelenmiştir. Odanın kapı tarafı kuzey cepheye bakarken, cam cephe giydirme olan diğer iki yön batı ve güneye bakmaktadır. Odanın güney cephesinin saat 11:30 itibariyle direk ve difüz olarak güneş ışınımlarını aldığı bilinmektedir. Tüm yapı malzemelerinin fiziksel özelliklerinin tanımlandığı bu analizde camlar için de ışınım (enerji) geçirgenlik seviyeleri dalga boyu aralığına göre tanımlanmıştır.

21 Temmuz günü için odada güneşlenmeyle oluşan ısı kaynağı dışında başka bir ısı kaynağı bulunmamakta ve soğutma sistemi en yüksek kapasitede çalıştırılmaktadır. Böylece camdan kırılarak içeri giren güneş ışınımı yüzeylere eriştiğinde ısı kaynağı gibi çalışarak odada önce malzemeleri ısıtmaktadır. Tüm malzemeler (metal, tahta, beton, kaplamalar vb.) fiziksel özelliklerine bağlı olarak ısıl kapasitelerine eriştiğinde ise yine yüzeylerinin dalga boyu yayıcılık mertebesine göre ortamdaki diğer yüzeylere ışımayla ısı transfer etmekte ve aynı zamanda yüzeyden havaya da taşınım ile ısı geçişi yapmaktadır. Zamanla oda içindeki malzemeler ve buna bağlı havada sıcaklık artışı gözlemlenir.

0,5 m Analiz sonuçlarının görselleştirilmesinde CFD çözümlemeleri sayesinde istenilen her noktadaki verinin değeri incelenebilir. Fakat konforla ilgili yorumlamaları yaparken ya da hissedilir sıcaklık ve hız dağılımı gibi parametrelerin görsellerini irdelerken, EN normlarına göre belirlenmiş konfor zon tanımlaması dikkate alınmalıdır. Buna göre camlardan 1m, duvarlardan 0.5m ve zemine göre en fazla 1.8m yükseklik içinden kesitler alınmalıdır. Aynı şekilde zeminden en az 5cm yukarısı için ve HVAC cihazlarından da 1m uzaktaki veriler kullanılmalıdır.

0,5 cm

KONFOR ZONU

1m Günümüzde üretilen camların enerji geçirgenlik değerleri çeşitli iç ve dış kaplamalarla değiştirilebilir. Bu durum camın absorbe etme ya da yansıtma mertebesinin değişmesini sağlar. Böylece karar vericilerin yüksek yansıtıcılık değeriyle çözüm üretmesi dışarıya çok fazla ışıma yapacağı için fazla yapılaşmanın olduğu alanlarda glare etkisinin ya da asfaltta ve diğer binalar arasında ısı adası oluşumuna sebep olabilir. Ayrıca ısıtma ve geçiş dönemlerinde güneşlenmeden faydalanamama sebebiyle dezavantajlı durum yaşanabilir. Absorbe oranının yükseltilerek iyileştirme hedeflenmesi durumunda ise camların üzerinde oluşacak yüksek sıcaklık artışı yine zamanla oda içine doğrudan değil, difüz olarak ışınımın etki etmesine sebep olup, konfor kaybı yaşatacaktır. Bu sebeple mahallerin iklimlendirilmesinde yapılan hesaplarda camların olduğu bölgelerle diğer kullanım alanları arasındaki hava ve güneş ışınımı dağılımı CFD analizleriyle irdelendiğinde tüm tasarım ekiplerine nitelikli geri bildirimler sağlanmış olacaktır.

Örnek görsellerde saat 09:00’dan 17:00’ye kadar tek değişkenin güneşlenme saati ve açısı olduğu durum için kesitte PMV gösterimi yapılmıştır. Camlardan gelen güneş ısısı, termal konforun hem hesaplanmasında hem de değişmesindeki en etken faktördür. Bu örnekte güney ve batı cephenin %70 oranında cam giydirme olması ve perdelerin kullanılmadan çözümleme yapılması sıcaklıklarda ciddi artışlara sebep olmuştur. Fakat menfez açısının değiştirilerek sadece kullanıcının olduğu bölgeye hedeflenen soğuk hava atışı lokal bir konfor sağlamıştır. Oda içine geçerek kullanıcıya camdan gelen güneş ışınımı kadar, içeride ısıl kapasitesine ulaşmış malzemelerde ışıma yaparak yüksek hissedilir sıcaklığa sebep olmaktadır. Camların geçirgenlik değeri ışınım için %60 mertebesindeyken, ışık geçirim değeri de %75 kadardır. Bu değerlerden ışınım geçirgenlik oranı odanın termal konfor açısından tasarımını iyileştirmek için değiştirilebilecek en temel parametredir.

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

Zamana Bağlı PMV Dağılımı 17

ÇİFT CİDARLI CEPHE ANALİZLERİ NEDİR?

ÖRNEK ÇÖZÜMLEME

İÇ ORTAM

Çift cidarlı cephe (Double Skin Façade - DFS) sistemlerinin tek cephe sistemlerine kıyasla avantajlı ve dezavantajlı olduğu durumlar mevcuttur. Avantajları: - %95 seviyesine kadar doğal havalandırmayı destekler, - Ses yalıtımı (dış ortam gürültüsünde düşüş) sağlaması, - Geçiş mevsimlerinde termal blok desteği, - Kullanıcının dış ortamla olan etkileşimini (şeffaflık) pozitif etkiler, Dezavantajları: - Yatırım maliyetleri yüksektir, - Tek cephe sisteme kıyasla bakım işlemleri daha zorludur, - İki cephe arası boşluktaki hava yaz dönemlerinde çok yüksek sıcaklıklara erişebilir. Çıkış noktası kuzey ülkeleri olan, özellikle ısıtma maliyetlerinin düşürülmesine yönelik birincil cam cepheyle birlikte arada bir hava boşluk (20cm – 200cm) mesafesinin bırakıldığı cephe sistemleridir. DSF Tasarımlarında dikkat edilmesi gereken temel parametreler; - Ön ve arka cephedeki camların fiziksel özellikleri (geçirgenlik, yayıcılık, iletkenlik vb.), - Kullanılan metal panellerin renkleri dolayısıyla, ısı iletkenlik değerleri ve kapasiteleri, - İki cam cephe arasında bırakılacak boşluğun mesafesi, - Cephe arasına dış ortamdan alınacak hava için geçiş gözeneklerinin boyutları ve yerleşimleri şeklinde sıralanabilir. Özgün bir sistem, dış ortamla iç mahal arasında termal blok oluşturacak şekilde işlev görecektir. Bu durumda ısıtma dönemi enerji tüketiminin yüksek olduğu bölgeler için bu tasarım avantaj sağlayacaktır. Fakat soğutma dönemi uzun ya da yüksek dış ortam sıcaklığına sahip olan bölgelerde iki cephe arası kabukta dış ortamdan daha yüksek sıcaklık oluşacaktır. Bundaki en temel parametre güneş ışınımının camdan geçmesiyle birlikte cephe içinde kırılması, tüm enerjisini diğer cephe elemanlarına bırakması ya da camlarda oluşan ısıl birikimdir. Bu sebeple cepheler arasındaki hava, dış ortama göre %50’den daha fazla sıcaklığa erişebilir. Örneğin Berlin iklim koşullarına göre tasarlamış bir DSF sistemini, değişiklik yapmadan İstanbul’da bir yapı cephesine uygulandığında yaz dönemi kritik dizayn sıcaklığının %58 fazlasını görmek mümkün olacaktır.

DIŞ ORTAM ÇİFT ÇİDARLI CEPHE (40cm)

Yukarıdaki görselde grafik anlatımı aşağıdaki tablolarda ise yapılan kabuller gösterilmiştir. Analizler sonucu dış ortamdaki ve çift cidarlı cephe arasında kalan boşluktaki hava sıcaklıklarının yıllık grafiği aşağıdaki gibidir.

HASTANE BİNASI ÇİFT CEPHE UYGULAMASI Cephe sıcaklık dağılımının analiz edilebilmesi için tüm bina cephesinin simülasyonu çalışılabileceği gibi, bölgesel kritik sıcaklıkların oluşması muhtemel yükselti ve alanlar tayin edilerek sadece bu bölgeler irdelenebilir. - Analizler cephe danışmanı, mekanik tasarım ekibi, mimari ekip ve yatırımcının da bir arada olduğu disiplinler arası birlikteliği gerektirmektedir. Bu sayede uygulanması planlanan mühendislik iyileştirmelerinin, diğer mühendislik birimi olan mekanik tasarım ekibinin hesaplamalarıyla enerji tüketim sonuçlarının çıktısını etkilemektedir. - Mimari estetik kaygıları için mümkün olduğunca geri bildirimlerle ilerleyerek, ilk tasarımın dışına çıkılmadan uyarlamalar yapılmaktadır. - Cephe danışmanı ve yatırımcının ise toplam uygulama maliyetleri ve seçimler konusunda belirledikleri fayda/maliyet sınırları dışına çıkmadan çözüm sunulması hedeflenmektedir.

CFD analizleri sonucunda farklı disiplinlerdeki gruplar; - Cephe profil malzemelerinin yüzey sıcaklık mertebeleri, - Uygulanması düşünülen jaluzilerin cephe içinde ya da dışında olması durumunda iç ortam termal konfora olan etkileri, yüzey sıcaklıkları, - Cam yüzeyler üzerinde oluşan sıcaklıkların kış ya da yaz döneminde dağılımı konusunda sayısal veriye erişebilmektedir.

OFİS BİNASI ÇİFT CEPHE UYGULAMASI Çift cephe yapıları birçok farklı tasarımla uygulanmaktadır. Tamamen pasif olarak çalışabilecekleri gibi mekanik sistemle desteklenenler de vardır. İki cephe arası mesafeye ve modül genişliğine göre baca etkisiyle ısınan havanın üst katlara taşınması havalandırma etkisi taşırken, cephede istenmeye gürültülere de sebebiyet verebilir. Her bir cephe eleman tipinin değişmesi ya da farklı bir değere sahip olması, onu farklı bir tasarım kılacaktır. Bu sebeple tasarımların uygulamaya alınmadan dijital ortamda test edilebilmesi DSF sistemlerde özellikle sıcaklık açısından dezavantajlı durumların ortadan kaldırılmasını sağlayabilir.

Perde önü sıcaklık dağılımı

Perde arkası sıcaklık dağılımı

Perde sıcaklığı

GÜN IŞIĞI ANALİZLERİ GÖLGELEME

NEDİR? Gün ışığı analizleri yüzeylere düşen ışık miktarının hesaplanması için kullanılmaktadır. Işığın canlıların biyolojik saati açısından oluşturduğu etkiler günümüzde dahi henüz tam anlamıyla çözümlenebilmiş değildir. Karanlık hal, ışığın şiddeti, dalga boyu ve süresi insan psikolojisi, fizyolojisi ve neticede üretkenliği üzerinde etkilere sahiptir. Doğal ve yapay olarak elde ettiğimiz ışığın yapı içinde kullanımı artık hem enerji tüketimi hem de konfor açısından hesaplamaları yapılarak kurgulanmaktadır. Böylece kaliteli bir yaşam mahaline, uygun maliyetlerle ulaşma çabası gerçekleşmektedir.

21 Haz

Fiziksel ölçekli modellerle deneysel çalışmalar yaparak ya da yazılımların kullanılmasıyla tasarım aşamasındaki kullanım alanını ışık kalitesi için test etmek önem arz etmektedir. Yapı ölçeğinde gün ışığı testlerinin yazılımlar vasıtasıyla tamamlanması inşaat sektöründe performans artırımı için olmazsa olmaz bir noktaya erişmiştir. Şehirleşmenin giderek artması ve binalar arası mesafelerin azalıp, yüksekliklerin artması ciddi hesaplama gereksinimini doğurmaktadır. Doğru ve yeterli ışığın temin edilebilmesi için standartlarda farklı mahaller ve fonksiyonlar için gerekli lux değerleri belirlenmiştir. Özellikle camların seçiminde enerji tasarrufuyla birlikte yeterli ışığın alınabilmesi için cam ışık geçirgenlikleri de birlikte düşünülmelidir. Buna bir de yaz dönemi pasif olarak soğutma yüklerini düşürebilmek için cephe dışında kullanılan güneş kırıcıları eklediğimiz de hesaplama kabiliyetinin önemi çok daha fazla ön plana çıkmaktadır.

Güneş Simetrisi

Soğuk

Sıcak

A Soğuk

Sabit Gölgelendirme Aygıtı Aşırı Gölgeleme Dönemi Geçiş Döneminde Gölgeleme Cihazının Yerleştirilmesi

Gün Işığı Analizlerinin Yapıldığı Oda

Kuzey

Batı

Yapı cephe elemanları önerileri ayrı ayrı ele alınarak yaptıkları gölgeleme ve iç mekana alınan ışık miktarı DF (Daylight Factor) ve LUX (lumen/m2) cinsinden analiz edilebilmektedir. Bunun sonucu olarak iç mekandaki ısıtma/soğutma yüklerinin nasıl değişebileceği de tespit edilebilmektedir. Tasarlanan bu cephe elemanlarının iç mekana termal olarak etkisi yine CFD yöntemleriyle analizi yapılabilmektedir. Cam : 1,5 m. x 3 m. %30 Glazed Cephe Malzemesi : Aliminyum Cephe Yönelimi : Doğu-Güney 1

Hareketli Gölgelendirme Aygıtı Geçiş Döneminde Gölgeleme Cihazının Çıkar tılması

Gölgeleme elamanları sezonsal olarak ayrılmıştır. Bunları hareketli ve sabit olarak düşünebiliriz. Hareketli olanlar tente, menteşeli uzantılı ya da bitki örtüsüyle birlikte kullanılabilir. Mekanik olarak hareketli bir sistem tercih edilecekse statik hesapları buna göre yapılmalıdır.

Yapının, çevre binaların etkisi de göz önüne alınarak gölgeleme analizleri yapılır. Bu analizler yıllık olarak oluşacak gölgelerin tek bir çıktı olarak verebiliyorken, günlük olarak da nasıl gölgeler oluşabileceğinin analizi yapılabilmektedir.

Cephe Elemanı Yok

80 cm Yatay Cephe Elemanı

10cm x 10 cm 4 Adet Boşluklu Cephe Elemanı

80 cm Yatay 10cm x 10 cm 3 Adet Dikey Boşluklu Cephe Elemanı

Cephe tipleri için belirlenen DF-LUX skalası yandaki gibidir.

0.00

2.50

5.00

7.50

10.00

251

501

752

1002

DF LUX

1. Cephe Tipi Cephe Elemanı Yok

2. Cephe Tipi

10cm x 10 cm 4 Adet Boşluklu Cephe Elemanı

3. Cephe Tipi

80 cm Yatay Cephe Elemanı

4. Cephe Tipi 80 cm Yatay 10cm x 10 cm 3 Adet Dikey Boşluklu Cephe Elemanı

ENERJİ MODELLEMESİ

NEDİR? Yapı sektörü günümüzde CO2 emisyonu, çevresel etkiler ve enerji tüketimi konusunda başroldedir. Elektrik tüketiminin %38’i, CO2 emisyonunun %21’i binalardan kaynaklanmaktadır. Bu nedenledir ki yeni binalar tasarlanırken ve mevcut binaların iyileştirilmesinde, enerji verimliliği ve çevresel kriterler göz önüne alınarak değerlendirilmelidir. Yapıları ve çevresini bütüncül bir yaklaşımla programlamak, planlamak, tasarlamak ve inşa etmek (yenilemek) etkili bir yöntemdir. Bu yöntem iklimsel veriler, bina yönelimi ve formu, aydınlatma ve termal konfor, sistem ve malzemeleri içerir ve bu yaklaşımları tasarımla bütünleştirir. Mikro iklim tümüyle anlaşılmak zorundadır çünkü, ısıtma ve aydınlatma için gerekli olan güneş, havalandırma için rüzgar, sulama ve diğer su gereksinimleri için yağmur suyu gibi etkenlerin projeye etkisi kritik derecededir. Yapıların tasarım süreçlerinde verilen kararların yapının yıllık ve yaşam döngüsündeki (LCA) enerji kayıp/ kazançlarının hesaplanarak görünür kılınması bahsedilen yapı kaynaklı aşırı tüketimlere çözüm önerileri getirilmesi konusunda kapı açmaktadır. Enerji modellemesi: - Mimari tasarımcılar ön inşaat ve işletme enerji maliyetlerini, - Mekanik tasarım grupları binanın termal yüklerinin karşılanacağı HVAC sistemlerini, - Sürdürülebilirlik üzerine çalışanlar tüm sistemin sertifikasyon, yeşil bina performansını ve kredilendirilebilmesini - Yapı stok analizleriyle birlikte kullanılan bu çalışmaların ise kamu ve yerel yönetimleri bilgilendirme, standartların geliştirilmesi gibi konularda alt yapı güçlendirilmesinde ön plana çıkarmaktadır. Modellemesi için kullanılabilecek en temel çözdürücü olarak Department of Energy’nin geliştirdiği EnergyPlus tercih edilmektedir. Validasyonları tamamlanmış ve birçok farklı ara yüze sahip 3. paket yazılımlarla yapı sektörüne hizmet veren bu araçlar yıllık bazda tüketimleri netleştirerek süreç yönetimi ve işletilmesine kazanım sağlamaktadır.

Yapının tasarımından sonra; yapı, altyapı, iklimlendirme maaliyetleri çıkarılarak, yapılan değişikliklerin toplam maaliyete ne kadar etki ettiğini görmek mümkündür. Yapısal Maliyetler

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Alt Toplam

457.3

96042.2

HVAC Maliyetleri

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Alt Toplam

457.3

47733.9

Aydınlatma Maaliyetleri

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Alt Toplam

457.3

28640.3

Altyapı - Maaliyetleri

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Alt Toplam

139.6

15353.5

Üstyapı Maaliyetleri

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Yapı Dışı Döşeme

34.9

2794.6

Kullanılmayan Çatı

208.1

20599.9

Yarı Açık Tavan -

135.7

25779.3

Yarı Açık Duvar -

22.5

2925.7

Bodrum Zemini

139.6

47316.8

İç Döşemeler

105.8

22222.8

Duvarlar

312.0

40561.4

Zemin Altı Duvalar

109.3

14214.8

İç Bölme Duvalar

322.6

20643.4

İç Döşeme Tavanları

139.5

29291.6

Yarı Açık Döşemeler -

33.7

4381.3

Alt Toplam

1563.7

230731.7

Pencere Maliyetleri

Kat Alanı (m2)

Maaliyet ($)

Yapı Pencereleri

88.2

14119.1

Dış Güneş Kırıcılar

0.00

İç Güneş Kırıcılar

0.00

Alt Toplam

14119.1

REFERANS PROJELER Alışveriş Merkezleri - Metropol İstanbul AVM Bölümü Yaya Seviyesi Rüzgar Konforu - İstinyepark İzmir AVM – Cephe Yükü ve Yaya Seviyesi Konforu - İzmir Ege Perla AVM Projesi – Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - İzmir Karşıyaka AVM – Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Kuzu Effect Karma Kullanım Projesi – Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri – AVM Termal Konfor Analizleri - Karüsel AVM – Atriumlu Hacimler İçin Yangın Simülasyonları - Capitol AVM – Atriumlu Hacimler İçin Yangın Simülasyonları - Hilltown AVM Dış Akış Analizleri – Soğutma Kuleleri Su Buharı Oluşum Miktarları ve Yayılım Analizleri

Havalimanı - İGA Projesi (İstanbul Yeni Havalimanı) Otopark ve Terminal Arası Yolu, CO

Ofis-Konut Yapıları - T.C. Cumhurbaşkanlığı Külliyesi- Balo/ Yemek Salonu- İç Ortam Hava Kalitesi ve Termal Konfor Analizleri - T.C. Cumhurbaşkanlığı Külliyesi Kütüphane Binası - İç Ortam Termal Konfor ve İç Ortam Hava Kalitesi Analizleri - T.C. Milli İstihbarat Binası - Soğutma Kuleleri ve Veri Merkezleri Performans Analizleri - T.C. Yargıtay Makam Odası – İç Ortam Hava Kalitesi ve Termal Konfor Analizleri - İzmir Ege Perla AVM Projesi – Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - İzmir Karşıyaka AVM – Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Turkcell İzmir Datacenter – Soğutma Kuleleri Atış Bypass ve Kabinet Yerleşim Analizleri, - Savunma Sanayi Müsteşarlığı- Yangın Güvenliği ve Termal Konfor Analizleri

Yayılma Seviyesine Bağlı İç Ortam Hava Kalitesi Analizleri, Yangın Simülasyonları

- İTÜ Teknokent Binası – Çift Cephe Giydirme Sıcaklık Dağılımı

Yüksek Katlı Yapılar

- Koton Genel Müdürlük Binası – Atriumlu Hacimler İçin Yangın Simülasyonları

- Hilton Antakya Müze Otel - Yaya Seviyesi Rüzgâr Konfor Analizleri - Orjin Maslak Ofis – Çift Cephe Tasarımının İki Cam Arası Sıcaklık Değerlerinin

- İzmir Mavişehir Kule Projesi - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra

Farklı İklim ve Mazleme Koşulları İçin Analizi

Bağlı Konfor Analizleri

- Fatih Vergi Binası– Ofis Odaları İçin Cam Altı Fancoil ve 4 Yönlü Anemostatlı

- İzmir Bayraklı Tower – Yemek Yeme Alanları Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor

Difüzörlerin Isıl Konfor Açısından Karşılaştırma Analizleri

Analizleri

- Metrokent - Yaz Dönemi İç Ortam Isıl Konfor Analizleri

- Mesa KOZ - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - OYAK Grup Dragos Projesi - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Beytepe Kulesi – Cephe Yükü Analizleri - Nidapark Kayaşehir Projesi - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri – Kule Tahliye Simülasyonları - Mina Towers - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Nef22 Ataköy Projesi– Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Allianz Kristal Kule – Kış Bahçesi Termal Konfor Analizleri - Kule Tahliye Analizleri - Kale Kule Kartal - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Terrace Lotus Projesi– Cephe Yükleri Hesaplamaları - Seyrantepe Nidapark – Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Istanbul Finans Merkezi (IFC ) – Rüzgâr Danışmanlığı - Parkmozaik - Cephe Yükü Hesaplamaları ve Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Analizleri - Mesa Koza66- Cephe Yükleri ve Yaya Seviyesi Konfor Analizleri - Mahal Ankara – Cephe Yükleri ve Yaya Seviyesi Konfor Analizleri - Nida Kule Ataşehir - Cephe Yükleri ve Yaya Seviyesi Konfor Analizleri - Kozyatağı Metro Alanı Konsept Tasarım Projesi – Rüzgâr Danışmanlığı - Bloom İstanbul –Kış Bahçesi İçinde Sprinkler Donma Riski İçin Analiz Çalışması

Tübitak ve AB Destekli Projeler - Çift Cephe Giydirmede Farklı Cephe Açıklıklarının Termal Konfor Ve Maliyetlere Etkisinin Araştırılması Projesi – Amerika Texas Austin Üniversitesi - Garanti Pendik Teknoloji Kampüsü - Çift Cephe Tasarımının İki Cam Arası Sıcaklık Değerlerinin Farklı İklim ve Mazleme Koşulları İçin Analizi - Özyeğin Üniversitesi– Dil Okulu–İç Ortam Hava Kalitesi ve Isıl Konfor Analizleri (A project co-financed by the European Commission through the Seventh Framework Programme (http://need4b.eu) - Konya Necmettin Erbakan Üniversitesi– Mimarlık Binaları– Farklı Yapı Oryantasyonları İçin Yaya Seviyesi Konfor Analizleri

Eğlence Merkezleri - Tema World Eğlence Parkı - Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor Simülasyonları - Etnospor Sahası Başakşehir - Yaya Seviyesi Rüzgâra Bağlı Konfor İyileştirme Simülasyonları–TPF ( Third Party Financing - Brussels)

Endüstri Yapıları - CARGiLL Hazır Gıda Fabrikası –Amonyaklı Soğutma Gazı Kaza Esnasında Alana Yayılım Analizleri – Soğutma Kuleleri Baca Gazı Yayılım Analizleri - Bosch Türkiye– Bursa Enjektör Fabrikası- Yangın Güvenlik Simülasyonları

Otoparklar - Trioss2023 – Kapalı Otopark Duman Tahliye Analizlerinin Dış Akış Dağılımıyla İrdelenmesi - T.C. Cumhurbaşkanlığı Külliye – Otopark Tasarım Performans Analizleri - Küçükçekmece Otoparkı - Kapalı Otopark Jetfan Yangın Simülasyonları - Terrace Koru Projesi Otopark Yangın Simülasyonları - İkitelli-Başakşehir Entegre Sağlık Kampüsü – Otopark Tasarım Performans Analizleri - Blue Lake Projesi- Kapalı Otopark Jetfan Yangın Simülasyonları - Çiftçi Tower Projesi- Kapalı Otopark Jetfan Yangın Simülasyonları - Fourwinds – Kapalı Otopark Jetfan Yangın Analizleri - Altunizade Konakları- Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Fenerbahçe Ülker Arena – Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Zorlu Center - Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Gplus - Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Güngören Kapalı Otoparkları - Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Bursa Alman Hastanesi, Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Magnesia AVM - Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları - Malatya Hilton - Kapalı Otopark Jetfanlı Yangın Simülasyonları

Hastaneler - Gaziantep Entegre Sağlık Kampüsü –Termal Konfor, Güneş Kırıcı Tipi ve Gün Işığı Konfor Analizleri - İkitelli-Başakşehir Entegre Sağlık Kampüsü – Otopark Tasarım Performans Analizleri - Bilkent Şehir Hastanesi, Hasta Odaları İç Ortam Hava Kalitesi ve Termal Konfor Analizleri - Memorial Hastanesi Bahçeşehir– Çift Cephe Tasarımının İki Cam Arası Sıcaklık Değerlerinin Farklı İklim ve Mazleme Koşulları İçin Analizi - Sağlık Bakanlığı Yatırımları– Türkiye Standartları İçin Ameliyat Odalarında İç Ortam Akış Analizlerinin Farklı Koşullara Göre Analizi

Camiler - Yeşil Vadi Cami – Yaz Dönemi İç Ortam Isıl Konfor Analizleri - Al Nora Mosque-Ajman – Birleşik Arap Emirlikleri – İnsan Tahliye Analizleri

Veri Merkezleri - TÜBİTAK Vermerkezi – İç Ortam Isıl Dağılımın Analizleri - İş Bankası Kuleleri – Verimerkezi- İç Ortam Isıl Dağılımın Analizleri - Turkcell İzmir Datacenter – Soğutma Kuleleri Atış Bypass ve Kabinet Yerleşim Analizleri,

Spor Yapıları - Qatar Vakıf Stadyumu 2022 FIFA Hazırlıkları- Stadyum İklimlendirme Tasarımı -Termal Konfor Analizleri

YAPI PERFORMANS ANALİZLERİ RÜZGÂR

TERMAL

YANGIN

ENERJİ

Yapı performansına yönelik tamamlanan analizlerin ne olduğunu, yaparken nelerin dikkate alınması gerektiği ve en önemlisi neden yapıldığına değinilen bu içerikte; insanın barınma, çalışma ve eğlence ortamlarındaki konfor düzeyinin nasıl arttırılabileceğine örnek analizler ile işaret edilmiştir. Yapı performans analizleri ile sürdürülebilir yaşam alanlarının tasarlanması, değişen iklim koşulları ile beraber daha da önemli hale gelmektedir. Yüksek başarımlı matematiksel hesaplamalar (simülasyonlar), gerçek değerler ile analiz sonuçlarının yüksek tutarlılıkta olmasını sağlamaktadır. Bilgisayar destekli bu çözümlemeler gün geçtikçe hızla gelişirken; diğer yandan yapılaşmanın artması, şehirlerimizde mikro iklimlerin oluşmasına ve şehrin belli bölgelerinde bulunan meteoroloji istasyon verilerinin tutarsız hale gelmesine neden olmaktadır. Analizlerin doğru olması ve tutarlı konfor sonuçlarını sağlaması adına, proje alanına şantiye öncesi yerleştirilen meteoroloji istasyonu ile yıllık verileri toplayarak “Yapı Performans Analiz”lerine doğru bilgi aktarılabilmektedir. Alkazar, bu hizmeti vererek kullanıcı konforunu gözetirken, enerji hesaplamalarına daha doğru veri sağlama ve tüm bunlarla kendini geliştirmeye devam etmektedir. Rüzgâr Simülasyonları Yangın Simülasyonları Tahliye Senaryoları Termal Konfor Analizleri Çift Cidarlı Cephe Analizleri Gün Işığı Analizleri Veri Merkezi Analizleri Enerji Modellemesi

engineering & consultancy

Alkazar Mühendislik & Danışmanlık Nisbetiye Mah. Gazi Güçnar Sk. No:4/ 7 34340 Beşiktaş / İstanbul info@alkazar.com.tr