Ayça (AYTAÇ) GÜLTEN, U.Teoman AKSOY ve Betül BEKTAŞ Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü, Elazığ

Transkript

1 Fırat Üniv. Fen ve Müh. Bil. Dergisi Science and Eng. J of Fırat Univ. 19 (4), , (4), , 2007 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi Ayça (AYTAÇ) GÜLTEN, U.Teoman AKSOY ve Betül BEKTAŞ Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Yapı Eğitimi Bölümü, Elazığ (Geliş/ Received: ; Kabul/ Accepted: ) Özet: Bu çalışmada, Elazığ ilinde ve imara yeni açılacak alanlarda güneş enerjisinden kentsel anlamda faydalanabilmek için pasif tasarım parametrelerinin değerlendirildiği bir uygulama çalışması sunulmaktadır. Çalışmanın amacı güneş enerjisinden pasif olarak yararlanmak için binaların güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıklarına, binaların baktıkları yönlerin, arazinin baktığı yönün, arazi eğiminin etkisinin araştırılmasıdır. Hesaplamalar 21 Ocak günü için yapılmıştır. Sonuçlar, 16 farklı yön (K, KKD, KD, DKD, D, DGD, GD, GGD, G, GGB, GB, BGB, B, BKB, KB, KKB) göz önüne alınarak değerlendirilmiştir. Yapılan hesaplamalar sonucunda, Elazığ ilinde bir binanın güney cephesinin, 21 Ocak ta 9:00 15:00 saatleri arasında direkt güneş ışınımı etkisi altında kaldığı gözlenmiştir. Aynı tarihte, doğu cephesi 9:00-12:00 arası ve batı cephesi ise 11: saatleri arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. 21 Ocak tarihinde kuzey cephesinde direkt güneş ışınımı etkisi yoktur. Ayrıca bu çalışmada, kullanılan eğimler arasında, güneş ışınımından en fazla yararlanmaya olanak sağlayan eğimin 8º olduğu sonucuna varılmıştır. Anahtar Gözcükler: Güneş ışınımı, Kentsel tasarım, Bina yönlendirilmesi. The Relation Between Solar Radiation And Building Orientation In Urban Planning Abstract: In this study, an application study is presented in which a group of passive design parameters are evaluated to profit from solar radiation in urban planning in the city of Elazığ. The aim of the study is to investigate the effect of slope and direction of field and direction of the building on the total amount of hours that buildings get sunlight directly. Calculations were made for 21 st of January. The results are evaluated for 16 different directions. It s found out that, south elevation of a building in Elazığ gets direct sunlight between 9:00 am-15:00 pm at 21 st of January. At the same time, east elevation gets direct sunlight between 9:00 am 12:00 pm and west elevation gets direct sunlight between 11:00 am 15:00 pm. There is no direct sunlight effect on north elevation at 21 st of January. As a result, it was found that south direction is the best direction for the orientation of buildings. Keywords: Solar radiation, Urban planning, Building orientation. 1. Giriş Binalarda iklimsel konforun sağlanması kavramı ve bu amaçla sürdürülebilir kaynaklardan faydanılması uzun zamandan beri üzerinde çalışılan bir konudur. Azalan fosil enerji kaynakları ile doğa yağmasının artması ve gelişimin her adımında daha da artan enerji talebi sonucunda ortaya çıkan çevresel sorunlar, artık konuya daha geniş bir perspektiften bakmayı zorunluluk haline getirmiştir. Sürdürülebilir enerji kaynaklarından en yaygın olanı şüphesiz ki güneştir. Güneş enerjisi, kent planlamada aktif ve pasif sistemlerde kullanıldığından önemli bir veri oluşturmaktadır. Bu çalışmada güneş enerjisinden pasif sistemler aracılığıyla en etkin biçimde yararlanma konusu üzerinde durulacaktır. Bu bağlamda güneşin kent mekanındaki etkisinin en önemli göstergesi, yapının formu, yönlendirilmesi ve yüksekliği gibi özelliklerin mekan tasarımında değerlendirilmesidir. Yani kentsel alanlarda mekan tasarımı güneş etkisi ile biçimlenirken yapılar da güneşten korunma veya güneşten yararlanma olgusuna göre uygun formda tasarlanır. Bu durum güneşten pasif olarak yararlanmayı sağlar [1]. Ak [2], binalarda iklimsel konforun sağlanması amacıyla, uygun bina aralıklarının belirlenmesi için bir hesaplama yapmıştır. 21 Ocak için 40 Kuzey enleminde yer alan Gümüşhane iline ait verilerle yapılan hesaplamalar sonucunda, her bir yöne ait 21

2 Ayça (Aytaç) Gülten, U.Teoman Aksoy Ve Betül Bektaş Ocak ta geçerli olan profil açıları ve sınır gölgeli alan derinliklerine bağlı olarak uygun bina aralıkları tablolar halinde verilmiştir. Eminel [3], Elazığ ilinde seçilen bir yerleşim alanının gölge derinliği hesaplamalarını yapmıştır. Seçilen bölgenin kuzey ve güney aksında bulunan sokak ve caddelerin her iki yanındaki binaların ön ve arka cephe yükseklikleri, sokak ve cadde genişliklerine bağlı olarak gölge boyları ve karşı bina üzerine düşen gölge yükseklikleri her bir bina için ayrı ayrı hesaplanarak tablolar halinde sunulmuştur. Elliasson [4], kentsel planlama sürecinde, iklimsel bilginin, nerede, ne zaman ve nasıl kullanılacağını anlatan bir uygulama çalışması sunmuştur. Şehir plancıları ve klimatolojistlerin birlikte çalışarak yürüttüğü çalışma, şehir plancıların iklimsel verilerle ilgilendiğini, ancak iklimsel verilerin kullanımının belli bir sisteme oturtulmadığını göstermiştir. Perreira, Gilva ve Turkienikz [5], kentsel yapının, oluşmuş çevre içinde güneşlendirilme etkisine ve gün ışığına karşı gösterdiği performansın ölçülmesini sağlayan ve bu konu üzerinde çalışan mimarlara, şehir plancılara yardımcı olacak bir yöntem geliştirmiştir. Muhaisen ve Gadi [6], dairesel bir avlu içinde, yılın herhangi bir zamanında oluşan gölgeli ve ışıklı alanları hesaplayan matematiksel bir model geliştirmiştir. Çalışmada, dairesel bir avluda kullanılan oranların, gölgede kalan ve ışık alan duvar ve yer kısımları üzerindeki etkisini incelemeye fırsat veren bir bilgisayar programı kullanılmıştır. Dairesel formdaki oranların değişmesinin, avlunun iç kısmında ışık alan ve gölgede kalan alan potansiyelini etkilediği görülmüştür. Güneş enerjisi konusunda yapılan çalışmalar, bu enerji türünün gelecek için çok güçlü bir alternatif olduğunu göstermektedir. Bu nedenle günümüzde güneş enerjisinin yaygın bir biçimde nasıl kullanılabileceği konusu önem kazanmaktadır [7]. Bu çalışmada, Elazığ ilinde ve aynı yapılaşmayı sergileyen diğer bölgelerde, imara yeni açılacak alanlarda güneş enerjisinden kentsel anlamda faydalanabilmek için yapılan bir uygulama çalışması sunulmaktadır. Bulunduğu 38.4 º enlemi itibariyle yüksek bir güneş enerjisi potansiyeline sahip Elazığ ilinde, açılacak yeni iskan alanlarında uygulanabilecek bu çalışma ile hem yıllık ısıtma ve soğutma ihtiyacını karşılamak için ödenecek bedel azalacak ve 532 büyük bir ekonomik kazanç sağlanacak hem de fosil yakıtların yanması ile atmosfere verilen gaz ve diğer atık maddelerin etkileri azaltılmış olacaktır. Çalışmanın amacı güneş enerjisinden pasif olarak yararlanmada binaların güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıklarına, binaların baktıkları yönlerin, arazinin baktığı yönün, arazi eğiminin etkisinin araştırılmasıdır. Hesaplamalar 21 Ocak günü için yapılmıştır. Hesaplamalara göre, 16 farklı yön (K, KKD, KD, DKD, D, DGD, GD, GGD, G, GGB, GB, BGB, B, BKB, KB, KKB) dikkate alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. 2. Güneş-Bina İlişkisini Kuran Faktörler Farklı yönlere bakan cephelerin direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları gün saati sayısı, baktıkları yönlere ve hesaplamaların dayandırıldığı güne göre değişkenlik göstermektedir [2]. Buna ek olarak, binanın üzerine yerleştirildiği arazinin eğimi ve binaya etkiyen profil açısı değeri de binaların güneş ışınımı altında kaldıkları saat aralıklarını etkilemektedir. Profil açısı, güneş bina ilişkisini kuran en önemli faktördür ve binanın ele alınan cephesine dik olarak geçirilen kesit düzlemi üzerindeki izdüşümü ile yatay düzlem arasındaki açı olarak tanımlanır [2]. Profil açıları, güneşin yükseliş açısı ve cephe güneş azimut açısına bağlı olarak hesaplanabilmektedir; tan β tan Ω = (1) cosγ Burada Ω profil açısı değerini, β güneşin yükseliş açısını, γ ise cephe-güneş azimut açısı değerini vermektedir. Profil açıları, yönlere ve saatlere bağlı olarak değişir. Bu çalışmada hesaplamalar yapılırken, her yön için optimum bir profil açısı değeri belirlenmiştir. Optimum profil açısı değeri belirlenirken, profil açılarının çok düşük olduğu güneş doğuş ve batış saatleri dikkate alınmamıştır. Çünkü yapıların güneş ışınımı etkisinde kaldıkları gün saati sayısı, cephelerde oluşan gölgeli alan derinliklerine de bağlıdır. Profil açısının çok düşük olduğu durumlarda, gölgeli alan derinlikleri en uzun olur. Bu durum sınır gölgeli alan derinliklerine göre belirlenen uygun bina aralığı değerlerini en fazla seviyeye ulaştırıp arazinin verimli kullanımına engel

3 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi oluşturur. Şekil 1 de, düz bir arazide profil açısına bağlı olarak oluşan gölgeli alan derinliği görülmektedir. Buna göre, düz bir arazide oluşan gölgeli alan derinliği [2]; u = cot gω H (2) formülü ile hesaplanmaktadır. Burada u gölgeli alan derinliği, Ω profil açısı, H Bina yüksekliği, a arka cephe yüksekliği ve b ön cephe yüksekliği değerlerini vermektedir. b a Şekil 3. Eğimli arazilerde ön cephe yüksekliğine bağlı gölgeli alan derinliği. Eğimli arazide ön cephe yüksekliğine bağlı gölge derinliği [2]; Şekil 1. Düz arazilerde gölgeli alan derinlikleri. Arazi eğimi de, bina cephelerinin güneş ışınımı etkisinde kaldıkları gün saati sayısını, profil açısına bağlı olarak etkiler. Şekil 2 de eğimli arazilerde ön ve arka cephe yüksekliklerine göre oluşan gölgeli alan derinlikleri görülmektedir. ( tan Ω tan s) xh ö tan Ω = b / u = 1/ (3) tan s = a / u u ve arka cephe yüksekliğine bağlı gölgeli alan derinliği [2]; ( tan Ω + s) H a u = 1 / tan tan s = a / u tan Ω = b/ u (4) formülleri kullanılarak hesaplanabilir [2]. Burada, s arazi eğimini ifade etmektedir. Eğimli arazilerde ön cephe yüksekliğine bağlı olarak gölgeli alan derinliği hesaplanırken, arazinin eğim açısının profil açısına eşit veya ondan büyük olması durumunda (Şekil 4), binanın önünde oluşan gölgeli alan derinliği sonsuz uzunlukta olmakta ve bina cephesi hiç güneş ışınımı alamamaktadır [2]. Şekil 2. Eğimli arazilerde arka cephe yüksekliğine bağlı gölgeli alan derinliği. 533

4 Ayça (Aytaç) Gülten, U.Teoman Aksoy Ve Betül Bektaş s= Ω u= s> Ω ise u= Şekil 4. Gölgeli alan derinliğinin sonsuz uzunlukta olması durumu Güneş Açıları Yeryüzündeki bir eğik düzleme gelen güneş enerjisi miktarı, yüzeyin bulunduğu yöreye, konuma ve güneşin geliş açısına bağlı olarak değişir. Bu değişimlerin incelenmesi farklı yöntemlerle mümkün olmaktadır. Bu yöntemlerden biri yüzey üzerine düşen güneş enerjisi miktarını hesapla tespit etmek, diğeri ise ölçüm cihazlarının kullanılmasıdır. Bu çalışmada yüzeye gelen güneş ışınımı (Şekil 5 [10]) için hesap yöntemi kullanılmış ve bazı bağıntılardan faydalanılmıştır. Eğik düzlemin normali ile direkt güneş ışınımı arasındaki açı güneş geliş açısı olarak adlandırılır ve aşağıda verilen bağıntı ile hesaplanabilir [8]. Cosθ = Sinδ Sinφ Cosβ Sinδ Cosφ Sinβ Cosγ + Cosδ Cosφ Cosβ Cosω + Cosδ Sinφ Sinβ CosCos γ ω+ Cosδ SinΣ Sin Sin γ ω (5) Burada δ, deklinasyon açısı diye adlandırılır ( <δ< arasında değerler alır ). Güneş ışınlarının ekvator düzlemi ile yaptığı açıdır. n, l Ocaktan itibaren gün sayısı olmak üzere kabul edilir. Deklinasyon açıları astronomlar tarafından ölçülür ve bu ölçülen değerlere en yakın değerler veren bağıntı aşağıdaki gibidir n δ = 23.45Sin 360 (6) 365 φ, coğrafi enlem dairesidir. Yerküre üzerinde herhangi bir yerde bulunan gözlemcinin olduğu yerde, yerküreye teğet olan bir düzlem alınırsa ve bu düzleme gözlemcinin olduğu noktada dik olan bir doğru düşünüldüğünde bu doğrunun yerkürenin ekvator düzlemi ile yaptığı açı, gözlemcinin bulunduğu yerin enlem dairesidir. β, yatayla yüzeyin yaptığı eğim açısıdır. Σ, güneş yükseklik açısı, direkt güneş ışınlarının yatay düzlemle yaptığı açıdır. Yükseklik açısı zenit açısını 90 ye tamamlar. Böylece Sinβ = Cosθz olur. γ, yüzey azimut açısı, yüzeyin dikeyinin yerel boylama göre sapmasını gösteren açıdır. Dolayısıyla eğik düzlemin yatay düzlem içinde konumunu verir. Güneye bakan bir eğik düzlem için γ= 0 dir. Güneyden doğuya doğru, kuzeye kadar negatif (-) ve güneyden batıya doğru, kuzeye kadar pozitif (+) alınır, yani <γ<+180 değerlerini alır [8]. ω, saat açısı olarak tanımlanır, her 15 derece bir saate eşdeğerdir. Yerkürenin kendi ekseni etrafında dönmesinden kaynaklanır [9]. Güneş öğlesinde ω =0 ' dir. Saat açısı, öğleden evvel negatif (-), öğleden sonra pozitif (+) olarak alınır ve ifadesi aşağıdaki gibidir: ( ) ω = 15 GS 12 (7) Burada GS güneş saatidir. Güneş doğuş ve batış saat açısı da aşağıdaki gibi tanımlanır [7]. Sinδ. Sinφ Cos ωs = = tanδ. tanφ Cosδ. Cosφ (8) 534

5 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi θz, zenit açısı olup direkt güneş ışınımlarının yatay düzlemin normali ile yaptığı açıdır ve (9) denklemi ile tanımlanır. Yatay düzleme güneş ışınları dik geldiği zaman θz=0 ' dır ve güneşin doğuşunda ve batışında θz=90 olur [8]. Cos θ z = Cosδ. Cosφ. Cosω + Sinδ. Sinφ (9) Güneş θz W θ Ν αs S γs γ β Ε Şekil 5. Eğimli bir yüzey için güneş açıları. 3. Uygulama Cephelerin direkt güneş ışınımı altında kaldıkları saatler profil açılarına bağlı olarak değişmektedir. Ancak direkt güneş ışınımı etkisinde kalınan saat aralıklarını belirleyen sadece profil açısı değildir. Binanın yerleştirildiği arazinin eğimi ve binanın yönü de cephelerin aldıkları güneş ışınımı miktarını etkileyen önemli faktörlerdir. Soğuk ve ılımlı iklim bölgelerinde, güneşin ısıtma etkisinden maksimum derecede faydalanabilmek için, cephelerin gün içinde en fazla güneş ışınımı alabileceği şekilde yönlendirilmesi gerekir. Bunun için Denklem (2), (3) ve (4) de hesaplama şekli gösterilen sınır gölgeli alan derinliklerine göre belirlenecek olan uygun bina aralığı değerlerinin, D, DGD, GD yönleri için güneş doğuşu ve B, BGB, GB yönleri için güneş batışı saatlerinde oluşan en düşük profil açılarına göre belirlenmesi gerekir. Ancak bu durum uygun bina aralığı değerlerini en yüksek seviyeye çıkarır ve arazinin verimli kullanılmasını engeller. Bu nedenle profil 535 açılarının çok düşük olduğu güneş doğuş ve batış saatleri ile gölgeli alan derinliklerinin, arazinin eğimine bağlı olarak sonsuz veya çok fazla olduğu saatler uygun profil açısı değerlerinin belirlenmesinde dikkate alınmamıştır. Buna göre, Elazığ için, cephelerin güneş ışınımı altında kaldıkları saat aralıklarının bulunması için yapılan hesaplamalar aşağıda verilen kabuller çerçevesinde yapılmıştır. Hesaplamaların yapıldığı gün olarak 21 Ocak seçilmiştir. Elazığ 38.4 K enleminde yer almaktadır. Binaya ait cephelerin baktıkları yönler 22.5 aralıkla 16 yön (Şekil 6 [11]) olarak seçilmiştir. Gün içinde cepheleri etkileyen direkt güneş ışınımı süresi, - arazinin 0, 8, 16, 24, ve 32 eğime sahip olması durumlarına göre, - eğimli arazi koşullarında yamaç yönünün 16 farklı yöne baktığı durumlara göre,

6 KB GGD GD Ayça (Aytaç) Gülten, U.Teoman Aksoy Ve Betül Bektaş hesaplanmıştır. Bu kabuller esas alınarak yapılan hesaplamalar sonucunda elde edilen profil açısı değerleri ve bu profil açılarına bağlı olarak arazinin 8, 16, 24, 32 eğime sahip olması durumlarında, hangi saatlerde hangi yönlere bakan cephelerde güneş ışınımı etkisi olduğu tablolar halinde sunulmuştur. KKB KKD KD BKB DKD B D BGB DGD GB GGB Şekil 6. Değerlendirmelerde kullanılan 16 farklı yön. 4. Bulgular ve Değerlendirme Bu çalışmada Elazığ ilinde kentsel bir doku içinde, binaların güneş enerjisinden yararlanma durumu incelenmiştir. Hesaplanan profil açılarına göre, binaların gün içinde direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıkları ve bina yönlendirilmesi için en verimli yön bulunmaya çalışılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucunda arazinin veya yamacın baktığı yönün belirlenen doğrultularda (K-G, KKB-GGD, KB-GD, BKB-DGD, B-D, BGB-DKD, GB-KD, GGB-KKD) olduğu durumlar için değerlendirmeler yapılmıştır. Hesaplanan profil açısı değerleri ve cephelerin direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıkları ve her bir yön için en uygun profil açısı değerleri Tablo 1 de verilmiştir. Ayrıca arazinin 8,16, 24 ve 32 eğime sahip olması durumlarında, binaların hangi saatlerde güneş ışınımı etkisinde kaldıkları Tablo 2, 3, 4 ve 5 te sunulmuştur. Ön cephe yüksekliğine bağlı olarak gölgeli alan derinliğinin hesaplanmasında, arazinin eğim açısının (s), profil açısına eşit veya ondan büyük olması durumunda gölgeli alan derinliği sonsuz uzunlukta olmaktadır. Buna göre; Yamacın K-G doğrultusunda olması durumunda; 21 Ocak ta binaların K cephelerinde güneş ışınımı etkisi yoktur. G yönü için saat 9:00 daki 24 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre değerlendirmeler yapıldığında, binaların G cephelerinde saat 9:00 15:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi vardır. Arazinin eğimli olması durumunda yamacın baktığı yön K olarak alınırsa, arka cepheler G yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin(s), s 24 olması durumunda saat 9:00 ve 15:00 de, s 29 olması durumunda saat 10:00 ve 14:00 de, s 31 olması durumunda saat 11:00 ve 13:00 de, s 32 olması durumunda saat 12:00 de güneş alamamaktadır. 536

7 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi Tablo 1. Bina cephelerinin direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıkları ([ ) ve en uygun profil açısı ( ) değerleri. Yamacın KKB-GGD doğrultusunda olması durumunda; Binaların KKB cephelerinde 21 Ocak ta güneş ışınımı etkisi yoktur. GGD yönü için saat 10:00 da belirlenen 25 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında, binaların GGD cepheleri saat 10:00 16:00 arası güneş ışınımı altındadır. Tablo 2. 8 eğimli arazide bina cephelerinin yamaç yönüne göre direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saatler. ( =güneş ışınımı etkisi yok, += güneş ışınımı etkisi var, =gölge derinliği sonsuz uzunlukta ) Y.Doğrul. K-G KKB-GGD KB-GD BKB-DGD B-D BGB-DKD GB-KD GGB-KKD En uygun 24 Ω 25 Ω 26 Ω 30 Ω 25 Ω 30 Ω 26 Ω 25 Ω profil açısı değeri 9:00 G 9:00 GGD 10:00 GD 10:00 DGD 9:00 D 15:00B 14:00 BGB 14:00GB 14:00 GGB Y.Yönü K G KKB GGD KB GD BKB DGD B D BGB DKD GB KD GGB KKD s=8 08: : : : : : : :

8 Ayça (Aytaç) Gülten, U.Teoman Aksoy Ve Betül Bektaş Tablo eğimli arazide bina cephelerinin yamaç yönüne göre direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saatler. ( =güneş ışınımı etkisi yok, += güneş ışınımı etkisi var, =gölge derinliği sonsuz uzunlukta ) Y.Doğrul. K-G KKB-GGD KB-GD BKB-DGD B-D BGB-DKD GB-KD GGB-KKD En uygun 24 Ω 25 Ω 26 Ω 30 Ω 25 Ω 30 Ω 26 Ω 25 Ω profil açısı değeri 9:00 G 9:00 GGD 10:00 GD 10:00 DGD 9:00 D 15:00B 14:00 BGB 14:00GB 14:00 GGB Y.Yönü K G KKB GGD KB GD BKB DGD B D BGB DKD GB KD GGB KKD s=24 08: : : : : : : : Tablo eğimli arazide bina cephelerinin yamaç yönüne göre direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saatler. ( =güneş ışınımı etkisi yok, += güneş ışınımı etkisi var, =gölge derinliği sonsuz uzunlukta ) Y.Doğrul. K-G KKB-GGD KB-GD BKB-DGD B-D BGB-DKD GB-KD GGB-KKD En uygun 24 Ω 25 Ω 26 Ω 30 Ω 25 Ω 30 Ω 26 Ω 25 Ω profil açısı değeri 9:00 G 9:00 GGD 10:00 GD 10:00 DGD 9:00 D 15:00B 14:00 BGB 14:00GB 14:00 GGB Y.Yönü K G KKB GGD KB GD BKB DGD B D BGB DKD GB KD GGB KKD 08: s=16 09: : : : : : : Tablo eğimli arazide bina cephelerinin yamaç yönüne göre direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saatler. ( =güneş ışınımı etkisi yok, += güneş ışınımı etkisi var, =gölge derinliği sonsuz uzunlukta ) Y.Doğrul. K-G KKB-GGD KB-GD BKB-DGD B-D BGB-DKD GB-KD GGB-KKD En uygun 24 Ω 25 Ω 26 Ω 30 Ω 25 Ω 30 Ω 26 Ω 25 Ω profil açısı değeri 9:00 G 9:00 GGD 10:00 GD 10:00 DGD 9:00 D 15:00B 14:00 BGB 14:00GB 14:00 GGB Y.Yönü K G KKB GGD KB GD BKB DGD B D BGB DKD GB KD GGB KKD 08: : s=32 10: : : : : :

9 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi Arazinin eğimli olması durumunda, yamacın baktığı yön KKB olarak alındığında, arka cepheler GGD yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin (s), s 25 olması durumunda 10. saatte, s 30 olması durumunda 11. saatte, s 34 olması durumunda ise 12. saatte güneş alamamaktadır. Eğim 24 olduğunda 10:00 16:00 arasında, 32 olduğunda ise 12: arasında direkt güneş ışınımı etkisi altında kalmaktadır. Yamacın KB-GD doğrultusunda olması durumunda; binaların KB cephelerinde, 21 Ocak ta sadece saat 16:00 da güneş ışınımı etkisi vardır. GD yönü için saat 10:00 daki 25 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında binaların GD cepheleri saat 10:00-15:00 arası güneş ışınımı altındadır. Arazinin eğimli olması durumunda, yamacın baktığı yön KB olarak alındığında, binaların arka cepheleri GD yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin (s), s 26 olması durumunda 10. saatte, s 33 olması durumunda 11. saatte güneş alamamaktadır. eğimin 32 olması durumunda saat 10:00 da alınan 26 lik profil açısına göre arka cepheler (GD) cepheleri hiç direkt güneş ışınımı almamaktadırlar. Yamacın BKB-DGD doğrultusunda olması durumunda; DGD yönü için saat 10:00 daki 30 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında binaların DGD cepheleri saat 10:00 13:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Bu profil açısına göre BKB cephelerinde 14. ve 15. saatlerde direkt güneş ışınımı etkisi vardır. Çünkü bu saatlerdeki profil açıları (72 ve 41 ), 30 olan profil açısından büyüktür. Arazinin eğimli olması durumunda yamacın baktığı yön BKB olarak alındığında, binaların arka cepheleri DGD yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin(s), s 30 olması durumunda 10. saatte, s 42 olması durumunda ise 11. saatte güneş alamamaktadır. Eğim 32 olduğunda arka cepheler (DGD cepheleri) saat 10:00 daki 30 lik profil açısına göre hiç direkt güneş ışınımı almamaktadır. Yamacın B-D doğrultusunda olması durumunda; D yönü için saat 9:00 daki 25 lik profil açısı kullanılmalıdır. B yönü için saat 15:00 deki 25 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açıları kullanılırken binaları etkileyen direkt güneş ışınımı etkisi her iki cephede de aynıdır. Bu profil açılarına göre hesaplamalar yapıldığında, D cepheleri saat 9:00 12:00 arası, B cepheleri ise saat 12:00 15:00 arası direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Arazinin eğimli olması durumunda, yamacın baktığı yönün B veya D olması durumunda, yamaç eğiminin (s), s 25 olması durumunda D yönündeki cepheler saat 9:00 da, B yönünde ise saat 15:00 de direkt güneş ışınımı almamaktadır. Eğimin 32 olması durumunda D yönüne bakan cepheler saat 10:00 12:00 arasında, B yönüne bakan cepheler ise saat 12:00 15:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisinde kalmaktadırlar. Yamacın BGB-DKD doğrultusunda olması durumunda; BGB yönü için saat 14:00 deki 30 lik profil açısı kullanılmalıdır. DKD cephelerinde 8., 9. ve 10. saatlerde direkt güneş ışınımı etkisi vardır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında binaların DKD cepheleri saat 9:00 10:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Çünkü bu saatlerdeki profil açıları (41 ve 72 ), bu yön için belirlenen 30 lik profil açısından büyüktür. Arazinin eğimli olması durumunda, yamacın baktığı yön BGB olarak alındığında bina cepheleri saat 11:00 14:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Yamacın baktığı yön DKD olarak alındığında binaların arka cepheleri BGB yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin (s), s 30 olması durumunda 14. saatte güneş alamamaktadır. Ön cepheler ise 9. ve 10. saatlerde direkt güneş ışınımı etkisinde kalmaktadır. Eğimin 32 olması durumunda, arka cepheler (BGB cepheleri), saat 14:00 deki 30 lik profil açısına göre hiç güneş ışınımı almamaktadır. Yamacın GB-KD doğrultusunda olması durumunda; GB yönü için belirlenen saat 15:00 deki 26 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında binaların GB cepheleri saat 9:00 14:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Binaların KD cephelerinde sadece 8. saatte direkt güneş ışınımı etkisi vardır. Arazinin eğimli olması durumunda yamacın baktığı yön KD olarak alındığında, arka cepheler GB yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin (s), s 26 olması durumunda 14. saatte, s 33 olması durumunda 13. saatte güneş ışınımı alamamaktadır. Eğimin 32 olması 539

10 Ayça (Aytaç) Gülten, U.Teoman Aksoy Ve Betül Bektaş durumunda saat 14:00 de alınan 26 lik profil açısına göre arka cepheler hiç direkt güneş ışınımı almamaktadır. Yamacın GGB-KKD doğrultusunda olması durumunda; GGB yönü için saat 14:00 deki 25 lik profil açısı kullanılmalıdır. Bu profil açısına göre hesaplamalar yapıldığında binaların GGB cepheleri saat 8:00 14:00 arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Binaların KKD cephelerinde 21 Ocak ta direkt güneş ışınımı etkisi yoktur. Arazinin eğimli olması durumunda, yamacın baktığı yön KKD olarak alındığında binaların arka cepheleri GGB yönüne bakmaktadır. Arka cepheler yamaç eğiminin (s), s 25 olması durumunda 14. saatte, s 32 olması durumunda 13. saatte güneş alamamaktadır. Ön cepheler, KKD yönüne baktıkları için 21 Ocak ta direkt güneş ışınımı alamazlar. Tablo 6 da, bina cephelerinin gün içinde direkt güneş ışınımı etkisine maruz kaldıkları saat miktarları yönlere göre verilmiştir. 8º eğimden sonra, eğim derecesi arttıkça cephelerin direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları zaman miktarında azalma gözlenmiştir. En fazla güneşlenme süresinin, arazi eğimi 8º olduğunda meydana geldiği gözlenmiştir. Çünkü 8º olan arazi eğimi, profil açısı hesaplamalarında elde edilen fakat değerlendirmelerde, arazinin verimli kullanımına imkan vermediği için ihmal edilen 9º lik profil açısından da küçüktür. Bu nedenle, 21 Ocak için 38.4 kuzey enlemine göre, bu eğimdeki bir arazide yer alan bir binanın cepheleri, yatay düzlemde olduğu gibi, profil açısının hesaplanabildiği tüm cephelerde güneş ışınımı etkisi altındadır. Ancak arazi eğimi 16º ye ulaştığında, arazi eğiminin profil açısından büyük ya da eşit olması ihtimali de artar. Bu nedenle Tablo 6 da görüldüğü gibi, 8º eğimli bir arazide, cepheler 16º, 24º ve 32º eğime sahip bir araziye göre daha fazla güneş ışınımına maruz kalırlar. Tablo 6. Yönlere göre cephelerin güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat miktarları (8:00-16:00 arası) Y.Doğrul. K-G KKB-GGD KB-GD BKB-DGD B-D BGB-DKD GB-KD GGB-KKD Y.Yönü K G KKB GGD KB GD BKB DGD B D BGB DKD GB KD GGB KKD Y.eğimi s=8º - 9 sa - 9 sa 1 sa 8 sa 3 sa 6 sa 5 sa 5 sa 6 sa 3 sa 8 sa 1 sa 9 sa - s=16º - 7 sa - 8 sa 1 sa 7 sa 2 sa 6 sa 5 sa 5 sa 5 sa 2 sa 7 sa 1 sa 8 sa - s=24º - 5 sa - 7 sa 1 sa 6 sa 2 sa 4 sa 4 sa 4 sa 4 sa 2 sa 6 sa 1 sa 7 sa - s=32º sa 1 sa 5sa 2 sa 3 sa 3 sa 3 sa 3 sa 2 sa 5 sa 1 sa 5 sa - 5. Sonuç Bu çalışmada, Elazığ ili için binaların kent dokusu içinde güneş enerjisinden yararlanabilme durumları incelenmiş ve hesaplanan profil açılarına göre, binaların gün içinde direkt güneş ışınımı etkisinde kaldıkları saat aralıkları bulunmaya çalışılmıştır. Hesaplamalar 21 Ocak için, 38.4 Kuzey enlemine göre yapılmıştır. Sonuç olarak, cephelerin 21 Ocak ta 9:00 15:00 saatleri arasında direkt güneş ışınımı etkisi altında kaldığı gözlenmiştir. Aynı tarihte, doğu cephesi 9:00 12:00 arası ve batı cephesi ise 11:00-15:00 saatleri arasında direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. 21 Ocak ta Elazığ da kuzey yönüne bakan cepheler hiç direkt güneş ışınımı alamamaktadır. Öte yandan, tablolar 540 incelendiğinde eğimli arazilerde, arazi eğimi arttıkça doğu ve batı yönleri arasındaki güney yönelimli cephelerde (yamacın baktığı yön kuzey olarak kabul edildiğinde) oluşan gölgeli alan derinliklerinin sonsuz uzunlukta olduğu saat aralığı sayısının arttığı da gözlenmiştir. Bu durum, arazinin eğimi arttıkça, eğimin derecesinin çoğu zaman optimum profil açısından büyük ya da eşit olmasından kaynaklanmaktadır. Hesaplanan profil açılarına göre binaların zemin katlarında, yamacın baktığı yönün, DGD, GD, GGD, G, GGB, GB, BGB olduğu durumlarda, cepheler, güneş ışınımı almalarını engelleyen bir nesne yoksa direkt güneş ışınımı etkisi altındadır. Tablolardaki

11 Kentsel Tasarımda Bina Yönlendirilmesi ve Güneş Işınımı İlişkisi değerler de incelendiğinde, binaların güney cephelerinin gün içinde diğer cephelere oranla daha fazla güneş ışınımı altında kaldığı görülmektedir. Bu şekilde binaların güneye yönlendirilmesinin, hem güneş enerjisinden daha etkin bir biçimde yararlanmayı sağladığı, hem de bu yönlere bakan yamaçlar tüm eğimlerde arazinin daha verimli kullanılmasına olanak sağladığı görülmektedir. Ancak binaların her zaman güneye yönlendirilmesi mümkün olmayabilir. Tablolar incelendiğinde, bina yönlendirilmesi için 8, 16, 24 ve 32 eğimli arazilerde, güney-güneydoğu, güneydoğu, doğugüneydoğu, güneybatı ve güney-güneybatı yönlerinin, güney yönüne alternatif olarak kullanılabileceği ve güneş enerjisinden en iyi şekilde yararlanmaya olanak sağlayan arazi eğiminin 8º olduğu tespit edilmiştir. 6. Kaynaklar 1. Ergen, Y. B., Ergen, M.( 1999). Güneş enerjisinin kullanımı ve kent planlama ile mimari tasarımla olan ilişkisi. Güneş Günü Sempozyumu 99. Kayseri. 2. Ak, F. (1993). Enerji etkin konut ve yerleşme birimi dizaynında uygulanabilecek bir yaklaşım. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü. 3. Eminel, M. (1997). Kentlerde yapıların güneş ışınımına göre yönlendirilmesi ile yapıların ısı ve ışık yönünden tasarım ilişkisinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 4. Eliasson, I.(2000). The use of climate knowledge in urban planning. Landscape and Urban Planning. 48, Pereira, Nome Gilva, Turkienikz. (2001).A methodology for sunlight urban planning: a computer based solar and sky vault obstruction analysis. Solar Energy, 70 3, Muhaisen, A. G., Gadi, M. B. (2005). Mathematical model for calculating the shaded and sunlit areas in a circular courtyard geometry. Building and Environment, 40, Göksu, Ç.(1995).Güneş enerjili kentler. Mimarlık, , ÖZEL, Meral.(2003). Duvar yüzeylerinde periyodik sıcaklık değişimi olan binalarda ısı kazanç ve kayıplarını minimum yapacak yöntemlerin araştırılması. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Elazığ. 9. Atagündüz, G. (1989). Güneş enerjisi ve temelleri. Ege Üniversitesi Basımevi. 10. Bektaş, B. (2006). Isıtma açısından dış duvarlarda saydam yüzey kullanımının araştırılması. Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Elazığ. 11. Olgyay, V. (1992). Design with climate. Van Kostrand Reinhold, New York. 541