AKILLI BINALAR

8/10/2019 AKILLI BINALAR

1/13

1

naat Mhendisi Yasin ENGNTHBB Teknik Ofis

AKILLI BNALAR

Giri

nsanolu yaratlndan gnmze dek hep en iyisini aramaktadr. Ve kendindennceki bilgi mirasn katlayarak gnmze kadar da bunu hep baarmtr. yleseviyelere gelmitir ki insansz uan uaklar, kusursuz retim yapan robotlar, dnyasatran ampiyonunu yenebilecek bilgisayar sistemleri ve kendi kendini ynetecekbinalar yapmtr. Betondan, metalden ve camdan oluan binalara aklkazandrmtr.

Tarihte ses yaltml, s yaltml, akustik zellikli, gnei belli alarla alan ve depremsonras hasar bilgisi veren binalarn varl bilinmektedir. Selimiye Camisindegnmz bilim adamlarn artan akustik sistem, Msr piramitlerinde len kiininadna yaplan odaya doduuve tahta kt gnler ylda 2 kez gne girmesi, BursaUlu Cami ve baz dier eski camilerde oynak mermer stunlarn deprem sonrasbinann dengesinin bozulup bozulmadn gstermesi yzyllar nceki insan aklnnyaplarda ki gzel yansmalardr.

Peki gnmzde yaplan baz binalara akll diyoruz ve hangi bina daha akll? Buyazda bu soruya cevap arayacaz.

Akll Binalar

Bir binaya akll bina (smart buildings veya intelligent buildings) derken binann sahipolduu otomasyon sistemleri (s-iletiim-gvenlik vb.) ncelikleakla gelir. Ancak bukonsepte binada kullanlan malzemelerin mhendislik zellikleri (smart materials) vebinann statik ve dinamik yapsn (depreme ykne kar diren) da dahil etmekzorundayz.

A.) Akll Bina Sistemleri

1. Enerji verimlilii sistemleri: Akll binada, istenilen ilerin, proseslerin yerine

getirilmesi iin enerjinin en dk seviyede kullanlmas istenir. Akll bir binaservis mr boyunca en ekonomik ekilde hizmet vermelidir. Bunun salanmasiin bir ok sistem organize bir ekilde kullanlr:

Bina otomasyon sistemi Enerji ynetimi sistemi Enerji kontrol sistemi Merkezi kontrol ve izleme sistemi

rnek olarak, stma sistemleri hava scaklna gre ayarlanr ve optimum seviyedeolmalar salanr. Aydnlatma sistemleri gn iinde farkl derecelerde kullanlabilir.

Asansrler daha ok kullanlan katlara dier katlara uramadan kabilir. Yaznhavalandrma sistemleri hava scaklna gre otomatik olarak derecelendirilir. Daha


2/13

2

ekonomik iletiim sistemleri iin gerekli alt yap bulunur. Bina ierisinde ki havanntemizlenmesi iin havalandrma ve filtre eden sistemler havann temizliine vetazeliine gre alrlar.

Bir binada en nemli enerji sarfiyat kalemlerinden birisi aydnlatmadr. Ekonomik

aydnlatma yollarndan biri gn ndan en fazla ekilde faydalanmaktr. Gneenerjisindenbir baka faydalanma ekli ise gne enerjisini(solar enerji) depolamakve oluan s enerjsi ile bina ierisindeki scak su ihtiyacn karlayabilmektir.

Resim 1: Gne nda maksimum Resim 2: Solar enerjiden faydalanma

ekilde faydalanma (Ekolojik Bina-Frankfurt) (Mesken binaFreiburg)

2. Gvenlik sistemleri:zellikle yangn gibi tehlikeli durumlarda akll binalardayangn bymeden engellemesi ve insanlarn rahata tahliyesine imkanvermesi beklenir. Ayrca, binalara giri ve kta gerekli gvenlik nlemleri debulunmaldr.

En az insan gc ile gvenlik Kart kontrol sistemleri Kii tanma sistemleri (parmak izi-ses-iris tarama) Duman alglama sistemleri

Kartsz girilerde alarm Asansr ve kaplarda tehlike annda devreye girecek sistemler UPS (G Kayna: elektrik kesilmelerinde devreye giren sistem)

3. letiim-haberleme sistemleri: En az maliyetle i ve d iletiimde en iyisistemler kullanlmaldr.

PBX telefon sistemi Vidyotext Kablosuz iletiim sistemi Elektonik mail Telekonferans sistemi


3/13

3

4. yeri otomasyonu: yerinde, alma ortamndan ve sisteminde en yksekperformans alnmas beklenir. Bunun iin gerekli baz sistemler:

Merkezi bilgi paylam servisi Yedekleme sistemi Bilgisayar destek sistemi Bilgi servisleri

Akll bir binada tm bu sistemler tek bir ana sistemde toplanr ve idare edilir.

B.) Akll Bina ve Depreme Dayankllk

Bir binadan ne beklenir?

1.)Salamlk2.)Gvenlik3.)Uzun zaman servis vermesi4.)Konfor5.)Verimlilik6.)Ekonomi

zellikle esneme kapasitesi fazla olan yksek katl binalarda ve uzun kprlerdebyk deplasmanlar olutuundan depreme kar diren ok nemli bir husustur vezel nlemler gerektirmektedir.

Deprem, iddetli rzgar gibi d etkiler ya da yangn ve korozyon gibi i etkiler sonucubeklenilenden fazla gerilmeye ya da kimyasal, sl ve radyoaktif tehditlere maruzkalan yaplarda bina ierisindeki uyarclarn girdileri ana kontrol merkezine gnderipburadan da tepki oluturulmas (daha nce hazrlanm algoritmalara gre) akllbinalarn en nemli zelliidir. Deprem esnasnda sensrler vastas ile alnan kuvvet,hz, ivme gibi bilgiler(input) toplanarak deprem ykn azaltacak tepkiler(output)oluturulur.

Akll Bina emas:

A:Uyumsal Yaplar

B:Duyumsal Yaplar

C: Kontroll Yaplar

D:Aktif Yaplar

E:Akll Yaplar

ekil 1:Akll Bina emas

Uyumsal Yaplar:Kontroll bir ekilde sistemdeki deimelere adapte olabilir.Duyumsal Yaplar:Sensrler yardm ile sistem performans izlenebilir.


4/13

4

Kontroll Yaplar:Duyumsal ve uyumsal yap zelliklerini tar.Aktif Yaplar: Darda bir g kayna bulunur. Deprem, rzgar ve benzeri d etkilersonucuoluan yklere kar kontroll bir ekilde ayarlanabilir, gelitirilebilir tepkiveren elemanlara sahiptir.Akll Yaplar:Yukardaki tm zelliklerin btndr.

nsan yaps ile karlatrrsak;duyumsal yap zellikleri insandaki duyu sistemine,uyumsal yap zellikleri refleks sistemine, kontroll yap zellikleri kontroll olaraktepki verebilmesine, aktif yaplar tepkisini duruma kar ayarlayp gelitirebilmesinebenzemektedir.

Akll Bina Elemanlar:

A.) Sensrler: Yapda oluan uyarnn derecisini basn, ekil deitirme, s,elektrik, manyetik, kimyasal ve radyoaktif deerlerle len ve ileten elemanlardr.Bina iinde kritik blgelerde olurlar.

B.) Tepki Elemanlar:Sensrleden gelen analog sinyaller kontrol merkezine ularve burada analiz edilirler. Kontrol merkezi ise gerekli kar tepki iin tepkielemanlarn kuvvet, tork ve ivme gibi formlarda tepki retmesi iin uyarr.

Binada kullanlacak snmleyici ktleler binann bykl ile doru orantda bykve ok sayda olurlar. Dinamik etikiler kar 3 eit snmleyici sistem vardr:

Pasif:Kontrolsz bir snmleyicidir. almas iin herhangi bir g kaynagerektirmez. Basit ve ucuzdurlar. Deiimlere adapte edilemezler ve bunedenle n grlen girdi ve ktlar iin gerekli bina zellikleri ok iyi ekildetasarlanmaldr. Sismik enerjiyi kendi ilerinde snmlerler.

Aktif: Sensrler(zemin veya yapnn iinde) ve tepki elemanlar(actuator)vardr. Aktif snmleyiciler yapda grlen bir itmeye kar kuvvet retirler.Tamamen kontrol edilebilirler ve byk g gerektirirler. Belli performansartlarn salayacak ekilde deprem srasnda deprem girdilerini sreklideerlendirip, gerekli direnci gsterirler. Belli algoritmalara gre tepki verirler.

Aktif-Pasif(Yar-aktif): Aktif ve pasif snmleyici sistemlerin zelliklerinbirlemesidir. Binada oluan harekete kar kontroll bir direnle kar koyarve kuvvetin etkisini azaltrlar. Tamamen kontrol edilebilirler ve daha az g

gerektirirler. Sismik hareket esnasnda ana g kaynaklar zarar grsede dahilipilleri gerekli enerjiyi salar. Dk enerji ihtiyalar ve yksekpeformanslarndan dolay daha ok kullanlrlar. Byk bir ksm elektrik veyamanyetik alana hassasiyeti olan svlar ierir.

Akll Bina Elemanlarnda Kullanlan Malzemeler:

1.) MR Svs (MagnetoRheological Fluid) :MR svs manyetik kuvvet etkisisonucu sv fazdan kat faza milisaniyeler ierisinde geebilen ve manyetik kuvvetinkalkmas durumunda ise tekrar sv faza geebilen zel bir kimyasaldr.


5/13

5

Deprem esnasnda deprem kuvvetinden tr oluan hareket binay ve iinde MRsvs olan pistonlar hareket ettirir. Piston iindeki hareket manyetik alan oluturur vesv fazda olan madde katlar. Harekete kar snmleyici (enerji yutucu) olan MRsvs ieren pistonlar depremden dolay oluan kuvvete ters ynde direnuygulayarak deprem ykn azaltr ve binann daha fazla deplasmana uramasn

engeller. Kuvvet kalktnda ise bir yana doru salnm olan binann dengeyegelmesi iin kat madde sv hale geer. Bu eit snmleyicilerin kullanlmassonucu binalarda ve kprlerde sismik aktivitelere kar kontroll bir ekilde tepkiverilmi olur.

Resim 3-4: Gri renkte ya kvamnda ve sudan 3 kat youn olan MR svs birinci resimdesv fazda iken mknatslanma sonucu ikinci resimde grld gibi katlamtr.

MR svsnn iinde:

%20 -% 40 orannda 35 mikrometre apnda demir paracklar, Hidrokarbon ya Demir paracklarnn yzmesini, svnn kayganlnn salanmasn,

viskositinenin gelimesini ve anmann engellenmesini salayan ierii srolan katk malzemesi vardr.

Soru:MR svs nasl milisaniyeler iinde katlayor?

Cevap:Bunu iinde buluna karbonil demir paracklar salyor. Manyetik alan

sonucu demir paracklar adeta biribirlerine kitleniyor (polarize olurlar) ve sv maddekat bir hal alyor(viskoplastik). Manyetik alan ne kadar kuvvetli ise de kat fazdakimaddenin sertlii o kadar artmaktadr.

MR svl snmleyiciler, genelde geni snmleyici pistonlarda ve binann genelindeok sayda kullanlr.

Gkdelenler ve ok uzun kprler zellikle deprem ve iddetli rzgar sonucurezonansa urayabilir. Bu nedenle rezonans dalgalarn engellemek ve snmlemekiin byk snmleyiciler kullanlr.

MR svl snmleyicileraktif-pasif snmleyici grubuna girerler ve kuvvete ve oluanmanyetik alana kar snmleme kabiliyetleri deimektedir. Byk bir g

kaynana ihtiyalar yoktur.


6/13

6

MR svl damperin almas:Pistonun iinde 3 blgede elektromanyetik bobinler vardr ve her pistonda yaklak 5litre MR svs bulunur.Deprem esnasnda bina iindeki sensrler ana bilgisayarasinyal yollar ve snmleyicilere bu elektriksel olarak iletilir. Elektriksel ileti bobinlerimanyatize ederek pistondaki MR svsnn kat faza gemesini salar. Bir saniyedebinlerce kez MR svs sv fazdan kat faza geer ve bu maddenin ok snmasnaneden olur. Snmleyici iinde bulunan sl genleme akmlatr svnngenlemesine kontroll olarak izin verir ve ar basn olumasn engeller.

2.) ekil Hafzal Alamlar(Shape Memory AlloySMA): Yksek scaklkta kimetal souduka plastik deformasyona urar ve eski scaklna dndnde eskieklini alr. Nitinol bu zellikte bir metaldir.3.) Piezoelektrik Sensrler:Elektriksel tepkiyi ileterek kuvvet olumasn salarlar.Kristal ve seramik malzemeler idealdir, ancak krlgan olduklarndan daha ok PVDFgibi polimerler kullanlrlar.

Resim 6:Piezoelektrik Sensr

4.) Optik Fiber Sensrler: 2 boyutlu dinamik yer deitirmeyi lerler.Refraktometrik olmas ve ok hzl sinyal tamalar avantajlar yanlardr. Daha ok

Resim 5 : 1 metre uzunluunda ve 250 kg rlnda bir damper. 200 kN kuvvetlik bir direnuyguluyor.


7/13

7

ekil 2:Optik Fiber sensrler binannbir ok yerinde kullanlabilir.

Akll Binalarda Kapal Kontrol Sistemi:

ekil 3: Kapal Devre Kontroll Sistem emas

Tepki Elemanlar:

1.) Aktif Ktle Snmleyiciler( TMD: tuned damping mass): Binann st katlarna ekktleler koyulup binann snmleme etkisinin artmas salanr. Aktif olarak tepki

veren elemanlardr ve bu nedenle byk g kayna gerektirirler. Yksek katl birok elik binada bu uygulama bulunur. Burada ama ktlenin artrlarak deprem

kt(Output)

Kontrol Kuvveti

Kontrol Sinyali

Tepki Arac Sistem Sensr

Dijital Kontrol nitesi


8/13

8

ivmesi ile oluan kuvvetin azaltlmas ve sonuta daha kk deplasmanlarnmeydana gelmesidir. Deprem esnasnda sensrlerce tespit edilen deprem yk vedier bilgiler sonucu srtnmesi az olan yzeyde bulunan ek snmleyici ktleyekontroll yk uygulanr. Bu sayede deprem ykne kar bir yk ile binann depremekar korunmas salanr. AKSler hidrolik ve yayl sistem elemanlarndan oluur.

ekil 4:AKS Mekanik Modeli

Resim 8:AKSnin ilk kullanld bina: Resim 9 : AKS -Kyobashi Seiwa Binas

Kyobashi Seiwa Binas-Japonya

Yay Snmleyici

Ek Ktle

Resim7:Dnyann en yksekbinas olan (508 m)Taipei101in 80. katnda bulunan 730tonluk snmleyici ktle


9/13

9

Bina zellikleri:33 m yksekliine (11 kat) olan bina yapsal olarak oknarindir. 4 metre eninde ve 12 metre geniliindedir. elik yap olan binadakutu kesitler ve H-profil kesitler kullanlmtr. Binann st katna aktif ktlesnmleyicisi yerletirilmitir. Bunun amac yatay deprem ykn azaltmak vebinann peryodunu artrmaktr.

Binann zemin katna, orta katlara ve atya sismik hareket alglayansensrler yerletirilmitir. Ana kontrol bilgisayar her sinyali analiz edip tepki emri verir. Tepkisel aralar emri kontrol eder ve deprem kuvvetinin tersi ynne

ktleyi tar. Burada kullanlan tepkisel aralar hidrolik sistemle almaktadr.Bir aki ve 2 adet pompadan meydana gelmitir. Kk pompa devaml olarakdk seviyede basn uygulayabilmektedir. Byk pompa ise depremmeydana geldiinde daha byk basn uygulamaktadr. Tepki aralar her iki eksene doru 2 adet elik kablolara asl olan

ktleyi harekete geirebilmektedir. Tepkiye cevap 0.01 saniye gecikme ilegerekleir.

AKS kullanlan sistemlerde grlecek en byk sorun;deprem esnasndagerekli direncin srekliliini salayacak enerji kaynaklarnn gvenlii vealabilirliidir. Bu nedenle ok gvenli bir ekilde enerji kaynagerekmektedir ve bu genelde yapnn iinde deil dnda olur. Yinedeelektronik sistemlerin gvenliini deprem esnasnda koruyabilmek oldukagtr. Ayrca bina iindeki sensrler ve tepki elamanlar peryodik olarakkontrol edilmeli ve gerekli bakm yaplmaldr.

AKS elemanlar daha ok elik yaplarda kullanlr. Bunun en byk nedenielik yaplarn daha snek olmalar ve elastik deformasyon limitlerinin yksekolmasdr. Ancak betonarme binalar daha rijittir ve daha az deformasyonaurarlar. Deprem esnasnda oluacak ykler nedeniyle tayamayacayklerden tr inelastik davran gsterebilir. Bu nedenle gerekli tepkielemanlar elastik deformasyona gre deil inelastik davrana gre direngsterecek ekilde modellenir. Ayrca betonarme binalar daha arolduundan sabit arlkta ayr bir yk getirecektir.

2.) Visko-Elastik Snmleyiciler:naat sektrnden nce uakteknolojisinde kullanlan V-E malzemeler ilk kez 11 Eyll saldrlarnda yklanDnya Ticaret Merkezi Kulelerinde kullanld(1969). Yaklak olarak 10.000adet V-E snmleyici elik levhalar ve elamanlar arasna monte edilmitir. V-Esnmleyiciler, visko-elastik tabakalrn kayma deformasyonlar ile enerjiyisnmlemektedir.


10/13

10

Resim 10: V-E snmleyici modeli

3.)Sismik zolasyon: Sismik izlasyon sistemleri binann temeli ile st yaps arasnakonulan zel izolatrler araclyla binann zeminden ayrlmasn salayansistemlerdir. nce elik levhalar arasna volkanize kauuk-kurun elemanlarn kat katyerletirilmesi ile oluur. Sismik zolasyon sistemlerinin uygulanmas ile ulalmak

istenen hedefler :

Yapnn doal periyodunu uzatmak ve bylelikle deprem hareketi srasndayapy etkileyecek titreimleri izole etmek

Yaplarda sismik izolasyon sistemlerinin uygulanmas ile birlikte, depremsrasnda meydana gelen kat ivmeleri ve greli kat telemelerinisnrlandrarak, en byk yer deitirmenin temel seviyesinde olumasn vestyapnn adeta rijit bir cisim gibi hareket etmesini salamak,

Binada olas bir fiziksel hasar nlemenin tesinde, iinde yaayan insanlar ve

kullanlan eyalarn da bu doal afetten etkilenmemelerini ve her tr eyanndeprem sonrasnda da kullanlr kalmalarn salamaktr.

Sismik zolasyon Sistemlerinde drt farkl sismik izolatr tipi tek bana ya da farklkombinasyonlarla kullanlmaktadr. Bunlar sras ile kurun ekirdekli izolatrler (LRI),kayar plakal doal kauuk izolatrler (SLR), apraz dorusal hareket sistemi (CLB)ve elik bilyal izolatrlerdir (SBB).

Resim11: Sismik yaltlm bina(soldaki) ve normal bina(sadaki)


11/13

11

Resim 12: Betonarme temelde kurun Resim 13: elik kolon altnda

ekirdekli izolatr kurun ekirdekli izolatr

Atatrk Havaliman D hatlar Terminali'nin ats ile kolonlar arasnda 180adet sismik izolatr monte edilmitir. zolatrler sayesinde, 186 binmetrekarelik binann elik bilye ve yataklar zerine oturtulmasndan dolaydepremin iddetinin srtnme kuvvetiyle snmlendirilmesi salanmtr.

Resim 14: Atatrk Havaliman D hatlar

Terminali'nin at ve kolonlar arasndaki

izolatrler

Ayrca, 12 Kasm 1999da meydana gelen 7,2 byklndeki Dzcedepreminde fay hattnn ok yaknndan gemesi sebebiyle zarar grenviyadklere 3er metre apnda 6ar ton arlnda 500 tane izolatr monteedildi. Yaklak deeri 15 milyon dolar bulacak sismik izolatr takviyesi,viyadklerin bundan sonra yaayaca depremlerde sfr derecedeetkilenmesini salayacak.


12/13

12

Trkiyede ki baz akll binalar:

1.) Polat Tower Residence:

Bu akll binada, depremi 8 saniye nceden

alglayp tm nlemleri alan deprem sensrleri,ime suyu kalitesinde su salayan artmasistemleri, konut sahiplerini 150 metreden alglayangvenlik otomasyonu ve tehlike annda dmeyenparatl asansrler gibi birok zellikbulunmaktadr. nternet araclyla eve geli tarihiizlenebilmekte ve evin kontrol dzeni istenilenekilde ayarlanabilmektedir.Binann doalgaz sistemi de gvenlik nedeniyle 34.katta bulunmaktadr ve deprem annda alt kattadoalgaz kilitlenmektedir.

31 bin 500 noktasndan kontrol edilebilen binadnyann en akll 4 binasndan biri, konut olarakda dnyann en akll konut binasdr.

2.) Tekfen Tower

Tekfen Tower direksiz 118 metre yksekliindedir. 33,000 m2ofis alanna sahip olanbina, Ekim 2003'de hizmete almtr. Binada uluslararas standartlarn en stderecelerinde yer alan stma, soutma sistemi olan VAV (Fan Powered Rehcat)kullanlmtr. Bu sistem hava kalitesini maksimuma karmaktadr. 24 saat metaldetektrl ve x-ray tarama kullanlan gvenlik hizmeti, kapal devre kamerasistemleriyle beraber, proximity kartl gei sistemi ile giri ve klar bilgisayarakaytl olarak kontrol edilmektedir.

Binada toplamda kullanlacak 8000 kVA'likelektrik enerjisi ve herhangi bir kesintidedevreye girecek olan 4200 kVA'lk jeneratrgc bulunmaktadr. Is ve dumandetektrleri, sprinkler, yangn dolaplar vebasnlandrlm yangn merdiveniyle

kullanclarn can ve mal gvenlii en stdzeyde salanmaktadr. Teknik donatlarnen nemlilerinden biri olantelekomnikasyon altyaps da zelliklezerinde durulmu ve titizlikledetaylandrlmtr. Binada her kat bana 50telefon hatt ayrlmtr. Telekomnikasyonasndan gnmzn en yksek standardnoluturan fiber optik balant sistemi binadayer alacak olan dier nemli bir zelliktir.


13/13

13

Kaynaklar:1.)http://www.coggan.com/aboutintelligentbuildings.html#article2.)http://www.polattower.com3.) http://www.imo.org.tr/Yayinlar/tg/tg126/m-saatcioglu.htm

4.)A.nal,A.Ersin;TMH Say 435-2005/1
http://www.imo.org.tr/Yayinlar/tg/tg126/m-saatcioglu.htmhttp://www.imo.org.tr/Yayinlar/tg/tg126/m-saatcioglu.htmhttp://www.imo.org.tr/Yayinlar/tg/tg126/m-saatcioglu.htm

Documents

AKILLI BINALAR