TARİHİ YAPILARIN İÇ ORTAM MİKRO KLİMA KOŞULLARINI KALİBRE EDİLMİŞ DİNAMİK ISIL PERFORMANS MODELLERİ

YOLUYLA DEĞERLENDİRME

ASSESSMENT OF INDOOR MICROCLIMATE OF HISTORIC BUILDINGS VIA CALIBRATED DYNAMIC THERMAL PERFORMANCE MODELS

Yusuf DİLER1, Gülden GÖKÇEN AKKURT2 ve Zeynep DURMUŞ ARSAN3

ÖZET Tarihi yapıların iç ortam mikro klima analizi, koruma projelerinin hazırlanması aşamasında verilecek kararlarda yönlendirici olabilmektedir. Analiz süresince dış çevre koşulları ve kullanıcının binanın iç ortamına etkisinin hassas ölçümler ile belirlenmesi gereklidir. Bu çalışmada, tarihi bir yapının iç ortamında yapılacak mikro klima izleme ve değerlendirmeye yönelik sistematik bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Bu yaklaşım, iki aşamadan oluşmaktadır. İlki detaylı veri toplama, ikincisi de toplanan veriye dayalı bir sanal bina performans modeli yaratmaktır. İlk aşama, yerel iklim ve iç ortam iklim koşullarının (sıcaklık ve bağıl nem) uzun dönemli ölçümü, yapısal nitelikleri, yapı malzemelerinin ısıl özellikleri, ısıtma/soğutma sistemi ve havalandırma stratejileri ile kullanıcı sayısı ve zamanı hakkında veri toplanmasını içermektedir. Ardından bina, biçimsel, yapısal ve kullanım özelliklerini yansıtacak şekilde modellenmektedir. Gerçeğe uygunluğunu test etmek üzere model, iç ortam iklim verisi yardımıyla kalibre edilmektedir. ASHRAE Guideline 14’de belirtilen hata paylarını karşılayan son model, binanın iç ortam iklimi değerlendirmesi ve yenileme önerileri geliştirmekte kullanılabilmektedir. Bu doğrultuda, 1336 yılında Manisa’da inşa edilmiş Ulu Cami’nde 2016-2017 yılları arasında bir izleme çalışması gerçekleştirilmiştir. Design Builder v4.2, dinamik ısıl performans yazılımı kullanılarak Manisa Ulu Cami’nin ibadet kısmı detaylı olarak modellenmiştir. İç ortam saatlik sıcaklıkları kullanılarak hazırlanan dijital model kalibre edilmiş ve Cami’nin mikro klima koşullarının değerlendirilmesinde kullanılmıştır. Çalışmanın sonunda, Fanger’in ısıl konfor modeline dayanarak Cami’nin konfor koşulları değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Isıl performans modeli, Mikro klima koşullarının izlenmesi, Manisa Ulu Cami

ABSTRACT Indoor microclimate analysis of historic buildings may inference the decisions which will be taken for restoration projects in the preparation phase. Outdoor environmental conditions and occupants’ impact on indoor environment should be determined by precise measurements during the analysis process. In this study, a systematic approach toward monitoring and evaluating the microclimate of indoor environment of the historical building is presented. That approach consists of two phases. The first phase is to collect detailed data, and the second one is to create a digital building performance model based on collected data. The former involves long-term data collection regarding local climate and indoor conditions (temperature and relative humidity), structural characteristics, thermal properties of building materials, heating /cooling system, ventilation strategies, number of occupants and their schedule of use. Then, the building is modeled to represent its morphological, structural and functional characteristics. The model is calibrated by using indoor climatic data to verify, so that if the digital analysis results fitto reality. The latest model, which meets the error margins defined by ASHRAE Guideline 14, can be used for indoor climate assessment and developing restoration proposals. Thus, the monitoring campaign has been carried out in 2016 at Ulu Mosque which was built in Manisa in 1336. The dynamic thermal performance software, DesignBuilder V4.2, is used to create digital model of worship space in Manisa Ulu Mosque. Then, the model is calibrated with measured indoor hourly temperatures, and utilized in the assessment of indoor microclimate. At the

1 Öğrenci, Enerji Mühendisliği Yüksek Lisans Programı, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, yusufdiler@iyte.edu.tr 2Öğretim Üyesi, Prof. Dr.,Enerji Sistemleri Mühendisliği Böl., İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, guldengokcen@iyte.edu.tr 3Öğretim Gör., Dr., Mimarlık Böl., İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, zeynepdurmus@iyte.edu.tr

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

549

end of the study, the comfort conditions of the Mosque are evaluated according to Fanger’s thermal comfort model. Keywords: Thermal Performance Model, Microclimate monitoring, Manisa Ulu Mosque

GİRİŞ İklimsel tasarım hakkında fikirleri ilk olarak M.Ö. 400'lerde Socratesortaya atmış ve iç ortamda ısıl konfor sağlamak için bir evin nasıl inşa edilmesi gerektiğini dile getirmiştir (Szokolay 1985). Sonrasında, M.Ö.100yıllarında Vitruvius sağlık ve konfor nedenleriyle binalar için ısıl konforun dikkate alınması gerektiğinibelirtmiştir (Vitruvius, 1960). Öte yandan, ısıl konfor endüstri devrimine kadar pratik bir mesele olmamıştır. Isıtma teknolojileri ancak 18. yüzyılda, soğutma teknolojileri ise 20. yüzyılın başlarında geliştirilmeye başlanmıştır(Aulicemsve Szokolay, 1997). İlk olarak 1923'te Houghtenve Yagloglou(1923), "konfor bölgesi”ni; kişilerin vücutlarını, kendilerini çevreleyen çevresel koşullara göre ayarlamak için az veya hiç çaba göstermediği ısıl bir durum olarak tanımlamış ve bu kavramı bilime kazandırmıştır. Panchyk (1984), 2. Dünya Savaşı sonrasında araştırmaların artmasıyla konunun sadece mimari bir yaklaşımla değerlendirilemeyeceği ve mimarinin yanında, mühendislik, fizyoloji, tıp ve coğrafya alanlarını da içine alan disiplinlerarasıparametreler hesaba katıldığında sağlanabileceğini ortaya koymuştur. Isıl konfor sorunu özellikle 20. yüzyılın sonlarından itibaren önem kazanmıştır. Bina tasarımları, kış aylarında kaybedilen ısıyı azaltmak ve güneş ışığından daha fazla yararlanmak, yaz aylarında ise ısı kazancını azaltmak üzeregeliştirilmektedir. Bunun yanında, özellikle tarihi bina müdahaleleri, yasa ve yönetmeliklerle korunması sebebiyle basit değildir. Müdahale öncelikle binanın kültürel miras değerine zarar vermeyecek nitelikte olmalıdır. Bu doğrultuda güzel bir çalışma Dalla Mora vd. (2015) tarafından ortaya konmuş ve tarihi binanın neredeyse sıfır enerjili binaya nasıl dönüşebileceğini göstermiştir. Enerji tasarrufu kapsamında restore edilen binada, toplamda %92 enerji tasarrufu ve %82 karbon emisyonuazaltımı sağlanmıştır. Buna ek olarak, Ascionevd. (2015), tarihi duvar yapısının değerlendirilmesi için çok disiplinli yaklaşımın uygulanması gerektiğini belirtmiştir. Akustik, yapısal ve ısıl özellikler, binanın işlevi, enerji performansı ve tarihsel değerler birlikte dikkate alınmalıdır. Bu nedenle öncelikle, arşiv araştırmaları ile yapının tarihini, geometrik ve yapısal özelliklerini anlamak için veri toplanmalı, ardından ikinci adım olarak, yapıyı tanımlamak için binada ölçümler alınmalıdır. Ancak bu basamaklardan sonra binanın sanal enerji modeli oluşturulabilir. Model, bina üzerinde yapılması planlanan değişikliklerin binanın enerji performansına olacak etkisinin belirlenmesi için önemlidir. Model sonuçları binadan toplanan ölçüm verileri ile karşılaştırılarak model kalibre edilebilir. Son adım, müdahale maliyetini, enerji tasarrufunu ve ısıl konforu değerlendirmektir. Restorasyonu yapılmış veya yapılması düşünülen bir binanın ısıl konforunu tahmin etmek veya konfor stratejileri geliştirmek için ısıl konfor hesaplama yöntemine ihtiyaç vardır. En çok kullanılan yöntem olan Fanger’in PMV yöntemiinsanı, ısıl uyarıların pasif bir alıcısı olarak gören çevresel ve kişisel faktörlere dayalı matematiksel bir ısıl denge modelidir. Bu noktada ısıl konfor, kişinin ısılçevreyle olan memnuniyetini ifade eden zihin koşuludur. Fanger çalışmasında, farklı yaş gruplarından insanları kontrollü test odalarında, belirli metabolizma aralıklarında ve eşdeğer kıyafetler ile testlere tabi tutarak, insanlardan bulundukları durum için hissettikleri konforu belirtmelerini istemiştir. Buradan elde edilen bulgular ile PMV (PredictedMeanVote,Beklenen Ortalama Karar) ve PPD (PredictedPercentageDissatisfied,Beklenen Ortalama Memnuniyetsizlik) matematiksel modellerini ortaya çıkarmıştır (Fanger, 1970).EN ISO 7730 Standardı (2006) PMV’yi büyük bir grubun oylarının ortalama değerini öngören, hava sıcaklığından, hava hızından etkilenebilecek çevre ile vücudun ısıl dengesine dayanan yedi puanlıkısıl derecelendirme ölçeğine sahip bir indeks ve PPD’yiPMV’nin hesaplanabilir bir fonksiyonu olarak tanımlamıştır. Bu sayede binaların ölçüm ve analiz sonuçlarına bağlı olarak kişilerin, bulundukları ortamları ısıl özellikleri bakımından nasıl değerlendirebilecekleri öngörülmektedir. Badran vd. (2013) binalarda yalıtım ve konfor aralıklarını irdelemenin yanında sürekli ısıtma modelinin mi yoksa aralıklı ısıtma modelinin mi daha ekonomik olduğu sorusunu araştırmıştır. Diğer bir deyişle, konfor koşullarını sabit tutarak nispeten düşük kazan sıcaklığı altında ve sürekli olarak veya daha yüksek bir kazan sıcaklığı altında aralıklı olarak çalışan iki ısıtma

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

550

sisteminin enerji tüketimini kıyaslamıştır. Bunun için matematiksel bir metot oluşturularak, sonuçlar tahmin edilmeye çalışılmıştır. Al-Homoud vd. (2009) hem günlük namaz vakitlerinde hem de Cuma namazı için camilerdeki ısıl koşulları ve konfor seviyesini incelemiştir. Camideki namazgâh alanı, doluluk oranına göre bölgelere ayrılarak, kısmi ısıtma ve soğutma yapmanın enerji tüketimine olan etkisi irdelenmiştir. Bu doğrultuda deneysel çalışmaların ışığında günlük namaz vakitlerinde, Cuma namazına oranla doluluk oranı çok aşağılarda olduğu için cami içeresinde daha küçük bir bölüm oluşturularak ısıtma ve soğutma yükleri düşürülebilmektedir. Budaiwi ve Abdou(2013) ise bu yaklaşımı biraz daha ileri götürerek, Badran vd.(2013)’nin çalışmasına paralel olarak; aralıklı ve sürekli soğutma modellerini çalışmış ve soğutucu kapasitesinin artırılmasıyla cami gibi sınırlı zaman dilimlerinde kullanılan yapılarda hızlı bir şekilde ısıl konfor seviyesine ulaşmanın sürekli soğutma sistemlerine göre daha az enerji harcadığı sonucuna ulaşmak için bina modellerini oluşturmuştur. Modelleringerçek ölçüm sonuçlarıyla yakınlığı gösterilerek, bulgulardesteklenmiştir. Fanger ve Toftum(2002) çalışmalarında klimasız binalarda insanların konfor beklentilerinin düştüğünü ve PMV ve PPD modellerinin sapma gösterdiğini ortaya koymuştur. Diğer bir değişle insanların cami gibi bir ortama girerken oluşturduğu düşük beklentiler, hızlı adaptasyon sağlayabilecek şekilde giyinmeleri, bu ortamlardaki konfor algısını artırmakta dolayısıyla enerji tüketimini azaltmaktadır.Özetle, cami gibi değişen kullanıcı sayısına sahip ve sınırlı bir süre kullanılan yapılarda ısıl konforun sağlanması söz konusu olduğunda, matematiksel modelleme, sanal bina performans modellemevedeneysel doğrulama gibi üç ana analiz yaklaşımı ortaya çıkmaktadır. Bina modelleme yöntemi, kalibrasyon sonrası koşturulan analizlerin sonucunda enerji tasarrufu için farklı senaryoların hem konfor hem de maliyet açısından değerlendirilmesi için hızlı ve etkin bir yöntemdir.Bu çalışmanın amacı, tarihi bir yapının iç ortamında yapılacak mikro klima izleme ve değerlendirmeye yönelik sistematik bir yaklaşım ortaya koymaktır. Bu doğrultuda, Manisa’da yer alan Ulu Cami, bu yaklaşımın örneklendiği tarihi yapı olarak seçilmiştir.

YÖNTEM Tarihi binaların iç ortam mikro klima analizi, koruma projelerinin hazırlanması aşamasında verilecek kararlarda yönlendirici olabilmektedir. Analiz yaklaşımı, binaların kültürel mirası korunarak ısıl konforunun iyileştirilmesi için olası uygulamalar ve etkileri dikkate alınarak belirlenmiştir. Yöntem, detaylı veri toplama, sanal bina enerji performans modelinin oluşturulması, ölçümler, sonuçların değerlendirilmesi ve kalibrasyon ile ısıl konfor değerlendirmesi başlıklarından oluşmaktadır. Yöntemin akış diyagramı Şekil 1’de verilmiştir.

Şekil 1.Analiz yaklaşıma yönelik akış diyagramı

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

551

Detaylı Veri Toplama İlk adımda, çalışma yapılacak tarihi binanın mevcut ise röleveleri ve restorasyon projeleri edinilmelidir. Projelerden ve gözlemlerden, kullanılan yapı malzemeleri, inşaat teknolojisi, var ise ısıtma/soğutma sistemi, kullanım şekli, kullanıcı sayısı ve kullanım takviminin belirlenmesiamacıyla veri toplanmalıdır. Binaya ait verilerin yanı sıra binanın bulunduğu yere ait iklim verileri de edinilmelidir. Bu veriler en yakın meteoroloji istasyonundan alınabileceği gibi binanın bulunduğu yere mini meteoroloji istasyonu da kurulabilir. Sanal BinaIsıl Performans Modelinin Oluşturulması İkinci adım olarak;ilk adımda toplananbinaya özgü parametreler, binanın bulunduğu bölge, konum ve kullanım şekli dikkate alınarak, güvenilirliği kanıtlanmış bir dinamik bina ısıl performans yazılımındaüç boyutlu sanal bir bina modeli oluşturulmalıdır. Ramazan ayının her yıl farklı dönemlere denk geliyor olması, kullanıcı kaynaklı iç ısıl kazancı arttıracağı ve dolayısıyla ısıl konforu olumlu veya olumsuz etkiyelebileceği için modelde dikkate alınmalıdır. Ölçümler Binanınsanalmodeli koşturulduktan sonra elde edilen sonuçlarıngerçeğe yakınlığının test edilmesindekullanılmak üzere bina içinde ve dışında farklı noktalardan sıcaklık, nem, hava hızı vb. ölçüm verileri toplanmalıdır. Veri toplama süresi tüm mevsimleri kapsayacak şekilde en az bir yıl boyunca sürekli olmalıdır. Sonuçların Değerlendirilmesi ve Kalibrasyon Model pek çok kabulü içereceğinden, gerçeğe en uygun modelin elde edilebilmesi için alınan ölçümler ile model sonuçları karşılaştırılır. ASHRAE Guideline14’de belirlenenNMBE (Normal Ortalama Sistematik Hata) ve CV(RMSE) (Kare Ortalamalarının KareköküDeğişkenlik Katsayısı) parametrelerine göre model sonuçları ile ölçüm değerleri arasındaki farklar belirlenir. Bu göstergeler sırasıyla aşağıdaki denklemler (1) ve (2) ile hesaplanmaktadır. NMBE'nin saatlik bazda kabul edilebilir değer aralığı ±% 10 ve CV (RMSE)'nin saatlik bazda kabul edilebilir değer aralığı ±%30’dur. Model, belirtilen limitlere ulaşıncaya kadar kalibre edilir (ASHRAE Guideline 14, 2002).

NMBE (%) = (100/Tma) * [ Σ(Ts-Tm)] /N (1) CV(RMSE) (%) = (100/Tma) * [1/N*(Σ(Ts-Tm) 2)] ½ (2)

N : Ölçüm sayısı Tma : Ölçüm sıcaklıklarının ortalaması Ts : Saatlik olarak sıcaklık sonucu (Model) Tm : Saatlik olarak sıcaklık sonucu (Ölçüm) Isıl Konforun Değerlendirilmesi Model,ASHRAE 14’e göre kalibre edildikten sonra, binanın ısıl konforunun belirlenmesi için Fanger’in PMV metodu kullanılır. ModelinEN ISO 7730’da belirtilen eşik değerleri sağlayıp sağlamadığı araştırılır(EN ISO 7730, 2006). Eğer binanın mevcut durumunda, istenen ısıl konfor sağlanamıyor ise binaya yapılacak çeşitli müdahalelerle ısıl konfor seviyesi iyileştirilmeye çalışılır. Müdahaleler binanın tarihi değerleri gözönünde bulunarak yapılabilir.

DURUM ÇALIŞMASI: MANİSA ULU CAMİ

Manisa-Spil Dağı’nın kuzey eteklerinde bulunan Manisa Ulu Cami Kompleksi, 1366yılında inşa edilmiştir. Cami, medrese, türbe ve çeşmeden oluşan kompleksin 80 m kuzeydoğusunda hamamlar bulunmaktadır (Şekil 2).Külliye, 1313-1410 yılları arasında Batı Anadolu'da hüküm süren Türk Saruhan Emirliği’nin (Saruhanoğluları)3. Bey’i İshak Çelebi (1357-1388) tarafındanMimar Emet Bin Osman’a yaptırılmıştır (T.C. Kültür ve Turizm Bakanlığı, 2017).

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

552

Şekil 2.Manisa Ulu Cami’nin konumu (Google Earth, 2017), vaziyet planı ve kuzey cephe çizimi

(İYTE Mimari Restorasyon Bölümü, 2015) ve dış cephe fotoğrafları

Kompleksin doğu bölümünde yer alan Cami yaklaşık olarak iki eşit büyüklükteki mekandan (avlu venamazgah)oluşmaktadır.Her iki mekan da,yedi tanesi boyuna dört tanesi enine olacak şekilde 28 bölmeden oluşmaktadır. Bu bölmelerden dokuzunun tavanı avluda açık bırakılırken, namazgâhda 11 m çapında olan ve sekizgen sütunlar üzerine oturtulan bir kubbe ile örtülmüştür (Şekil 3).

Şekil 3.Manisa Ulu Cami Planı(rölöve çizimlerinden uyarlama:İYTE Mimari Restorasyon Bölümü,

2015) ve namazgâha ait iç mekanfotoğrafları (Mekan360, 2017)

VERİ TOPLAMA

Çalışmada öncelikle yapı bileşenlerine ait malzemeler, kalınlıkları, termo-fiziksel özellikleri varsaröleve çalışmalarından toplanmış, yoksa kabuller yapılmıştır. Tablo 1’de her bir bileşen içinkabul edilen ısıl geçirgenlik katsayıları görülmektedir. Bina duvarlarının, değişken kalınlıkta olan yapısı sebebiyle duvarın kapladığı hacim mümkün mertebe sabit tutularak duvar kalınlığı sabitlenmiştir.

Tablo 1. Yapı elemanlarının termo-fiziksel özellikleri Yapı Bileşenleri Toplam Isıl Geçirgenlik Katsayısı (U)

(W/m2K) Dış Duvar 1,392 Zemin 0,297 Çatı 2,167 Pencereler 6,121 Kapılar 1,685

Cami namaz saatleri her vakit ve her gün için güneş doğuş ve batışına, aynı zamanda da ay takvimine göre farklılık göstermesi nedeniyle her ay için ayrı ayrı düşünülerek ortalamaları alınmıştır. Cami’deki kullanıcı doluluk oranları,beş vakitve Cuma öğle vakti namazlarına iştirak sayısı gözlemlenerek ve imam ile görüşülerekbelirlenmiştir.Ölçümün yapıldığı 2016 yılında yaz aylarına denk gelen Ramazan ayı teravih namazlarındaki kullanıcı profil ve sayısı, namazgâh kısmının alabileceği kadın ve erkek sayısı hesaplanıp,denk gelen gün ve saatler dikkate alınarakmodele girilmiştir. Camiyönlenmesiiçin Google-Haritalar programı kullanılarak kıble duvarından referans açı alınmıştır.

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

553

SANAL BİNA PERFORMANS MODELİNİN OLUŞTURULMASI

Manisa Ulu Cami’nin sanal modellemesi ve mikro klima analizi için kullanıcı dostu bir dinamik bina ısıl performansyazılımı olan DesignBuilder(Versiyon 4.7.0.027) seçilmiştir (DesignBuilder, 2016). Model hazırlanırkenöncelikleCami’nin detaylı planı AutoCad LT 2008programı kullanılarak,performans yazılımının gerektirdiği ölçüde basitleştirilmiştir (AutoCad, 2017). Sonrasında iki boyutlu dosya DesignBuilderyazılımıile çağrılarak orantılanmış ve üzerinde çalışılarak üç boyut olarak modellenmiştir. Ardından; yapı malzemeleri, inşaat teknolojisi, kullanım şekli, kullanıcı sayısı ve kullanım takvimi pencere ve kapı bileşenleri modele tanımlanmıştır.

ÖLÇÜMLER Kalibrasyon çalışmaları için, daha sonra modelin simulasyon sonuçları ile karşılaştırmak üzere Şekil 4’dekırmızı olarak gösterilen farklı yer ve kottaki noktalara, sıcaklık ve nem ölçüm cihazları konularak 20 Nisan 2016 ile 18 Ekim 2016 tarihleri arasındaki altı aylık periyotta10 dakika ara ile veri toplanmıştır. İç ortam sıcaklığını temsilen, kubbenin merkezinde zeminden 2.5 m yükseklikteyer alan ölçüm cihazı verileri kullanılmıştır.

Şekil 4. İç ortama yerleştirilmiş ölçüm cihazlarının yerleri

Ölçüm Sonuçları Şekil 5'de 20.04.2016 ve 18.10.2016 tarihleri arasında Manisa Ulu Camiiç mekanve dış ortamdan alınan sıcaklık verileri görülmektedir. En yüksek sıcaklık 33˚C ile 17.08.2016'da saat 15:00’de görülmüştür.Altı aylık süreçte kaydedilen en düşük sıcaklık ise 19,1˚C ile 24.04.2017 tarihinde sabah 04:00 ile 08:00 saatleri arasında görülmüştür.

Şekil 5. İç ve dış ortam sıcaklık verileri

SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ ve KALİBRASYON

Kalibrasyon işlemi, binanın gerçek ölçüm sonuçları ile model analiz sonuçları arasındaki farkın düşürülerek model analiz sonuçlarının gerçek sonuçları yansıtması için yapılan bir dizi ayarlama işleminden oluşmaktadır. Bu aşamada duvar kalınlıkları, yapı malzemeleri, iç mekân doluluk oranları

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

554

vb. kabul kriterleri ve parametreleri tekrar tekrar gözden geçirilerek gerçeğe en yakın sonucu verecek olan yaklaşım ile ilerlenmelidir. Kalibrasyon Sonuçları Bu doğrultuda,simülasyon koşturularak analiz sonuçları alınmış, iç ortamdan alınan ölçümler ile kıyaslanmıştır. Burada analiz sonuçlarının gerçek değere yakınlığı, sonrasında yapılacak olan ısıl konfor hesaplarında kullanılacağından önem arz etmektedir. Ayrıca, ölçülen ve modelden elde edilen değer birbirine ne kadar yakın ise mikro klima analiz sonuçlarından çıkartılacak olan enerji verimliliğinin uygulamaları o kadar gerçeği yansıtmaktadır.Şekil 6’da Cami içerisinden alınan ölçümler ile analiz sonuçları aynı grafikte görülmektedir. Tablo 2’de ise karşılaştırma, ASHRAE 14 Standardına göre hesaplanarak NMBE ve CV(RMSE) değerleri hesaplanmış ve Standardın kabul limitlerine göre kontrol edilmiştir. Sonuç olarak, analiz NMBE değeri %10’un ve CV(RMSE) değeri ay bazında %30’un altında kaldığı için modelin gerçek sonuçları yansıttığı kabul edilmiştir.

Şekil 6. Ölçüm değerleri ile analiz değerlerinin kıyaslanması

Tablo 2. Kalibrasyon sonuçlarının ASHRAE 14 Standardına göre değerlendirilmesi

Kalibrasyon Sonuçları

Ay NMBE CV(RMSE)

(%) Nisan 5,80 6,31 Mayıs 1,83 4,71 Haziran 2,94 5,46 Temmuz 1,88 4,31 Ağustos -0,18 3,63 Eylül 0,30 2,77 Ekim 0,21 1,52 ASHRAE 14 (ASHRAE Guideline 14, 2002) ±10 30

ISIL KONFORUN DEĞERLENDİRİLMESİ

Şekil 5’de görülen sıcaklık ve bağıl nem verileri olarak yazılımdan alınan analiz sonuçlarının aylık ortalama değerleri kullanılarak, ay bazında EN ISO 7730 Standardında tanımlı olan PMV ve PPD metotları ve formüllerine göre hesaplamalar yapılarak ısıl konfor analizleri yapılmıştır. PMV, Tablo 3’de görülen 7 farklı ısıl derecelendirmeye dayanmaktadır. PMV sonucunda hesaplanan PPD değeri kişilerin hoşnutsuzluk yüzdesini vermektedir. PMV ve PPD sırasıyla Eşitlik (3) ve (4) ile hesaplanır.

Tablo 3. EN ISO 7730 (2006) ısıl değerlendirme kriteri

Sıcak Ilık Hafif ılık Ne sıcak ne soğuk Hafif serin Serin Soğuk

3 2 1 0 -1 -2 -3

PMV = (0.303 e-0.036M + 0.028) L (3)

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

555

PPD = 100 − 95 . exp(−0,03353. PMW4 − 0,2179. PMW2) (4) M :Metabolizmahızı L :Isıl yük

Tablo 4’de görülen PMV ve PPD hesaplarında namaz kılanların giysileri mevsimlere göre düşünülerek seçilmiştir. Bu durum kış ve sonbahar ayları için hoşnutsuzluk seviyesini düşürse de, yaz aylarında bir soğutma ihtiyacını açıkça ortaya koymaktadır(Şekil 7).

Tablo 4. Aylara göre PMV, PPD değerleri ve

Aylar Hava

Sıcaklığı (℃)

Bağıl Hava Hızı (m/s)

Bağıl Nem

(%)

Metabolizma Hızı

(met)

Giysi Faktörü

(clo)

PMV

(-)

PPD

(%)

Ocak 10,33 0,10 60,66 1,60 1,30 -0,74 16,71 Şubat 11,11 0,10 58,25 1,60 1,30 -0,64 13,68 Mart 13,09 0,10 54,01 1,60 1,30 -0,37 7,92 Nisan 18,53 0,10 48,39 1,60 1,30 0,36 7,68 Mayıs 21,15 0,10 44,19 1,60 0,50 -0,22 6,04

Haziran 27,01 0,30 37,45 1,60 0,50 0,81 18,90 Temmuz 29,54 0,30 33,41 1,60 0,50 1,44 47,73 Ağustos 29,29 0,30 39,07 1,60 0,50 1,41 46,42

Eylül 26,78 0,30 34,53 1,60 0,50 0,73 16,36 Ekim 21,53 0,10 42,48 1,60 1,00 0,51 10,48 Kasım 15,36 0,10 60,74 1,60 1,00 -0,41 8,62 Aralık 11,80 0,10 63,42 1,60 1,30 -0,53 10,95

Şekil 7. Aylara göre PMV ve PPD değerleri

Bunun yanı sıra yapılan yaz değerlendirmesinde caminin gün boyu kullanılmadığı gözönüne alınarak en kritik zaman dilimi olan Ağustos ve Temmuz ayları öğle ve ikindi namazı saatleri için tekrar analiz yapılarak PMV ve PPD hesaplandığında, PPD değerinin %54 seviyelerine kadar arttığı görülmektedir (Tablo 5).

Tablo 5.Ağustos ayı öğle ve ikindi namaz vakitleri için PMV ve PPD değerleri

Aylar Hava

Sıcaklığı (℃)

Bağıl Hava Hızı (m/s)

Bağıl Nem

(%)

Metabolizma Hızı

(met)

Giysi Faktörü

(clo)

PMV

(-)

PPD

(%) Ağustos Ayı

Öğle 29,44 0,3 38,68 1,6 0,5 1,45 48,4 İkindi 29,82 0,3 38,57 1,6 0,5 1,55 53,7

Temmuz Ayı Öğle 29,34 0,3 37,77 1,6 0,5 1,42 46,6

İkindi 29,84 0,3 36,44 1,6 0,5 1,54 53,1

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

556

YORUMLAR Binaların modellenmesi, maliyetli yatırımlardan önce binaların analiz edilerek amaca yönelik en az maliyetli ve optimum yatırımlar ile konfor koşullarının elde edilebilmesini, tarihi binalara uygun ısıl konfor iyileştirme önerilerinin test edilebilmesini sağlar. Bu öneriler ve sonuçları tarihi binalardan sorumlu kurumların yapmayı planladığı enerji etkin restorasyon çalışmalarına ışık tutacaktır. Manisa Ulu Cami’nin modellenmesi ile Cami’nin konfor koşulları (PMV ve PPD)belirlenmiştir. Isıtma ve soğutma sisteminin bulunmadığı, yazın namaz vakitleri sırasında vantilatörlerin kullanıldığı Cami’de namaz kılanların kış aylarında seçtikleri kıyafetlerin onları soğuğa karşı koruduğu ortaya konmaktadır. Cami içerisine yerleştirilmiş olan vantilatörler yaz aylarında özellikle öğle ve ikindi vakitleri için ortamı serinletmekte fakat cemaati rahatlatmakta yetersiz kalmaktadır.Özellikle Temmuz ve Ağustos ayı verileri dikkate alındığında PPD değeri %54’lere kadar çıkmaktadır. Bu durum Cuma namazı vakitlerinde daha da kötüleştiği için bir soğutma sistemine ihtiyaç olduğu görülmektedir. Cami için önerilecek farklı soğutma/ısıtma sistemleri uygulamaları, modele rahatlıkla uyarlanıp bina enerji tüketimi ve ısıl konfora etkileri belirlenebilir. Bu öneriler arasından tarihi dokuya zarar vermeyecek olanlar bu binadan sorumlu olan Vakıflar Genel Müdürlüğü tarafından seçilip uygulanabilir. Teşekkür Manisa Ulu Cami’de yapılmakta olan çalışmaya izin veren Vakıflar İzmir Bölge Müdürlüğü’ne, Manisa Ulu Cami çalışan ve sakinlerine minnetlerimizi sunarız. Ayrıca, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Mimari Restorayon Bölümü’ne Manisa Ulu Camirölöve çizimlerini sağladığı için teşekkür ederiz.

KAYNAKLAR

Al-Homoud MS, Abdou AA, Budaiwi IM (2009) “Assessment of monitored energy use and thermal comfort conditions in mosques in hot-humid climates,” Energy and Buildings 41, 607–614

Ascione F, Ceroni F, De Masi RF, de’ Rossi F, Pecce MR (2015), “Historical buildings: Multidisciplinary approach to structural/energy diagnosis and performance assessment,” Applied Energy 185, 1517 - 1528.

ASHRAE Guideline 14-2002 (2002), Measurement of Energy and Demand Savings, ASHRAE, Atlanta

Aulicems A, Szokolay SV (1997), Thermal Comfort, 2nd Ed., PLEA, ISBN 0 8676 729 4 AutoCad LT 2008 (2017), URL Adresi: https://www.autodesk.com/products/autocad/overview

(Erişim tarihi: 01.05.2017) Badran AA, Jaradat AW, Bahbouh MN (2013), “Comparative study of continuous versus intermittent

heating for local residential building: Case studies in Jordan,” Energy Conversion and Management 65, 709–714

Budaiwi I, Abdou A (2013), “HVAC system operational strategies for reduced energy consumption in buildings with intermittent occupancy: The case of mosques,” Energy Conversion and Management 73, 37–50

Dalla Mora T, Cappelletti F, Peron F, Romagnoni P, Bauman F (2015), “Retrofit of an historical building toward NZEB,” Energy Procedia 78, 1359 – 1364

DesignBuilder (2016), Version 4.7.0.027, URL adresi: https://designbuilder.co.uk/ (Erişim Tarihi: 01.05.2017)

EN ISO 7730:2006 Ergonomics of the thermal environment- Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria, CEN, İsviçre

Fanger PO (1970), Thermal Comfort Analysis and Applications in Environmental Engineering, 1st Ed., Danish Technical Press, Copenhagen

Fanger PO, Toftum J (2002), “Extension of the PMV model to non-air-conditioned buildings in Warm Climates,” Energy and Buildings 34, 533-536

Google Earth (2017), URL Adresi: https://www.google.com.tr/maps/place/Ulu+Cami (Erişim Tarihi: 02.06.2017)

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

557

Houghten FC, Yagloglou CP (1923) “Determination of comfort zone”, Trans. ASHVE, 29:361 İYTE, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Mimari Restorasyon Bölümü Röleve Çizimleri (2015), Urla,

İzmir Mekan 360 (2017), URL Adresi: http://www.mekan360.com/360fx_ulucamiimanisa.html (Erişim

Tarihi: 02.06.2017) Panchyk K (1984) Solar Interiors: Energy-Efficient Spaces Designed for Comfort, Van Nostrand

Reinhold Company Inc., USA Szokolay SV (1985), Advances in Solar Energy pp 257-296, Thermal Comfort and Passive Design,

Advances in Solar Energy, 2nd Ed., Springer, Boston T.C. Kültür ve Turizm Bakanlığı Manisa İl Kültür ve Turizm Müdürlüğü (2017), URL Adresi:

http://www.manisakulturturizm.gov.tr/TR,73021/ulu-camii-ve--kulliyesi-manisa-merkez.html (Erişim Tarihi: 02.06.2017)

Vitruvius P (1960), The Ten Books on Architecture, Additional Writer: Morgan MH, Dover, New York

Uluslararası Katılımlı 6. Tarihi Yapıların Korunması ve Güçlendirilmesi Sempozyumu / 2-3-4 Kasım 2017

558