jj fhntu
Transkript
jj fhntu
Makale •Article T* M ıJPSÿı İlkoku JJiJ JÛJİJ •id bu I ve En jj fhntu L™J fl i i t*T rj fJ\ i * r Ir rr. t M m N- I -JJ Vbui I ı I V f f t* f * ûtemm AJGJ£ •Tı Ju: f uyjjb ( Özet: ilkokul sınıfları çocukların, aileleri olmaksızın girdikleri ilk sosyal çevredir. Bu çevreler Türkiye'de birçoğunda sağlık koşulları ile bazı temel ekipmanların bulunmadığı, dikkatsizce hazırlanmış bir mimariye sahip mahaller olarak genellikle birörnek olaraktasarlanmış okul binalarıdır. Okuma, yazma gibi eğitim dönemi içerisinde büyük öneme sahip görsel işlevler için, binada görsel konfor koşullarının sağlanması bir gerekliliktir. Sınıflardaki gerekli aydınlatma düzeyi 300 lüks olarak verilir ve sıralarda yatay düzelem, karatahta ve duvarlarda veya duvardaki panolarda düşey düzlem referans alınır. Çocuğun derse ilgisini desteklemek ve dikkatinin öğretmen ve tahtada odaklanmasını sağlamak üzere tahtadaki aydınlanma düzeyi en az sıralardaki düşey aydınlanma düzeyi kadar olmalıdır. Sınıfın genel aydınlatma sistemi, genellikle doğal ve yapay aydınlatma olarak tasarlanır. Ruhbilimsel etkileri dikkate alındığında gün ışığının önemi hiçbir zaman azımsanamaz. Sınıfların doğal olarak aydınlatılması görsel konfor ve enerji tasarrufu bakımından uygun olup, öte yandan, yanlarda yapay aydınlatmanın neden olduğu parlama ve sıcak dönemlerde aşırı ısı kazancı gibi hususların kontrol edilmesi gereklidir. Bu çalışmada, sınıfların aydınlatılmasına ilişkin uluslararası standartlar kısaca açıklanmış ve durum çalışmasına konu olan sınıf, aydınlatma koşulları bakımından araştırılmıştır. Görsel konfor ve enerji tüketimini optimalleştirmek için durum çalışmasına konu olan sınıf için önerilen bir aydınlatma sistemi geliştirilmiştir. Anahtar kelime: Görsel konfor, Aydınlatma, Enerji verimi, ilkokullar Abstract:Primary school buildings are the first social environments that children attend without their families. In Turkey, these environments are generally prototype school buildings designed as spaces with an inattentive architecture by a majority lacking health conditions and some basic equipment. As visual tasks such as reading, writing are of great importance during the educational period, providing visual comfort conditions in these buildings is essential. The required illumination level in classrooms is given as 300 lx and must be considered as horizontal reference plane on desks and vertical reference plane on chalkboard, walls or charts on the walls. To support the pupil's interest for the lessons and concentrate their attention to the teacher and to chalkboard, the illumination level on chalkboard must be at least as much as the vertical illumination level on desks. The generallighting system of classrooms is usually designed with the combination of natural and artificial lighting. The importance of daylighting is incontrovertible when its psychological effects are taken into consideration. Lighting classrooms naturally is appropriate for visual comfort and energy conservation on the other hand negations like glare caused by usage of side lighting and undesirable heat gain through the windows in the overheated period must be controlled. In this study, given international standards about classroom lighting is briefly explained and a case study classroom is investigated from lighting conditions point of view. A proposed lighting system for the case study classroom is developed to optimize the visual comfort conditions and the energy consumption. Keywords: Visual comfort, lighting, energy efficiency, primary school S 1. Giriş: Kullanıcıları temelde 6-12 yaş arasında olan ilkokul binalarındaki görsel konfor koşulları, çocukların gözlerinin korunması, görsel performanslarının iyileştirilmesi ve öğrenme performanslarını yüksek bir düzeyde tutulması ve kendilerine ruhsal açıdan zevkli bir atmosfer sağlanması bakımından önemlidir. Eğitimle ilgili binalarda aydınlatmanın temel amacı, görsel konfor bakımından öğrenciler ve öğretmen için yaşanabilir bir çevre oluşturmaktır. Bu da, görsel işlevlerin hızlı, rahat ve doğru biçimde yerine getirilmesiyle olanaklıdır. İçeride bulunanlara rahat bir çevre yaratmak için, gerekli düzeyde aydınlatma, göz kamaşmasının önlenmesi ve ışığın eş-biçimli dağılımı gibi görsel konfor koşullarının sağlanması gerekmektedir. Sınıflardaki aydınlatma sıralardaki yatay okuma ve yazma etkinlikleri ile tahta ve duvarlardaki düşey etkinlikleri gerçekleştirmek için uygun olmalıdır. Sınıflardaki aydınlatma düzeyi sıra dizilerinin üzerinde döşemeye paralel bir referans düzleminde ve karatahtaya, duvarlara, yazıtablolarına ve haritalara paralel düşey bir referans düzlem üzerinde 300 lüks (Anon,1986) (Anon,1994) olarak verilmektedir. TTMD Temmuz •Ağustos 2009 Sınıflar eğitimsel olanakların içeriği dikkate alınarak iki sınıfta araştırılmalıdır; oturma sıralarının sabit olduğu ve hareketli olduğu sınıflar. Sınıfları kullanmadaki temel neden bilginin verilmesi, aktarılması ve özümlenmesini sağlamaktır. Bilgi, görsel, işitsel veya genellikle olduğu gibi her ikisiyle birden verilir. Aslında, aydınlatma, sınıftaki görsel performansı etkilemesi yanında, mantıklı düşünme ve ilginin artması gibi entellektüel etkinliklerle de doğrudan bir ilişki içerisindedir. Yapılan tesislerin türlerine bağlı olarak sınıflar için gerekli aydınlatma düzeyleri değişebilir. Sınıflar genellikle sınıfın derinliklerine gün ışığının ulaşmasını azaltan yan duvarlarda pencerelere sahiptir. Yapay aydınlatma sistemi çalışma saatleri içerisinde çalışma düzlemlerinde gerekli aydınlatma düzeylerini sağlamalı ve birörneklik (üniformluk) oluşturmalıdır. Aydınlatmadaki enerji tüketimini azaltmak için, yapay aydınlatma gün ışığının tamamlayıcı bir elemanı olarak tasarlanmalı ve aydınlatma miktarları (luminaire) sınıftaki gün-ışığı bulunabilirliğine göre kontrol edilmelidir. Gözkamaşmasından (parlama) kaçınma ve ışığın eş-biçimli dağılımı gereklidir. Özellikle bir direk güneş ışığı durumunda, sınıfların gün ışığı almasında parlamanın kontrolü temel düşüncedir. Sınıflarda görsel ve ısıl konfor koşullarının sağlanması yönünden, güneş ışığının doğrudan girişi önlenmelidir. Aydınlatma elemanları düzgün bir aydınlatma dağılımı sağlamak üzere tavana yerleştirilmelidir. Aydınlatma elemanlarının sıralar halinde yerleştirilmesi gölgelerin uzamasını önler. Çocukların bakış yönü genellikle ışık kaynağına dik olduğundan, gözlerin kamaşması kontrol edilmelidir (Anon,1986) (Anon, 1992). Çocukların yaptıkları işe ilgilerini desteklemek ve dikkatlerini öğretmen ve tahtaya odaklamak için, tahtanın aydınlatması en az yatay çalışma-düzlemindeki kadar olmalıdır. Işık kaynakları yüksek bir renk geri-verim indisinde (CRI>75) seçilmelidir (Anon, 2000). Bu çalışma, görsel konfor koşulları ve enerji verimi bağlamında bir sınıfın araştırılmasını kapsamaktadır. Görsel konfor koşullarını ve enerji verimini iyileştirmek için bir aydınlatma sistemi geliştirilmiş ve burada açıklanmıştır. 2. Araştırılan Binanın ve Örnek-Durum Çalışmasındaki Sınıfın Açıklanması Araştırılan bina olan İTÜ Natık Birkan İlkokulu lstanbul,41.06 enlem ve 29.02 boylamda, ılıman iklimde yer almaktadır. Bina 720 öğrenciye 8 yıllık ilkokul hizmeti vermektedir. Bina mimar Selim Velioğlu tarafından tasarlanmış ve 2000 yılında İTÜ Maslak kampüsünde inşa edilmiştir. Yerleştiği arazının dik eğimli oluşu nedeniyle her kata toprak seviyesinden (zemin) ulaşılabilmektedir. Dış alanların önemli bir çoğunluğu eğime göre çatı terası biçiminde tasarlanmıştır. Bina, Milli Eğitim Bakanlığının bu tür bir okul için koyduğu 7 000 m2 lik birtoplam alana sahip olup, kapasitesi kolaylıkla anlaşılabilir bir çevre yaratmak için özel bir kesim için tasarlanmıştır. Bu yolla, öğrenciler kendilerine değişik yersel deneyimler ve anılmaya değer bir kimlik sunan bir mahalde yaşamlarının sekiz yılını geçirmektedir. Araştırma, binanın doğuya bakan tarafında, zemin kattaki bir sınıfta yapılmıştır. Sınıfta bitirme yüzeyleri olarak, döşemede ahşap parke kaplama ve duvarlarda plastik boya kabul edilmiştir. Araştırılan mahal boyutları 6,97 x 7,32 dir. Sınıf 19 öğrenci ve 1 öğretmen olmak üzere 20 kişi tarafından kullanılmaktadır. Sınıfta öğrencilerin herbirine ait, yine ahşap malzemeden ve döşeme ile aynı renkte olan dolaplar da bulunmaktadır. 3. Durum Çalışması Yapılan Sınıftaki Aydınlatma Sisteminin Araştırılması Durum çalışması yapılan sınıftaki aydınlatma sistemi aşağıdaki başlıklarda araştırılmıştır. 3.1 Gün-lşığı Sistemi incelenen sınıfın doğu cephesindeki 7 pencere yoluyla gün ışığı sağlanmaktadır. Pencere boyutları 0.97x1.50 olup 0.46 gibi bir saydamlık katsayısı oluşturmaktadır. PVC kasa içerisinde çift cam kullanılmıştır. Duvarlar ve tavan açık bej renkte olup bunun yansıtıcılığı % 83'dür. Bu sistemden kaynaklanan gün-ışığı bulunabilirliği Radiance 2.0 Beta simülasyon yazılım programı ile tahmin edilmiştir. (Ward, Shakespeare, 1998). Simülasyonlar 2006-2007 akademik yılında içeride insanların bulunduğu sürelerde yapılmıştır. Temmuz ve Eylül arasındaki her ayın 15. günü karakteristik gün olarak seçilmiştir. Simülasyonlar saatlik olarak çalışma düzlemindeki 9 noktada gerçekleştirilmiş ve sonuçlar sınıflarda gerekli aydınlatma olan 300 lüks cinsinden değerlendirilmiştir. İçerisinde gün-ışığının gerekli aydınlatmayı sağladığı ve günışığının bulunmadığı zaman aralıkları belirlenmiştir. Bu saatler Tablo 1 'd e verilmektedir Tablo 1. Araştırılan sınıfta günışığının bulunabilirliği G=Yeterli aydınlatma düzeyi sağlayacak günışığı bulunuyor r >ı Binada 24 sınıf, 8 laboratuar, atölyeler, bir adet çok amaçlı salon, yemekhaneler, bir kütüphane, yönetim ofisleri ve teknik mahaller yer almaktadır. Binada ayrıca hem kapalı oyun salonu hem de çok-amaçlı salonun fuayesi olarak kullanılabilen bir dahili atrium vardır. İnsanlar genelde 8.30-15.40 arasında içeride bulunmaktadır. Şekil 1'de binanın 3 boyutlu görünümü verilmiştir. 7.00 İki.) Kas Mrl N» Mys (i (i (i Ci G G G G G G G _G_ G_ Ci G G G Ci Ci G G G Ci Ci G G G G G G G G G G G Ci G Ci Ci Ci G Ci G G G G G G G Ci G G Ci G G G G G Ar» Ock îsht Ci 8.00 G G G G 9.00 G G _G_ Ci G G G G (i 0.00 1.00 Ci G 2.00 G G G 3.00 Ci Ci 4.00 5.00 G G G Ci fe.00 G 7.00 11/ - =Günışığı yetersiz. şfipnı Sffi '. r mm Şekil 1. Araştırıları Okul Binasının 3B Görünüşü 18 M il 3.2 Yapay Aydınlatma Sistemi ilkokul binalarının gündüz kullanılmalarına rağmen, yeterli günışığı bulunmaması halinde yapay bir aydınlatma sisteminin kullanımı gerekebilmektedir. Şu anda sınıfta, 3 sıra halindeki parabolik panjurlu 9 adet 4x18 W fluoresan aydınlatma elemanı kullanılmaktadır. Aydınlatma elemanları, pencereye dik düzlemde 3 sıra halinde kontrol edilmektedir. Sonuçta, gün ışığı aydınlatma düzeyinin 300 lüks'ün altında olması durumunda 9 adet aydınlatma elemanı (avize) çalıştırılmaktadır. Sınıftaki oturma düzeni ile yapay aydınlatma sisteminin şematik gösterimi Şekil 2 a ve b’de verilmiştir. TTMD Temmuz •Ağustos 2009 Makale •Article 0.34 COTOOtıD ctıtıtıtıo s ooeeetıt] I >13° Şekil 2. a) Oturma Düzeni; bjYapay Aydınlatma Sistemi Araştırılan sınıftaki enerji tüketimi çalışma saatleri sırasındaki günışığı bulunabilirliğine, kurulu yapay aydınlatma sistemine ve kontrol sistemine dayanarak tahmin edilmiştir. Buna göre, gün ışığının gerekli aydınlatma düzeylerinin altında olduğu saatler için 4x18x9 Watt enerji tüketimi hesaplanmıştır. Karakteristik günlere ve gün içerisindeki çalışma saatlerine dayanan aylık enerji gereksinimleri tahmin edilmiştir. Akademik yıl içindeki çalışma saatlerine dayanan, sınıfın hali hazırdaki yıllık enerji gereksinimi Tablo 2 de verilmektedir. -4 Şekil 3. Araştırılan Sınıf için Önerilen Gölgeleme Sistemi Doğuya bakış nedeniyle, hem görsel hem de iklimsel konfor ve aydınlatma, ısıtma, soğutma yükleri bakımından hareketli bir gölgeleme sistemi tercih edilmektedir. Gölgeleme araçları yüksek yansıtıcılığa sahip alüminyum malzemeden seçilirken, parlama sorunundan kaçınma da dikkate alınmıştır. Önerilen gölgeleme sisteminin fiziksel özellikleri Tablo 3’de verilmektedir. Tablo 3. Önerilen Gölgeleme Sisteminin Fiziksel Özellikleri Tablo 2 Araştırılan Sınıfta Aydınlatma Gücü Gereksinimi Aylar Eylül Ekim Kasım Aralık Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs Haziran Giiııliik (W) 648 12% 3240 3888 3888 2592 1296 648 0 0 Yıllık Aylık (W) 6480 28512 71280 81648 73872 33696 28512 12960 0 0 336960 Gölgeleme aracı Eğim Dışsal.harckctli.yataay çoklu elemanlar 30° Araştırılan sınıfta gün-ışığı ve güneş kontrolü, yapay aydınlatme ve kontrol sistemlerini içeren yeni bir aydınlatma sistemi önerilmekte olup, bu sistemlerle ilgili açıklamalar aşağıda verilmektedir. Mal/cmc Yüzey özellikleri Alüminyum R:% 79 T:%40 S:%50 R:%IO R:Yansıtıcılık katsayısı, T:Saydamlık katsayısı, S:Yansıtıcılık, R:Pürüzlülük Tablo 4. Günışığı ile Aydınlatmanın Yeterli ve Yetersiz Olduğu Zaman Aralıkları. t>ı r.km Ka\ Ara Ock Şh» M rt G N* G G G G G ti G ti ti G ti G ti ti G ti ti ti ti 7.00 G G G '».İHI ti G 0.00 ti (i G ti 2.00 ti G ti G ti G 3.00 (i ti G ti 8.00 1.00 4. Araştırılan Sınıf İçin Önerilen Bir Aydınlatma Sisteminin Tasarımı Klcmun sayısı 4 4.00 (i 5.00 (i 6.00 7.00 (i G ti G ti G G (i ti G G G ti G ti Mys 11/ G ti G G G ti G ti G ti G G ti ti ti (i ti G ti G ti ti G:Gerekli aydınlatmayı sağlayan gün-ışığı bulunabilirliği 4.1 Günışığından Yararlanma ve Güneş Kontrolü Enerji etkin tasarım ilkelerinin bir parçası olan yöne göre tasarlanan cephe sistemi önerilirken, doğuya bakan sınıfa sabah saatlerinde direk güneş ışınlarının girmesini kontrol etmek üzere dışsal bir gölgeleme sistemi önerilmektedir. Güneş kontrol sisteminin sabah 7.00-12.00 arasında ve Eylül, Mayıs ve Haziran aylarında kullanılması düşünülmektedir. Önerilen sistem sadece estetik ve işlevsel gereksinimleri karşılama bakımından değil fakat aynı zamanda, malzeme ve boyutlar açısından da kullanımı pratik olacaktır. TTMD Temmuz •Ağustos 2009 - : Gün-ışığı yetersiz 4.2 Yapay Aydınlatma Sistemi ve Yapay Aydınlatmanın Günışığı ile Bütünleştirilmesi Önerilen yapay aydınlatma sistemi, Philips tarafından iç mahallerin aydınlatılması amacıyla hazırlanan CalcuLuX indoor 5.0b'in yardımı ile tasarlanmıştır (Kutlu R.G.,2008) ( Calculus Indoor 5.0b) . Sistem 28 Watt'lik TL5 fluoresan lambalarla donatılmış 9 aydınlatma aracından (TPS 670/128MD) oluşmaktadır. Yapay aydınlatma sistemi ve aydınlatma araçlarının özellikleri Şekil 4 ve 5 'de verilmektedir. 3 S 2 E0flf0EfEH3€} 3 1.22 2.44 2.44 kr Şekil 4. Önerilen Yapay Aydınlatma Sistemi 120° 150° J80° 150° 20° 120° TPS670/128 MD 1xTL5-28W/830 -90° 6DV >60° 250 /h ' B2J Şekil 5. Önerilen Aydınlatma Araçları Luxsence (TL5 için araç temelli aydınlatma sensörü) aşağı doğru aydınlatma yapan aydınlatma aracına eklenen bir ışık duyan cihaz olup, bir düzenleyici-ballast (elektronik dim-ballast) ile birlikte bir düzenleme işlevi ekler (TRIOS Luxsence, 2006). Aydınlatma aracının enerji tüketimi elektronik ballast ve lambanın tüketiminden oluşur.% 100 çalışma durumunda, lamba tüketimi olarak 33 W, 28 W ve ballast tüketimi olarak 5 W'dir. Tablo 4'de (-) ile gösterilen yetersiz gün ışığı durumunda sistem, aydınlatma araçlarını otomatik olarak kontrol ederek gerekli aydınlatmayı sağlar. Karakteristik güne ve gün içerisinde, yapay aydınlatma ile çalışma saatlerine dayanan aylık enerji gereksinimleri hesaplanmıştır. Nihayet, araştırılan sınıf için akademik yılda, içeride insanların bulunduğu saatlere dayanan enerji gereksinimleri Tablo 5'de gösterilmektedir. Tablo 5. Önerilen Sistemin Enerji Gereksinimi Aylar Eylül Ekim Kasım Aralık Ocak Şubat Mart Nisan Mayıs I la/iran Yıllık Enerji Gereksinimleri Aylık Günlük 617 6170 558 12276 21032 956 1187 24927 1063 20197 745 9685 312 6864 3500 175 10396 452 376 4888 1199345 Sonuçlar ve Çıkarımlar ilk okullarda en yaygın olarak düşünülen mahaller olan sınıflar içeride gerçekleştirilen etkinliklerin çeşitliliği nedeniyle değişik aydınlatma gereksinimlerine sahiptir. En çok karşılalaşılan birisi çocuklar için öğrenim dönemlerindeki görsel işlevler olup, bu yerlerde temel husus aydınlatma tasarımıdır. Bu çalışmada, mevcut görsel konfor koşullarını iyileştirirken, araştırılan mahalde daha enerji-etkin bir aydınlatma sistemi önerilmektedir. Yönlemsel uyarlama ve gün-ışığı duyarlıklı yapay bir aydınlatma sistemi ile birlikte doğru tasarlanmış bir güneş kontrol sistemi hem görsel konfor koşullarını hem de enerji tüketimindeki azaltımı sağlar, içeri giren günışığını azaltıyor olmasına rağmen, hareketli dışsal bir gölgeleme sistemi ile direk güneş ışığının neden olduğu parlama sorunundan kaçınılabilir. Yapay aydınlatmanın enerji tüketimi aydınlatma araçlarının otomatik kontrolü ile daha da düşürülebilir. Sonuç olarak, araştırılan mahal için yıllık aydınlatma enerjisi gereksinimi, enerji tasarrufu bakımından önemli bir miktar olan % 65 oranında azaltılır. Kaynaklar Anon, CIE Publications, 1986, No:29.2, Guide on Interior Lighting Anon, CIBSE, 1994, Code for Interior Lighting Anon, 1992, Handbuch für Beleuchtung, Ecomed, Fachverlag Anon, IESNA 2000, Lighting Handbook, Ed. M.S.Rea, USA Calculux Indoor 5.0b, Philips Lighting B.V., My First Design, Lighting Design and Application Centre Eindhoven http://www.lighting.philips.com Kutlu R. G., 2008, "An Approach to Determine Façade Options in Accordance with Different Orientations in Elementary School Classrooms from the Perspective of Lighting Energy Management" PhD Thesis, Istanbul Technical University, Institute of Science. TRIOS Luxsense, 2005/2006, Lamps and Gear Catalogue, Philips Lighting B. V. Ward, G., Shakespeare, R., 1998, Rendering with Radiance: The Art and Science of Lighting Visualisation, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco. Yazarlar Doç. Dr. Alpin Köknel Yener, lisans, yüksek lisans ve doktora eğitimini İstanbul Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi'nde tamamladıktan sonra 1989 yılından itibaren ayı kurumda çalışmalarını sürdürmektedir. Doğal ve Yapma Aydınlatma, Güneş Kontrolü, Enerji Etkin Bina Tasarımı konularında lisans, yüksek lisans ve doktora dersleri vermekte, lisansüstü tezleri yürütmekte ve bu konularda ulusal ve uluslararası çok sayıda yayını bulunmaktadır. Dr. Rana Kutlu Güvenkaya 1996 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümü'nden mezun olduktan sonra aynı üniversitede Yüksek Lisans ve Doktora çalışmalarını tamamlamıştır. Uzmanlık konusu aydınlatma olup, bu konuda çalışmalarına devam etmektedir. 2008 yılından beri İstanbul Kültür Üniversitesi'nde öğretim görevlisi olarak çalışmaktadır. Feride Şener 1984 yılında Bursa'da doğdu. 2006 yılında Gazi Üniversitesi Mimarlık Bölümü'nden mezun oldu. 2009 yılında İTÜ Mimarlık Bölümü Çevre Kontrolü ve Yapı Teknolojisi Yüksek Lisans Programı'ndan mezun olarak yüksek mimar olmaya hak kazandı. İTÜ Mimarlık Fakültesi Mimarlık Bölümü'nde doktora öğrenimini sürdüren Feride Şener, 2006 yılından itibaren aynı üniversitede Araştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır. TTMD Temmuz •Ağustos 2009