Yazar: BLAİNE BROWNELL
Aşırı iklim koşullarının damgasını vurduğu bir dönemde, küresel sıcaklıkların 20. yüzyıl ortalamasının 1,18 santigrat derece üzerine çıkmasıyla 2023, tarihteki en sıcak yıl olarak öne çıkıyor.
Bu endişe verici istatistik, iklime dayanıklı binalara olan acil ihtiyacın altını çiziyor. Birleşmiş Milletler Çevre Programı (UNEP), binaları iklim değişikliğine karşı desteklemek için beş stratejiyi vurguluyor . “Sıcak hava dalgalarına karşı dayanıklılık oluşturmak” ve “soğuğa karşı dayanıklılık oluşturmak” olmak üzere iki yaklaşım, yapıların daha geniş sıcaklık dalgalanmalarına ve bu dalgalanmalara eşlik eden artan enerji talebine uyum sağlaması ihtiyacını ele alıyor.
Bu çabaların ön saflarında bina sıcaklıklarının yönetilmesine yeni bir yaklaşım sunan faz değiştiren malzemeler (PCM’ler) yer alıyor. Bu malzemeler, katıdan sıvıya veya tam tersi gibi bir malzemenin faz geçişinden yararlanarak önemli miktarlarda enerji depolayabilen ve serbest bırakabilen termal ortamlardır. Bina cephesi , cephelerin termal performansını artırma potansiyelleri göz önüne alındığında uzun süredir PCM’ler için umut verici bir uygulama olarak görülüyor . PCM’ler bina kaplamalarının termal yükünü kontrol etmeye yardımcı olur ve böylece operasyonel enerjiyi azaltır ve optimum termal konfor düzeylerine ulaşılmasına ve korunmasına yardımcı olur. PCM’lerin üç sınıflandırması vardır : organik (örneğin parafin mumu), inorganik (örneğin tuz hidratlar) ve ötektik (örneğin sodyum klorür ve su).
Ancak zorluk bunların uygulanmasında yatmaktadır. PCM’ler sıvıya dönüştükçe sızıntı riskiyle karşı karşıya kalırlar. Kapsülleme makro düzeyde tüpler, kanallar veya diğer bileşenler kullanılarak veya mikro düzeyde küçük plastik kaplı küreler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Ancak her ölçeğin kendine özgü dezavantajları vardır. Purdue Üniversitesi inşaat mühendisliği yardımcı doçenti Mirian Velay-Lizancos , “Mikrokapsüllemenin inşaat malzemelerinin sağlamlığı ve dayanıklılığı üzerinde olumsuz etkisi vardır” diye açıklıyor . “Makrokapsülleme, inşaat malzemelerinin şeklini ve üretim yöntemini sınırlandırıyor.”
Velay-Lizancos, sıvıya daldırma ve vakum kullanarak PCM’leri bu sınırlamalar olmaksızın prefabrik bina modüllerine dahil etmek için yenilikçi bir çözüm önermektedir. Bu işlem tuğla, kaldırım taşı, beton duvar birimleri ve alçıpan gibi standart mineral bazlı ürünleri geliştirir. Daldırma banyosu yaklaşımı PCM’leri, bu malzemelerin sıcaklık dalgalanmalarına karşı en etkili olduğu yer olan bina birimlerinin yüzeyine yakın yerlerde yoğunlaştırır. Velay-Lizancos’un çeşitli su/çimento oranlarındaki harçlarla yaptığı deney, termal atalette %24’lük bir artış olduğunu ve hacmin yalnızca %7’sinin daldırılmış PCM’den oluştuğunu ortaya çıkardı. Modifiye edilmiş harçlar ayrıca basınç dayanımında %22’lik bir artış sergiledi. Ayrıca PCM’ler bina modüllerinin kılcal gözeneklerini doldurduğu için herhangi bir sızıntı meydana gelmez.
Bir başka buluş ise araştırmacıların faz değiştiren parafin mumu ve ışığa duyarlı sıvı reçinelerden oluşan 3 boyutlu yazdırılabilir bir kompozit geliştirdiği Texas A&M’den geldi. Toz halindeki parafin, reçine boyunca eşit şekilde karıştırılarak 3D baskıya uygun esnek bir macun oluşturulur. Reçinenin ışıkla etkinleştirilen özelliği, kompozitin UV ışığıyla sert bir malzeme halinde sertleştirilmesine olanak tanır. Parafinin eşit dağılımı ve sızıntı endişesinin olmaması, %70’e kadar PCM’lerin kompozit karışımını mümkün kılar. Ön testler, PCM’lerin yüksek oranına bağlı olarak PCM olmayan versiyonlarla karşılaştırıldığında termal yanıtta %40’lık bir iyileşme olduğunu ortaya koyuyor. Texas A&M’de malzeme bilimcisi olan Emily Pentzer , bu katmanlı üretim yöntemini, yeni ve mevcut yapı bileşenlerine PCM yeteneği eklemeye yönelik çok yönlü bir teknik olarak hayal ediyor. “Faz değiştiren malzemeleri ölçeklenebilir bir yöntem kullanarak yapı malzemelerine entegre etme yeteneği, hem yeni binalarda hem de mevcut yapılarda daha pasif sıcaklık düzenlemesi üretme fırsatlarını açıyor” dedi.
PCM’lerin termal özelliklerini (PCM’lerin sıcak ve soğuk iklimlerde nasıl performans gösterdiği dahil) somut performans ölçütlerine dönüştürmek, malzemelerin yaygın olarak benimsenmesi için temeldir. 2021’de yapılan kapsamlı bir araştırma , PCM’lerin sıcak iklimlerde en iyi şekilde çalıştığını gösterdi. Ancak Litvanya’daki Kaunas Teknoloji Üniversitesi tarafından 2023 yılında yapılan bir araştırma, daha soğuk iklimlerdeki PCM’lerin sıcak iklimlerdeki PCM’lerden daha iyi performans gösterdiğini ortaya çıkardı. Kaunas ekibi Avrupa’nın üç enleminde on altı simülasyon gerçekleştirdi: Kopenhag, Milano ve Atina. Enerji geri ödeme süreleri veya PCM maliyetlerini dengelemek için enerji tasarruflarını işletmek için gereken süre kriterini kullanan araştırmacılar, PCM’lerin daha soğuk yerlerde en kısa enerji geri ödemesini sağladığını buldu. Ekip ayrıca PCM uygulamalarının değerlendirilmesinde mevcut yapıların güçlendirilmesine öncelik verdi. Kıdemli proje araştırmacısı Eglė Klumbytė , “Mevcut binaların termal performans değerlendirmesi, yenileme kararları verirken faydalı olabilecek son derece değerli bilgilerdir” diye açıkladı .
Bu ilerlemelere rağmen, PCM’lerin inşaat sektöründe daha geniş çapta uygulanması devam eden bir çalışmadır. Ancak PCM’lerin getirdiği faydalar yeni bir şey değil. Örneğin Kaunas ekibi, stratejilerini açıklarken Sokrates’in 2.500 yıllık iklim uyumlu bina yöntemleri tanımına atıfta bulunuyor . “O zamanlar [Sokrates] bir binanın kuzey duvarının güney duvarına göre daha kalın olması gerektiğini belirtmişti, bu nedenle yapısal kompozisyonu dikkate alındığında duvar yöneliminin çok önemli olduğu fikri Sokrates’inkiyle ilişkilidir.” Bu şekilde, PCM’ler modern bir yeniliği değil, çevreleriyle uyumlu binalar yaratmaya yönelik uzun süredir devam eden, sağduyulu, asırlık bir tutkunun devamını temsil edebilir.
Kaynak: www.architectmagazine.com