Net-Sıfır Enerji Ev Tasarlamak İçin İpuçları

Artboard 1

2015 yılında, kırsal Iowa’da net sıfır enerjili müstakil bir ev olan Iowa Nest  hakkında yazdık. Şimdi Sol Design + Consulting  ile birlikte Sterner Design’dan Carl Sterner tarafından tasarlanan proje, net sıfır enerji durumu ve yalnızca 24 $’lık olağanüstü bir yıllık elektrik faturası elde etmek için optimize edilmiş bir formu pasif ve aktif tasarım stratejileriyle birleştirdi!

Çoğu tasarımcının sadece hayalini kurduğu yerde, Sterner ve müşterileri, onun hazır projesinin performansını onun teklifleriyle titizlikle takip etti ve karşılaştırdı. Bazı üst düzey tasarım hareketlerini özetleyeceğiz ve kullanım sonrası değerlendirmesinden edindiği beş bilgiyi paylaşacağız.

Proje İstatistikleri

  • Proje tipi: net sıfır enerji hedefi, tek aileli konut
  • Yer: Iowa, ABD
  • Bina tipi: tek aileli konut
  • Zemin alanı/doluluk: iki katlı, 2400 fit kare yaşam alanı (artı koşulsuz depolama ve garaj)
  • Proje aşaması ve bitiş tarihi: 2019’da tamamlandı
  • Performans temel çizgisi: IECC 2012
  • Performans hedefi: net sıfır enerji, iyi gün ışığı
net sifir enerji ev tasarlamak 01
Ev, inşaat sonrası. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Tasarım Süreci

Firma, net sıfır enerji ve günışığı hedeflerine ulaşmak için birkaç farklı tasarım alternatifini test etti. İlk olarak, ana yaşam alanlarında, yılın %60’ında en az 200 lux günışığı sağlamak amacıyla SketchUp’ta altı form modellendi ve Sefaira‘da  analiz edildi.

net sifir enerji ev tasarlamak 02
SketchUp’ta modellenen ve Sefaira Daylight Analysis eklentisinde analiz edilen yapı form alternatifi çalışmaları. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Nihai tasarım, dar bir plaka, kompakt şekil, daha uzun pencereler ve bir iç “hava bacası(ışıklık)” içeriyordu. İdeal kavramsal tasarım bulunduğunda, çok soğuk kışlar ve sıcak, nemli yazlar ile karışık bir iklimde sabit, pasif bir sıcaklığı korumanın zorluğu ele alındı. Sefaira kullanılarak on bir tasarım stratejisi analiz edilmesi, bir Yalıtımlı Beton Kalıp (ICF) ve güneye bakan pencereler üzerinde küçük sabit çıkıntılar ve çalıştırılabilir gölgeleme perdelerinin bir kombinasyonunu kullanma kararına yol açtı.

net sifir enerji ev tasarlamak 03
SketchUp ve Sefaira kullanarak gün ışığı analizi. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Yukarıdaki tüm tasarım kararlarının yanı sıra pasif stratejiler (doğal havalandırma, optimize edilmiş bir bina dokusu, gölgeleme cihazları) ve verimli mekanik sistemler, kod temel çizgisinden enerji kullanımında tahmini %79’luk bir azalmayla sonuçlandı. Güneye bakan, çatıya monte güneş fotovoltaik panelleri, ailenin enerji talebini karşılamak üzere tasarlandı ve projeyi net sıfır durumuna taşıdı.

net sifir enerji ev tasarlamak 04
Geleneksel bir ev tasarımı ile Iowa Nest tasarımı arasındaki enerji kullanımı karşılaştırması. Tasarım stratejilerinin birleşimi, Uluslararası Enerji Tasarrufu Kanunu 2012 Temel Çizgisinden %79’luk bir azalmaya yol açtı. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Bu tasarım stratejilerinin zaman içinde nasıl performans gösterdiğini test etmek için, bina sakinleri evin sıcaklığını ve bağıl nemini evin üç noktasında dikkatle izlediler ve enerji kullanımı devre bazında ölçüldü. Bu, sahiplerin enerji kullanımlarını belirli alanlara doğru bir şekilde haritalandırmasını mümkün kılar. İşte rakamlardan ve tasarım sürecinden çıkarılabilecek beş ders.

1. Şekil değiştirmede sorun yok.

Tasarımcılar, tasarım fikirlerini alternatifli çalışma kavramına çok aşinadır ve bu proje, bir seçimde karar kılmadan önce birden fazla bina formunu test etmenin ve analiz etmenin değerini güçlendirir.

Orijinal teklifin bütçenin iki katı olduğu ortaya çıktı. Sterner Design, yapısını basitleştirerek ve taban alanını biraz azaltarak inşaat maliyetlerini yarı yarıya azalttı, tasarımı bütçeye sığdırdı ve ısıtma ve soğutma yüklerinde %30’luk bir azalma elde etti.

net sifir enerji ev tasarlamak 05
Tasarım seçenekleri arasında ısıtma ve soğutma yüklerinin karşılaştırılması. Tasarım alternatifi B, EUI’de %30’luk bir azalma sağladı. Resim Sterner Design’ın izniyle.


Nihai yapılı forma yolculuk hakkında düşünen Sterner önerdi; “..kompakt ve uzun formları karşılaştıran bir form çalışması yapmak, ideal bina formunu belirlemenin daha verimli bir yoludur.”

net sifir enerji ev tasarlamak 06
SketchUp ve Sefaira’da bu basit Whitebox modellerinin hızlı bir şekilde modellenmesi ve analiz edilmesi, binaların forma dayalı olarak verimli bir şekilde karşılaştırılmasına olanak tanır. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Öğrenilen: Enerji ve maliyet tasarrufu sağlayan fırsatlar bulmak için birden çok formu hızla modelleyin ve analiz edin.

2. Mümkünse, iyileştirin ve basitleştirin.

net sifir enerji ev tasarlamak 07
Şeklin değiştirilmesi ve bunun sonucunda ortaya çıkan karmaşıklık, enerji kullanımında %10’luk bir azalmayla sonuçlandı.

İyi mimarinin ayırt edici özelliklerinden biri, yaratıcılığın ve işlevin, rafine ve neredeyse sorgulanamaz yapılı bir form yaratmak için birleşmesidir. Tasarımınızı kristalize etmek için “basitleştirmenin” faydaları, yalnızca harika mimari sunmanın ve inşa edilebilirliği artırmanın ötesine geçer; aynı zamanda enerji kullanımını da azaltabilir. Sterner Design, müşterisinin mekansal gereksinimlerini karşılamaya devam ederken orijinal teklifindeki bağlantı noktalarının, köşelerin ve bağlantıların sayısını azaltarak, enerji kullanımında %10’luk önemli bir azalma elde etti. Sterner’in der ki “Bu deneyim bana tasarım ve performansın ne kadar sıkı iç içe olduğunu gösterdi. Bazı temel tasarım hareketlerini yeniden gözden geçirerek, orijinal tasarıma kıyasla sermaye maliyetinde %50 azalma ile daha enerji verimli bir tasarım sunduk. Net Zero veya Pasif Ev tasarımı, son aşamada bir tasarıma kolayca bağlanabilecek bir şey değil – tasarımın DNA’sının ayrılmaz bir parçası olması gerekiyor.” Tasarım seçeneklerini erkenden analiz etmek daha anlamlı müşteri görüşmeleri için fırsat yarattı: somut veriler, müşterilere, özet olarak teslim edilen değişiklikleri onaylama güvenini verdi ve onlara sermaye ve işletme maliyetinden tasarruf sağladı.

Ders: İşleri (nispeten) basit tutmaya kesinlikle değer. Harika bir mimari sunmak, inşa edilebilirliği artırmak ve enerji kullanımını azaltmak için tasarımınızı kristalleştirin.

3. Doğru aktif HVAC sistemlerini seçin.

Tasarımcılar, doğru HVAC sistemini belirlemenin pasif çabalarınızı artırabileceği veya depolayabileceği konusunda hemfikir olacaktır. Sadece yerden tasarruf ve daha iyi bir iç ortam sağlamakla kalmaz, aynı zamanda HVAC seçiminiz müşteriniz için sermaye ve işletme maliyetlerini de azaltabilir.

Yine, belirli araziniz ve projeniz için işe yarayabilecek sistem kombinasyonlarını test ederken Sefaira’nın HVAC analizini erken ve sıklıkla kullanmak, müşterinizin binlerce dolar tasarruf etmesini sağlayabilir.

Lowa Nest, gelenekselden daha ucuz olan, ancak daha iyi konfor ve iç hava kalitesi sağlayan ve net sıfıra ulaşmasına katkıda bulunan HVAC sistemleriyle sonuçlandı. Nasıl? İlk olarak, Iowa’nın karma ikliminde kolay bir başarı olmayan klimayı ortadan kaldırarak.

net sifir enerji ev tasarlamak 08
Tasarım için HVAC sistem maliyet karşılaştırması. Ortadaki seçenek orijinal teklifti ve üçüncü seçenek nihai tasarımı yansıtıyor. Resim Sterner Design’ın izniyle.

Proje, toprak seddeleme, gölgeleme, doğal havalandırma ve iç yüklerin minimizasyonu gibi pasif tasarım stratejilerini içermektedir. Bu, soğutma yüklerini o kadar azalttı ki tasarımcı iklimlendirmeden tamamen kaçınabildi. Benzer şekilde, yüksek yalıtım, iyi hava sızdırmazlığı ve pasif güneş enerjisi tasarımı, ısıtma yüklerini o kadar azalttı ki, küçük, ucuz, elektrikli bir radyant ısıtma sistemi belirleyebilirdi.

Elektrikli radyan ısının verimsizliği, net-sıfır bir ev için tipik olarak zayıf bir uyum olsa da, bu durumda, yükler o kadar küçüktü ki, enerji cezası marjinaldi ve bazı ek PV panelleri tarafından kolayca telafi edilebilirdi.

Ders: HVAC ve zarf stratejilerine birlikte bakın.

4. Ayrıntıları çizin.

net sifir enerji ev tasarlamak 09
Evin pencere yalıtımı için ayrıntılı özellik notları. LayOut’ta oluşturulan kapsamlı çizim setleriyle SketchUp’ta modellenmiştir. Görüntüler Sterner Design’ın izniyle.

Sterner, hava geçirmez ve istikrarlı bir iç ortam elde etmek için kapsamlı tipik ve ısmarlama ayrıntı seti çizmek ve üretmek için SketchUp ve LayOut’tan yararlandı. Tipik duvar detaylarının, ısmarlama duvar bağlantılarının, pencerelerin ve kapıların nasıl hava sızdırmayacağını ve nasıl yalıtılması gerektiğini belirtti.

net sifir enerji ev tasarlamak 10
Evin hava geçirmezlik katmanı vurgulandı (solda). Evin ısı yalıtımı vurgulanmış (sağda). Resim Sterner Design’ın izniyle.

Bu titizlik seviyesi, sahada kaydedilen yıllık 70oF sıcaklık deltasına rağmen, hava cereyansız ve iç sıcaklık dalgalanmalarının çok az olduğu veya hiç olmadığı, hava geçirmez bir iç mekanla sonuçlandı.

net sifir enerji ev tasarlamak 11
İç sıcaklıkları (mavi, pembe ve kırmızı çizgiler) gösteren sıcaklık karşılaştırma verileri. Şubat 2021’deki kutup girdabı sırasında aktif ısıtma olmadan dış sıcaklık (siyah çizgi). Tasarım, dış dalgalanmalara rağmen sabit, konforlu iç sıcaklıklar sağlar. Resim iowanest.com’un izniyle.

Ders: Mükemmel bir yapı ve kullanıcı konforu sağlamak için ayrıntıları ve özellikleri inceleyin.

5. EUI’nin Ötesinde: Pasif Stratejiler ve Metrikler

EUI, kıyaslama yapmak ve bir tasarımın genel olarak ne kadar iyi olduğunu anlamak için harika olsa da, harika bir tasarım metriği değildir. Özellikle termal konfor ve yüksek yük sorunları ile ilgili olası sorunları gizleyebilir. Tasarım süreci boyunca, bir mühendis, bütçenin iki katına mal olacak orijinal teklifin muhtemelen kışın soğuk yatak odalarına ve yazın bunaltıcı bir ofise sahip olacağını gözlemledi. Bu eşit olmayan ısı dağılımı, hafifletmek için daha karmaşık, pahalı ve/veya daha büyük bir HVAC sistemi gerektirmiş olabilir.

Ekip, operasyonel sıcaklık metriğini kullanıp termal konfor analizi yaparak, klima ihtiyacını ortadan kaldırabilir, daha küçük, daha ucuz bir HVAC sistemi belirleyebilir ve ev içinde konforsuz odalardan kaçınabilir.

net sifir enerji ev tasarlamak 12
net sifir enerji ev tasarlamak 13
net sifir enerji ev tasarlamak 14
net sifir enerji ev tasarlamak 15

Makul bir EUI taban çizgisi oluşturulduğunda, pik yükler, çalışma sıcaklığı, termal özerklik (bir alanın pasif olarak konforu sağladığı sürenin yüzdesi) gibi diğer metrikleri değerlendirmek buna değer ve tasarım sırasında daha ayrıntılı ve anlamlı bir içgörü sağlar.

net sifir enerji ev tasarlamak 16

Pasif tasarım stratejilerinin gücü -Standart işçilik oranlarında mal sahibinin kendi kendine inşa süresini değerlendirmek de dahil olmak üzere nihai proje maliyeti ile, inşaat hala geleneksel bir evden %9 daha düşük maliyetlidir.

Termal konfor ve enerji verileri de dahil olmak üzere proje hakkında daha fazla bilgi, evin www.iowanest.com adresindeki web sitesinde mevcuttur.

Carl Sterner Hakkında

Carl, Sol Design + Consulting’de Tasarım ve Sürdürülebilirlik Direktörüdür. Passive House, LEED Platinum ve Living Building Challenge sertifikalı tasarımlar da dahil olmak üzere son derece sürdürülebilir projelerin tasarımını ve teslimini denetler. Daha insancıl, eşitlikçi ve keyifli bir dünya yaratmak için tasarımın gücüne inanıyor.

Sosyal Medyada Paylaşın

Yorum bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Shopping Cart
Scroll to Top