Yüksek yapılarda bütünleşik rüzgar türbinlerinin örnek yapılar üzerinden irdelenmesi

Abstract

Dünya genelinde birçok farklı bölgede meydana gelen nüfus artışı ve endüstrileşme kentsel nüfusun çok hızlı bir şekilde artmasına neden olmuştur. Mevcutta var olan yapı stoğu ve imara açık yapı alanları konut ihtiyacını karşılamada yetersiz kalınca, düşey yükselme kaçınılmaz bir sonuç olarak karşımıza çıkmıştır. Bu doğrultuda yüksek yapı kavramı, yapı endüstrisinde bu sorunun çözümü olma noktasında çok önemli bir konuma gelmiştir. Günümüzde yapı sektöründeki teknolojik gelişmelerin sağladığı imkanlar ile birlikte yüksek yapıların gelişimi devam etmiştir. Yapı yükseklik ve boyutlarındaki artış sürekliliğini korumuştur. Aynı zamanda artan nüfus, endüstrileşme ve kentleşme ile birlikte enerji tüketim oranları ve karbon salımı da artış göstermiştir. Bu hızlı değişim küresel ısınma, iklim değişikliği ve enerji kaynaklarının tükenmesi gibi çevresel sorunların ortaya çıkmasında etkili olmuştur. Yüksek enerji tüketimi oranları ve çevresel etkileri ile yapı sektörü bu çevresel sorunların oluşumunda önemli bir konumda bulunmaktadır. Çevre sorunlarının ve enerji ihtiyacının önem kazandığı ortamda yüksek enerji tüketimi ve çevresel etkileri nedeniyle yapı sektörü de yüksek yapılar da karbon salımlarını azaltmaya, fosil kaynak kullanımını azaltarak, yenilenebilir enerji kaynaklarından yerinde enerji üretimine yönelik çözümler büyük önem taşımaktadır. Bu noktada yüksek yapılarda yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgar enerjisinin kullanımı büyük potansiyel içermektedir. Yükseklik ile rüzgar enerjisinden alınan verimin artması, yapı bütünleşik rüzgar türbinlerinin yüksek yapılarda kullanımını diğer yapı türlerine göre daha önemli hale getirmektedir. Bu çalışmada literatür araştırması ve karşılaştırmalı analiz yöntemlerinden yararlanılarak, yapılmış olan yapı bütünleşik rüzgar türbinleri doğrultusunda, tasarımları ile sağlanan avantajlar ortaya koyulmuştur. Çalışmanın giriş bölümü; problemin tanımı, çalışmanın amacı, çalışmanın yöntemi, kapsam ve sınırlamalar alt başlıklarından oluşmaktadır. Yüksek Yapı ve Enerji İlişkisi başlıklı ikinci bölümde; öncelikle yüksek yapı tanımı ve yüksek yapının özellikle Endüstri Devrimi ile tarihsel süreçteki gelişimi açıklanmıştır. Yüksek yapı örnekleri incelenmiştir. Yüksek yapılarda enerji tüketimi araştırılmış, yüksek yapılar ile daha düşük kat adedine sahip yapıların enerji tüketim oranları karşılaştırılmıştır. Devamındaki alt başlıklarda rüzgarın oluşumu ve temel özellikleri, hızını etkileyen faktörler, Dünya'da ve özel olarak Türkiye'de rüzgar enerjisi potansiyeli üzerinde durulmuştur. Rüzgarın sağladığı olanaklar dikkate alınarak, yüksek yapılarda rüzgar enerjisinden yararlanma konusunda pasif ve aktif tasarım stratejileri incelenmiştir. Devamında, rüzgar tüneli testlerinin önemine işaret edilmiştir. Rüzgar tüneli testlerinin inşaat alanındaki uygulamaları yapılar üzerindeki rüzgar etkilerinin ve rüzgarın çevre üzerindeki etkilerinin hesaplanmasına yönelik faydaları ortaya koyulmuştur. Bu bölümün devamındaki Yapı Bütünleşik Rüzgar Türbinleri başlığı altında; rüzgar türbinlerinin tarihçesi açıklanmış ve sınıflandırılması yapılmıştır. Yapı bütünleşik rüzgar türbinleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yeni tasarım stratejilerinin belirlenmesinde büyük katkı sağlayacağından ötürü, var olan yapı ile bütünleşik yüksek yapı örneklerinin sınıflandırılması yapılmıştır. Yeni tasarım stratejilerine değinilmiştir. Rüzgar Türbinlerinin Kullanıldığı Yüksek Yapı Örnekleri başlıklı üçüncü bölümde ise; ABD, Bahreyn, Çin ve İngiltere' de 2008-2015 yılları arasında yapımı tamamlanmış olan; yapı bütünleşik rüzgar türbinlerine sahip yüksek yapılar incelenmiştir. Çalışmada; Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi, Twelve West Kulesi, Kinetica Kulesi, Hess Kulesi, Strata Kulesi, San Francisco Kamu Hizmetleri Komisyonu Genel Merkezi, Pearl River Kulesi, Şanghay Kulesi yapılara ait mimari özelliklerin ve kullanılan yapı bütünleşik rüzgar türbini stratejilerinin ortaya çıkarılması öncelikli hedef olmuştur. Seçilen bu yapılar bulundukları coğrafi konum, yapım yılları, fonksiyonları, kat adetleri, rüzgar türbini adetleri, rüzgar türbinlerinin yapıda bulunduğu konumlar, rüzgar türbinlerinin çeşitleri, yapının taşıyıcı sitemi, yapının kütle adedi, yapının bulunduğu iklim kuşağı ve rüzgar hızı gibi değişkenler doğrultusunda dikkate alınarak incelenmiştir. Örneklerin Karşılaştırılması başlıklı dördüncü bölümde ise; birbirlerinden çok farklı boyut, form ve yüksekliğe sahip olan bu yapılar yapıların fonksiyonları, yükseklikleri ile tercih edilmiş olan yapı bütünleşik rüzgar türbinleri ve bu türbinlerin yapıdaki konumları dikkate alınarak kullanmış oldukları yapı bütünleşik rüzgar türbini tasarım stratejileri karşılaştırılmıştır. Bu doğrultuda yapı bütünleşik rüzgar türbini tasarım stratejilerinin belirlenmesinde bu değişkenlerin önemi vurgulanmıştır. Doğru tasarım stratejileri ile elde edilen verimin arttırılabileceği ifade edilmiştir. Çalışmada ele alınan yüksek yapılarda yer alan yapı bütünleşik rüzgar türbini tasarımları ile yerinde enerji üretimi yanında taşıyıcı elemandan da tasarruf sağlanmasına olanak tanımaktadır. Sürdürülebilir temiz enerjinin yanı sıra bu yeni teknolojilerin kullanımı tasarımcılara da yeni olanaklar sağlayacaktır. Yapı bütünleşik rüzgar türbinleri tüm bu faydalarının yanında yenilenebilir enerji ve enerji tasarrufu konusunda toplumsal bilincin oluşmasına da katkı sağlayacaktır.