Kentsel Isı Adası Etkisinde: Kentsel Yüzey Malzemeleri ve Serin Çatılar

Temmuz 26, 2018, 2:52 pm
26 dakika
Kentsel Yüzey Malzemeleri

 

İnci Tozam
Yüksek Mimar
İnci Tozam Mimarlık

 

 

1. Giriş
Değişen kentleşme ve tüketim anlayışıyla birlikte bozuluma uğrayan kent iklimi, küresel iklim değişiminin de etkileriyle birlikte
insanın konfor şartlarının dışına çıkan iklimsel davranışlar sergilemektedir [1]. Kentler iklim değişikliğinin en çok hissedildiği
alanlardır. Kentlerde bitki örtüsünün ve buharlaşma yüzeylerinin azalması, beton, asfalt gibi yapısal yüzeylerin artması doğanın
topoğrafyasını, ekolojik yapısını, atmosferik özelliklerini değiştirmekte, farklı bir ekoloji ve atmosfer yaratmaktadır. Bu çalışma
kapsamında öncelikle kentleri çevresindeki diğer alanlardan ayıran en önemli iklim olayı olan kentsel ısı adası etkisi anlatılması
amaçlanmış ve kentsel ısı adası etkisinde yüzey malzemelerinin özellikleri ve serin çatı çözümleri üzerinde durulmuştur.

2. Kentsel Isı Adası
Kentsel alanların yüzey özellikleri kırsal alanların çevresine göre, arazi örtüsü, yüzey karakteristikleri ve insan etkinliği aktiviteleri
nedeniyle farklılık göstermektedir. Bu tür farklılıklar kentsel ve kırsal alanlarda farklı yüzey ve hava sıcaklıklarına yol açabilecek ısı
üretimini ve transferini etkilemektedir [2]. Kentlerde yoğunlaşmış ısı üreten kaynakların yer alması, kentsel yüzey malzemelerinin
gündüz saatlerinde güneşten gelen ısıyı depolayıp, geceleri bırakması, yaz ve kış aylarında kullanılan iklimlendirme cihazları gibi
etkiler sonucunda kent üzerinde toz kubbeleri oluşmaya başlamıştır (Şekil 2.1). İnsan aktivitlerininde bir sonucu olarak kentler
doğal ortamlardan farklı atmosfer sıcaklığına neden olarak kendilerine özgü iklimleri olan alanlar haline gelerek bölgesel ısınmalara
neden olmaktadır.

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 2.1. Kent Isı Adası Oluşumu.

Kentsel ve kırsal bölge arasında farklı iklim olaylarına etken olan nedenlerden biri kentsel yüzey malzemeleri ve yüzey özellikleridir.
Kırsal alanlarda güneş enerjisi herhangi bir engele takılmaz iken bitki ve topraktaki suyun buharlaşmasında kullanılır. Kentlerde ise
bitki örtüsünün ve doğal arazi örtüsünün az olması nedeniyle gelen güneş radyasyonun bir kısmı kentlerde yüksek katlı binalar,
sokak genişlikleri gibi kent geometrisini etkileyen unsurlar tarafından absorbe edilerek, geri yayılımında gecikmelere neden
olmaktadır. Kentteki yapılar ve asfalt yollar tarafından gün boyu emilen ışıma daha sonra ısıya dönüşerek tekrar ortama salınır ve
kentteki hava sıcaklığını arttırır. Gece olduğunda kentteki yapılar ve asfalt yollar gün boyu absorbe ettikleri güneş enerjisini yavaş
bir şekilde atmosfere gönderirler.

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 2.2. Kırsal Alan ve Kentsel Alan

 

Dolayısı ile atmosferin sıcaklığı kırsal alanlarda çabuk soğur iken, kentlerde yavaş gerçekleştiğinden belirgin sıcaklık değişikliklerine
neden olmaktadır. Açık alanda, kent merkezinde kalan konuma göre geceleri daha fazla soğuma meydana gelmektedir. Kent
merkezindeki binalarla çevrili alandaki gece sıcaklığının açık alandakine göre farkının 4°C’ye kadar çıktığı gözlenmektedir [3].
Bunun sonucunda kentlerde iklim değişikliğine neden olarak kent ve kırsal alanlarda önemli ölçüde sıcaklık değişimleri meydana
gelmektedir. Kentsel alanların etraftaki doğal alanlardan daha sıcak olmasına neden olan bu sıcaklık olayı “Kentsel Isı Adası” olarak
tanımlanmıştır [4].

3. Kentsel Yüzey Malzemeleri
Kentlerin gelişmesi sonucunda arazi kullanımındaki değişiklikler yeni kentsel yüzeylerin oluşmasına neden olmuştur. Kentsel yüzey
malzemelerinin, özgül ısıları ve renkleri kentsel ısınma ve soğumada etkili olan unsurlardır. Yüzeyin rengi, gelen güneş ışınlarını
yansıtma ve soğurma özelliğini belirleyebilmektedir.

Kentsel alanlarda yapılarda kullanılan malzemeler ya da kentsel yüzeyleri kaplayan malzemelerin termal özellikleri, kırsal alanlarda
doğal olarak bulunan malzemelerden çok farklıdır. Örneğin nemli toprağın özgül ısı kapasitesi asfalt ve betondan yaklaşık % 50
daha fazladır [5].

Cisimlerin özgül ısıları da sıcaklık dağılışını etkilemektedir. Birim zamanda, birim hacimde, özgül ısıları farklı
cisimlere, aynı enerji verildiğinde, özgül ısısı düşük olan maddenin sıcaklığı daha fazla artar. Aynı şekilde ısı kaybetme döneminde
de özgül ısısı düşük olan maddeler daha fazla ısı kaybederek çabuk soğur. Bu özelliğe bağlı olarak, yeryüzünde yan yana iki
yüzeyin farklı sıcaklık şartlarına sahip olduğu görülebilir [10].

Kırsal alanlarda, toprak, taş yüzeylerin düşük özgül ısıya sahip olmaları nedeniyle hızlı ısınma ve soğuma görülmektedir. Kentlerde
ise asfalt, tuğla, beton gibi malzemelerin yüksek özgül ısıya sahip olması nedeniyle bu alanlarda sıcaklık yavaş artar ve yavaş
düşer. Bu nedenle, bu çalışmanın çerçevesini de belirleyen kentsel yüzey malzemeleri önem taşımaktadır.

Sıcak güneşli bir yaz gününde çatı ve kaldırım gibi kentsel yüzeyler 27-50°C iken, kırsal alanlar, daha gölgeli ve nemli yüzeylere
sahip olması nedeniyle genellikle daha serin olmaktadır [8].

Yoğun yapılaşmanın olduğu alanlarda kentsel ısı adası etkisini azaltabilmek için bina yüzeylerini kaplayan malzemelerin yansıtıcı
katsayıları daha yüksek, güneş enerjisini soğurmaya elverişli malzemeler seçilmelidir. Şekil 3.1.’de bina cephesinde tuğla duvarın
bir kısmına beyaz şerit uygulanarak termal ölçümle yüzeyin sıcaklık etkisi gösterilmiştir.Tuğla duvardaki beyaz şeritler yaklaşık
3-5°C (5 -10°F) sıcaklığı düşürmekte olup, diğer tuğla duvara göre daha soğuk olmaktadır [8].

Yoğun yapılaşmanın olduğu alanlarda kentsel ısı adası etkisini azaltabilmek için bina yüzeylerini kaplayan malzemelerin yansıtıcı
katsayıları daha yüksek, güneş enerjisini soğurmaya elverişli malzemeler seçilmelidir. Şekil 3.1.’de bina cephesinde tuğla duvarın
bir kısmına beyaz şerit uygulanarak termal ölçümle yüzeyin sıcaklık etkisi gösterilmiştir.Tuğla duvardaki beyaz şeritler yaklaşık
3-5°C (5 -10°F) sıcaklığı düşürmekte olup, diğer tuğla duvara göre daha soğuk olmaktadır [8].

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 3.1. Yüzeyde Albedo – Sıcaklık Etkisi.

Yeryüzünde sıcaklık dağılımını etkileyen önemli parametrelerden biri güneş ışınlarının gelme açısıdır. Güneş ışınları bir yatay
yüzeye ne kadar dik gelirse yüzey tarafından emilme o kadar artar ve dolayısıyla yüzey sıcaklığı artar [11]. Çatılar, kent
yüzeylerinde güneş ışınına maruz kalan en açık yüzeylerdir. Bu bağlamda güneş enerjisinin yapılı çevrede ısı enerjisine
dönüşmesi sonucu ortaya çıkan kentsel ısı adası oluşumunda, çatılarda kullanılan malzemenin rengi, özgül ısısı, yansıtıcı özellikleri
önem taşımaktadır. Yapılan bir araştırmada yüzey sıcaklığı verisinde çok yüksek değerler veren alanların bir kısmının fabrika vb.
gibi büyük binalara ait metal malzemenin kullanıldığı çatılar olduğu gözlenmiştir [3]. Bu bağlamda, kentsel ısı adası etkisini
azaltacak yöntemlerden biri olan “serin çatılar” değerlendirilecektir.

4. Serin Çatılar ve Serin Malzemeler
Serin çatılar, serin malzemeler kullanılarak güneş ışınlarını yansıtan, özellikle sıcak iklim bölgelerinde yaz aylarında binanın
soğutulmasına yardımcı olarak bina kullanıcılarının enerji ihtiyaçlarını önemli bir ölçüde azaltan sürdürülebilir bir çatı teknolojisi
olarak tanımlanabilir [6]. Serin çatılar, özgül ısı ve termal yayılım değerleri düşük, termal iletkenlik değeri yüksek yüzeylerdir.

Serin çatı malzemelerinin ısı tutma kapasiteleri, geleneksel malzemelere göre daha düşük olabilmektedir. Geleneksel çatı
malzemelerinde çatı yüzeylerindeki sıcaklık 66-85°C’ye kadar ulaşarak sıcak yüzeylerin oluşmasına zemin hazırlarlar. Serin çatı
malzemeleri ile bu sıcaklıklar 28-33°C’ye kadar azaltılabilir [8]. Serin çatılar binaların soğutma yükünü azaltarak enerji tasarrufu
sağlarlar. Özellikle sıcak iklim bölgelerinde iklimlendirme cihazlarının kullanımını azaltır. Ortalama enerji tasarrufu %7 ile %15
arasında değişmektedir [7].

Serin renkli malzeme tanımı ise: Ultraviyole ve kızılötesi ışınlar gözle görünmezler ve renkler üzerinde hiç bir etkileri yoktur. Ancak,
gerek görünür gerek görünmez tüm ışıklar emildikleri nesneyi ısıtırlar. Daha fazla solar enerji emen nesne daha fazla ısınır. Tersine,
nesnenin bu tip ışınları yansıtması fazlaysa daha az ısınacaktır. İki nesne görünürde aynı renkte görünebilir, fakat kızılötesi
spektrumda çok farklı yansıtma özelliklerinde olabilirler. Kızılötesi ışınları yansıtan nesne kızılötesi ışınları emenden daha serin
kalacaktır. Ve kızılötesi ışık, güneş ışığının tam olarak yarısını kapsadığından ısı birikmesi söz konusu olduğunda, nesnenin
kızılötesi ışığı yansıtması renginden daha önemlidir. Bir başka deyişle, bir nesne güneş ışığı altında serin olması için beyaz olmak
zorunda değildir [11]. Yani,serin malzemeler, güneş ışını yansıtıcılık ve emilen/soğurulan ısıyı yayılım yolu ile ortama bırakma
özellikleri yüksek malzemelerdir.

4.1. Serin Çatı Kaplama Malzemeleri ve Özellikleri
Bu çalışma kapsamında, Çelik’in (2012) çalışmasında [9] yaptığı serin malzeme sınıflandırması esas alınmıştır. Buna göre serin çatı
kaplama malzemeleri 7 başlıkta ele alınmaktadır:

Beyaz Kaplamalar ve Beyaz Renkli Malzemeler: Beyaz, güneş yansıtıcılığı en fazla olan renktir. Ancak, beyaz rengin yansıtıcılık
değeri, malzemeye beyaz rengi veren pigmentin boyutu, boyanın uygulandığı malzemenin kalınlığı ve özgül ısı gibi özelliklerine
göre değişir.Çatı yüzeylerinde güneş yansıtıcılığı yüksek olan beyaz renkli kaplama malzemeleri kullanılarak veya çatı yüzeyi akrilik
beyaz boya ile boyanarak, çatı yüzeyinin gün boyu ısı depolanması engellenebilir ve çatıların serin olmasını sağlanabilir.

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 4.1. Utah Olympic Oval, Serin Çatı Kaplaması.

 

Şekil 4.2.’de görüldüğü gibi düşük eğimli bir çatıya sıva püskürtmesi yapılmaktadır. Sıvalar düşük eğimli çatılarda en iyi
uygulanabilen yüzeysel işlemlerdir. Koyu kıvamlı boya kıvamındadır, yosun ve mantar büyümesine engel olmak için kimyasal
maddeler barındırır ve yıkanabilir özellikte olup kiri yağmurda akıtır [8]. Ayrıca çatı yüzeyinde serin malzemeler ile fotovoltaik güneş
panellerinin kullanılması enerji tasarrufu sağlamaktadır (Şekil 4.2).

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 4.2. Düşük Eğimli Çatıya Sıva Püskürtülmesi, Serin Çatı Üzerinde
Fotovoltaik Güneş Panelleri Montajı.

Şekil 4.3. Mevcut Çatı Yüzeyine Serin Çatı Membran Uygulaması.

Alüminyum Pigmentli Serin Malzemeler: Alüminyum pigmentler serin çatı performansını arttırabilir. Siyah asfalt malzemenin
alüminyum pigmentli halinin güneş ışını yansıtıcılığı %50 olarak ölçülmüştür. Metalik malzemelerde yüksek kızıl ötesi yayılma (le)
değeri düşüktür. Ayrıca metal malzemelerde yansıtıcılık (SR) ve yüksek kızıl ötesi yayılma (Ie) arasında ters orantı vardır. (SR) ne
kadar artarsa (Ie) o kadar azalır. Dolayısıyla alüminyum pigmentler ne kadar fazla ise (SR) o kadar fazladır ve (Ie) azdır. Bu tür
malzemeler beyaz kaplamalara göre yıpranmaya karşı daha dayanıklıdır. [9]

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 4.4. Farklı Çatı Yüzeyleri ve Çatı Yüzey Sıcaklığının Yansıması.

Şekil 4.4.’te, farklı yansıtma ve yayma oranlarına sahip koyu renkli, metal ve beyaz renkli çatı kaplama malzemeleri ile kaplı
çatılarda yüzey sıcaklıklarındaki farklılıklar görülmektedir. Sıcak güneşli yaz günlerinde koyu renkli çatı güneş enerjisinin %5’ini
yansıtır ve sıcaklığın %90’dan fazlasını yayarlar ve absorbe işlemi (çatı altındaki mekanda) 82°C (180°F) kadar ulaşabilir.
Metal çatı ise güneş enerjisinin önemli miktarını yansıtır; 4’te biri civarındaki ısıyı absorbe ederek çatı altındaki mekanda sıcaklık
71°C (160°F)’ye kadar çıkabilir. Beyaz çatıda ise güneş enerjisinin çoğunu yansıtır ve yayabilirler; çatı altındaki mekanda
ulaşabilecek en yüksek sıcaklık 49°C (120°F)’dir [8].

Serin Renkli Kaplama Malzemeleri: Yansıtıcılık değerleri yüksek olmasına karşın, güneşli günlerde beyaz renkli yüzeyler,
parlaklık ve kamaşma nedenleriyle göze rahatsızlık verebilir. Bu nedenle açık renkte agregalı şingıl, metal çatı levhaları, yansıtıcı
kiremit gibi malzemeler tercih edilebilir. Diğer yandan, geleneksel pigmentlerin yerine geliştirilmiş olan “soğuk pigmentler (cool
pigments)” uygulanarak yansıtıcılık değerleri yüksek yüzeyler elde edilebilir.

Serin Membran: Beyaz renkli membran malzemelerin %75 ile %85 yansıtıcılıkları vardır [9]. Serin membranlar, düşük eğimli
çatılarda, prefabrike olarak uygulanabilir. Malzemeler genellikle yapıştırılmış ya da mekanik olarak tüm çatı yüzeyine yapıştırma
ya da ısı kaynağı ile sabitlenerek uygulanmaktadır [8]. Tek katlı serin membranlar, EPDM, CSPE, ve PVC olarak çatı yüzeylerine
uygulanabilir.

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 4.5. Serin Tek Katlı CSPE Membran.

Asfalt Şingıllar: Asfalt şıngıllarda serin malzeme olabilir. Kaplanmış kaya granülleri asfalta yedirilerek elde edilirler. Beyaz
granüllü şıngılların %20 ile %30 arasında yansıtıcılıkları mevcuttur [9].

Kentsel Yüzey Malzemeleri

Şekil 4.6. Serin Asfalt Şıngıl, Düz Serin Çatı, Serin
Metal Çatı Örnekleri.

Termodinamik Kaplama Malzemeleri: Termodinamik malzemeler optik özelliklerini iklimsel ya da elektriksel etkiler ile
değiştirebilirler (örneğin güneş ışınları ve sıcaklık). Bu tür malzemelerden oluşmuş bina kabuğu enerji ihtiyaçlarına göre davranış
değiştirebilir. Kışın güneş ışınlarını kabul eder, yazın güneş ışınlarını yansıtarak binanın gereğinden fazla ısınmasını engeller.
Termodinamik malzemeler kategorisindeki termokromik malzemeler, çevrelerine renk değiştirerek cevap verirler. Isı arttıkça koyu
tonlardan açık tonlara geçerler. Isı azaldıkça bu işlemin tam tersi olur [9].

Hal Değiştiren Malzemeler: HDM’ler, kimyasal özellikleri sayesinde ısı depolarlar ve ortama tekrar ısı salarlar. Gün içinde sıcaklık
arttıkça erime noktasına gelen malzeme hal değiştirir ve katıdan sıvı hale dönüşür. Ortam sıcaklığı düştüğünde tekrar hal
değiştirerek katı olur. Böylece bu tür malzemeler gün içerisinde enerjiyi bünyesinde depolarlar ve soğutma giderleri üzerinde
azaltıcı etki yaparlar [12].

Sonuç
Kentsel ısı adası oluşumunda; azalan bitki örtüsü, geçirimsiz yüzeylerin artması, ısı dağılımını engelleyen etkenler, enerji talebinin
artması ve kentsel yüzey malzemeleri gibi parametreler kentsel ısı adası sürecini hızlandırmıştır.

Günümüzde kentlerin gelişmesi ile yapılı alanların da arttığı görülmektedir. Bu durumda mevcut yapılara müdahale etmek çözüm
alternatifi sunmak bağlamında ağaçlandırma, çatı bahçeleri ya da çatı yüzeylerinde yansıtıcı özelliği yüksek olan malzemeler
seçmek hava kalitesini iyileştirerek kentsel ısı adası oluşumunu minimilize edebilecektir.

Kentsel alanları oluşturan yüzeylerin malzeme özellikleri de dikkate alınması gereken bir diğer faktördür. Kentsel alanlarda çatılar
büyük yüzeylere sahiptir ve güneş ışınlarına direkt olarak en çok maruz kalan alanlardır. Bu nedenle çatılarda yüksek güneş
yansıtıcılığı değerine sahip malzemeler güneş ışınlarını yansıtmada ve çatı sıcaklığının düşürülmesi bakımından etkin materyallerdir.
Ayrıca yüksek yayma gücüne sahip yüzeyler soğuk yüzeylerin oluşmasına olanak sağlarlar. Bilindiği üzere beyaz renk yansıtıcılığı
yüksek olan bir renktir. Çatı yüzeyleri, bina cepheleri ya da asfalt yol ve kaldırımlar gibi kentsel alanlarda büyük bir paya sahip
alanlarda yansıtıcı özelliği yüksek malzemeler seçilmelidir. Mevcut yapılara ve yeni yapılacak olan tasarımlarda çatı bahçeleri ya da
serin çatı uygulamalarına yer verilmelidir. Güneş enerjisinden korunmanın yanında istifade etmek de düşünülerek, serin membranlar
ile birlikte kullanıcak fotovoltaik (PV) paneller, enerji etkin nitelikte çatı yüzeyi elde edilmesini sağlayacaktır. Serin çatı malzemelerinin
yansıtıcılık özelliği, gerek atmosferik etkiler, gerek hava koşulları nedeniyle zaman içinde azaltabilirler. Bu nedenle, bu malzemelerin
uygulandığı yüzeylerin periyodik aralıklar ile yıkama ya da fırçalama işlemleri yapılması kullanım ömürlerini uzatıp, performanslarını
iyileştirebilir.

Kaynakça
[1] Şimşek, K., Ç., (2013). İstanbul’da Kentsel İklim Üzerine Antropojenik Etkiler: Kentsel Isı Adalarının İncelenmesi. Doktora Tezi,
Fen bilimleri Enstitüsü. YTÜ.
[2] EPA. (2009). Reducing Urban Heat Islands: Conpendium of Strategies. Cool Roofs.
[3] Bayraktar, T., N., ve Gerçek, D., 2014. Kentsel Isı Adası Etkisinin Uzaktan Algılama İle Tespiti ve Değerlendirilmesi: İzmit Kenti
Örneği, 5. Uzaktan Algılama Sempozyumu. İstanbul.
[4] Bayraktar, T., N., ve Gerçek, D. (2014). Kentsel Isı Adası Etkisinin Uzaktan Algılama İle Tespiti ve Değerlendirilmesi: İzmit Kenti
Örneği. 5. Uzaktan Algılama Sempozyumu.İstanbul:2.:Oke, T.R., 1982, Theenergeticbasis of the urban heatisland. QuarterlyJournal
of theRoyalMeteorologicalSociety, 108(455), 1–24.
[5] Yüksel, Ü. (2005). Ankara Kentinde Kentsel Isı Adası Etkisinin Yaz Aylarında Uzaktan Algılama ve Meteorolojik Gözlemlere Dayalı
Olarak Saptanması ve Değerlendirilmesi Üzerinde Bir Araştırma. Doktora Tezi. Ankara. Ankara Üniversitesi FBE.
[6] Tozam, İ., 2016. Kentsel Isı Adası Etkisinin Azaltılmasında Çatıların Değerlendirilmesi: Yeşil Çatılar ve Serin Çatılar, Yüksek Lisans
Tezi, İ.A.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, s.47., İstanbul.
[7] Cool Roof Rating Council.(t.y.).Cool Roofing Informatıon for Home And Building Owners (http://coolroofs.org/resources/home-
building-owners)
[8] EPA, (2009). Reducing Urban Heat Islands: Conpendium of Strategies. Cool Roofs.
[9] Çelik A.,Ç., (2012). Kentsel Isınmaya Çözüm Olarak ‘Serin Çatılar’ ve ‘Serin Malzemeler.’ Ege Mimarlık Dergisi. Sayı, s.35-39,
İzmir.
[10] Yılmaz, E., (2013). Ankara Şehrinde Isı Adası Oluşumu. Doktora Tezi. Ankara Üniversitesi. SBE.
[11] Soğuk Pigmentler., (2013). Industrial Paint & Surface.http://www.ippcm.com/Haber/Soguk-Pigmentler.html(10.09.2016).
[12] Santamouris M. et al., (2011). “Using Advanced Cool Materials In The Urban Built Environment To Mitigate Heat Islands
And Improve Thermal Conditions”, Solar Energy.

 

  • (gizli tutulacaktır)