Deniz organizmalarından ilham alınarak tasarlanan dinamik bina cepheleri ısıtma, soğutma ve aydınlatma maliyetlerini azaltabilir.
Toronto Üniversitesi araştırmacıları tarafından tasarlanan; balık, yengeç ve kril gibi deniz yaşamından ilham alan yeni ve düşük maliyetli bir “optoakışkan” bina sistemleri, dış cephelerinin görünümünü dinamik olarak değiştirerek binaların enerji tasarrufu yapmasına yardımcı olabilir.
Profesör Ben Hatton tarafından denetlenen Uygulamalı Bilimler ve Mühendislik Fakültesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde yüksek lisans öğrencisi olan Raphael Kay, “Binaları canlı organizmalar olarak görmenin analojiyi çok fazla genişlettiğini düşünmüyorum” diyor ve ekliyor:
“İç ve dış enerji akışı açısından bir metabolizmaları var. Ayrıca bina sistemleri konforlu ve iyi işleyen bir iç mekan sağlamak için, değişen çevresel koşullara yanıt vermelidir.”
Raphael Kay, binalar şu anda konforlu bir iç ortam sıcaklığını ısıtma ve klima gibi mekanik sistemlerle sağlarken, birçok hayvanın enerji transferini doğrudan yüzeyde, yani derilerinde düzenlediğine dikkat çekiyor.
Krill, okyanusun belirli bölgelerinde çok sayıda gelişen karides benzeri deniz organizmasıdır ve şeffaftır. Bu da UV ışığının iç organlarına zarar verebileceği anlamına gelir. Buna karşılık deniz organizmaları, dinamik bir gölgeleme sistemi geliştirmişler.
Çok parlak olduğunda kendilerini karartmak ve güneş battığında tekrar aydınlanmak için derilerinin altındaki hücrelerin içinde pigment granülleri oluşturmuşlar.
Binaların da dış cepheleri ve pencerelerinden oluşan bir “dış yüzeyi” vardır. Ancak günümüzde bu dış katmanlar çoğunlukla durağan ve değişmezdir. Sonuç olarak, binaya gelen ışık ve ısı miktarı genellikle çok yüksek veya çok düşük olduğundan ısıtma, soğutma ve aydınlatma sistemlerini normalde olması gerekenden daha fazla çalışmaya zorlar.
Raphael Kay, bina sistemleri teknolojisini açıklamak için: “Basit bir örnek olarak, daha fazla gün ışığına veya güneş ısısına ihtiyacınız olduğunda panjurlarınızı açtığınızı ve daha azına ihtiyacınız olduğunda onları kapattığınızı hayal edin” diyor ve ekliyor:
“Bu enerji tasarrufu sağlıyor, ancak oldukça zor. Tüm avantajlardan pratik bir şekilde yararlanmak için sıcaklık, güneş yoğunluğu, açı ve yöndeki değişikliklerden bina sakinlerinin değişen ihtiyaçlarına kadar bir dizi faktörü gerçek zamanlı olarak dengelemek için otomatikleştirilecek ve optimize edilecek böyle bir sisteme ihtiyacımız var.”
Bunu başarmaya başlayabilen bazı güncel teknolojiler var; geleneksel stor perdelere bilgisayar kontrollü motorlar eklemek veya uygulanan bir elektrik voltajına tepki olarak opaklıklarını değiştirebilen elektrokromik pencereler kurmak.
Ancak uzmanlar, mevcut araç setinin hem çok maliyetli hem de çok sınırlı olduğunu düşünüyor.
Uzmanlar konuyla ilgili “Neredeyse tüm bu sistemler pahalı ve karmaşık üretim prosedürlerine dayanır veya yalnızca sınırlı bir opasite aralığı arasında geçiş yapabilir.
Örneğin, çok karanlıktan yalnızca biraz koyuya,” açıklamalarında bulunuyor. “Ayrıca, bir pencere camının bir bölümünü gölgeleyip diğerini gölgelememek gibi ince uzamsal derecelendirmeler elde etmek de zor.” diyerek mevcut araç setlerinin kullanışsızlığını vurguluyorlar. Nature Communications’da bu ay yayınlanan bir makalede, Raphael Kay, Hatton ve araştırma ekibi bu sınırlamaların üstesinden gelen yeni bir paradigmayı anlatıyor.
Optoakışkan hücrelerin prototipi, makine mühendisliği alanında doktora öğrencisi Charlie Katrycz tarafından geliştirilen, iki şeffaf plastik levha arasına sıkıştırılmış, yaklaşık bir milimetre kalınlığında bir mineral yağ tabakasından oluşuyor.
Araştırmacılar, hücrenin merkezine bağlı bir tüp aracılığıyla, bir pigment veya boya içeren az miktarda suyu sisteme enjekte edebilirler. Bu “misafir sıvısını” enjekte etmek her iki yönde de çalışan dijital bir pompa ile kontrol edilebilen bir yapı yaratılabilir.
Hatton, “Yeşil, sürdürülebilir kimyaların ‘sınırlı sıvılarının’ malzeme özelliklerini değiştirmek için nasıl kullanılabileceğiyle ilgileniyoruz” diyor. “Çok yönlü: her hücredeki suyun boyutunu ve şeklini kontrol etmekle kalmıyor, aynı zamanda sudaki boyanın kimyasal veya optik özelliklerini de ayarlayabiliyoruz. İstediğimiz herhangi bir renk veya opaklık olabilir.”
Ekip, prototiplere ek olarak, John H. Daniels Mimarlık, Peyzaj ve Tasarım Fakültesi’nin Yardımcı Doçenti Alstan Jakubiec ile birlikte çalışarak, bu hücreleri kullanan tam otomatik ve optimize edilmiş bir sistemin bir sistemle nasıl karşılaştırılacağını simüle eden bilgisayar modelleri oluşturdu.
Raphael Kay, “Bulduğumuz yapı sistemimizin ısıtma, soğutma ve aydınlatma için gereken enerjiyi diğer iki seçeneğe kıyasla yüzde 30’a kadar azaltabilir” diyor.
“Bunun ana nedeni, güneş kırıcının kapsamı ve zamanlaması üzerinde çok daha iyi kontrole sahip olmamızdır. Sistemimiz, bir cephe boyunca farklı konum ve zamanlarda yüzlerce küçük panjurun açılıp kapanmasına benzer. Tüm bunları basit, ölçeklenebilir ve ucuz sıvı akışıyla başarabiliriz.”
Ekip ayrıca sanatsal olasılıklar üzerinde de duruyor. Hücrelerin büyük dizileri pikseller gibi davranabilir ve noktasal tarzda sanat eserleri üretebilen optoakışkan görüntüler oluşturabilirler. Ekip, yeni modellerinde Albert Einstein ve Marilyn Monroe’nun görüntülerini bile simüle etti.
Enerji tasarrufu için dinamik cepheler kullanma fikrinin hem bina tasarımı hem de iklim değişikliği konusundaki tartışmaları değiştireceğini uman Hatton, “Gelişmiş dünyada, emisyonlarımızın yüzde 40’ı gibi bir orandan binalar sorumludur, bu da diğer tüm sektörlerden daha fazladır.” diyor.
“Bunun bir nedeni, binaları esnek olmayacak şekilde tasarlamamız. Dinamik, uyarlanabilir binalar, zorlamamız gereken sıcaklık ve gün ışığı gradyanlarını azaltabilir ve potansiyel olarak çok fazla enerji tasarrufu sağlayabilir. Katkılarımızın insanların hayal gücünü harekete geçirmesini umuyoruz.”
