Yapılar insanların yaşamsal gereksinimlerini karşılamak için üretilen en önemli araçlardan biridir ve dünyanın her yerinde çok sayıda yapı üretilmektedir. Bundan dolayı, gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin çoğunda yapı sektörü ekonomik, sosyal ve çevresel etkiler bakımından önemli bir rol üstlenmektedir. Dünya enerji tüketiminin %40’lık kısmının yapı ve yapıyla ilişkili uygulamalardan kaynaklandığı daha önce yapılan araştırmalarda vurgulanmıştır. Toplam sera gazı salınımının %33’lük kısmından da yapılar sorumludur [1]. Yenilenemeyen kaynakların tüketimi ve ısıtma-havalandırma sistemlerinin kullanımı sırasında açığa çıkan sera gazı salınım miktarlarının yüksek olması küresel ısınma, orman tahribatı, atık oluşturma gibi önemli problemlere yol açmaktadır [2, 3]. Bu amaçla ortaya konan çözümler; daha az doğal kaynak ve enerji tüketen ürünlerin, yenilenebilir enerji kaynakları kullanan yeşil binaların sayısının artırılmasıdır [4].

Yeşil binalar enerji korumu sağlayan, sera gazı salımını azaltan ve geri dönüşümlü malzeme kullanımını destekleyen yapı teknikleriyle üretilir. Son yıllarda bu amaçla en sık kullanılan tekniklerden bazıları yeşil çatılar ve cephelerdir. Yapı yüzeylerine uygulanan bahçeler son yıllarda kent merkezlerinde ortaya çıkan ısı adası ve hava kirliliği gibi önemli çevresel problemlerin önlenmesinde ve yapıların sürdürülebilir hale getirilmesinde sağladıkları faydalardan dolayı değerli stratejiler haline gelmiştir [5, 6].

Kentlerde Isı Adası ve Hava Kirliliği Etkisi

İnsan nüfusunun büyük kısmını barındıran şehir merkezleri son yıllarda önemli bir ısı artışı yaşamaktadır. Kentleşme şehirlerde yapıların artmasına ve arazi değerlerinin yükselmesine; arazi değerlerinin yükselmesi ise yeşil alanlarda azalmaya neden olmaktadır. Büyük şehirlerin çoğunda, yoğun yapılaşmanın oluşturduğu yapay yüzeyler güneş ışını emiliminin ve ısı kapasitesinin artmasına yol açmaktadır. Yapı yüzeyleri tarafından emilen ve bu yüzeylerde biriken ısı normal koşullarda konveksiyon ile kent merkezinden kolaylıkla uzaklaşabilir. Ancak yapılar arası boşlukların az olması doğal havalandırmayı engeller [7]. Böylelikle gündüz saatlerinde yapı yüzeylerine hapsedilen ısı, akşam saatlerinde dış ortama geri verilir. Bu durum sıcaklık değerlerinin normalin üzerinde kalmasına, dolayısıyla iklimlendirme sistemlerinin daha çok çalıştırılmasına neden olur [3]. Bu döngü sonucu kent merkezlerinde sıcaklık değerlerinin yükselmesine “ısı adası” adı verilmektedir (Şekil 1). Isı adası etkisi ilk olarak Endüstri Devrimi’nin ardından 19. yy’da Londra’da görülmüştür. Bu etki son yıllarda katlanarak artmakta, yarattığı problemler giderek önem kazanmakta ve küresel ısınma ile ilişkilendirilmektedir. [3, 8, 9].

Hava kirliliği ise ısı adası etkisini pekiştiren, sağlıkla ilgili endişeleri artıran bir başka etkendir. Dünya Sağlık Örgütü dünya çapında 1 milyon prematüre bebek ölümünü kentsel hava kirliliği ile ilişkilendirmektedir. Birleşmiş Milletler Nüfus Örgütü ise dünya nüfusunun 2030 yılında 9,7 milyara ulaşacağını ve çevresel etmenlere hassas insan gruplarının ortaya çıkacağını belirtmektedir. Bu nedenle ısı adası etkileri ve hava kirliliğinden kaynaklanan problemler için çözüm önerileri sunulmalı, yapısal çözümler üretilmelidir [10].

Yerel yönetimler bu amaçla çeşitli politikalar oluşturmaya başlamışlardır. Kentsel yeşil alanların artırılması bölgenin doğal serinlemesine katkı sağlayan ve hava kirletici partikülleri azaltan uygun bir çözümdür. Bitkiler fotosentez, terleme ve buharlaşma sırasında güneş ışınlarının belirgin bir kısmını kullanır ve hava kirleticileri yapraklarına hapseder [11]. Bina cephe ve çatılarında oluşturulan yeşil alanlar sayesinde mevcut ortamın serinletilmesi, ısı adası etkilerinin ve atmosferik kirliliğin azaltılması olanaklıdır.

Çatı ve Cephe Bahçeleri

Kentsel ısı adası etkisinin en önemli sebeplerinden biri olan malzeme yüzeylerinin ve çevrenin fazla ısınmasını engellemek için önerilen çözümlerden biri ısı emilim değeri ve yansıtma özelliği yüksek malzemeler (soğuk malzeme) tercih edilmesidir. Bir başka çözüm ise yapı yüzeylerinde yeşil alanlar oluşturulmasıdır [7, 12]. Bilimsel araştırmalarda, yapı yüzeylerinde oluşturulan yeşil alanların soğuk malzeme kullanımına göre daha verimli sonuç verdiği ortaya konmaktadır. Yapılan bir araştırmada, seçilen bir kent bölgesinde soğuk malzeme kullanımının bölge sıcaklığını 1,5 ºC azalttığı, benzer bir kent bölgesinde iki çatı bahçesi ve iki cephe bahçesinin ise sıcaklığı 10 ºC’ye kadar azaltabildiği belirlenmiştir [13, 14].

• Çatı bahçeleri

Kısmen ya da tamamen bitkilendirilmiş çatılara “yeşil çatı” veya “çatı bahçesi” adı verilir. Bu bahçeler; yalıtım katmanı, yetiştirme ortamı (substrat), bitki, kök koruyucu ve drenaj katmanlarından oluşur. İklimsel gereksinimlere bağlı olarak bu katmanlara sulama sistemleri de eklenebilir [15]. Çevresel olarak çok sayıda avantajı olan çatı bahçeleri Şekil 2’deki gibi; intensif, yarı-intensif ve ekstensif çatılar olmak üzere üçe ayrılır [16].

İntensif çatılar köklerin derinlere inebilmesine olanak sağlayan daha derin bir yetiştirme ortamına sahiptir ve ağaçlarla, çalıların büyümesine olanak tanır. Ekstensif çatılar ise daha ince bir yetiştirme ortamına sahiptir, sedum ya da çimen gibi alçak bitki katmanlarının yetiştirilmesine olanak sağlar (Şekil 3, 4). Ekstensif çatılar daha hafif bir katman oluşturur ve neredeyse bakım gerektirmeden Avrupa ikliminde uzun süre dayanabilir [15, 17].

• Cephe bahçeleri

Cephe bahçeleri; bitkilendirilmiş cephe kaplama sistemleri olarak tanımlanabilir [18]. Bu tip bahçelerde kullanılan bitkiler ya zeminden köklenir, ya duvar katmanının içine konumlandırılır, ya da binanın dışındaki modüler panellerin içine yerleştirilir [19].

Cephe bahçeleri yeşil cephe ve dikey bahçe olmak üzere iki farklı gruba ayrılır. Yeşil cepheler tırmanan bitkilerle oluşturulur. Bu bitkiler ya doğrudan binanın cephesine, ya da cephede önceden oluşturulmuş kafes ya da tellere tutunarak büyürler (Şekil 5, 6). Yeşil cepheler sıklıkla yapının zemininden filizlenir ve bu nedenle ekonomiktir. Bununla birlikte; dış cephe ile ilgili yapılması gereken herhangi bir bakım veya onarım çalışmasına engel oluşturmaları dezavantajlarıdır [19].

Dikey bahçeler ise yapının cephesine monte edilen bir cephe elemanı ve onun üzerinde yetiştirilen bitki veya çim tabakasıdır [20]. Dikey bahçelerde bitkilendirme, kendi yetiştirme ortamını (toprak, keçe, perlit, vb.) içeren metal ya da polimer esaslı modüler panellerde yapılmaktadır (Şekil 7, 8 ).

Cephe bahçelerinin; konstrüksiyon sistemi türü, bitki türü, yaprak katmanının kalınlığı ve yapraklarının emilim katsayısı, ısıl yönden sağladıkları avantajların seviyesinde etkilidir [18].

Çatı ve Cephe Bahçelerinin Çevresel Faydaları 

Çatı ve cephe bahçelerinin çevresel olarak sağladığı pek çok avantaj bulunmaktadır. Bu çevresel faydalar aşağıda belirtilmektedir.

• Enerji tüketimini azaltma

Çatı ve cephe bahçeleri iç mekânın sıcaklık değerlerindeki değişimi ve iklimlendirmede harcanan enerji miktarını azaltmakta oldukça etkilidir, ancak bu etkide yapının mevcut ısı yalıtım sistemi de önemlidir. Yalıtımı olmayan bir binada bu bahçelerin etkisi daha belirginken, doğru uygulanmış bir yalıtım sistemine sahip yapıda katkısı daha azdır.

İspanya’da yapılan bir araştırmada; farklı sistemlerle üretilen çatıların servis ömrü boyunca tükettikleri enerji miktarları belirlenmiştir. Çakıl taşı kaplı, beyaza boyalı ve çatı bahçesine sahip üç farklı çatının enerji tüketimleri incelendiğinde, çatı bahçesinin yıllık enerji tüketimine %1 oranında, yaz dönemi enerji tüketimine ise %6 oranında fayda sağladığı belirlenmiştir [15, 21].

Bu tip bahçeler farklı iklim bölgelerinde farklı etkilere sahiptir. Örneğin, tropik iklim bölgelerinde yüksek sıcaklıkların düşürülmesinde etkindir, ancak bu bölgelerde büyüme ortamının derinliği artırılmalıdır. Bununla birlikte, çok soğuk bölgelerde çatı bahçelerinin verimlilikleri tartışılmaktadır. Yapılan araştırmaların bir kısmı olumlu, bir kısmı ise olumsuz sonuç vermiştir [1].

• Isı adası etkisini azaltma

Isı adası etkilerinin azaltılmasında, yansıtma özelliği yüksek malzemelerin kullanımı ile çatı ve cephe bahçelerinin fayda sağladığı ortaya konmaktadır. Çatı ve cephelerde kullanılan mevcut yapı malzemelerinin yansıtıcılık değerleri 0,10-0,20 arasında iken, bahçelerin yansıtıcılık değeri 0,70-0,85 arasındadır. Çatı bahçelerinin yaygın uygulanmasının çevre sıcaklığını 0,3-3ºC azaltabileceği, özellikle ılıman iklim bölgelerinde çatı bahçelerinin yaygınlaştırılmasının faydalı olduğu belirtilmektedir [1, 22].

• Hava kirliliğini azaltma

Tüm bitki türleri hava kirletici partikülleri yapraklarında hapseder. Hava kirliliğini azaltıcı etkiler değerlendirildiğinde; intensif çatı bahçelerinin öteki bahçe türlerinden daha iyi sonuç yarattığı ortaya konmaktadır. Singapur’da yapılan bir araştırmada, bir yapı grubunun mevcut çatı örtüsü olan çakıl kaplama, çatı bahçesine dönüştürülmüş; uygulamanın öncesi ve sonrasında havadaki kirleticilerin oranı incelenmiştir. Sonuçlara göre; pek çok partikül oransal olarak belirgin miktarda azalmış, malzeme ve insan sağlığı üzerinde olumsuz özellikleri bilinen sülfür dioksit oranı ise %37 azalmıştır [23].

• Su ve ses denetimi

Fırtına sularının akış kontrolünde özellikle çatı bahçelerinin etkin olduğu belirtilmektedir. Çatı bahçelerinin su akışını azaltmadaki etkilerini inceleyen bir araştırmada, ekstensif çatıların %60’lık, intensif çatıların ise %100’lük azalma sağladığı görülmüştür [1]. Bitki türlerinin suyu tutmadaki etkilerini inceleyen bir başka araştırmada ise; üç farklı bitki örtüsünün (uzun çim, kısa çim ve sedum) yüzeysel akış hacmi değerlendirilmiştir. Sonuç olarak sedumun en az etkiyi, uzun çimin ise en fazla etkiyi sağladığı belirlenmiştir [1, 24].

Çatı ve cephe bahçeleri ayrıca bitki örtüsü katmanının yüksek emilim katsayısına sahip olması ve yapraklar arasında oluşan boşluk sayesinde ses iletimini azaltmakta, bu şekilde gürültü yalıtımına fayda sağlamaktadır. Bununla ilgili yapılan araştırmalarda ses iletiminde belirgin azalmalar olduğu belirtilmektedir [1].

• Ekolojiyi koruma

Çatı ve cephe bahçelerinin ekolojik özellikleriyle ilgili yapılan araştırmalar sıklıkla yaşam döngüsü analizlerini içermekte, bu kapsamda ise özellikle polimerlerin çevresel etkileri incelenmektedir. Çatı ve cephe bahçeleri uzun dönemde değerlendirildiklerinde sürdürülebilir özelliktedir. Geri dönüştürülmüş malzeme kullanımı sağlandığında ise çevreye faydaları artırılabilmektedir. Bu tip uygulamalar biyolojik çeşitliliğin ve doğal yaşam alanlarının korunmasında da fayda sağlamakta, son yıllarda kentsel tarım alanı olarak da kullanılmaktadır [1].

20.yüzyılın ilk yarısından bu yana uygulanan çatı ve cephe bahçelerinin çevresel faydaları ile ilgili olarak aşağıdakiler ifade edilebilir.

• Bu tip uygulamaların en önemli katkısı kentsel ısı adası etkilerini hafifletmesidir. Fotosentez, terleme ve buharlaşma ile bu tip bahçelerin çevresindeki hava serinlemekte, böylelikle yapı yoğunluğunun yüksek olduğu bölgelerde ısı artışı dengelenebilmektedir.
• Çatı ve cephe bahçeleri yapının çıplak yüzeylerine uygulanarak hem görsel etkiyi artırmakta, hem de yalıtım katmanı görevi üstlenerek yüzeydeki ısı dolaşımını azaltmaktadır. Böylelikle iç mekânın ısıtma-soğutma giderleri de azaltılabilmektedir.
• Çatı bahçeleri, özellikle yoğun yağışlar sırasında kent merkezinde oluşabilecek su baskınlarına karşı, fırtına suyu denetiminde önemli bir rol üstlenmektedir.
• Çatı ve cephe bahçelerinin yapı yüzeylerinde oluşturduğu katman ses emilimini artırarak gürültü yalıtımı sağlamakta, trafik yoğunluğunun fazla olduğu kentlerde cadde gürültüsünün azalmasında etkin rol oynamaktadır.
• Çatı ve cephe bahçeleri oluşturdukları yeşil alanlar sayesinde biyolojik çeşitliliğin korunmasına fayda sağlamaktadır. Son yıllarda bu tip bahçeler kentsel tarım alanı olarak da kullanılmaktadır.

Kaynaklar

1. Berardi U., GhaffarianHoseini A.H., GhaffarianHoseini A., “State-of-the-art analysis of the environmental benefits of green roofs”, Applied Energy, 115 (2014) 411-428
2. Bianchini F., Hewage K., “How ‘green’ are the green roofs? Lifecycle analysis of green roof materials”, Building and Environment, 48 (2012) 57-65.
3. Jim C.Y., “Air-conditioning energy consumption due to green roofs with different building thermal insulation”, Applied Energy, 128 (2014) 49-59.
4. La Roche P., Berardi U., “Comfort and energy savings with active green roofs”, Energy and Buildings, 82 (2014) 492-504.
5. Berardi U., “Clarifying the new interpretations of the concept of sustainable building”, Sustainable Cities and Society, 8 (2013) 72-78.
6. Li J., Wai O.W.H., Li Y.S., Zhan J., Ho A., Li J., Lam E., “Effect of green roof on ambient CO2 concentration”, Building and Environment, 45 (2010) 2644-2651.
7. Costanzo V., Evola G., Marletta L., “Energy savings in buildings or UHI mitigation? Comparison between green roofs and cool roofs”, Energy and Buildings, 114 (2016) 247-255.
8. Jim C.Y., “Passive warming of indoor space induced by tropical green roof in winter”, Energy, 68 (2014) 272-282.
9. Malys L., Musy M., Inard C., “A hydrothermal model to assess the impact of green walls on urban microclimate and building energy consumption”, Building and Environment, 73 (2014) 187-197.
10. Yang J., Yu Q., Gong P., “Quantifying air pollution removal by green roofs in Chicago”, Atmospheric Environment, 42 (2008) 7266-7273.
11. Perini K., Ottele M., Fraaij A.L.A., Haas E.M., Raiteri R., “Vertical greening systems and the effect on air flow and temperature on the building envelope”, Building and Environment, 46 (2011) 2287-2294.
12. Djedjig R., Bozonnet E., Belarbi R., “Experimental study of the urban microclimate mitigation potential of green roofs and green walls in street canyons”, International Journal of Low-Carbon Technologies, 10 (2015) 34-44.
13. Doya E., Bozonnet E., Allard F., “Experimental measurements of cool facades’ performance in a dense urban environment”, Energy and Buildings, 55 (2012) 42-50.
14. Aleksandri E., Jones P., “Temperature decreases in an urban canyon due to green walls and green roofs in diverse climates”, Building and Environment, 43 (2008) 480-493.
15. Castledon, H.F., Stovin V., Beck S.B.M., Davison J.B., “Green roofs; building energy savings and the potential for retrofit”, Energy and Buildings, 42 (2010) 1582-1591.
16. Jaffal I.,Ouldboukhitine S.E., Belarbi R., “A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance”, Renewable Energy, 43 (2012) 157-164.
17. Jim C.Y., “Building thermal insulation effect on ambient and indoor thermal performance of green roofs”, Ecological Engineering, 69 (2014) 265-275.
18. Mazzali U., Peron F., Romagnoni P., Pulselli R.M., “Experimental investigation on the energy performance of Living Walls in a temperate climate”, Building and Environment, 64 (2013) 57-66.
19. Ottele M., Perini K., Fraaij A.L.A., Haas E.M., Raiteri R., “Comparative life cycle analysis for green facades and living wall systems”, Energy and Buildings, 43 (2011) 3419-3429.
20. Charoenkit S., Yiemwattana S., “Living walls and their contribution to improved thermal comfort and carbon emission reduction”, A review, 105 (2016) 82-94.
21. Chenani S.B., Levavirta S., Hakkinen T., “Life cycle assessment of layers of green roofs”, Journal of Cleaner Production, 90 (2015) 153-162
22. Santamouris M, “Cooling the cities–A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments”, Solar Energy, 103 (2014) 682-703.
23. Tan P.Y., Sia A.A., “A pilot green roof research project in Singapore, 3”, Annual Greening Rooftops for Sustainable Communities Conference, Washington, 4-6 Mayıs 2005.
24. Mickovski S.B., Buss K., McKenzie B.M., Sokmener B., “Laboratory study on the potential use of recycled inert construction waste material in the substrate mix for extensive green roofs”, Ecological Engineering, 61 (2013) 706-714.