A parametric design proposal for multi-story residential buildings to enhance daylight performance
Çok katlı konut binaları için gün ışığı performansını artıracak bir parametrik tasarım önerisi
- Tez No: 670771
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilişim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mimari Tasarımda Bilişim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Küresel ısınmanın ana nedenlerinden biri, sürdürülebilir olmayan yöntemlerle elde edilen enerjinin, giderek artan miktarda kullanılmasıdır. Bu tür enerji kullanımının sonucu olarak karbon salınımı ve diğer zararlı atık miktarlarında en büyük payı %30-40 oranıyla binalar oluşturmaktadır. Binalarda enerji tüketiminin ana nedenlerinden biri, kullanılan yapay ışık kaynaklarıdır (%20-35). Daha sağlıklı bir çevre ve yaşanabilir bir gelecek için, sürdürülebilir enerjiye ve enerji verimli teknolojilere yönelmek gerekmektedir. Bu bağlamda, binalarda gün ışığından mümkün olduğunca fazla yararlanmak büyük önem taşımaktadır. Büyük şehirlerde hızla artan nüfusla birlikte değerli kentsel arazi üzerine çok katlı, derin planlı, bitişik nizam konut binaları inşa edilmiştir. Çalışma kapsamında bu şekilde inşa edilen binalarda doğal ışığın önemi, sürdürülebilirlik bağlamında ele alınmış ve önde gelen tasarım ilkelerinden biri olarak kabul edilmiştir. Bu konut binaları için iç mekân aydınlatmasının önemi vurgulanarak pasif aydınlatma elemanlarının etkinliğine dikkat çekilmiştir. Bu nedenle gün ışığını iç mekâna taşıyan sistemlerin verimliliği için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bu bağlamda çok katlı, derin planlı, bitişik nizam konut binalarında gün ışığı otonomisi (DA) simülasyonu doğrultusunda, yıllık bazda aydınlanma miktarını artıracak, ışık bacası (aydınlık) içerisinde parametrik yansıtıcı yüzeyler sistemi önerilmektedir. İç mekânda gün ışığının varlığı, statik ve dinamik ölçüm birim yöntemleriyle değerlendirilir. Statik ölçütler, standart bir gökyüzü koşulunda tek bir noktadaki anlık durumun ölçülmesiyle elde edilir. Dinamik ölçütler ise, yerel hava durumu verilerini kullanarak belirli bir zaman dilimi (genellikle yıllık) boyunca binanın aldığı gün ışığı miktarını hesaplayan bir yöntemdir. Çalışma kapsamında, dinamik metriklerden gün ışığı otonomisi (DA) ölçüm yöntemi kullanılmıştır. DA, yıl boyunca, iç mekânda belirli bir noktaya yerleştirilen gün ışığı sensörlerine düşen, farklı ihtiyaçlara göre belirlenen eşik değerinden daha yüksek olan, gün ışığı aydınlatmasının kapladığı saatlerin yüzdesi olarak tanımlanmaktadır. DA, yapay aydınlatmaya ihtiyaç duymadan, iç mekân aydınlatmasının yeterliliğini ölçmek için, yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Avrupa'da başlayıp bütün dünyaya yayılan Uluslararası Modern Mimarlık akımı Türkiye'de de 1930'lu yıllardan itibaren etkisini göstermeye başlamıştır. Avrupa'dan Türkiye'ye davet edilen birçok yetkin mimar, modern mimarının gelişmesinde öncü olmuştur. Bu dönemde kamu alanındaki önemli simgesel binalar yanında, sivil mimari binalar da modern mimari tarzın önemli birer temsilcisi olmuştur. Cumhuriyet ile Ankara nüfusunun nitelikli barınma ihtiyacını karşılayan ve modern bir yaşam tarzını benimseyenlerin rahatlığını sağlayan apartman binaları, modern mimarinin Türkiye'de ki nitelikli örneklerindendir. Şehirlerde arazinin çok değerli olması sonucu yüksek katlı binalar bitişik nizam ve derin planlı olarak inşa edilmesine yol açmıştır. Bu durum da mimaride başka sorunları beraberinde getirmiştir. Bu binalarda binanın merkezine ışık ve havalandırma sağlamak için, ışık bacaları kullanılmıştır. Bu çalışma kapsamında, bu tür apartmanlarda, derin plan yapısından kaynaklı binanın merkezinde kalan odalarda ışık miktarını arttırmak için kullanılan ışık bacaları, verimlilik arttıracak araçlar ile desteklenmek istenmiş ve bu durum test edilmiştir. Çalışma kapsamında örneklem grubu olarak Ankara'da 1930-1980 yılları arasında Ulusal Mimarlık Akımını yansıtan sivil mimarı konut örnekleri seçilmiştir.“Sivil Mimari Bellek Ankara 1930-1980”ve“Koç Üniversitesi Vehbi Koç Ankara Araştırmaları Uygulama ve Araştırma Merkezi (VEKAM)”envanterleri çalışma altlığını oluşturmuştur. Bu envanter kapsamında seçilmiş olan 120 bina çok katlı olma, bitişik nizamlı olma, ışık bacası bulundurma ve ışık bacalarının yaşam mekânlarına açılması ölçütlerine göre incelenmiştir. İnceleme sonucu, 120 bina içinden 5 adet apartman binasının ölçütleri sağladığı görülmüş ve bu binalar da gün ışığı açısından incelenmiştir. Seçilen apartman binaları, bu veri tabanlarından elde edilen vaziyet planı, plan, kesit, görünüş, metin ve fotoğraflar üzerinden sayısal ortamda modellenmiştir. Sayısal ortamda geliştirilen model, gün ışığı simülasyon analizi, parametrik yansıtıcı yüzey önerisi ve genetik algoritmalı optimizasyon süreci olmak üzere üç aşamada ele alınmaktadır. İlk aşamada, inceleme sonucunda ölçütleri sağlayan 5 apartman binası Rhinoceros yazılımda modellenmiştir. Ardından modellerin her katı için yıllık DA simülasyonları Grasshopper üzerinde, Ladybug ve Honeybee eklentileri ile IESNA standartlarına uygun olarak yapılmıştır. İkinci aşamada DA simülasyonları yapılan 5 apartman binası içerisinden gün ışığı aydınlık miktarı en düşük olduğu belirlenen apartman binası için yansıtıcı yüzey modeli önerisi geliştirilmiştir. Bu binanın ışık bacası içerisindeki pencerelerin karşısına statik düzlemsel yansıtıcı yüzeyler yerleştirilerek gün ışığı simülasyonu tekrar edilmiştir. Üçüncü aşamada ise evrimsel algoritmalı optimizasyon için yansıtıcı yüzeylere, Galapagos bileşeni ile açı değerleri tanımlanmıştır. Böylelikle yansıtıcı yüzeylere dinamik bir hareket parametresi oluşturulmuştur. Model, ışık bacaları içerisinde yer alan yansıtıcı yüzeylerin açılarını, iç mekânda DA değeri en yüksek olacak şekilde optimize etmektedir. Son durumda, dinamik yansıtıcı yüzeyler ile kurulan sistem için DA simülasyonu tekrarlanmıştır. Genetik algoritmalar yardımıyla optimize edilen yansıtıcı yüzey açıları, uygunluk fonksiyonu DA değerlerine bağlanarak, alt katlara daha çok doğal ışık erişimini sağlayabilmesi üzerine kurulmuştur. En son durumda, dinamik yansıtıcı yüzeyler ile kurulan sistemin, tekrarlanan DA simülasyonunda, statik yansıtıcı yüzeylerden ve binanın mevcut DA simülasyonu sonucundan daha verimli olduğu görülmüştür. Mimarlar için binaların tasarımlarında ışık bacalarının kullanımı genellikle çekinilen ve olumsuz bulunan bir durumdur. Buna rağmen bu çalışma, gün ışığı yansıtıcı sistemin kullanımı ile ışık bacalarının verimliliklerinin arttırılabileceğini göstermiştir. Ayrıca binalarda ışık bacası kullanımının yalnızca işlevsel değil, aynı zamanda bir estetik unsur olarak ele alındığında binanın niteliğini arttıracak bir tasarım öğesi olduğunu düşündürmektedir.
Özet (Çeviri)
The increasing use of energy obtained by unsustainable methods is one of the primary causes of global warming. As a result of such energy use, buildings account for the largest share of 30-40% of carbon emissions and other harmful waste amounts. One of the main reasons for energy consumption in buildings is the artificial light sources used (20-35%). For a healthier environment and a livable future, it is necessary to turn to sustainable energy and energy efficient technologies. In this context, it is of great importance to benefit from daylight in buildings as much as possible. With the increasingly growing population of big cities, multi-story, deep planned, adjacent residential buildings were built on valuable urban land. The importance of natural light in these buildings was discussed in the context of sustainability and acknowledged as one of the key design principles within the framework of the study. Emphasizing the importance of indoor lighting for these residential buildings, attention was drawn to the effectiveness of passive lighting elements. For this reason, more research is needed for the efficiency of systems that bring daylight to indoor spaces. In this context, a parametric reflective surface system within the lightwell is proposed to increase the amount of illumination on an annual basis, in accordance with daylight autonomy (DA) simulation in multi-story, deep-planned and adjacent residential buildings. The presence of daylight in the interior is evaluated with static and dynamic metrics. Static metrics are obtained by measuring the instantaneous state at a single point in a standard sky condition. Dynamic metrics are a tool that uses local weather data to measure the amount of daylight the building receives over a given time span (usually annually). The daylight autonomy (DA) measurement method from dynamic metrics was used within the scope of the study. DA is defined as the percentage of hours covered by daylight that fall on daylight sensors placed at a specific point indoors throughout the year, which is higher than the threshold value determined according to different needs. DA is a commonly used metric for determining the sufficiency of indoor lighting without the use of artificial lighting. Since the 1930s, Turkey has been witnessing the impact of the International Modern Architecture Movement, which began in Europe and spread throughout the world. Many competent architects from Europe have been invited to Turkey, which has been a pioneer in the development of modern architecture. In this period, besides the important symbolic buildings in the public sphere, civil architecture buildings were also important representatives of the modern architectural style. Apartment buildings designed to meet the qualified housing needs of Ankara's growing population with the Republic are qualified examples of modern architecture in Turkey. Because land in cities is very valuable, high-rise buildings have been designed adjacent and in deep planning. This situation brought other problems in architecture. Lightwells were used in these buildings to provide light and ventilation to the core of the building. The lightwells used to increase the amount of light in the rooms located in the core of the building due to the deep plan layout in such apartmentsö were aimed to be supported with tools to increase efficiency within the framework of this study, and this situation was tested. The study's sample group consisted of civil architecture residences in Ankara from 1930 to 1980 that reflected the National Architecture Movement.“Civil Architecture Memory Ankara 1930-1980”and“Koç University Vehbi Koç Ankara Studies Application and Research Center (VEKAM)”inventories constituted the study base. Within the scope of this inventory, 120 buildings were examined based on the following criteria: multi-story, adjacent, lightwells, and opening light shafts to living spaces. As a result of the examination, 5 apartment buildings out of 120 were found to meet the requirements, and these buildings were also examined for daylight. The selected apartment buildings are digitally modeled on the site plans, floor plans, sections, elevations, texts and photographs obtained from these databases. The study developed in digital environment is handled in three stages: daylight simulation analysis, parametric reflective surface system model and optimization process with genetic algorithms. In the first stage, five apartment buildings meeting the criteria as a result of the examination were modeled in Rhinoceros software. Then, annual DA simulations for each floor of the models were made on Grasshopper, with Ladybug and Honeybee add-ons, in accordance with IESNA standards. In the second stage, a reflective surface model proposal was developed for the apartment building, which was determined to have the lowest amount of daylight illumination among the five apartment buildings where DA simulations were made. The daylight simulation was repeated by placing static planar reflective surfaces across the windows in the lightwell of this building. In the third stage, the angle values of the reflective surfaces were defined using the Galapagos component for evolutionary algorithmic optimization. Thus, a dynamic movement parameter was created for the reflective surfaces. The model maximizes the DA value in the interior by optimizing the angles of the reflective surfaces within the lightwells. The DA simulation was repeated for the system with dynamic reflective surfaces in the last case. The ability to provide more natural light access to the lower floors by linking the suitability function DA values is the basis for optimizing reflective surface angles with the help of genetic algorithms. Reflective surface angles optimized with the help of genetic algorithms are based on the ability to provide more natural light access to the lower floors by linking the suitability function DA values. Finally, in the repeated DA simulation, it has been observed that the system established with dynamic reflective surfaces is more efficient than static reflective surfaces and the result of the existing DA simulation of the building. The study showed that the efficiency of the lightwells can be increased by using the daylight reflective system. In addition, it suggests that the use of lightwells in buildings is not only functional but also a design element that will increase the quality of the building when considered as an aesthetic element.
Benzer Tezler
- Kabuk yapılar için evrimsel algoritma tabanlı parametrik tasarım önerisi
Evolutionary algorithm based parametric design proposal for shell structures
İHSAN ERDEM ER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
MimarlıkYıldız Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TOGAN TONG
- Yerleşmelerde güneş ışınımından optimum yararlanma ve gökyüzü görüş faktörünün belirlenmesine yönelik bir algoritma önerisi
An algorithm proposal for optimum utilization of solar radiation and determination of sky view factor in settlements
ORÇUN FINDIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
- Design and optimization of variable stiffness composite structures modeled using Bézier curves
Bézier eğrileriyle modellenen değişken katılıklı kompozit yapıların tasarımı ve optimizasyonu
ONUR COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Ulusal Yapı Enformasyon Modellemesi (YEM/BIM) Kütüphanesi içeriğinin sektörel ihtiyaçları karşılayacak şekilde geliştirilmesi için bir araştırma: kapı örneği
A research for development of National Building Information Modelling (BIM) Library content in line with sectoral needs: The case of doors
GONCA AKKÜÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FETHİYE ECEM EDİS
- Yapı bilgi modelleme süreçleri için algoritma destekli yaklaşım önerisi
Algorithm aided approach for the processes of building information modelling
ŞEYMANUR YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM