An approach for energy-efficient building facades: Biomimetic envelope design and architectural integration process in Doha
Enerji verimli bina cepheleri için bir yaklaşım: Doha'da biyomimetik kabuk tasarımı ve mimari entegrasyon sureci
- Tez No: 856875
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAŞAK KUNDAKCI KOYUNBABA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yaşar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 189
Özet
Artan dünya nüfusu ile birlikte her geçen gün çevre ve binalara olan ihtiyaç da doğru orantılı olarak artmaktadır. Dünya genelinde enerji tüketiminin büyük bir bölümünü, bu ihtiyaç doğrultusunda imar edilen binalar oluşturmaktadır. Bu bağlamda, hızla artan dünya nüfusuna karşılık mimarların sorumlulukları ve görevleri de artmaktadır. Günümüzde bu bilinçle tasarlanan çevre ve binaların enerji verimliliği esas alınarak kurgulanması gerekmektedir. Bu nedenle, enerji verimli bina tasarımları yıllar içerisinde üzerinde durulan konulardan biri haline gelmiştir. Bir binanın en temel yapıtaşı ve dış ortam ile direkt olarak iletişim kurduğu bölüm olan bina cephe ya da kabuk sistemleri, enerji verimli bina tasarımlarının vazgeçilmez parçası olmuştur. Biyomimikri, doğanın tüm zorlu koşullarında kendini ispat etmiş birçok sistemi, insanların ihtiyaçları doğrultusunda kullanmayı amaç edinmiş bir disiplindir. Doğanın barındırdığı organizmaları ve bu organizmaların yaşamları boyunca hayatta kalabilme mücadelesinde kullandıkları bütün sistemleri ve davranışları konu alan biyomimikri, enerji verimli bina tasarımlarında etkin rol almaktadır. Doğadaki çoğu canlının sahip olduğu kendisini ispat etmiş kabuk sistemlerini taklit ederek, bir bina cephesinin ya da kabuk sisteminin tasarlanmasını sağlamaktadır. Binanın zorlu dış ortam koşulları ile iç ortam konforu arasındaki dengenin kurulmasında etkin rol almasını sağlamaktadır. Biyomimetik yaklaşımlarla oluşturulan bina cephe ve kabuk sistemleri bina için her ne kadar kalıcı çözümler üretse de maliyetli uygulama sürecine sahiptir. Bu yüzden günümüzde biyomimikri disiplininden faydalanılarak geliştirilen bina cephe ya da kabuk sistemlerinin uygulama safhasından önce iyi analiz edilmesi gerekmektedir. Teknolojik gelişmelerle birlikte gelişen biyomimetik uygulamalar her geçen gün daha uygulanabilir hale gelmektedir. Hem tasarım sürecinde hem de değerlendirme metotlarındaki gelişimlerle birlikte elde edilen tasarımlar, mimari entegrasyon süreçlerini daha verimli geçirmektedir. Genel olarak bakıldığında, biyomimetik yaklaşımla oluşturulan bina cephe veya kabuk sistemlerinin tasarım süreci farklı disiplin ve araçların iş birliği ile gerçekleşmektedir. Biyomimetik kabuk sistemi binanın enerji verimliliği ve konfor ihtiyaçlarına yönelik çözümler üretirken değerlendirme kriterleri ve onu destekleyen analiz ve simülasyon çıktıları, tasarım varyasyonlarını test etme olanağı sağlamaktadır. Bilgisayar destekli simülasyon ve analiz araçlarındaki teknolojik gelişmeler ile birlikte mimarlar, tasarımcılar ve mühendisler biyomimimetik yaklaşımlarla tasarımlarını daha sürdürülebilir çözümlerle oluşturabilmektedir. Bu gelişmelerle birlikte simülasyon, modelleme ve analiz programları gibi tasarımların mimari entegrasyon sürecine olumlu etki edebilecek farklı araçlarla iş birliği yapılabilmesi de kolaylaşmaktadır. Bu kapsamda geliştirilen kabuk tasarımları, ait olduğu binanın çevre ve iç ortam koşullarına direkt çözüm olacak şekilde oluşturulmaktadır. Bu tez kapsamında öncelikli olarak enerji etkin biyomimetik bina kabuk tasarımı geliştirme hedeflenmektedir. Bu kabuk sisteminin tasarımı esnasında zor çevre koşullarına karşı sistemler üreten doğadan ilham alınmaktadır. Organizmalarda dış ortamla direkt olarak irtibat halinde olan deri, kabuk, cilt, zar ve benzeri sistemlerde olduğu gibi binaların dış çevre ile direkt olarak etkileşim halinde olan cepheleri de kabuk görevi görmektedir. Doğayı taklit ederek, geliştirilen bina kabuk sistemleri, canlılarda olduğu gibi çeşitli parametreler için dış çevre ile iç ortam arasındaki dengeyi sağlamayı hedeflemektedir. Bu çerçevede, aşırı sıcak ve kurak iklimde bulunan yüksek katlı bir ofis binası ele alınmıştır. Ele alınan hayali ofis binasının en çok gün ışığı alan cephesi olan güney cephesinde bulunan bir ofis alanı, test kutusu olarak belirlenmiştir. Çalışma kapsamında geliştirilen biyomimetik kabuk sistemi tasarımı bu test kutusu üzerinde test edilmiştir. Bu kabuk sistemi binayla aynı ortam koşullarına sahip bir organizmadan esinlenilerek, belirlenen tasarım süreci içerisinde geliştirilmiştir. Tasarım süreci kapsamında ilk olarak, test kutusunun yani ofis modülünün modellemesi RhinoCeros 3D Modelling programında oluşturulmuştur. Plug-in Grasshopper program üzerinden geliştirilen kabuk sistemi, oluşturulan test kutusu üzerine entegre edilmiştir. Modelin binaya entegrasyon ve analiz sürecinde Grasshopper eklentili Ladybug-Honeybee araçları da kullanılmıştır. Binanın enerji verimliliğine etki edecek simülasyon çıktıları oluşturulmuş ve bunların ışığında kabuk sistemi geliştirilmiştir. Simülasyon ve analiz çıktıları neticesinde, tasarım süreci ve değerlendirme kriterleri rehberliğinde elde edilen biyomimetik kabuk sistemi değişken parametreler ile test edilmiştir. Biyomimetik kabuk tasarımının açılıp kapanma açısı ve ETFE katman sayısına göre oluşturulan farklı kombinasyonlar test edilmiştir. Bunlar ışığında test kutusunun soğutma yükü ve gün ışığı analizleri oluşturulmuştur. Geliştirilen biyomimetik kabuk sisteminin mevcut binanın enerji verimliliği üzerine etkisi karşılaştırılmıştır. Tasarlanan bina kabuğunun geliştirilen değerlendirme kriteri rehberliğinde enerji verimliliği ve iç ortam konforu üzerine kapsamlı şekilde etkileri tartışılmıştır. Bu çalışma, günümüzde ekstrem koşullara sahip binaların, biyomimetik çözümlemeler ile enerji verimli binalar haline dönüştürülmesi üzerine yeni bir bakış açısı getirmektedir. Doğadan esinlenilerek geliştirilen biyomimetik kabuk sisteminin gelecekteki çalışmalarda bir fikir oluşturması ve yeni bir bakış açısı kazandırması olasıdır.
Özet (Çeviri)
With the increasing world population, the need for the environment and buildings is increasing in direct proportion. Most of the energy consumption around the world are buildings that are reconstructed in line with this need. In this context, the responsibilities and duties of the architects are increasing in response to rapidly increasing world population. Today, the environment and buildings designed with this awareness should be constructed on the basis of energy efficiency. For this reason, energy efficient building designs have become one of the issues that have been emphasized over the years. The building façade or envelope systems, which is the part where a building directly communicates with the most basic building block and outdoor environment, has become an indispensable part of energy efficient building designs. Biomimicry is a discipline that aims to use many systems that have proven itself in all challenging conditions of nature in line with the needs of people. Biomimicry, which deals with the organisms in nature and all the systems and behaviors used by these organisms in their struggle to survive throughout their lives, plays an active role in energy efficient building designs. By imitating the envelope systems that have proven themselves by most living things in nature, it enables the design of a building façade or envelope system. It enables the building to take an active role in the establishment of the balance between difficult outdoor conditions and internal comfort. Although the building facades and envelope systems created with biomimetic approaches produce permanent solutions for the building, it has a costly application process. Therefore, the building facades or envelope systems developed by using the discipline of biomimicry should be well analyzed well before the application phase. Biomimetic applications that develop with technological developments become more applicable with each passing day. The designs obtained with the developments in both the design process and the evaluation methods are more efficient. In general, the design process of building facades or envelope systems created with the biomimetic approach is carried out in cooperation with different disciplines and tools. The biomimetic envelope system, while producing solutions for the energy efficiency and comfort needs of the building, the evaluation criterion and the analysis and simulation outputs that support it provide the opportunity to test the designs. With technological developments in computer-aided simulation and analysis tools, architects, designers and engineers can create their designs with more sustainable solutions through biomimimetic approaches. With these developments, it is easier to cooperate with different tools that may have a positive impact on the architectural integration process of designs such as simulation, modeling and analysis programs. In this context, the envelope designs developed are created in a way that is directly solved to the environmental and internal conditions of the building to which it belongs. Within the scope of this thesis, it is primarily aimed to develop an energy efficient biomimetic building envelope design. During the design of this envelope system, it is inspired by nature that produces systems against difficult environmental conditions. As in the leather, shell, skin, membrane and similar systems that are directly in contact with the outdoor environment in organisms, the facades of the buildings that are directly interacting with the external environment serve as envelope tasks. By imitating nature, the developed building envelope systems aim to ensure the balance between the external environment and the internal environment for various parameters, as in living things. In this context, a high-rise office building located in an extremely hot and arid climate is considered. An office area located on the south side of the imaginary office building, which is the facade that receives the most daylight, was determined as the test box. The biomimetic envelope system design developed within the scope of the study was tested on this test box. This envelope system was inspired by an organism with the same environment conditions as the building and developed in the designated design process. Within the scope of the design process, the modeling of the test box, the office module, was created in the Rhinoceros 3D modelling program. Developed through the Plug-in Grasshopper program, the envelope system is integrated on the created test box. Grasshopper plugin Ladybug-Honeybee tools were also used in the model integration and analysis process. Simulation outputs have been created to affect the energy efficiency of the building and the envelope system has been developed in the light of them. As a result of simulation and analysis outputs, the biomimetic envelope system obtained under the guidance of design process and evaluation criteria was tested with variable parameters. Different combinations created according to the opening and closing angle of the biomimetic envelope design and the number of ETFE layers were tested. The effect of the developed biomimetic envelope system on the energy efficiency of the existing building was compared. In the guidance of the developed evaluation criterion of the designed building envelope, its extensive effects on energy efficiency and internal comfort have been discussed. This study brings a new perspective on the transformation of buildings with extreme conditions into energy-efficient buildings with biomimetic analyzes. It is possible that the biomimetic envelope system, inspired by nature, creates an idea in future studies and gives a new perspective.
Benzer Tezler
- Cephe sistemlerinin enerji etkinliği üzerine biyomimetik bir değerlendirme
A biomimetic evaluation on the energy efficiency of facade systems
EMİNE GÜNDOĞDU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
MimarlıkNecmettin Erbakan ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE DERYA ARSLAN
- Uyum gösteren cepheler: Bir meta analizi
Adaptive facades: A meta analysis
SELİN KARAAĞAÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İKBAL ÇETİNER
- A new approach for building facades for different climate regions: Biomimetic skin
Farklı iklim bölgelerindeki bina cephe tasarımları için yeni bir yaklaşım: Doğa esinli yüzeyler
ALA'A AL-DEEN AL JADA'AN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
MimarlıkGazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. SEMRA ARSLAN SELÇUK
- Responsiveness in biomimicry: A comparative study on building façades
Biyomimikride duyarlılık: Bina cepheleri üzerine karşılatırmalı bir araştırma
GİZEM KANDİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
MimarlıkBahçeşehir ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET BENGÜ ULUENGİN
- Biyomimetik cephelerde gün ışığı kontrolü
Daylight control in biomimetic facades
BERFİN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT TURGAY ARPACIOĞLU