Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için ilköğretim dersliklerinin doğal aydınlatma sistemi tasarımına ilişkin bir yaklaşım
An approach to the natural lighting system design of primary school classrooms for different climate regions in Türkiye
- Tez No: 940832
- Danışmanlar: PROF. ALPİN KÖKNEL YENER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 308
Özet
Yapılaşmanın başlangıcından bu güne kadar yerleşke bölgelerinin seçimi, binaların yapısal planlamasının yapılması, mekân organizasyonu ve cephe açıklıklarının tasarlanması süreçlerinde günışığından faydalanma önemli bir husus olmuştur. Teknolojinin ilerlemesiyle yapılaşma sektöründe elektrik enerjisinin kullanımı artmış; bununla birlikte binaların aydınlatılmasında da elektrik enerjisi kullanılmaya başlanmıştır. Tüm bu gelişmelerle birlikte bina kullanım süreleri uzamış ve mimari tasarımda alternatif tasarım senaryolarının kullanımı daha olanaklı hale gelmiştir. Esnek tasarım ögeleri ile birlikte çok fonksiyonlu yapıların inşa edilme süreci başlamıştır. Ancak günümüzde, enerji kaynaklarının sınırlı olması ve çevresel etkilerinin daha fazla farkına varılmasıyla birlikte, bilinçli enerji kullanımı önem kazanmıştır. Bu nedenle günışığının etkin bir şekilde kullanılması ve aydınlatma enerjisinin tüketiminin azaltılması için çözümler geliştirme, günümüz mimarlığının en önemli hedeflerinden biri haline gelmiştir. Bu, hem çevresel sürdürülebilirlik hem de enerji tasarrufu açısından kritik bir adımdır. Yenilikçi tasarım yaklaşımları ve teknolojik gelişmelerle, binaların gün ışığından maksimum fayda sağlaması ve enerji verimliliğinin artırılması mümkün olabilir. Enerji etkin bina tasarımı yaklaşımı, sadece mimarlar için değil, aynı zamanda yapı sahipleri ve kullanıcıları için de önemli bir konudur. Binalarda doğal aydınlatma sisteminin kullanılmasındaki temel hedef; görsel konforu sağlamak ve mekân içine yeterli miktarda gün ışığının ulaşmasını mümkün kılmaktır. Son yıllarda, binaların mimari tasarımında enerji verimliliği açısından pasif sistemlerin kullanımı öncelik kazanmıştır. Bu bağlamda, doğal aydınlatma sistemlerinin kullanımı, bina aydınlatma enerji gereksinimlerini en aza indirgeyerek istenen görsel çevrenin oluşturulması ve konforun sağlanması için öncelikli olarak ele alınmalıdır. Özellikle eğitim yapılarında, eğitmenlerin ve öğrencilerin görsel ihtiyaçlarını karşılamak ve aydınlatma enerjisi tüketimini en aza indirmek için etkili bir şekilde gün ışığının kullanıldığı bir aydınlatma sistemi tasarlanması son derece önemlidir. Binalarda doğal aydınlatma sistemlerinin öncelikli olarak tercih edilmesindeki temel sebep, görsel konforu sağlamak ve mekân içinde yeterli miktarda gün ışığının ulaşmasını sağlamaktır, bunu yaparken kullanıcıların görsel performansı, psikolojik ve fizyolojik ihtiyaçlarını da göz önünde bulundurmak önemlidir. Doğal aydınlatma tasarımında, mekân içinde kullanıcının görsel ve fiziksel aktivitelerini yerine getirebileceği miktarda aydınlık düzeyinin ve günışığının düzgün dağılımını sağlamak, aynı zamanda doğrudan güneş ışığının zararlı etkilerinden kaçınmak öncelikli bir konudur. Günümüzde, direkt güneş ışığının kontrol edilmesi ve mekân içine alınan günışığının yönlendirilmesi konusunda bir takım sistemler oluşturulmuş olup; binaların aydınlatılmasında gün ışığının kullanımı öncelikli hale gelmesi için gerekli önlemler alınmaktadır. Günışığının birincil aydınlatma sistemi olarak kullanılması eğiliminin ana nedenleri arasında enerji tasarrufu ve gün ışığının insan sağlığına olan olumlu etkisi söylenebilir. Binalarda günışığı değerlendirmesine yönelik geliştirilen ve CEN tarafından 29.07.2018 tarihinde onaylanmış ve son olarak 02.03.2022 tarihinde güncellenmiş olan TS EN 17037+A1 standardı günışığının etkin kullanımına ilişkin yayınlanan güncel standarttır. Bu standart uyarınca günışığı performansının değerlendirmesi 4 ölçüt ile ele alınmıştır. Bunlar; yeterli günışığının sağlanması, dış görüşün sağlanması, güneş ışığını alma ve kamaşmanın önlenmesi ölçütleridir. Standart kapsamında çalışma alanlarında günışığı değerlendirmesinde belirtilen her ölçüt 'en az, orta ve yüksek' olmak üzere üç grupta sınıflandırılmıştır. Tez çalışması kapsamında ilköğretim dersliklerinde optimum günışığı performansının sağlanmasına ilişkin parametrelerin belirlenmesi temel hedeftir. Bu çalışma sonucunda elde edilecek veriler ile ilköğretim yapıları derslik tasarımında yeterli günışığı sağlanması bağlamında pencerenin bina dışı engel durumu, pencere açıklıklarının baktığı yön ve pencere boyutlandırması ve yerleştiriliş düzeni parametrelerinin optimum değerlerinin belirlenmesine ilişkin bir yaklaşım geliştirmek hedeflenmektedir. Bu bağlamda ele alınan hacim, Milli Eğitim Bakanlığı tarafından 2015 yılında yayınlanan Eğitim Yapıları Asgari Tasarım Standartları Kılavuzu'nda önerilen ilköğretim dersliklerine ilişkin veriler baz alınarak oluşturulmuş ilköğretim binası dersliğidir. TS EN 17037+A1 standardına göre yapılan değerlendirmeler sonucunda MEB Asgari Tasarım Kılavuzu'nda önerilen tasarım kararlarının değerlendirilmesi ve geliştirilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca Türkiye'de inşa edilecek ya da yenilemesi yapılacak ilköğretim binalarının derslikleri için bir tasarım kılavuzu oluşturmak amaçlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında oluşturulan derslik modeli Planlı Alanlar İmar Yönetmeliği'nde verilen yol – komşu bina yüksekliği oranlarına göre oluşturulmuş bina dışı engel durumu alternatifleri, pencerenin baktığı yön alternatifleri ve cephe tasarımı alternatiflerine göre Rhino programı ile modellenmiştir. Günışığı performans değerlendirmesi için yapılan simülasyonda ise dinamik değerlendirme yöntemlerini baz alan Climate Studio eklentisi ve Grassopher yazılımları kullanılmıştır. Climate Studio yazılımında değerlendirme parametreleri içinde yer alan TS EN 17037+A1 standardına göre değerlendirme yöntemleri kullanılarak ele alınan derslik hacminin yıllık günışığı performansı dinamik yöntemler ile hesaplanmıştır. Günışığı performansı değerlendirmesinde kullanılan ölçütler TS-EN 17037+A1 standardında tanımlanan yeterli günışığının sağlanması, kamaşmanın önlenmesi, güneş ışığını alma ve dış görüşün sağlanması şeklindedir. Bahsedilen 4 ölçüt için yapılan günışığı performans değerlendirmeleri oluşturulan alternatif senaryolar dâhilinde Türkiye'deki 5 farklı iklim bölgesini temsilen seçilen iller için ayrı ayrı ele alınmıştır. Yapılan çalışma sonucunda Türkiye'deki 5 il için bu ölçütleri sağlayan doğal aydınlatma sistemi tasarımı koşulları belirlenmiştir. Elde edilen verilerle Türkiye'de yapılacak veya yenilenecek ilköğretim dersliklerinin günışığı ile aydınlatma sisteminin oluşturulmasında kullanılabilecek bir klavuz hazırlanması amaçlanmaktadır.
Özet (Çeviri)
The use of daylight has been a key consideration in settlement decisions, building shapes, and façade designs since the early beginning of the building design process. Currently, there is widespread acceptance of the need for mindful energy consumption due to the depletion of energy resources. As a result, optimizing daylight usage and minimizing lighting energy consumption have become major priorities in modern architecture. Energy consumption forms the foundation of economic growth, closely intertwined with the social development of societies and, in particular, the advancement of industry. The most effective way to reduce the increasing demand for energy over time and the associated CO2 emissions is to ensure energy efficiency. In this context, the efficient use of energy is of great importance within the framework of sustainable energy strategies. Energy-efficient design means reducing energy consumption without compromising the user's standard of living, comfort requirements, or the performance of daily activities. In this regard, a high level of energy efficiency plays a key role in addressing contemporary issues such as climate change, industrialization, depletion of natural resources, and energy savings. Lighting energy constitutes a significant proportion of energy expenses in buildings worldwide. Therefore, the effective use of daylight and the development of solutions to reduce lighting energy consumption are increasingly regarded as important architectural considerations. The primary purpose of utilizing natural lighting systems is to ensure visual comfort and performance conditions in a space while also promoting an energy-efficient approach. To achieve this, facilitating adequate amounts of daylight to reach the interior spaces throughout the day and year is one of the primary objectives of lighting system design. The use of daylight in buildings is crucial not only from an environmental perspective but also in terms of its impact on the physiological and psychological well-being of users. Natural lighting system design's fundamental goal is to ensure that adequate daylight reaches the interior space while providing visual performance for users and meeting their psychological and physiological needs, as well as achieving uniform lighting distribution. While ensuring sufficient illumination levels for users to efficiently carry out their visual and physical activities, it is also essential to avoid the potential hazards of direct sunlight. When adequate sun control is not provided and users are excessively exposed to direct sunlight, it can lead to health deterioration and hinder visual and physical performance. Therefore, the design of natural lighting systems should be meticulously planned and calculated. At this point, the lighting system design needs to be integrated with the architectural design of the building, starting from the site's layout and positioning process. The natural lighting system aims to deliver sufficient daylight to the designated area while considering visual comfort conditions. Nowadays, passive systems are the preferred choice for energy efficiency in the architectural design of buildings. Prioritizing the use of natural lighting as a passive system can reduce building lighting energy needs and create the desired visual environment, thus enhancing visual comfort. It is crucial to design a lighting system in educational buildings that effectively utilizes daylight to meet the visual requirements of both instructors and students while minimizing the use of lighting energy. Considering that educational buildings are places where students spend a majority of their time and where their physiological, psychological, and academic development takes place, providing comfort conditions in these spaces is of utmost importance. Especially in the early stages of education, starting from primary school, visual comfort and performance conditions should be prioritized in building design, as it will directly impact the subsequent educational process. In Türkiye, the design criteria provided in the standards and regulations do not contain detailed information considering climatic conditions, user needs, and design parameters related to the building environment, and the proposed daylight performance assessment methods do not cover these parameters. Therefore, it is necessary to diversify the study according to different climatic regions, building orientations, facade designs, and other variables. In the process of natural lighting system design, it is crucial to create visually comfortable environments that enable users to effectively carry out their daily tasks, taking into account the building types and the activities performed within the space. To achieve this, it is important to meet the visual performance criteria outlined by international standards. The thesis study presents the visual performance benchmarks necessary for the design of natural lighting systems in accordance with the current TS EN 17037+A1 standard. Additionally, daylight performance analyses have been performed for various alternative scenarios. The TS EN 17037+A1 'Daylight in Buildings' standard, published by the Turkish Standards Institute in 2022, sets forth criteria to evaluate daylight performance in buildings. The daylight performance of structures is influenced by several factors, including the location of the site, the orientation of the building, and surrounding environmental obstructions. The study introduces a novel method for creating a 'Efficient Natural Lighting System Design,' which takes a comprehensive approach to all relevant design factors. The goal of this method is to make the most appropriate design choices for the daylighting system by evaluating visual comfort and performance throughout the design phase of the natural lighting system. Climate is a significant parameter that directly affects solar radiation and, consequently, the amount of daylight entering a space throughout the year. Outdoor lighting conditions vary according to climate, and thus, it is essential to consider climatic variables in the design of natural lighting systems. The first chapter is the introduction part, which consists general information abaut the content and the aim of the thesis. The metodology of the study also introduced in this part. The second chapter of the study with the heading of 'Design and Evaluation of Natural Lighting System' includes visual comfort, natural lighting system design, daylight performance issues. Lighting design criteria are introduced in order to obtain visual comfort and visual performance needs. Additionally, modern methods for assessing natural lighting systems have been addressed. The standard of TS EN 17037+A1 'Daylighting in Buildings' and the evaluation methods for daylight performance mentioned in this standard have been introduced. The third part of the study, entitled 'Natural Lighting System Design in Primary Schools', focuses on current studies in Türkiye and around the world that address the design of natural lighting systems in educational buildings. The current legislation regarding the architectural and lighting system design of primary school buildings has been examined in this chapter. The fourth part of the study is entitled 'Introducing the Developed Approach on Natural Lighting System Design of Primary School Classrooms for Different Climate Regions in Turkiye'. In this part a new climate-responsive daylighting system design approach for primary school classrooms is presented. The purpose of implementing the 'Optimal Natural Lighting System Design' approach for primary school classrooms is to assess the visual comfort performance of natural lighting systems with various design parameters in Türkiye and create a comfortable and sustainable interior environment for students. The aim and the process of the developed approach are explained and the steps of the approach are provided with a flowchart. The steps of the developed approach are as follows: - Determining the preliminary design phase of the natural lighting system for classroom model - Determining the alternative scenarios - Evaluation of the scenarios according to the standard of TS EN 17037+A1 - Conducting simulations and collecting results for various climate regions of Türkiye. - Discussion and evaluation of the results In the first step of the approach, preliminary design decisions for the natural lighting system design of the classroom model have been determined. The classroom volume addressed in this study has been designed according to the criteria provided in the 'Minimum Design Guidelines for Educational Buildings' published by the Ministry of National Education in 2015. The next step is to determine alternative scenarios which have been created regarding window orientation, external obstructions and facade design. An approach has been developed for the evaluation of daylight performance in alternative scenarios. With the developed approach, the evaluation of preliminary designs of natural lighting systems and their correct guidance is aimed at creating a climate-responsive and sustainable natural lighting system design. By using the mentioned approach, it is possible to compare alternative design scenarios with each other and determine the most suitable options. Daylight performance analyses have been conducted for alternative scenarios created for the classroom model, and the results obtained have been evaluated according to the 4 criteria proposed in the TS EN 17037+A1 standard for daylight performance evaluation. According to the TS EN 17037+A1 standard, established to assess daylight in buildings and approved by CEN on 29.07.2018 and last updated on 02.03.2022, the daylight assessment criteria are divided into four main categories: daylight provision, view out, exposure to sunlight, and protection from glare. Each criterion for indoor daylight assessment is classified into three levels: 'minimum, medium, and high'. The fifth part of the study is entitled 'Implementation of Natural Lighting System Design of Primary School Classrooms for Different Climate Regions in Türkiye'. In this section, implementation of the developed design approach is examined for a sample primary school classroom. Various climate types observed in Türkiye are taken into consideration and the implementation of the approach is performed for provinces that represent these five climate zones which are Istanbul, Ankara, Antalya, Diyarbakır and Erzurum. The goal is to identify optimal design parameters based on varying climatic conditions to enable effective daylight designs in primary school classrooms. In this study, 5 different obstructions, 4 directions and 5 facade model scenarios have been applied for the classroom model created. The result of four criteria in TS EN 17037+A1 is obtained for each alternative scenario for the represented cities. The methodology involves the creation of a classroom model using the Rhino program. This model took into account various external obstacle situations, such as road and neighboring building height ratios outlined in the Planned Areas Zoning Regulation, as well as the window orientation, size, and placement. To evaluate the daylight performance, dynamic methods were employed using the Climate Studio plug-in and Grasshopper software for simulation. The annual daylight performance of the classroom volume was determined using dynamic evaluation methods in accordance with the TS EN 17037+A1 standard, which is part of the evaluation parameters in the Climate Studio software. According to the assessments made based on the criteria defined in the TS EN 17037+A1 standard, it is expected that at least the proposed 'minimum' value is met for each criterion. In the methodology established in the thesis, scenarios that fail to fulfill the daylight availability criterion have been deemed unfavorable. In the final phase of the thesis, an evaluation table was created regarding the fulfillment status of the criteria proposed in TS EN 17037+A1 for each province. Positive conditions were determined based on the ranking of the criteria established for the conditions where daylight performance is considered positive; the performance classification was categorized as meeting 1 criterion, 2 criteria, 3 criteria, and 4 criteria. The goal is to explore the concept of daylight-effective lighting and examine the methods that are currently accepted by science for designing optimal natural lighting systems in primary school classrooms. This aligns with establishing appropriate design parameters for natural lighting systems in this context. The approach developed for creating these optimal systems aims to ensure students' visual comfort, minimize the need for artificial lighting, allow activities within the space to be conducted efficiently and comfortably, and maintain peak visual performance. This will provide guidance for designers and users when designing natural lighting systems in classrooms. The aim of this thesis study is to increase awareness of the primary use of daylight in the design of lighting systems with an approach to the design of daylight-effective lighting systems in primary school classrooms developed in this study, and to prevent the harmful effects of daylight by diversifying alternative design options suitable for geographical and climatic conditions, thereby promoting the use of natural lighting systems.
Benzer Tezler
- Architectural retrofit of educational buildings towards nearly zero energy and cost optimal levels considering the life cycle and occupant comfort
Yaşam döngüsü ve kullanıcı konforuna göre yaklaşık sıfır enerji ve optimal maliyet seviyelerine yönelik eğitim binalarının mimari yönden iyileştirilmesi
NAZANIN MOAZZEN FERDOS
Doktora
İngilizce
2020
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEYLA TANAÇAN
PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için optimal fotovoltaik panel eğim açılarının belirlenmesi
Optimal photovoltaic panel tilt angle determination for different climate zones of Turkey
ÖMER GÖNÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU
- Türkiye'nin farklı iklim bölgeleri için güneş ve genleştirici-kompresör destekli iki kaynaklı ısıtma çevriminin uygulanabilirliğinin araştırılması
Investigation of performance of a solar and expander-compressor enhanced dual-source heat pump for different climate zones of Turkey
MEHMET CAN TOPAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiTarsus ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET TAHİR ERDİNÇ