İklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşmetasarımına yönelik bir yaklaşım

An approach to climate-adaptive and energy-efficient building and settlement design

PDF İndir

Tez No: 999075
Yazar: EDA KÖSE MURATHAN
Danışmanlar: PROF. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
Tez Türü: Doktora
Konular: Mimarlık, Architecture
Anahtar Kelimeler: Enerji etkin yaklaşım, Kentsel yerleşim, Mimarlık, İklim değişikliği, Energy efficient approach, Urban settlements, Architecture, Climate change
Yıl: 2026
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: Belirtilmemiş.

Özet

İklim değişikliği, artan dış hava sıcaklıkları, aşırı hava olaylarının sıklaşması ile değişen yağış rejimleri gibi iklim parametrelerinde meydana gelen uzun dönemli ve değişimler olarak tanımlanmaktadır. Bu değişimler doğal süreçlerden kaynaklanabilmekle birlikte, temelinde insan faaliyetleri sonucunda hızlı kentleşmeye bağlı olarak artan enerji tüketimi ve atmosferde biriken sera gazları yer almaktadır. Bu durum, küresel ölçekte dış hava sıcaklıklarını artırarak doğal dengenin bozulmasına sebep olmakta ve buna bağlı olarak meydana gelen iklimsel dönüşüm, bina ve yerleşmelerin enerji tüketimi ile iç ve dış ortam konfor koşullarını olumsuz etkilemektedir. Bunun doğal bir sonucu olarak, değişen iklim koşulları kentleri iklim değişikliği kaynaklı tehlikelere karşı daha savunmasız hâle getirmekte ve mevcut bina stokunun sürdürülebilirliğini giderek zorlaştırmaktadır. Öte yandan, kentlerde nüfus artışıyla birlikte artan yerleşme yoğunluğu ve azalan yeşil alan oranları, yapılı çevrenin fiziksel özelliklerini önemli ölçüde dönüştürmektedir. Bu dönüşüm, yerleşmelerin mikroiklim koşullarını etkileyerek kentsel ölçekte dış hava sıcaklıklarını arttırarak kentsel ısı adası etkisinin şiddetlenmesine yol açmaktadır. Ortaya çıkan bu durum, kullanıcıların konfor koşullarını sağlayabilmek için daha çok enerji tüketmesine, dolayısıyla dış ortam ısıl konfor koşullarının bozulmasına neden olmaktadır. Bu süreçte, iklim değişikliği ile kentsel ısı adası etkisi arasında karşılıklı ve birbirini güçlendiren bir etkileşim ortaya çıkmaktadır. Yerleşme yoğunluğundaki artış, söz konusu etkileşimi daha da güçlendirerek enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası üzerindeki baskıları artırmaktadır. Bu durum, iklimle uyumlu yerleşme tasarımı yaklaşımında, yerleşmelerde oluşan mikroiklim koşullarının bina ve yerleşme tasarımı ile performans değerlendirme süreçlerine bütüncül biçimde dâhil edilmesini gerekli kılmaktadır. Aksi hâlde, bina ve yerleşme tasarımında yerleşmelerde oluşan mikroiklim koşulları göz ardı edilerek yapılan enerji planlamaları, kentsel ısı adası etkisinin konfor koşulları üzerindeki etkilerini yeterince yansıtamamakta ve binalardaki enerji tüketiminin olduğundan daha düşük ya da hatalı biçimde değerlendirilmesine yol açabilmektedir. Bu durum, bina ve yerleşmelerin performansının bütüncül biçimde değerlendirilmesini engelleyerek, eksik ve yanıltıcı sonuçlar üretebilmektedir. Bu çerçevede, bina ve yerleşme ölçeğinde enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkisini birlikte ele alan bütüncül yaklaşımlara duyulan ihtiyaç açık biçimde ortaya çıkmaktadır. Kentlerde artan konut talebi nedeniyle yoğunlaşarak çoğalan konut yerleşmeleri, kentsel ısı adası etkisini artırarak enerji tüketimini yükseltmekte ve dış ortam konfor koşullarını olumsuz etkilemesi nedeniyle günümüz ve gelecekteki kentsel tasarım açısından kritik bir sorun alanı oluşturmaktadır. Bu nedenle, özellikle konut binalarından oluşan yerleşmelerin performansının hem mevcut hem de gelecek iklim verileri dikkate alınarak değerlendirilmesi, iklim değişikliği ile uyumlu, enerji etkin tasarım kararlarının geliştirilmesi açısından önem taşımaktadır. Bu bağlamda, tez çalışmasında iklim değişikliğiyle uyumlu, enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik olarak, yerleşme dokusunu tanımlayan tasarım değişkenleri ile güncel ve gelecek iklim koşullarını dikkate alan; enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulunu ve kentsel ısı adası etkisini eşzamanlı biçimde değerlendiren, performans temelli ve bütüncül bir yaklaşım geliştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı;“iklim değişikliği etkileri altında konut binalarından oluşan yerleşmeler için enerji tüketimi, dış ortam ısıl konforu ve kentsel ısı adası etkisi arasında denge sağlayan; minimum ısıtma, soğutma ve toplam enerji tüketimiyle birlikte dış ortam ısıl konfor koşullarını iyileştiren ve kentsel ısı adası etkisini azaltabilen bir yaklaşım geliştirilmesi”olarak belirlenmiştir. İklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik bir yaklaşımın geliştirildiği tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde, tez çalışmasının amacı, yöntemi ve kapsamı detaylı bir şekilde açıklanmış olup, çalışmanın gelişme sürecinde yararlanılan güncel literatür araştırmasına yer verilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, iklim değişikliğinin ortaya çıkış süreci, iklim alanında yürütülen ulusal ve uluslararası çalışmalar ve bu sürece karşı geliştirilen politikalara değinilmiştir. Ardından, gelecek iklim projeksiyonları ışığında iklim değişikliğinin bina ve yerleşmeler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bölümün son kısmında ise, iklimle uyumlu enerji etkin bina ile yerleşme tasarımına yön veren; iklime, kullanıcıya, bina ve yerleşmelere ilişkin değişkenlerden bahsedilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde, bina ve yerleşme tasarımında performans değerlendirilmesine yönelik karar destek sistemleri dört temel adımda sınıflandırılmış olup, karar destek sistemleri ve enerji etkin bina ve yerleşme tasarımı çalışmaları ilişkisi özetlenmiştir. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde; iklim değişikliğiyle uyumlu ve enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik olarak; yerleşme dokusunu tanımlayan tasarım değişkenleri ile güncel ve gelecek iklim verilerini dikkate alan, enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulları ve kentsel ısı adası etkisini birlikte ele alan yeni bir yaklaşım tanıtılmıştır. Önerilen yaklaşım, bina ve yerleşme tasarımına ilişkin performans ölçütlerinin parametrik bir model aracılığıyla analiz edilmesi prensibine dayanmaktadır. Yaklaşımın,“Bina ve yerleşmelere ilişkin tasarım değişkenlerinin belirlenmesi”,“Parametrik modelin geliştirilmesi”ve“Bina ile yerleşme tasarımına yönelik hesaplamaların yapılması ve değerlendirilmesi”şeklinde üç ana başlıktan oluşmaktadır. Bu kapsamda, öncelikle mevcut ulusal yönetmeliklerin bina ve yerleşmeler için öngördüğü kısıtlar doğrultusunda; iklime ilişkin, kullanıcıya ilişkin, yapma sistemlere ilişkin ve bina ve yerleşmeye ilişkin tasarım değişkenlerinin belirlenmesi ve bu değişkenlere ilişkin değerlerin tanımlanması adımları açıklanmıştır. Ardından, çalışmanın amacına hizmet eden geometrik modelin oluşturulma adımları ve performans değerlendirmelerinin gerçekleştirileceği parametrik modelde kullanılacak yöntem adımları tanımlanmıştır. Bu doğrultuda, bina ve yerleşme tasarımına yönelik hesaplamaların yapılması sonucu elde edilen bulguların değerlendirilmesi ve sonuçların istatistiksel açıdan anlamlılığını ortaya koymak amacıyla duyarlılık analizinin gerçekleştirilmesi önerilmiştir. Son aşamada ise, birden fazla performans ölçütünün bir arada ve etkileşimli biçimde değerlendirilebilmesi amacıyla çok-kriterli karar destek sistemlerinden çalışmanın kapsam ve amacıyla en uyumlu olan çok-kriterli karar verme yöntemi seçilerek değerlendirmenin tamamlanması açıklanmıştır. Ayrıca, bina kabuğuna ilişkin termo-fiziksel özelliklerin ulusal standartlarla uyumunu sağlamak amacıyla TS 825:2024 güncellemesini içeren ek bir değerlendirme, yaklaşımın son adımına dâhil edilmiştir. Böylece, tez çalışması kapsamında yerleşme tasarımına yönelik bilimsel, sayısal ve bütüncül bir değerlendirme altyapısı tanıtılmıştır. Tez çalışmasının beşinci bölümünde, dördüncü bölüm kapsamında önerilen yaklaşım, Türkiye'nin ılımlı-nemli iklim bölgesini temsil eden; hızla büyüyen, sürekli göç alan, 16 milyonun üzerinde nüfusa sahip ve yoğun yapılaşmanın çevresel baskıları artırdığı İstanbul ilinde, güncel ve gelecek (2060 ve 2100) iklim koşulları dikkate alınarak uygulanmıştır. Bölümün alt başlıkları, dördüncü bölümde tanımlanan sıralama doğrultusunda ele alınmış olup, uygulama kapsamında incelenen yerleşme dokuları ile hesaplamalara girdi olarak tanımlanan sınır değer aralıkları belirlenmiş ve seçilen araç ve yöntemler bu bölümde kullanılmıştır. Ek olarak, yaklaşımın son adımında yapılan ek hesaplamalar ile TS 825:2024 standard güncellemesinin olası etkileri de değerlendirilmiştir. Tez çalışmasının altıncı bölümünde, beşinci bölümde önerilen yaklaşımın uygulanması sonucunda, güncel ve gelecek (2060 ve 2100) iklim verileri için ayrı ayrı hesaplamalar gerçekleştirilmiş ve elde edilen bulgular karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bu kapsamda, farklı yerleşme tipolojilerinin enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkisi açısından gösterdiği performans farklılıkları, regresyona dayalı duyarlılık analizi ile incelenmiştir. Çalışmanın amacı doğrultusunda belirlenen performans ölçütlerinin senaryo bazında bütünleşik etkileri ise, çok-kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan ağırlıklı toplam yöntemi kullanılarak değerlendirilmiş ve sıralanmıştır. Ardından, en iyi ve en kötü performans koşullarını temsil eden yerleşme dokusu alternatifleri belirlenerek ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Tez çalışmasının yedinci ve son bölümünde, geliştirilen iklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik bir yaklaşımın uygulanması sonucunda güncel, 2060 ve 2100 iklim verileri ile performans ölçütlerine dayalı sonuçlar ayrı ayrı verilmekle birlikte elde edilen birleşik performanslarına yönelik sonuçlar da incelenmiştir. Genel olarak, güncel ve gelecek iklim koşullarında en iyi performans gösteren yerleşme seçeneklerinin, büyük ölçüde enerji tüketimi ölçütünden etkilendiği, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkilerindeki değişimlerin ise, ağırlıklı toplam metoduna bağlı senaryo sıralamalarını değiştirdiği görülmüştür. Bu durum, iklim değişikliğinin bir sonucu olarak, yüksek yoğunluklu ancak yeterli açık alan ve gölgeleme olanaklarına sahip yerleşme dokularının iklim değişikliğine uyum açısından en uygun çözümleri temsil ettiğini ortaya koymaktadır. Dolayısıyla, tüm yerleşme dokusu alternatiflerinin performans ölçütlerine göre yapılan birleşik değerlendirmelerin, iklim değişikliği ile uyumlu bina ve yerleşme tasarımları için önemli bir gereklilik haline geldiğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, tez çalışması kapsamında önerilen yaklaşım; iklim parametrelerinin değiştiği farklı iklim bölgelerinde de uygulanabilir nitelikte kurgulanması ve geleceğe yönelik performansın bugünden verilen tasarım kararlarıyla öngörülebilmesine olanak sağlaması açısından önemli bir çerçeve sunmaktadır. Ayrıca, örnek uygulamada elde edilen bulgular, yaklaşımın sadece teorik bir çerçeve sunmakla kalmayıp, pratik tasarım süreçlerine de entegre edilebileceğini ve dolayısıyla araştırmacılar ve karar vericiler için yol gösterici nitelikte olduğunu göstermektedir.

Özet (Çeviri)

Climate change is defined as long-term alterations in climatic parameters, including rising outdoor air temperatures, increasing frequency of extreme weather events, and changing precipitation regimes. Although these changes may partly arise from natural processes, they are primarily driven by increased energy consumption associated with rapid urbanization and the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere resulting from human activities. This situation increases outdoor air temperatures at the global scale and disrupts the natural balance, while the resulting climatic transformation adversely affects the energy consumption of buildings and urban areas, as well as indoor and outdoor comfort conditions. As a natural consequence, changing climatic conditions make cities more vulnerable to climate change-related hazards and increasingly challenge the sustainability of the existing building stock. On the other hand, increasing urban density and decreasing proportions of green areas associated with population growth in cities significantly transform the physical characteristics of the built environment. This transformation affects microclimatic conditions at the urban scale, leading to rising outdoor air temperatures at the urban scale and consequently intensifying urban heat island effect. This situation results in increased energy consumption to maintain user comfort and, in turn, the deterioration of outdoor thermal comfort conditions. In this process, a reciprocal and mutually reinforcing interaction emerges between climate change and urban heat island effect. The increase in urban density further strengthens this interaction, amplifying pressures on energy consumption, outdoor thermal comfort conditions, and urban heat island effect. Within this context, climate-adaptive settlement design requires that microclimatic conditions formed within urban areas be holistically integrated into building and settlement design as well as performance evaluation processes. Otherwise, energy planning approaches that neglect settlement-induced microclimatic conditions fail to adequately capture the impacts of urban heat island effect on comfort conditions, potentially leading to underestimated or inaccurate assessments of building energy consumption. This limitation hinders a holistic evaluation of building and settlement performance and may result in incomplete or misleading outcomes. Accordingly, there is a clear need for integrated approaches that simultaneously address energy consumption, outdoor thermal comfort conditions, and urban heat island effect at both building and urban scales. Due to increasing housing demand in cities, the intensification and proliferation of residential settlements exacerbate urban heat island effect, increase energy consumption, and adversely affect outdoor comfort conditions, thereby constituting a critical challenge for present and future settlement design. Therefore, evaluating the performance of residential settlements by considering both current and future climate data is essential for developing climate change-adaptive and energy-efficient design decisions. In this context, this thesis develops a performance-based and holistic approach to climate-adaptive and energy-efficient building and settlement design, which incorporates urban-scale design variables together with current and future climate conditions and simultaneously evaluates energy consumption, outdoor thermal comfort conditions, and urban heat island effect. The main objective of the study is to develop an approach that balances energy consumption, outdoor thermal comfort, and urban heat island effect for residential settlements under climate change impacts, while minimizing heating, cooling, and total energy consumption, improving outdoor thermal comfort conditions, and mitigating urban heat island effect. The thesis, which develops an approach for climate change-adaptivee and energy-efficient building and settlement design, is structured into seven main chapters. In the first chapter, the aim, methodology, and scope of the study are explained in detail, together with a review of the relevant and up-to-date literature that informs the development of the research. The second chapter addresses the emergence of climate change, national and international studies conducted in the field of climate, and the policies developed in response to this process. Subsequently, the impacts of climate change on buildings and urban areas are examined in light of future climate projections. In the final part of this chapter, the climate-, user-, building-, and urban-related variables that guide climate-adaptive and energy-efficient building and settlement design are discussed. In third chapter, decision support systems for performance evaluation in building and settlement design are classified into four main categories, and the relationship between decision support systems and energy-efficient building and settlement design studies is summarized. In fourth chapter of the thesis, a novel approach is introduced for climate change-adaptive and energy-efficient building and settlement design that incorporates urban-scale design variables together with current and future climate data, and simultaneously addresses energy consumption, outdoor thermal comfort conditions, and urban heat island effect. The proposed approach is based on the analysis of performance indicators related to building and settlement design through a parametric model. The approach consists of three main stages:“Identification of building- and settlement-related design variables,”“Development of the parametric model,”and“Calculation and evaluation of building and settlement design performance.”Within this framework, the steps for defining climate-related, user-related, building system-related, and building- and settlement-related design variables, along with their corresponding values, are explained in line with the constraints imposed by current national regulations. Subsequently, the development of the geometric model and the methodological steps employed in the parametric model for performance evaluations are described. Based on the results obtained from the calculations related to building and settlement design, sensitivity analysis is proposed to assess the findings and to reveal the statistical significance of the results. In the final stage, to enable the integrated and interactive evaluation of multiple performance indicators, the most suitable multi-criteria decision-making method is selected in accordance with the scope and objectives of the study to complete the assessment. In addition, an extra evaluation incorporating the TS 825:2024 update is integrated into the final step of the approach to ensure compliance of building envelope thermo-physical properties with national standards. Accordingly, the thesis presents a scientific, quantitative, and holistic evaluation framework for settlement design. In fifth chapter of the thesis, the approach proposed in the fourth chapter is applied to Istanbul, which represents Türkiye's temperate–humid climate zone and is characterized by rapid growth, continuous migration, a population exceeding 16 million, and increasing environmental pressures resulting from dense urbanization, by considering current and future (2060 and 2100) climate conditions. The sub-sections of the chapter follow the structure defined in the fourth chapter, and within the scope of the application, the urban form alternatives examined and the boundary value ranges used as inputs for the calculations are defined, while the selected tools and methods are employed accordingly. In addition, extra calculations conducted in the final step of the approach are used to evaluate the potential impacts of the TS 825:2024 standard update. In sixth chapter of the thesis, based on the application of the proposed approach presented in the fifth chapter, separate calculations are carried out for current and future (2060 and 2100) climate data, and the obtained findings are presented in a comparative manner. Within this framework, performance differences of various urban form alternatives in terms of energy consumption, outdoor thermal comfort conditions, and urban heat island effect are examined through regression-based sensitivity analysis. In line with the objectives of the study, the integrated effects of the selected performance indicators on a scenario basis are evaluated and ranked using weighted sum method, one of the multi-criteria decision-making approaches. Subsequently, urban form alternatives representing the best and worst performance conditions are identified and analyzed in detail. In seventh and final chapter of the thesis, the results obtained from the application of the developed climate change-adaptive and energy-efficient building and settlement design approach are presented separately for current, 2060, and 2100 climate data based on individual performance indicators, while the outcomes related to their integrated performance are also examined. Overall, it is observed that the urban form alternatives exhibiting the best performance under both current and future climate conditions are largely influenced by the energy consumption criterion, whereas variations in outdoor thermal comfort conditions and urban heat island effect alter scenario rankings depending on weighted sum method. These findings indicate that, as a consequence of climate change, high-density urban forms that provide adequate open areas and shading opportunities represent the most suitable solutions in terms of climate change adaptation. Accordingly, the integrated evaluation of all urban form alternatives based on multiple performance indicators emerges as a critical requirement for climate change-adaptive building and settlement design. Overall, the approach proposed within the scope of this thesis provides an important framework, as it is structured to be applicable across different climate regions with varying climatic parameters and enables future performance to be anticipated through design decisions made today. In addition, the findings obtained from the case study demonstrate that the approach not only offers a theoretical framework but can also be integrated into practical design processes, thereby serving as a guiding tool for both researchers and decision-makers.

Benzer Tezler

Tez No
421065
A methodology for energy optimization of buildings considering simultaneously building envelope HVAC and renewable system parameters
Binalarda yapı kabuğu, mekanik sistemler ve yenilenebilir enerji sistemleri parametrelerinin eş zamanlı enerji optimizasyonu için bir yöntem
MELTEM BAYRAKTAR
Doktora
İngilizce
2015
Mimarlık İstanbul Teknik Üniversitesi
Mimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO
Tez No
701441
Konutlarda akıllı oda termostatı kullanımı ile sağlanacak enerji tasarruf potansiyelinin belirlenmesi
Determining the energy saving potential to be provided by using smart room thermostat in residences
FATİH BUĞRA GÜRKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerji İstanbul Teknik Üniversitesi
Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERMİN ONAYGİL
Tez No
941176
Evidence-based analysis of Türkiye's energy efficiency obligation scheme: sectoral applications, energy poverty, flexibility options and policy implications
Türkiye enerji verimliliği yükümlülükleri sisteminin kanita dayali analizi: sektörel uygulamalar, enerji yoksulluğu, esneklik seçenekleri ve politika çikarimlari
RABİA CİN
Doktora
İngilizce
2025
Enerji İstanbul Teknik Üniversitesi
Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERMİN ONAYGİL
Tez No
935266
Türkiye'de karbon emisyonlarının azaltılmasına yönelik lamine masif ahşap mimarisi ve yöntemleri
Laminated mass timber architecture and methods for reducing carbon emissions in Türkiye
ÜLKEM ARTUÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mimarlık İstanbul Teknik Üniversitesi
Mimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN MERT ŞENER
Tez No
945208
Investigation of green buildings towards net zero carbon: example in itu ayazağa campus
Net sıfır karbon hedefi doğrultusunda yeşil binaların incelenmesi: İTÜ ayazağa kampüsü örneği
MERVE MAÇİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL TORÖZ

Geri Dön