Visual and non-visual effects of lighting in educational buildings and design strategy development
Eğitim yapılarında aydınlatmanın görsel ve görsel olmayan etkileri ve tasarım stratejisi geliştirilmesi
- Tez No: 999219
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FERİDE ŞENER YILMAZ, DOÇ. DR. VALERİO ROBERTO MARİA LO VERSO
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mimarlık, Architecture
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mimarlık Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmanın temel odağını, yapılı çevredeki sirkadiyen ritim bozulması sorunları oluşturmaktadır. Işık, insanlık tarihinde en eski ve en güçlü unsurlardan birini temsil eder; sadece görsel algının birincil kaynağı olmakla kalmaz, aynı zamanda temel bir biyolojik metronom görevi de görür. İnsanlar, güneşin hareketine bağlı gece-gündüz döngüsüne uyum sağlayacak şekilde evrimleşmiş olsa da, modern iç mekân odaklı yaşam tarzı ciddi bir biyolojik uyumsuzluk yaratmıştır. Özellikle eğitim binaları gibi kullanıcıların uzun süre kapalı kaldığı ortamlarda aydınlatma tasarımı; ışığın insan fizyolojisindeki düzenleyici rolünü ve sirkadiyen sistemin en güçlü dış uyaranı (zeitgeber) olma özelliğini temel almalıdır. Literatürdeki gelişmelere rağmen, sınıflardaki mevcut aydınlatma pratikleri hâlâ ağırlıklı olarak yatay aydınlık düzeyi ve parlama kontrolü gibi geleneksel görsel performans kriterlerine dayanmaktadır. Ancak güncel bulgular, bu parametrelerin tek başına uyanıklığı, refahı ve sirkadiyen sağlığı destekleyen biyolojik olarak etkili aydınlatma koşullarını sağlamada yetersiz kaldığını kanıtlamaktadır. Sonuç olarak, geleneksel görsel tasarım yaklaşımları ile bir üniversite kampüsünün mimari dokusunda ışığın görsel olmayan etkilerini karşılama ihtiyacı arasında kritik bir boşluk bulunmaktadır. Bu çalışmada ele alınan temel sorunlar üç ana kategori altında özetlenebilir. Birincisi, Yerleşik aydınlatma standartları ve yönetmelikleri, öncelikle görsel performansı (yatay aydınlık düzeyi) değerlendirmekte; ışığın insan sağlığı üzerindeki görsel olmayan biyolojik tepkilerini ve sirkadiyen ihtiyaçlarını büyük ölçüde göz ardı etmektedir.İkincisi, cephe yönelimi, camın geçirgenlik özellikleri, dış engeller (çevre yapılar/bitki örtüsü) ve oturma düzeni gibi parametreler sirkadiyen ışık maruziyetini doğrudan etkilemesine rağmen, bu değişkenler tasarım sürecinde nadiren entegre bir çerçeve içinde ele alınmaktadır. Son olarak sınıflarda gün ışığı ile elektrikli aydınlatma arasındaki dinamik etkileşim, sirkadiyen etkinlik ölçütleri açısından yeterince araştırılmamıştır. Mevcut tek tip elektrikli aydınlatma sistemleri, modern dersliklerin değişken zamansal ihtiyaçlarını ve pedagojik gerekliliklerini karşılamada yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı; seçilen sınıfların görsel ve görsel olmayan aydınlatma performanslarını bütüncül bir yaklaşımla değerlendirmek ve görsel konfor standartlarından ödün vermeksizin sirkadiyen ritimle uyumlu aydınlatma koşullarını destekleyen özgün tasarım stratejileri geliştirmektir. Bu bağlamda araştırma; mimari konfigürasyon, çevresel değişkenler, ileri teknoloji uygulamaları (dinamik gölgeleme), mekânsal organizasyon, pedagojik senaryolar ve elektrikli aydınlatma kontrollerinin; 'mevcut durumun' (given world) biyolojik yetersizliklerini gidermede nasıl bir rol oynayabileceğini incelemeyi hedeflemektedir. Farklı mimari tipolojilerin temsili bir örneği olarak Marmara Üniversitesi Mehmet Genç Külliyesi (Dragos Kampüsü) bünyesindeki eğitim bloklarına odaklanan bu çalışma, altı ana bölümden oluşmaktadır: • Birinci bölümde, çalışmanın kavramsal ve araştırma çerçevesi oluşturulmuştur. Giriş bölümünde araştırma problemi tanımlanmış ve yapılı çevrede sirkadiyen aydınlatmanın kavramsal arka planı sunulmuştur. Alan içindeki ana araştırma eğilimlerini ve bilgi boşluklarını belirlemek için bibliyometrik bir değerlendirme yapılmıştır. • İkinci bölümde, ışığın biyolojik mekanizmaları ile insanın sirkadiyen düzenlemesi arasındaki ilişki derinlemesine incelenerek çalışmanın teorik temelleri oluşturulmuştur. Bu bölümde; görsel ve görsel olmayan aydınlatma performansına ilişkin uluslararası standartlar ve kılavuzlar kapsamlı bir şekilde gözden geçirilmiş, ışığın temel fiziksel karakteristikleri tanımlanmış ve temel sirkadiyen aydınlatma metrikleri tartışılmıştır. Ayrıca, yapay aydınlatma stratejileri, insan odaklı aydınlatma kavramları ve güncel değerlendirme metodolojileri analiz edilmiştir. Bu bölüm; aydınlatmanın fizyolojik, psikolojik ve bilişsel etkilerinin yanı sıra, literatürdeki örnek eğitim yapısı çalışmalarını irdeleyerek eğitim ortamlarına özel bir odakla tamamlanmaktadır. • Üçüncü bölümde, araştırmanın metodolojik çerçevesi ve uygulama aşamaları ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Genel araştırma yaklaşımı tanımlandıktan sonra, vaka çalışması kapsamında seçilen dersliklerin mimari ve çevresel özellikleri aktarılmaktadır. Bu aşamada; eğitim modelleri, mekânsal düzenlemeler ve aydınlatma performansı arasındaki dinamik ilişkiyi değerlendirmek amacıyla özgün bir pedagojik-mekânsal-aydınlatma entegrasyon çerçevesi geliştirilmiştir. Ayrıca bu bölüm; analizlerde kullanılan mekâna özgü değişkenleri ve simülasyon senaryolarını (tasarım müdahalelerini) tanımlamakta, yerinde ölçüm protokollerini ve bilgisayar tabanlı simülasyon modelleme prosedürlerini açıklamaktadır. • Dördüncü bölüm, deneysel ve simülasyon tabanlı analizlerin sonuçlarını sunmaktadır. Bölüm, yerinde ölçümler yoluyla simülasyon modelinin doğrulanmasıyla başlamaktadır. Ardından, dersliklerin mevcut gün ışığı ve elektrikli aydınlatma koşulları altındaki görsel (fotopik) ve görsel olmayan (melanopik) performans ölçütleri ayrıntılı olarak değerlendirilmektedir. Bölümün ilerleyen kısımlarında gerçekleştirilen ek analizler; dinamik loşlaştırma (dimleme) programlarının ve çeşitli mimari/aydınlatma tasarım modülasyonlarının, sirkadiyen etkili aydınlatma performansı üzerindeki iyileştirici etkilerini nicel verilerle incelemektedir. • Beşinci bölüm, araştırma sorularıyla ilişkili sonuçları tartışmakta ve bulguları entegre aydınlatma tasarım kılavuzlarına dönüştürmektedir. Vaka çalışması yapılan sınıfların temel performansı değerlendirilmekte, eksiklikler belirlenmekte ve potansiyel telafi stratejileri incelenmektedir. Bölüm ayrıca, aktiviteye dayalı oturma düzenlerini ve bunların sirkadiyen ışık maruziyetine etkisini araştırmaktadır. • Altıncı ve son bölüm, çalışmanın genel bulgularını özetlemekte ve araştırma sorularına verilen cevapları sunmaktadır. Bu bulgulara dayanarak, eğitim ortamlarında sirkadiyen ritim odaklı aydınlatma tasarımı için nihai öneriler sunulmaktadır. Bölüm ayrıca çalışmanın sınırlılıklarını tartışmakta ve gelecekteki araştırmalar için yönlendirmeler sunmakta, değerlendirmelerle sona ermektedir. Bu çalışma, mimari tipoloji ve mekânsal organizasyonun sabit kısıtlar olarak ele alınmak zorunda olmadıkları hipotezine dayanmaktadır. Bunun yerine, elde edilen bulgular, dimleme stratejileri ve aktiviteye dayalı aydınlatma ayarları aracılığıyla sınıf ortamlarının biyolojik açıdan yetersiz kalan yönlerinin kısmen iyileştirilebileceğini ve bunun da sirkadiyen aydınlatma koşullarının geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This study investigates the visual and non-visual (circadian) effects of lighting in educational buildings, with a particular focus on evaluating and improving daylight and electric lighting performance in university classrooms. The research addresses the limitations of current lighting practices in meeting both visual comfort and biologically effective light requirements and proposes design strategies to optimize these conditions. Within this context, light is considered not only as a visual medium but also as a key regulator of circadian rhythms, influencing occupants' health, alertness, cognitive performance, and well-being. Humans have evolved to adapt to the day-night cycle dictated by solar movement; however, modern indoor lifestyles have created a biological mismatch. In environments where users spend extended periods, such as educational buildings, lighting design must address the regulatory role of light in human physiology, specifically its role as a zeitgeber (synchronizer). Despite growing understanding, lighting design in classrooms is still predominantly based on conventional visual performance criteria such as horizontal illuminance and glare control. Increasing scientific evidence indicates that these parameters alone are insufficient to ensure biologically effective lighting conditions that support circadian rhythms, alertness, and well-being. Consequently, a gap remains between traditional visual lighting design approaches and the emerging need to consider non-visual effects of light within the classrooms. Emphasis needs to be paid to the spectral power distribution of light entering the visual system, thus increasing the importance of the vertical plane at eye-level, beside horizontal work planes. The problems addressed in this study can be summarized under three main categories. First, conventional lighting standards primarily evaluate visual performance, often overlooking non-visual biological responses to light; this is also due to the existing standards for electric lighting, such as EN 12464-1:2021, while to date no formal standard has been set to address circadian lighting requirements. Second, architectural and spatial design parameters such as façade orientation, glazing properties, external obstructions, and internal layout, which determines the seating configurations, may significantly influence circadian light exposure but are rarely evaluated together within an integrated framework. Third, the interaction between daylight and electric lighting strategies in classrooms remains insufficiently explored in relation to circadian-effective lighting metrics. The limitations of conventional, one-size-fits-all electric lighting grids ignore the temporal and pedagogical needs of modern classrooms. The purpose of the study is to evaluate the visual and non-visual lighting performance of a sample of selected university classrooms and to develop design strategies that support circadian-effective lighting conditions while maintaining acceptable and standard-compliant visual comfort. In this context, the research aims to examine how architectural configuration, environmental conditions, advanced technology, spatial organization, pedagogical behavior, and electric lighting controls can bridge the biological deficits of the“given world”. The study uses seven educational blocks of Marmara University Mehmet Genç Campus as a representative case study of diverse architectural typologies. It includes six chapters: • In the first chapter, the conceptual and research framework of the study is established. The introduction defines the research problem and presents the conceptual background of circadian lighting in the built environment. A bibliometric evaluation is conducted to identify the main research trends and knowledge gaps in the field. • The second chapter provides the theoretical foundation of the study by examining the biological mechanisms of light and the relationship between lighting conditions and human circadian regulation. The chapter reviews international standards and guidelines related to visual and non-visual lighting performance, introduces the fundamental physical characteristics of light, and discusses key circadian lighting metrics. In addition, artificial lighting strategies, human-centric lighting concepts, and evaluation methodologies are reviewed. The chapter concludes with a focus on educational environments, examining the physiological, psychological, and cognitive effects of lighting as well as relevant educational case studies. • The third chapter explains the methodological framework of the research. The overall research approach is described, followed by the presentation of the selected case study classrooms. A pedagogical–spatial–lighting integration framework is developed to evaluate the relationship between teaching modes, spatial configurations, and lighting performance. The chapter further defines the site-specific variables and design interventions used in the analyses and explains the procedures for on-site measurements and simulation modelling. • The fourth chapter presents the results of experimental and simulation-based analyses. The chapter begins with the validation of the simulation model through in-situ measurements. Subsequently, the performance of visual (photopic) and non-visual (melanopic) lighting metrics is evaluated under existing daylight and electric lighting conditions. Additional analyses investigate the effects of dimming schedules and various architectural and lighting design modulations on circadian-effective lighting performance. • The fifth chapter discusses the results in relation to the research questions and synthesizes the findings into integrated lighting design guidelines. The baseline performance of the classrooms selected as case-study is evaluated, lighting deficits are identified, and potential compensation strategies are explored. The chapter further investigates different layouts of activity-based seating configurations and their influence on circadian light exposure. • The sixth and final chapter summarizes the overall findings of the study and presents the answers to the research questions. Based on these findings, final recommendations for circadian-oriented lighting design in educational environments are proposed. The chapter also discusses the limitations of the study and outlines directions for future research before concluding with final remarks. The study is based on the hypothesis that architectural typology and spatial organization need not be treated as fixed constraints. Instead, the findings suggest that through conditional dimming strategies and activity-based lighting settings, the biological limitations of classroom environments can be partially mitigated, contributing to improved circadian lighting conditions. This is also in line with modern principles of innovative teaching, which also include the possibility of having flexible spaces, where the layout can be changed depending on the lecture type.
Benzer Tezler
- Türkiye'de uygulanacak eğitim yapılarının mimari tasarım ve dış cephe kaplama malzemesi özelliklerine göre çevresel etki yüklerinin değerlendirilmesi
Evaluation of environmental impact loads based on architectural design and exterior cladding material characteristics in educational buildings
DİLFURUZ KARA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANER GÖÇER
- Eğitim yapılarında sürdürülebilir aydınlatma tasarımı için bütüncül bir yaklaşım
A holistic approach to sustainable lighting design in educational buildings
KASIM ÇELİK
Doktora
Türkçe
2018
MimarlıkYıldız Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA RENGİN ÜNVER
- Kentsel tasarımda görselleştirme tekniklerinin yanıltma gücü
Misleading ability of visualization techniques in urban design
İREM DÜZGÜNOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiKentsel Tasarım Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGAY KEREM KORAMAZ
- Konut ve yakın çevresinin seçiminde çevresel kalite bileşenlerinden mahremiyet ve anlamın etkisi
Environmental quality and preference
BETÜL OĞUZ
- Yoga pratiğinin üniversite öğrencilerinin algısal motor beceri düzeyleri ve dikkat düzeyleri üzerine etkisinin incelenmesi
Examining the effect of yoga practice on perceptual motor skills and attention levels of university students
PINAR İŞCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
SporMarmara ÜniversitesiBeden Eğitimi ve Spor Öğretmenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN BOZKURT