İlköğretim binalarında etkin günışığı kullanımına ilişkin bir çalışma
A study on the use of effective daylight in primary education buildings
Yazar: PINAR BİRCAN
Danışman: PROF. DR. ALPİN KÖKNEL YENER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Aydınlatma = Lighting ; Eğitim yapıları = Educational buildings ; Gün ışığı = Daylight ; İlköğretim okulları = Primary education schools

Özet:
Günışığından etkin yararlanma ve doğal aydınlatma sistemi tasarımı, insanlığın yeryüzünde varoluşundan itibaren üzerinde düşündüğü ve çözümler ürettiği bir meseledir. Bu durum insanlık tarihinin günümüze kadar ulaşan mimari yapıtlarından kolay bir şekilde okunabilmektedir. Yapım malzemesi ve yöntemi farketmeksizin yapı içerisine günışığının alınması başlıca yapı tasarım parametrelerinden biri olmuştur. Günışığının etkin kullanımı sürdürülebilir bina tasarımı için önemli bir kriterdir. İster estetik amaçlı olsun isterse işlevsel bir amaca hizmet etsin yapı içerisindeki günışığının tasarımı ve kontrolü uzmanlık gerektirmektedir. Günışığının mekan içerisine doğru bir biçimde alınması ve kontrol edilmesi günışığının dinamik yapısı sebebi ile karmaşık bir tasarım problemi ortaya koymaktadır. Günümüzde Uluslararası Aydınlatma Komisyonu'nun (CIE) çalışmaları sonucunda hazırlanan ve Türk Standartları Enstitüsü tarafından kabul edilen TS EN 17037:2022 Binalarda Günışığı standardı ile uzmanlar yapı tasarımının proje ve uygulama sürecinde günışığını bir tasarım girdisi olarak projeye dahil edebilmektedirler.
Günışığı yapay aydınlatma sistemleri ile karşılaştırıldığında pek çok yönden avantaja sahiptir. Yapay aydınlatmanın ilk yatırım ve enerji tüketim maliyetleri açısından değerlendirildiğinde doğal aydınlatma sistemi tüm bu maliyetlerin dışında kalır. Renksel geriveriminin iyi olması mekan içerisinde gerçekleştirilen eylemin görsel anlamda daha konforlu olmasını sağlamaktadır.Ayrıca günışığı ile aydınlatılmış mekanlarda insan gözü yapay aydınlatmaya kıyasla daha iyi uyum sağlamaktadır.
Günümüzde binalarda günışığı kullanımının enerji tüketimi ve maliyetleri açısından rolü hızla önem kazanmaktadır. Artan enerji ihtiyacına karşı alternatif enerji kaynakları arayışına ek olarak varolan sistem içerisinde enerjinin korunumu ve kontrolü de sağlanmalıdır. Günışığından etkin yararlanma ve doğal aydınlatma sistemi tasarımı, yapay aydınlatmanın sebep olduğu enerji tüketiminin azaltılması yönünde önemli paya sahip olacaktır.
Eğitim yapılarında yeterli günışığının sağlanması çok yönlü bir kazanım sağlamaktadır. Günışığına maruz kalmanın öğrencilerin fizyolojik ve psikolojik sağlıkları üzerinde doğrudan etkisi vardır. Öğrenme ortamlarında doğal aydınlatma sistemlerinden yararlanmanın öğrencilerin öğrenme kapasitelerini arttırdığı yönündeki araştırmalar eğitim yapılarının fiziki koşullarının önemle gözden geçirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır. Eğitim ortamlarında günışığından en üst düzeyde yararlanmanın ve kalitesini arttırmanın eğitimde başarının artmasına da katkıda bulunacağı bir gerçektir.
Doğal aydınlatma sistemleri tasarımlarının değişen eğitim yaklaşımları ve yeni nesil öğrenme ortamlarının mekansal kurgusuna hizmet edebilmesi ve esneklik gösterebilmesi önemlidir. Klasik eğitim sisteminde yer alan öğretmen merkezli öğrenme ortamlarının artık değişmekte olduğu, mekanların ve öğrenme biçimlerinin esnek, uyarlanabilir ve dönüşebilir hale geldiği görülebilmektedir. Bu anlamda tip projeler üzerinden eğitim yapısı üretmenin çok sayıda dezavantajı bulunmaktadır. Doğal aydınlatma sistemi tasarımında bu dezavantajlı durumların ortaya çıkarılması ve içerisinden optimum yaklaşımın benimsenmesi amacıyla tip ilköğretim okulu projesinin, ılımlı-nemli iklim bölgesi için saydamlık oranı ve yönlenme değişkenleri ile değerlendirilmesini hedeflemiştir. Yapı içerisinde yeterli günışığının sağlanmasında değerlendirme yöntemi olarak TS EN 17037:2022 Binalarda günışığı standardı temel alınmıştır. Yapının kuzey-güney ve doğu-batı yönlenmesi ile oluşturulan senaryolar, birbirinden zıt yöndeki cephelerde cephe açıklığı bulunan derslikler için olumlu ve olumsuz durumların aynı yapı içerisinde ve aynı kat düzleminde bulunduğunu göstermektedir.
Bu çalışma uygulanan tip projeler için optimum yönlenmenin tüm derslikler için mümkün olamayacağını ortaya koymakta ve binalarda doğal aydınlatma sistemi ile yeterli günışığının sağlanması için optimum yönlenme ve cephe açıklığı için öneriler sunmaktadır.

Abstract:
Effective use of daylight and natural illumination system design are the issues that humanity has thought about and found solutions to since its existence on earth. This situation can be easily read from the architectural works of human history that have survived to the present day. Regardless of the construction material and method, the daylight intake into the building has been one of the main building design parameters. Whether for aesthetic or functional purposes, the design and control of daylight in the building requires expertise. Today, with the TS EN17037:2022 Daylight in Buildings standard, experts can include daylight as a design input in the project and implementation process of the building design. Effective use of daylight is an important criterion for sustainable building design. This standard encourages building designers to design, assess and ensure sufficiently daylit spaces.
Daylight has many advantages compared to artificial lighting systems. When the artificial lighting is evaluated in terms of initial investment and energy consumption costs, the natural lighting system is excluded from all these costs. Good color rendering ensures that the action performed in the space is visually more comfortable. In addition, the human eye adapts better in daylit spaces compared to artificial lighting. Today, the role of daylight use in buildings is rapidly gaining importance in terms of energy consumption and costs. In addition to the search for alternative energy sources against the increasing energy needs, the conservation and control of energy within the existing system should also be provided. Effective use of daylight and natural illumination system design will be essential in reducing the energy consumption caused by artificial illumination.
In school buildings, natural light has considerable physiological benefits, and increases energy efficiency while reducing the operational energy consumption of buildings. It is thus crucial to maximize the amount of daylight, as well as to improve its quality, in educational premises. Considering the significant impact of lighting on visual activities and human performance and wellbeing, the appropriate level of illuminance must be provided in educational environments. In this field, it is important to pay attention to the effects of natural and artificial lighting on student performance, also the architectural factors affecting appropriate utilization of daylight in educational spaces. It is thus crucial to maximize the amount of daylight, as well as to improve its quality in educational premises. The design of the natural lighting system needs to be meticulously designed for the educational buildings and through the project, specific to the project.
Providing sufficient daylight in educational buildings provides well-rounded gain. Exposure to sunlight has a direct impact on students' physiological and psychological health. It has been proved that benefiting from the natural illumination systems in learning environments increases the learning capacity of students, thus requiring a thorough review of the physical conditions of educational buildings.
In the early design stage, daylighting assessments can influence form generation. Thus, the integration of the quantitative standard measurements and the descriptive aspects can be more easily achieved. Facades are the basic design element affecting daylighting performance. So in this study it was reviewed to provide sufficient daylight on different façade spaces.
It is essential that the design of the natural illumination system is both flexible and is of use to the changing educational approaches and spatial setup of new-generation learning environments. It can be easily seen that the teacher-centred learning environments in the classical education system are now changing, just as the spaces and learning styles are becoming flexible, adaptable and transformable. In this sense, there are many disadvantages to producing educational structures over typical projects. In order to reveal these disadvantageous situations in natural illumination system design and to embark on the optimum approach, it has been aimed to evaluate the typical primary school project within the variables of orientation and transparency ratio for the moderate-humid climate region. TS EN17037:2022 daylight of buildings standard is taken as the basis of the evaluation method in providing sufficient daylight into the building. The scenarios created with the north-south and east-west orientation of the building show that positive and negative situations for classrooms with facade apertures on opposite facades are found in the same building and on the same floor plane.
So it is accordingly aimed in this study;
-To determine the natural lighting needs of new generation educational buildings by conducting a literature review on daylight and visual comfort.
-To reveal the effect of transparency ratio in natural lighting system design
-To determine the situation of orientations in different directions in effective daylight use.
-To determine the effect of design decision made about facade design on the daylight performance and visual comfort conditions,
-To determine optimum facade opening and orientation for adequate daylight and visual comfort in an educational buildings.
Within the scope of this study, TS EN 17037 Standard for Daylight in Buildings was examined, and the criteria determined for the evaluation of daylight performance in buildings within the scope of the relevant standard were introduced, and the application of the standard was carried out for different scenarios in an educational structure considered for Istanbul conditions. The scenarios discussed were evaluated in terms of determining the sufficient daylight illuminance according to the illuminance level method.
Daylight performance was carried out in a representative classroom in İstanbul, located in a temperate climate zone. Dialux Evo was used for daylight evaluation simulations.
The study was carried out for representative dates with climatic data and different sky models. his study analyzes the physical parameters of the façade of an educational building located in a temperate climate zone in order to make effective use of daylight and to provide visual comfort. This study reveals that optimum orientation for applied typical projects may only be possible for some clasrooms. It also offers alternatives and suggestions for optimised orientetation and facade openings.