Biyomimetik cephelerde gün ışığı kontrolü
Daylight control in biomimetic facades
Yazar: BERFİN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. ÜMİT TURGAY ARPACIOĞLU
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Fiziği ve Malzemesi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bina cephesi = Building facade ; Görsel konfor = Visual comfort ; Mimari cephe = Architectural front

Özet:
Geçmişten günümüze dünyada teknoloji, sanayi, ekonomi gibi birçok alanda yenilikler
ve gelişmeler yaşanmıştır. Ancak bu yeniliklerin çevre üzerindeki etkileri gün
geçtikçe artmakta ve bu durum doğal çevre üzerinde birtakım olumsuz sonuçlar
doğurmaktadır. Mimarlık da dünyadaki değişimlerden ve toplum dinamiklerinden
etkilenmekte, bu etkileşimi mimari tasarımlara yansıtmakta ve çeşitli problemleri
farklı yaklaşım biçimleri ile çözmektedir. Son yıllarda ekolojik tasarım ve
sürdürülebilir tasarım ile adı geçen biyomimikri yaklaşımından, problemlere doğadan
referans alarak çözüm üretebilmesi sayesinde sıklıkla söz edilmektedir. Literatüre
1950'lerde giren bu yaklaşım, yeni malzemelerin, teknolojilerin ve yöntemlerin
geliştirilmesi için güçlü bir konsept ve araç olma potansiyeli bulundurmaktadır.
Biyomimikri yaklaşımı, doğayı biçimsel bir taklidin ötesine taşımakta ve doğa gibi
davranma yollarını da araştırmaktadır. Biyomimikrinin temel amacı, doğal
ekosistemlerin karmaşıklığını ve verimliliğini anlamak, bu anlayıştan yararlanarak
sürdürülebilir teknolojiler geliştirmek ve doğal kaynakları daha etkin kullanmaktır.
Biyomimikri sürdürülebilirliğin ayrılmaz bir parçasıdır ve dengelerini insan yapımı
sistemlere entegre ederek doğayla uyumlu çözümler sunmaktadır. Doğal çevre ve
tasarım sorunlarına, doğada bulunan problem çözücülük özelliği sayesinde
biyomimikri yaklaşımının mimari tasarımlarda kullanılmasıyla birlikte, rüzgar, gün
ışığı gibi doğal kaynakları kullanarak enerji tasarrufunu sağlamaya yardımcı olan ve
fiziksel çevre kontrolünü sağlayabilen, parametrik, kinetik, algoritmik tasarıma sahip
cepheler oluşturulabilmektedir. Konfor türlerinden biri olan görsel konfor, aydınlatma
gereksinimlerinin temel belirleyicisidir. Kontrolsüz gün ışığı, kullanıcı konforu,
üretkenliği ve insan sağlığı ile olumsuz etkileşimlere yol açabilecek görsel ve termal
sorunları beraberinde getirir. Okuma, yazma, çalışma ve bilgisayar etkinliklerinin
gerçekleştirildiği ofis, kütüphane gibi mekanların kullanıcı memnuniyetini artırmak
için gün ışığı performansı açısından iyi tasarlanması gerekmektedir. Yapı tasarımında
gün ışığı ile aydınlatma stratejilerinin, floresan aydınlatmanın ve mekanik
havalandırmanın yaygınlaşması ile bu yüzyılın ortalarına kadar tasarımın erken
aşamalarında genellikle yeteri kadar göz önüne alınmadığı söylenebilir. Ancak,
günümüzde sürdürülebilirlik kavramının da literatürde irdelenmesi ve yaşamın her
alanında kendine yer bulması ile mimari tasarımlarda gün ışığı daha önemli bir
konuma gelmiş, gün ışığı kontrolünü sağlamaya yönelik tasarım örnekleri sık görülür
olmuştur. Tasarım alanında olduğu gibi, inşaat sektöründe de binalarda gün ışığından
yararlanmaya yönelik yeni ve yenilikçi teknolojileri tanımlayan ve bu sistemlerin
performansını değerlendiren kapsamlı bir referansa ihtiyaç duyulmaktadır. Hem
tasarım hem de inşaat sektöründe gün ışığı kontrolüne yönelik yeni yaklaşımların ve
teknolojilerin arayışları, gün ışığı kontrolünün sağlanması ve gün ışığı ile
aydınlatmanın önemini göstermektedir. Doğal çevrenin en önemli bileşenlerinden olan gün ışığının, tasarımlarda doğadan ilham alma olarak tanımlanabilen biyomimikri
yaklaşımı ile birlikte ele alınması ve biyomimikrinin gün ışığı kontrolünü sağlamaya
yönelik kullanılması, yaklaşımın doğasına uygun olup bir tasarım problemi olabilecek
gün ışığı kontrolüne doğadan çözüm ilkeleri uygulanabilir ve gün ışığı kontrolü
sağlanabilir. Bu nedenle tezde İstanbul, Antalya ve Erzurum konumlarındaki sanal ofis
yapısında biyomimetik cephe önerileri yapılıp bu cephelerin gün ışığı kontrolüne
etkileri ölçülecek ve gün ışığı kontrolünün biyomimetik cephelerin tasarımındaki
etkileri gözlemlenecektir. Çalışmada biyomimetik cephelerde fiziksel çevre
unsurlarını kullanma performansı, bu kapsamda fiziksel çevre unsurlarından olan gün
ışığının kontrolü ve biyomimetik cephelerin fiziksel çevreye göre değiştirilebilirliği
analiz edilecektir. Çalışmada biyomimetik cephelerin konfor koşullarından olan görsel
konforu sağlamaya yönelik, biyomimetik yaklaşım tipleri, seviyeleri ve alt seviyeleri
bağlamında esnek bir biçimde değiştirilebilme imkanının gösterilebilmesi ve
biyomimetik cephelerin gün ışığı kontrolünü sağlama başarısının ölçülmesi
amaçlanmaktadır. Çalışmada dört ana adımlı bir model önerilmiştir. Modele göre, ilk
kısımda biyomimikri yaklaşımı hakkında bilgi verilecek, ikinci kısımda biyomimikri
seviye ve yaklaşımları aktarılacak, üçüncü kısımda gün ışığı kontrol parametreleri
bağlamında biyomimetik cephe tasarlanacaktır. Dördüncü kısımda tasarlanan
cephenin gün ışığı performansı simülasyon programları ile ölçülecek; ardından
optimizasyon sağlanacak, sağlanamadığı takdirde gün ışığı kontrolü bağlamında
biyomimetik cephe tasarım parametreleri tekrar gözden geçirilecek, bu tasarım
parametrelerinin gün ışığı kontrolüne etkileri de gözlemlenmiş olunacak ve ikinci
cephe tasarım önerisi yapılacaktır. İkinci öneriden sonra ise tekrardan optimizasyon
aşamasına geçilecek ve analiz sonuçları değerlendirilecektir. Tez çalışması, önerilen
modele göre ilerleyecektir.
Anahtar Kelimeler: Biyomimikri, biyomimetik cephe, gün ışığı kontrolü, görsel
konfor

Abstract:
From past to present, there have been innovations and developments in many fields
such as technology, industry and economy in the world. However, the effects of these
innovations on the environment are increasing day by day, and this has some negative
consequences on the natural environment. Architecture is also affected by the changes
in the world and social dynamics, reflects this interaction in architectural designs and
solves various problems with different approaches. In recent years, the biomimicry
approach, which is mentioned with ecological design and sustainable design, has been
frequently mentioned thanks to its ability to produce solutions to problems by taking
reference from nature. This approach, which entered the literature with the term
"biomimetics" in the 1950s, has the potential to be a powerful concept and tool for the
development of new materials, tools and methods. This new discipline moves nature
beyond a formal imitation and explores ways to behave like nature. The main purpose
of biomimicry is to understand the complexity and efficiency of natural ecosystems,
to develop sustainable technologies by using this understanding and to use natural
resources more effectively. Biomimicry is an integral part of sustainability and offers
solutions compatible with nature by integrating their balance into human-made
systems. The biomimicry approach, shaped by the idea that solutions to a correctly
defined problem can be sought in nature, has potential in the field of architecture as
well as in many design fields. With the use of the biomimicry approach in architectural
designs, thanks to its problem-solving feature found in nature, to natural environment
and design problems, facades with parametric, kinetic, algorithmic designs can be
created that help save energy and provide physical environmental control by using
natural resources such as wind and daylight. These developments, resulting from the
combination of architecture, biology and technology, have the potential to lead to
major changes in human life in the future. Biologists, architects and engineers who are
aware of the importance of the interdisciplinary environment carry out studies in this
field and produce theories and discourses that lead to paradigm change. Visual
comfort, which is one of the comfort types, is the main determinant of lighting
requirements. It has been found that people perceive a wider range of illumination
values when the light source is natural rather than artificial. But, uncontrolled daylight
brings visual and thermal problems that can lead to negative interactions with user
comfort, productivity and human health. Appropriate daylight illuminance values
provided in the interior volume not only enable users to see comfortably, but also
create ease in performing the actions that need to be carried out efficiently and
effectively without any fatigue and tension. However, to ensure visual comfort, glare
levels must be maintained at appropriate levels. Places such as offices and libraries,
where reading, writing, working and computer activities are carried out, need to be
well designed in terms of daylight performance in order to increase user satisfaction.
It can be said that daylight lighting strategies in building design were generally not
taken into consideration sufficiently in the early stages of design until the middle of this century, with the widespread use of fluorescent lighting and mechanical
ventilation. However, today, as the concept of sustainability has been examined in the
literature and has found a place in all areas of life, daylight has become more important
in architectural designs, and design examples aimed at providing daylight control have
become common. As in the design process, research on the evaluation of the natural
lighting performance of buildings after the design process provides both visual comfort
conditions and supporting information for subsequent designs. As in the field of
design, there is a need for a comprehensive reference in the construction industry that
identifies new and innovative technologies for daylighting in buildings and evaluates
the performance of these systems. The search for new approaches and technologies for
daylight control in both the design and construction sectors shows the importance of
daylight control and illumination with daylight. Considering daylight, one of the most
important components of the natural environment, together with the biomimicry
approach, which can be defined as being inspired by nature in designs, and using
biomimicry to provide daylight control is in line with the nature of the approach and
solution principles from nature can be applied to daylight control, which may be a
design problem, and daylight control can be achieved. For this reason, in the thesis,
biomimetic facade proposals will be made in the virtual office structure in Istanbul,
Antalya and Erzurum, the effects of these facades on daylight control will be measured
on june and december, at 09.00, 12.00 and 15.00 and the effects of daylight control on
the design of biomimetic facades will be observed. In the study, the performance of
using physical environmental elements in biomimetic facades, in this context, the
control of daylight, which is one of the physical environmental elements, and the
changeability of biomimetic facades according to the physical environment will be
analyzed. The aim of the study is to demonstrate the possibility of flexibly changing
biomimetic facades in the context of biomimetic approach types, levels and sub-levels
to ensure visual comfort, which is one of the comfort conditions, and to measure the
success of biomimetic facades in providing daylight control. In the study, a model with
four main steps is proposed. According to the model, in the first part, information will
be given about the biomimicry approach, in the second part, biomimicry levels and
approaches will be explained, and in the third part, the biomimetic façade will be
designed in the context of daylight control parameters. In the fourth part, the daylight
performance of the designed facade will be measured with simulation programs; Then,
optimization will be achieved, if not achieved, biomimetic facade design parameters
will be reviewed in the context of daylight control, the effects of these design
parameters on daylight control will be observed and a second facade design proposal
will be made. After the second suggestion, the optimization phase will be started again
and the analysis results will be evaluated. The thesis work will proceed according to
the proposed model.
Keywords: Biomimicry, biomimetic facade, daylight control, visual comfort