Eğitim yapılarında cephe boşluk oranlarının enerji verimliliği açısından hesaplanması: Bir uzman sistem modeli
Computing of window to floor ratio in terms of energy efficiency in educational buildings: An expert system
Yazar: SERTAÇ KARSAN ERBAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ TOGAN TONG
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Enerji verimliliği, bütün disiplinler için hem maliyet hem de sürdürülebilirlik açısından ele alınması gereken en önemli kavramlardan birisidir. Yapı sektörü ve binalar enerji kaynak tüketiminde önemli bir paya sahip olduğundan bu sektör için de yenilenebilir enerji kaynakları kullanımı zorunlu hale gelmiştir. Dolayısıyla yapılar için enerji verimliliğinden bahsetmek önemlidir. Yapılarda enerji verimliliğinden söz edebilmek için ısı kayıpları minimum düzeyde, ısı kazançları maksimum düzeyde olmalıdır. Mevsimsel değişikliklere göre, kışın az ısıtma ve yazın az soğutma sağlayarak ısıya bağlı enerji kayıplarını en aza indirebilmek önemlidir. Isı kaybının en çok oluştuğu bölüm yapı yüzeyindeki mat ve saydam bileşenlerdir. Bu bileşenlerin fiziksel ve ısısal özellikleri yapının performansını etkilemektedir. Soğurma, geçirme ve yansıtma olarak sıralanan bu özellikler yapının türüne göre saydam bileşenin malzeme seçimini belirlemektedir. Tezin amacı, bir yapının enerji performansını belirli bir referans aralığında tutmaya yardımcı olacak bir kodlama model önerisi getirmektir. Bu model önerisinde ısı kayıp ve kazançlarının hesaplanması ve hesaplamalar sonucu bir hacim içinde yönlere bağlı olarak yüzeylerde en uygun saydam bileşen oranının taban alanına oranının belirlenmesi hedeflenmektedir. Model önerisi, ısı yalıtımı için referans olmayıp enerji performansını artırmak ve erken tasarım aşamasındayken tasarımcıya bir öngörü oluşturmak ve tasarım kararlarının alınmasını kolaylaştırmak amacını taşımaktadır. Hesaplamalarda ana yönler kullanılacak olup ara yönler kullanılmayacaktır. Hesaplama işlemleri, ısı kazanç ve kayıpları için bir algoritma oluşturulması ve şemalaştırılan algoritmanın  PHP betik koda dönüştürülmesi ile yapılmıştır. Kodun çalışabilmesi için bilgisayarda Apache web sunucusu, veri tabanı olarak ise MySQL kullanılmıştır. Model, farklı parametre seçenekleri ile hesaplama yapabilmektedir. Bu parametreler mekân  boyutları, yalıtım malzemesi özellikleri ve saydam bileşen özellikleridir. Kod esnek yapıda düşünüldüğü için parametreleri artırmak da mümkündür. Hesaplama parametreleri olarak belirlenen ilk değerler mekân boyutları değerleridir. Duvarlarda kullanılan ısı yalıtım malzemesi için taş yünü ve XPS olarak iki tür seçenek tanımlanmıştır. Bu malzemeler kendi aralarında da ısıl iletkenlik değerlerine göre gruplandırılmışlardır. Taş yünü için dört adet gruplandırma, XPS için üç adet gruplandırma yapılmıştır. Isıl iletkenlik değerleri tablo olarak kodun içine yerleştirilmiştir. Her yalıtım malzemesi için kalınlık değeri verilebilmektedir. Saydam bileşen malzemesi ise, renksiz tek cam ve renksiz yalıtım camı olarak iki seçeneklidir. Bu cam malzemeleri, güneş enerjisi geçirme faktörü açısından farklılık göstermektedir. Duvar için U değerinin hesaplanması için duvar katmanları belirlenmiş ve bu katmanların her birinin ısıl iletkenlik değerleri tanımlanmıştır. Sonuç olarak; çalışma kapsamında, TS 825 Binalarda Isı Yalıtım Kuralları Standardı ve T.C. Millî Eğitim Bakanlığı Eğitim Yapıları Asgari Tasarım Standartları Kılavuzu referans alınarak Türkiye 2. Gün bölgesi şartlarında en uygun pencere alanı-taban alanı oranı için bir algoritma geliştirilmiştir. Algoritmayı oluşturabilmek için akış diyagramlarından yararlanılmıştır. Oluşturulan akış diyagramına göre PHP kod yazılmış ve algoritma çalıştırılmıştır. Algoritmanın çalışmasına ek olarak pencere alanı duvar alanı hesaplayan bir modül de eklenmiş ve bütün algoritma hem yerel sunucuda hem de web sunucuda çalışacak şekilde düzenlenmiştir. Ayrıca kodun farklı ortamlarla veri alış verişi için bir API geliştirilmiş ve bu API ile birlikte kod yerel sunucu ve web sunucu üzerinde çalıştırılmıştır. Web sunucu üzerinde çalıştırılan kodun erişilebilir olabilmesi için bootstrap önyüz çatısı kullanılmış ve bütün tema ayarları için tasarım şablonlarından yararlanılmıştır. Elde edilen veriler düzenlenerek üzerinde işlem yapılır durumda sunulmuştur.

Abstract:
Energy efficiency is one of the most important concepts which should be taken into consideration with regard to both cost and sustainability for any and all disciplines. Due to the fact that the building sector and the buildings have a considerable share in the  energy consumption, it is also compulsory for this sector to use renewable energy resources. Therefore, it is important to talk about enegry efficiency regarding the buildings. In order to talk about energy efficiency regarding the buildings, the losses  of heat should be at minumum level and the heat gains should be at maximum level. It is important to minimize the losses of heat dependent on the heat by ensuring low heating in winters and low cooling in summers according to the seasonal changes. The physical and thermal characteristics of the transparent components on the surface of the building where the highest loss of heat is observed are the characteristics affecting the performance of the building. These characteristics enumerated as absorption, transmission and reflection determine the metarial selection of the transparent component depending on the type of the building. The purpose is to bring a coding model proposal which will help that the energy performance of a building is kept at a definite reference interval. In this model proposal, it is targeted to calculate the losses of heat and the heat gains and to determine the most appropriate transparent component / floor area ratio on the surfaces depending on the directions within the volume as a result of these calculations.  The model proposal is not a reference, but it aims to increase the enegry performance and to provide the designer with a foresight at the early design phase, as well as aiming the facilitation of taking design decision. Not the intercardinal points, but the cardinal points will be used in the calculations. An algorithm has been established for  the heat gains and the losses of heat and the calculation transactions have been carried out by converting this algorithm schema into PHP script code. In order to ensure the functionality of the code, the numerical medium has been used as web server. In the computer used as Apache server, MySQL has been used as database. Calculation may be made based on different parameter alternatives. These parameters consist of the space sizes, insulating material characteristics and transparent component characteristics. The first values determined as calculation parameters are the values of space sizes. Two types of variable such as stone wool and XPS have been determined as heat insulating material used on the walls. These materials are also grouped among themselves according to their thermal conductivity values. There are four groupings for the stone wool and three groupings for XPS. The thermal conductivity values have been embedded within the code as a table. A thickness value may be given for each insulating material. The transparent component material has two alternatives as follows: clear single-glazing and clear insulating glass. These glass  materials are different with regard to solar energy transmission factor. For the calculation of the U value regarding the layers of the wall, the thermal conductivity values of each one of these layers have been defined. As a result, an algorithm has been developed for the most appropriate window area / floor area ratio under the conditions of the 2nd region of Turkey taking the TS 825 Thermal Insulation Requirements in Buildings and the Minimum Building Guide for the Education Buildings issued by the Ministry of National Education as basis. In order to establish the algorithm, the flow charts have been used. A PHP code has been written and the algorithm has been operated according to the flow chart so established. In addition to the functionality of the algorithm, a module calculating the window area – wall area has been added and the entire algorithm has been regulated so that it is functional both in the local server and the web server. Furhermore, an API has been developed for the data exchange in different environments and the code has been operated both as local and web server together with this API. In order to ensure that the code operated through web is accessible, the Bootstrap roof has been used, as well as making use of the design templates for all of the theme adjustments. The data obtained has been arranged and presented in such a condition allowing execution of transaction thereon.