Fotosentetik organizmaları yapı cephelerine entegre etme olasılıklarının değerlendirilmesi
Evaluation of possibilities to integrate photosynthetic organisms into building facades
Yazar: YONCA YAMAN
Danışman: DOÇ. DR. AYÇA TOKUÇ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilgisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Enerji kullanımı = Energy usage ; Fotobiyoreaktör = Photobioreactor ; Gün ışığı = Daylight ; Çok amaçlı karar verme = Multiobjective decision making

Özet:
Günümüzde hız kazanan enerji tüketimindeki artış ve buna bağlı olarak gelişen çevresel tahribatlar, küresel enerji tüketiminde oldukça büyük bir paya sahip olan yapı sektöründe, yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının araştırılmasına ve uygulanmasına doğru yönelmiştir. Mikroalgler yüksek yüzey verimliliğine sahip olup inorganik karbon tüketerek karbon nötr bir geleceğe olanak sağlayan bir yenilenebilir biyoenerji kaynağıdır. Bina cephelerine yenilikçi bir yapı elemanı olan fotobiyoreaktör (FBR) sisteminin entegre edilmesi ile cephede mikroalg üretiminin, binanın ısıl ve görsel konforundan ödün vermeden enerji tüketimini azaltma potansiyeli bulunmaktadır. Bu çalışmada Akdeniz ikliminde mevcut bir ofis binasının güney cephesinde dört farklı FBR cephesi önerilerek FBR'lerin binanın ısıl, görsel ve enerji performanslarına etkisi Octopus eklentisi ile optimize edilmiş ve değerlendirilmiştir. Böylece, tasarımcıların karar verme sürecini destekleyecek bina performans optimizasyon süreci kurgulanmıştır. Pencere duvar oranı, alg konsantrasyonuna bağlı olarak değişen FBR tipi, duvar tipi ve kalınlığı, yalıtım malzemesi kalınlığı, ısıtma-soğutma ayar noktası gibi tasarım değişkenlerinin etkisi araştırılarak her bir cephe için optimum günışığı, enerji performansı ve ısıl konforu temsil eden Elverişli Günışığı Aydınlatması (EGA)'nın artırılması ve Enerji Kullanım Yoğunluğu (EKY)'nun ve Isıl Konfor İhlali (IKİ)'nin azaltılması hedeflenerek optimizasyon yapılmıştır. Elde edilmiş optimum çözümlerde ayrıca FBR'lerin iç mekanda oluşabilecek kamaşmaya etkisi ve üretilen biyokütle enerjisinin binanın enerji ihtiyacının ne kadarını karşıladığı hesaplanmıştır. Elde edilen bulgular mevcut binadaki çift camlı pencere ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlarda düşük alg yoğunluklarının yanı sıra düşük pencere-duvar oranına sahip çözümlerin olduğu görülmüştür. Bütün alternatiflerde dengelenmiş en iyi çözümlerde farklı oranlarda iyileşme görülmüştür. Sonuç olarak, FBR cephe elemanının geleneksel pencere sistemlerine bir alternatif olabileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
Increasing energy consumption, which is gaining momentum today, and the related environmental destruction has led to the research and application of renewable and clean energy sources in the construction sector, which has a large contribution to global energy consumption. Microalgae have high surface efficiency and are a renewable bioenergy resource that allows for a carbon-neutral future by consuming carbon. By integrating a photobioreactor (PBR), which is an innovative building element, into the facades of buildings, there is the potential to produce microalgae on the facade and reduce energy consumption without compromising the thermal and visual comfort of the building. In this study, four different PBR facades were proposed on the southern facade of an existing office building in a Mediterranean climate and the effect of PBRs on the thermal, visual, and energy performances of the building was evaluated by optimizing it with Octopus. In this format, a building performance optimization process has been established to support the decision-making process of designers. The effects of design variables such as PBR type that changes depending on algae concentration, window-to-wall ratio, wall type and thickness, insulation material thickness, heating-cooling set points were searched.  It has been optimized to increase the Useful daylight illuminance (UDI), which represents optimum daylight, energy performance, and thermal comfort metrics for each facade and reduces the Energy Use Intensity (EUI) and the Thermal Comfort Violation (TCV). In the optimum solutions obtained, the effect of PBRs on glare that may occur in the interior and how much of the produced biomass energy supplied with the energy need of the building were also studied. The results were compared with the double-glazed window in the existing building and showed that there were solutions with low algae densities as well as low window-to-wall ratios. There has been an improvement in the optimized values of the best-balanced solutions at different rates in all alternatives. As a result, it has been exhibited that the PBR facade element can be an alternative to traditional window systems.