Ilımlı-nemli iklim bölgelerinde gölgeleme elemanlarının bina enerji performansına etkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effect of shading devices on building energy performance in moderate-humid climate regions
Yazar: EMİNE ŞEYMA ERKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZER YÜKSEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Mimarlık = Architecture
Dizin: Enerji = Energy ; Gölgeleme elemanları = Shading elements ; Isıtma yükü = Heating load ; Simülasyon optimizasyonu = Simulation optimization ; Soğutma enerjisi = Cooling energy

Özet:
Gölgeleme elemanları güneşin zararlı ışınımlarından korunmamızı sağlamasının yanısıra soğutma ve aydınlatma enerjisi tüketiminde kazanç sağlamaktadır. Ancak ısıtma enerjisi tüketimini arttırabilmektedir. Bu bağlamda ele alındığında tasarlanan herhangi bir gölgeleme elemanı ısıtma, soğutma ve aydınlatma gibi farklı enerji tüketim alanlarının tamamında aynı anda olumlu sonuçlar sağlayamamaktadır.  Buna ek olarak yılın belli dönemlerinde bazı enerji tüketim alanlarında olumlu sonuç sağlayan tasarımlar yıllık toplam enerji tüketiminde aynı şekilde sonuç sağlamamaktadır. Bu sebeple yıllık enerji tüketim değerine göre gölgeleme elemanı değişkenleri tasarlanmalıdır.
Bu çalışmada sabit gölgeleme elemanlarının enerji performansını etkileyen değişkenleri tespit etmek, tespit edilen değişkenler ile oluşturulan senaryoların ılımlı-nemli iklim bölgesi için yıllık ısıtma-soğutma enerji tüketimine etkisini ortaya koymak, görsel etkinlik yüzdesi ve ısıtma-soğutma enerji tüketim değeri arasındaki ilişkiyi tespit etmek amaçlanmaktadır.
Çalışmanın ilk iki aşamasında literatür araştırması ve analizi yapılmıştır. Bu aşamalar sonucunda sabit gölgeleme elemanı bağımsız değişkenleri belirlenmiştir. Söz konusu bağımsız değişkenler; cephe yönü (güney, doğu ve batı), gölgeleme elemanı türü (yatay ve dikey), eleman derinliği (20cm, 30cm ve 40cm), eleman aralığı (20cm, 40cm, 60cm ve 80 cm), eleman açısı (0°, 15°, 30° ve 45°) ve gölgeleme elemanlarının yapı cephesinden uzaklığı (10cm, 30cm ve 50cm)'dır.
Bağımsız değişkenlerin belirlenen değerleri çaprazlanarak toplam 864 senaryo oluşturulmuştur. Oluşturulan senaryolar çalışma kapsamında belirlenen ılımlı nemli iklim bölgesinde %50 saydamlık oranına sahip 6x9m varsayımsal eğitim yapısı modülüne (teorik derslik) uygulanmıştır. Tüm senaryoların DesignBuilder Simülasyon programı ile yıllık ısıtma, soğutma ve toplam enerji tüketimleri hesaplanmıştır. Daha sonra Autodesk Revit programı ile iki ve üç boyutlu çizimleri gerçekleştirilerek görsel etkinlik yüzdesi ve görsel algı açısından değerlendirilmiştir.
Çalışma sonucunda; ılımlı-nemli iklim bölgelerinde %50 saydamlık oranına ve 2:3 boyutsal orana sahip yapılarda soğutma enerjisi tüketimine göre ısıtma enerjisi tüketiminin toplam enerji tüketimine etkisinin daha düşük olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca ılımlı-nemli iklim bölgesinde toplam enerji tüketimi kazancı açısından en iyi performans sağlayan tekil senaryo/senaryolar değil en iyi performans sağlayan senaryo gruplarının oluştuğu tespit edilmiştir. Birbirine yakın enerji kazanç değerlerinin, bağımsız değişkenlerin farklı değerleri kullanılarak da sağlanabileceği ortaya koyulmuştur. Bunun dışında cephe yönelimine göre toplam enerji tüketiminde en etkin senaryolara bakıldığında literatür bilgisinin aksine bazı koşullarda güney cephede dikey, doğu ve batı cephelerde yatay elemanlarında olumlu sonuçlar sağlayabildiği ortaya koyulmuştur.

Abstract:
Shading elements not only protect us from the harmful radiation of the sun, but also provide savings in cooling and lighting energy consumption. However, it may increase heating energy consumption. When considered in this context, any shading element designed cannot provide positive results simultaneously in all different energy consumption areas such as heating, cooling and lighting. In addition, designs that provide positive performance during certain periods of the year do not provide the same results in total annual energy consumption. For this reason, the design should be made by optimizing the shading device variables according to the annual energy consumption value.
In this study; It is aimed to identify the variables affecting the energy performance of fixed shading elements, to reveal the effect of the scenarios created with the detected variables on the annual heating-cooling energy consumption for the moderate-humid climate region, and to determine the relationship between the visual efficiency percentage and the heating-cooling energy consumption value.
In the first two stages of the study, literature research and analysis was carried out. As a result of these stages, fixed shading element independent variables were determined. The independent variables in question are; facade orientation (south, east and west), shading element type (horizontal and vertical), element depth (20cm, 30cm and 40cm), element spacing (20cm, 40cm, 60cm and 80 cm), element angle (0°, 15°, 30° and 45°) and the distance of the shading elements from the building facade (10cm, 30cm and 50cm).
A total of 864 scenarios were created by crossing the determined values of the independent variables. The created scenarios were applied to a 6x9m hypothetical educational structure module (theoretical classroom) with 50% transparency in the moderate humid climate region determined within the scope of the study. Annual heating, cooling and total energy consumptions of all scenarios were calculated using the DesignBuilder Simulation program. Then, two- and three-dimensional drawings were made using the Autodesk Revit program and evaluated in terms of visual efficiency percentage and visual perception.
As a result of the study; It has been determined that the effect of heating energy consumption on total energy consumption is lower than cooling energy consumption in buildings with 50% transparency and 2:3 dimensional ratio in moderate-humid climate regions. Furthermore, it has been determined that in the moderate-humid climate region, there are scenario groups that provide the best performance, rather than individual scenario(s) that provide the best performance in terms of total energy consumption gain
It has been revealed that similar energy gain values can be achieved by using different values of the independent variables. In addition, when examining the most effective scenarios in total energy consumption based on facade orientation, it has been revealed, contrary to the literature information, that under certain conditions, vertical elements on the south facade and horizontal elements on the east and west facades can yield positive results.