Enerji harcamalarının azaltılmasını hedefleyen yerleşme dokusu tasarım parametrelerinin BIM aracılığı ile optimizasyonu
Optimization of the settlement texture design parameters aiming the decrease of energy consumption through the use of BIM
Yazar: MEHMET AKİF AYDIN
Danışman: PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Mimarlık = Architecture

Özet:
İnsanların temel gereksinimlerinden biri olan barınma ihtiyacının karşılanabilmesi ve gün geçtikçe yükselen yaşam standartlarıyla beraber, dünyada konut üretimi hızla artmaktadır. Hızlı yapılaşma ve plansız kenteşmeye bağlı olarak ortaya çıkan, yeni konut ve yerleşme alanları halihazırda büyük oranda fosil yakıtlara bağımlıdır ve enerji tüketim miktarlarında önemli bir pay sahibidir. Fosil yakıtların çevreye verdiği zararlar da düşünüldüğünde, son yıllarda sürdürülebilir çevrelerin oluşturulması ve enerji etkin tasarım yaklaşımlarının uygulanması konuları giderek önem kazanmaktadır. Bu nedenle enerji konularının ve çevresel sorunların çözümünde enerji kaynaklarının tüketiminde büyük bir pay sahibi olan konut ve yerleşme alanları, sürdürülebilir enerji ve enerji verimliliği açısından öncelikli olarak ele alınmalıdır. Yerleşme alanlarında enerji etkinliğin sağlanması, enerji etkin tasarım parametreleri için optimimum değerlerin belirlenmesi ile mümkündür. Bu tasarım parametreleri yerleşme ölçeğinde; yer, binaların biribirne göre konumu ve bina aralıkları, bina ölçeğinde ise; bina formu, yönlendiriliş durumu, bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleridir.
Diğer taraftan yapım sektörünün yıllardır süregelen geleneksel yöntemleri, farklı yaklaşımların benimsenmesi ve uygulanması açısından kapalı bir sistemdir ve sürdürülebilir değildir. Bunun üstesinden gelebilmek için ortaya konulan çeşitli arayışlar, son dönemlerde ortaya çıkan ve gelişimini sürdüren BIM kavramını ortaya çıkarmıştır. BIM kavramı sağladığı kolaylıklar ve yenilikler ile yapım sektöründe üst düzey koordinasyon ve entegrasyonu hedeflediği için benimsenmiştir ve uygulanmaya başlamıştır. BIM'in sağladığı önemli faydalardan bir tanesi de enerji etkin tasarım yaklaşımlarının, tasarım ve inşa aşamalarında uygulanabilirliğini arttırmasıdır. 
Bu çalışma kapsamında, konut ve yerleşme alanlarında enerji harcamalarının azaltılmasında etkili olan enerji etkin tasarım parametreleri, günümüzde giderek önem kazanan BIM kavramı üzerinden değerlendirilmiştir. Güncel bir BIM programı olan Revit ve eklentisi Green Building Studio aracılığıyla analizler yapılmıştır ve ortaya çıkan ısıtma ve soğutma enerjisi harcamaları kıyaslanarak enerji etkin tasarım parametreleri için en uygun değerlerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda, tez çalışması, beş bölümden oluşmaktadır.
Çalışmanın birinci bölümü, giriş kısmıdır. Problemin tanımı, çalışmanın amacı,  kapsamı ve yöntemi anlatılmıştır. Binalarda, enerji sorunlarının çözümünde enerji etkin tasarım yaklaşımının önemi, enerji harcamlarının azaltılmasında etkili olan tasarım parametreleri ve BIM sistemleri hakkında bilgi verilmiştir.
İkinci bölümde, yerleşme dokusunda enerji harcamalarının azaltılmasında etkili olan tasarım parametreleri detaylı olarak anlatılmıştır. Tasarım parametreleri, iklimsel konfor koşullarına ilişkin parametreler, dış çevreye ilişkin parametreler ve yapma çevreye ilişkin parametreler olmak üzere üç ana başlık altında incelenmiştir.
Üçüncü bölümde, BIM kavramının ortaya çıkışı ve gelişme süreci, günümüzde kullanımı, faydaları, zorlukları ve BIM tabanlı programlar incelenmiştir. BIM'in enerji harcamalarının azaltılmasına yönelik tasarıma katkıları, uygulama yöntemi ve enerji analizlerinde sağladığı avantajlar ve dezavantajlar irdelenmiştir.
Dördüncü bölümde, yerleşme dokusunda enerji harcamalarının azaltılmasında etkili olan tasarım parametreleri için uygun değerler belirlenerek, yerleşme dokusu alternatifleri geliştirilmiştir. Simülasyonlar için ihtiyaç duyulan iklim ve dış çevreye ilişkin parametreler, kullanıcıya ilişkin parametreler ve aktif bina alt sistemlerine ilişkin kabuller tanımlanmıştır. Geliştirilen yerleşme dokularında referans binalar için  enerji analizleri yapılarak ısıtma ve soğutma enerjisi harcamaları hesaplanmıştır. Ortaya çıkan sonuçlar değerlendirilerek tasarım parametrelerinin enerji harcamaları üzerindeki etkisi incelenmiştir ve enerji harcamaları açısından en iyi performansı gösteren parametre değerleri belirlenmiştir.
Beşinci bölümde, tez çalışması kapsamında elde edilen sonuçlar açıklanmıştır. Sonuç olarak, yapılan hesaplamalar irdelendiğinde, referans binalardaki enerji harcamaları, yerleşme ölçeğinde ve bina ölçeğinde tasarım parametrelerine göre önemli ölçüde değişkenlik göstermektedir. Bu nedenle, enerji etkin ve sürdürülebilir yapma çevreler sağlanması için tasarım parametreleri için uygun değerlerin optimizasyonuna yönelik  çalışmalar ön tasarımda aşamasında gerçekleştirilmelidir. Bu bağlamda  tasarımcının ön tasarım aşamasında hızla gelişmekte olan BIM sistemleri aracılığıyla kolay ve hızlı yapacağı analizler, mimari tasarıma enerji etkin tasarım yaklaşımının entegre edilmesi açısından önemli bir adım atılmasını sağlamaktadır.

Abstract:
Housing production is rapidly increasing in the world to meet the housing needs, which is one of the basic needs of the people and living standards that are increasing day by day. The new housing and settlement areas, which have emerged as a result of rapid construction and unplanned urbanization, are already largely dependent on fossil fuels and it has an important share in amounts of energy consumption. Considering the damages of fossil fuels to the environment, the creation of sustainable environments and the application of energy efficient design approaches have become increasingly important in recent years. Therefore, in order to solve energy issues and environmental problems, housing and settlement areas, which have a large share in the consumption of energy resources, should be prioritized in terms of sustainable energy and energy efficiency. Ensuring energy efficiency in settlement areas is possible by determining optimum values for energy efficient design parameters. These design parameters are; site, location of buildings relative to each other and distances between buildings. On the building scale; building form, orientation, optical and thermophysical properties of building envelope.
On the other hand, the conventional methods of the construction sector, which have been going on for years, are a closed system in terms of adopting and applying different approaches and are not sustainable. In order to overcome this situation, various searches have revealed the concept of BIM which has emerged and continues to develop recently. BIM concept has been adopted and started to be implemented since it aims at high level coordination and integration in the construction sector with the facilities and innovations it provides. One of the important benefits of BIM is that it improves the applicability of energy efficient design approaches in the design and construction phases. 
Within the scope of this study, energy efficient design parameters which are effective in reducing energy consumption in settlement areas have been evaluated through the BIM concept, which is becoming increasingly important today. Analyzes were made with Revit, an up-to-date BIM program and Green Building Studio. By comparing the results of the heating and cooling energy consumptions, it is aimed to determine the most appropriate values for energy efficient design parameters. According to this objective, the thesis consists of five chapters. Introduction, Design parameters of settlement texture effective in reducing energy consumption, use of BIM in design aimed to decrease energy consumption, a study on optimization of the settlement texture design parameters that aimed to decrease energy consumptions and conclusion.
The first part of the study is the introduction. In this section, the definition of the problem, the aim, scope and method of the study are explained. The reasons for the increase in energy consumptions in housing and settlement textures, environmental problems caused by fossil fuels are mentioned. As a result, the emergence and adoption of a sustainable energy approach was emphasized. The importance of energy efficient design approach in solving energy problems in buildings, design parameters effective in reducing energy consumptions and information about BIM systems is given.
In the second part of study, the design parameters which are effective in reducing energy consumptions in the settlement texture are explained in detail. These design parameters were examined under three main headings 
•	Parameters related to climatic comfort conditions 
•	Parameters related to external environment 
•	Parameters related to artificial environment. 
The parameters of climatic comfort conditions are divided into two as internal climatic parameters and user-related parameters. The parameters related to the external environment are outdoor temperature, solar radiation, outdoor humidity and wind. The most important parameters in the study are the parameters related to the artificial environment. They are divided into two parts as settlement scale and building scale. The parameters on the settlement scale are site, location of buildings relative to each other and distances between buildings. The parameters in the building scale are; building form, orientation and optical and thermophysical properties of building envelope.
In the third part of the study, the emergence and development process of BIM concept, its usage, benefits, difficulties and BIM based programs are examined. Although several definitions of the concept of BIM, it can be defined as an architectural design process that provides consistent, processable, coordinated data creation in building design and application processes and effecting decision-making processes by means of parametric working feature and it can produce high quality application drawings and allows easy testing of design on building performance issues. BIM's contributions to the design approach that aimed reducing energy consumptions, the method of application and the advantages and disadvantages it provides in perform energy analysis were examined. BIM systems have the advantage of energy performance as they allow conceptual analysis, even in the early stages of design. BIM systems are quite ahead in error detection and instantaneous alternative generation because they enable data potential and ease of analysis that traditional systems cannot provide.
The fourth part of study, includes the method of the study. It is aimed to determine the appropriate values of design parameters in terms of energy efficiency by using BIM software in the settlements aiming to reduce energy consumptions. In this context, the method of study mainly comprises the following steps.
•	Development of different settlement texture alternatives for the purpose of achieving energy efficiency in the settlement scale.
•	Calculation of the annual energy consumptions for a selected residential building for the developed alternatives
•	Comparison of calculated annual energy consumptions and determining the optimum values for energy efficient design parameters by selecting appropriate settlement texture alternatives.
The steps of the development of different settlement texture alternatives comprises the following steps:
•	determination of the parameters related to climate and outdoor environment
•	determination of the parameters related to users
•	determination of the design parameters related to settlement texture and building
Appropriate values for design parameters that are effective in reducing energy consumptions in settlement texture were determined. Three different shape factor values were defined for the reference buildings analyzed in the settlement textures. In the reference buildings in the settlement textures, the building floor numbers were determined as five and ten. In order to see the effect of the orientation parameter on energy consumptions in the settlement textures, the settlement textures were oriented in the North-South, East-West and Northwest-Southeast directions. H/W ratio (ratio of building height to street width) is the parameter that determines the dimensional properties of the settlement textures. In the study, five different H/W ratios were determined for the settlement textures. Finally, eighty different settlement texture alternatives were developed based on all these parameters. The parameters required for the simulations, climate and external environment parameters, user parameters and active building subsystems are defined. Heating and cooling energy consumptions were calculated by using energy analysis for reference buildings in the developed settlement textures. 
The effect of design parameters on energy consumptions were examined by evaluating the results. Evaluations were made by grouping alternatives with the same shape factor and number of floors. Alternatives were compared, according to the total energy consumptions. The alternative which provided the minimum total energy consumption is the appropriate alternative and compared with the alternative which provided the highest total energy consumptions.In evaluations to examine the effect of orientation, among the alternatives with the same orientation, the alternatives which provide the minimum energy consumptions, were compared with each other. In the settlement texture alternatives, the evaluations made according to the change in H / W values. On the basis of the alternative which provides the maximum total energy consumptions, the reduction values in heating, cooling and total energy consumptions of other alternatives were determined as percentage and charts were prepared with percentages of reduction values.
In the fifth and last part of the study, the results of the thesis are explained. As a result, when the calculations are examined, the energy consumptions in the reference buildings vary considerably according to the design parameters in the settlement scale and building scale. Therefore, in order to provide energy efficient and sustainable building environments, studies for optimization of appropriate values for design parameters should be carried out at the preliminary design stage.