Uyum gösteren cepheler: Bir meta analizi
Adaptive facades: A meta analysis
Yazar: SELİN KARAAĞAÇ
Danışman: DOÇ. DR. İKBAL ÇETİNER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Akıllı binalar = Intelligent buildings ; Bina cephesi = Building facade ; Meta analizi = Meta analysis

Özet:
Küresel ısınma, çevre kirliliği ve yenilenemeyen enerji kaynaklarının giderek azaldığının farkındalığı ile oluşmaya başlayan çevre bilinci ve sürdürülebilirlik kavramı, var olan bu sorunlara yenisini eklememeyi temel alır; geleceğin kaynaklarından çalmadan bugünün kaynaklarını verimli şekilde kullanabilmeyi hedefler. Uyum gösteren cepheler de bu bakış açısının meydana getirdiği çözüm yöntemlerindendir.
Tasarımda sürdürülebilirliğin yakalanması için birçok yöntem geliştirilmiştir. Özellikle pasif stratejilerin ve aktif stratejilerin birlikte kullanıldığı tasarımların, bina enerji verimliliğine olan katkısı dikkat çekicidir. Son yıllarda bu konuda ortaya atılan fikirlerden biri; enerji verimliliğinin, yapının bulunduğu konuma ve iklim koşullarına hareket ederek uyum göstermesi ile sağlanmasıdır. Uyum gösteren cepheler bu yaklaşımdan doğmuştur.
Çalışma; uyum gösteren cephelerin sürdürülebilirliği sağlamada, günümüzün ve geleceğin kaynaklarını verimli kullanmada dikkate değer bir role sahip olduğundan ve bu cephelerin daha iyi anlaşılmasının, uygulamalarının yaygınlaşmasında önemli bir adım olacağından hareketle, uyum gösteren cepheleri incelemektedir.
Alandaki çalışmalar ve mevcut örnekler incelendiğinde, uyum gösteren cepheler için kullanılan birçok sıfat ve tanım bulunduğu görülmüştür. Tüm bu sıfatlardan yola çıkarak, bu tez çalışması kapsamında uyum gösteren cepheler "değişken ortam koşullarına farklı zaman periyotlarında geliştirdiği farklı özelliklerle uyumlanarak o koşullara cevap veren ve yapının performansını iyileştirmeyi amaçlayan, bunu pasif tasarım stratejilerine ek olarak etkin teknolojileri kullanarak sağlayan cepheler" şeklinde tanımlanmıştır. Bununla birlikte, uyum gösteren cepheler için önerilen sınıflandırma ölçütleri incelenmiştir. Yapılmış tüm çalışmalar göz önünde bulundurularak, bu çalışmada uyum gösteren cepheler için sınıflandırma ölçütleri amaç, uyaran, cevap türü, cevap şekli, uyumlanma ölçeği, cevap süresi ve kullanılan teknoloji olarak özetlenmiştir.
Uyum gösteren cephelerin performans gereksinimleri ve mevcut uyum gösteren cephe örnekleri incelenmiştir. Bunlara ek olarak, bu cephelerin uyumlanma özelliğine imkan tanıyan parametrik tasarım ve ilgili programlar hakkında bilgilendirme yapılmıştır. Uyum gösteren cepheler, günümüz şartları göz önünde bulundurulduğunda yüksek maliyetli projeler olduğundan, bu projelerin performanslarını öngörmeye yarayan benzetim programlarından da söz edilmiştir.
Uyum gösteren cepheler alanı, son yıllarda bilinirliği artsa da çeşitli etkenler nedeniyle ulaşabileceği tanınma seviyesinden uzaktadır. Bununla beraber, uyum gösteren cepheler alanındaki çalışmalardaki güncel durumun incelenmesi ve güncel eğilimlerin araştırılması önemlidir. Bu noktalardan hareketle, bu tez çalışmasında uyum gösteren cepheler konu alanına ve alandaki çalışmalara yönelik güncel farkındalığın arttırılması için meta analizi çalışması yoluyla güncel durumun analiz edilebilmesi ve bu alanda gelecekte yapılabilecek çalışmalar ve onların odaklanabileceği noktalar ile ilgili bir kaynak oluşturulması amaçlanmıştır.
Meta analizi çalışması yapabilmek için, öncelikle meta analizi kavramına yönelik bilgi edinilmiştir. Meta analizinin sınıflandırma çerçevesi oluşturulmuştur. Çalışma kapsamında uyum gösteren cepheler ile ilgili 2007 yılından 2020 yılının Mart ayına dek yayımlanmış ulaşılabilen yayınlar (hakemli dergiler, konferans bildirileri, tezler ve raporlar) incelenmiştir. Meta analizi için yapılan araştırmada temel olarak "adaptive facade" anahtar kelimesi alınmış, ancak İngilizce kaynaklarda "adaptive, active, adaptable, advanced, biomimetic, bio-inspired, dynamic, kinetic, intelligent, interactive, reactive, responsive, sensitive, smart" ve Türkçe kaynaklarda ise "adaptif, akıllı, bio-adaptif, değişken, dinamik, gelişmiş, tepki veren, uyarlanabilir ve uyum gösteren" olmak üzere uyumlanabilirliği tanımlamada kullanılan sıfatlar ile de arama yapılmıştır. Diğer taraftan, olabildiğince fazla çalışmaya ulaşmak ve çalışmanın güncel gelişmeleri yansıtması amacıyla, "facade" kelimesi ile benzerlik taşıyan "building envelope", "building skin" gibi ifadeler de analiz kapsamında ele alınmıştır. Uyum gösteren cepheler konu alanına yönelik kapsamlı bir araştırma yapılmış, 136 adet kaynak meta analizi için kullanılacak kaynaklar listesine dahil edilmiştir. Daha sonra, bu kaynaklar sınıflandırma çerçevesinde oluşturulan ana başlıklar ve alt başlıkları doğrultusunda incelenmiştir. Genel bilgiler ve içerik olmak üzerek iki ana başlık bulunmaktadır. Genel bilgilerin alt başlıkları; kaynak türü, yayın yılı, yayınlayan kurum, veritabanı bilgisi, yazar bilgisi, yayınlandığı ülke, kaynak adında bulunan sıfatlar ve ilgili anahtar kelimelerdir. İçerik ise konu, ilişkili konular, ilişkili teknolojiler, yöntem ve sonuç alt başlıklarından meydana gelmektedir. Buradaki her bilgi analiz için veri niteliğindedir. Veriler ile grafikler oluşturulmuş, grafiklerin analizi ve yorumları yapılmıştır. Sonuçlardan hareketle uyum gösteren cepheler alanı için birtakım öneriler getirilmiştir.
Meta analizi çalışması sonuçlarına bakıldığında, uyum gösteren cepheler konu alanı için öncelikle; konferans bildirileri ve hakemli dergilerde yayınlanan uluslararası makalelerin bu alanda daha ağırlıklı yer bulduğu görülmüştür. Buna ek olarak, uyum gösteren cephelerin tanımı ve sınıflandırılmasını konu edinen çalışmalar hala geliştirilebilir durumdadır. Kullanılan yöntem türlerine bakıldığında ise Türkiye'deki çalışmalarda, vaka çalışması, deney çalışması, ilk örnek/model çalışması gibi yöntemlerde kaynaklar az sayıdadır, arttırılabilir. Bununla birlikte dünya genelinde en yaygın kullanılan benzetim yöntemidir ve bu benzetim araçları farklı disiplinlerin bir arada çalışabilmesine imkan sağlayıp bunu kolaylaştırdığı da göz önünde bulundurularak, bu alan için önemini korumaya devam edecektir.
Uyum gösteren cephe uygulamalarının yaygınlaşabilmesi için meta analizinden elde edilen bir diğer sonuç; bu cephelerin üretiminde belli standartları olan prefabrike ürünler kullanılması, tasarım çözümlerinin karmaşıklığı azaltılırken estetik olarak daha karmaşık ve çok işlevli tasarımların geliştirilmesi, ilk yatırım maliyetlerinin yanında kullanım ve bakım maliyetlerinin hesaplanması gibi çalışmaların önemli olmasıdır. Kullanılan malzemelerin ve detay çözümlerinin cephenin performansına etkisinin araştırılması, bu alan için geliştirilmeyi bekleyen noktalar arasındadır.
Performansa etki eden bir diğer etken olan kullanıcıyla cephenin ilişkisinin kavranması, uyum gösteren cephe araştırmalarının yöneleceği temel başlıklardan biridir. Yapılan çalışmalara göre, kullanıcıya cepheyi kontrol imkanının verilmesi kullanıcıların taleplerinden biridir ancak araştırılması gereken konulardandır. Kontrol kullanıcılarda olduğunda cepheden beklenen performansın ne derece karşılanabileceği hususunda daha fazla veriye ihtiyaç vardır. Bu doğrultuda, kullanıcıların bilgilendirilmesine yönelik çalışmalar geliştirmek bir seçenek olabilir. Ancak analizi yapılan çalışmalara göre, kullanıcıların davranışlarının incelenmesi, geribildirimlerle ve toplanan verilerle yeni algoritmalar geliştirilmesi verimliliği artırmak için öncelikli çözümler arasında yer alabilir. Bununla birlikte, geliştirilen çözümlerin uyum gösteren cephelerin sürdürülebilirlik yaklaşımı prensibine uygun olarak çevresel performansının ve insan sağlığına olan etkisinin de araştırılması gereklidir. Sözü edilen çalışmalarla; uyum gösteren cephe konu alanındaki eksikliklerin kapatılması, bu cephelerin tanınırlığının artması, farklı disiplinlerdeki kişilerin farklı çözümlerinin harmanlanmasıyla daha yaratıcı çalışmaların ortaya çıkmasına zemin oluşturması ve uyum gösteren cephe uygulamalarının artması sağlanabilir.

Abstract:
The concept of environmental awareness and sustainability, which has started to emerge with the awareness that global warming and environmental pollution is a matter of fact and non-renewable energy resources are gradually decreasing, is based on not adding new ones to these problems; aims to use today's resources efficiently without stealing the resources of the future. Adaptive facade is one of the solution methods of this perspective.
Many methods have been developed to achieve sustainability in design. Designs leading the way in achieving sustainability in architecture are mostly technologically developed facade solutions. This is because the façade has a large impact on building performance. However, recently facades can be designed and considered separately from the building, this making them easier to develop.
The contribution of designs using passive strategies and active strategies to building energy efficiency is remarkable. One of the ideas put forward in this regard in recent years is that energy efficiency is achieved by adapting the structure to the location and climatic conditions. Adaptive facades have risen from this approach.
The study examines adaptive facades, as adaptive facades have a significant role in ensuring sustainability, and use the resources of today and the future efficiently, and better understanding of these facades will be an important step in spreading their applications.
When the studies in the field and the existing examples are examined, it is seen that there are many adjectives and definitions used for the adaptive facades. Based on all these adjectives, an "adaptive facade" is defined within the scope of this thesis as "facades that adapt to different environmental conditions with different features developed in different time periods and respond to these conditions and aim to improve the performance of the building, using effective technologies in addition to passive design strategies".
In addition, the proposed classification criteria for adaptive facades have been studied. Considering all the studies that were carried out, a classification table was prepared for adaptive facades in this study. Purpose, effect, response type, response form, adaptation scale, response time and the technology used are the factors that are choosen as classification criteria for the thesis.
The performance requirements of adaptive facades and the examples of existing adaptive facades were examined. In addition to these, information was given about the parametric design and related programs which make these facades enable to adapt. Since, adaptive facades are high-cost projects considering today's conditions, simulation programs which help to predict the performance of these projects were also mentioned in this study.
Adaptive facades area is far from the level of recognition it can reach due to various factors, although it has increased its awareness in recent years. Besides, it was observed that it was difficult to access studies in this field during the research process of this thesis. This difficulty mostly arises from the different definitions and adjectives used for adaptive facades. These different definitions and adjectives show that the boundaries of the adaptive façade subject area are not evident. In addition, the responses of these facades with the effect associated with many different technologies also keep the boundaries of the field on common ground with other disciplines.
For this reason, it is important to examine the current situation in the field of adaptive facades and to investigate current trends. Moving from these points, in this thesis, it is aimed to analyze the current situation through using meta analysis method and to create a resource for future studies and specify the points that they can focus on, in order to increase the current awareness of the adaptive facades subject area and the studies in this field.
In order to be able to carry out a meta analysis study, firstly, information about the concept of meta analysis was studied. Adaptive facades subject area has been extensively researched, thus, 136 studies have been included in the list of sources to be used for meta analysis. Later, these sources were examined in line with the main titles and sub-headings created within the framework of classification. There are two main titles: general information and content. General information title comprises sub-headings such as source type, publication year, databases, database information, author information, published country, adjectives in the source name and related keywords, while content title consists of subject, related topics, related technologies, method and result subheadings. Every information here became data for analysis. Graphs were created with the data, then the analysis and interpretation of the graphs were made.
Within the scope of meta analysis study; written sources that have been published between 2007 and 2020 March regarding the adaptive facades such as peer-reviewed journals, conference papers, theses, reports have been selected for the analysis. These studies were obtained from peer-reviewed databases such as Elsevier, Springer and networks such as YÖK Thesis Center and Researchgate, where current and reliable studies can be followed.
In the research carried out for meta analysis, the keyword "adaptive facade" was taken as a base, though as there are many adjectives which define the compatibility, in English sources "adaptive, active, adaptable, advanced, biomimetic, bio-inspired, dynamic, kinetic, intelligent, interactive, reactive, responsive, sensitive, smart" and in Turkish sources, the adjectives used to define adaptability as "adaptive, smart, bio-adaptive, variable, dynamic, advanced, responsive, adaptable and adaptive" were also searched. On the other hand, in order to reach as many studies as possible and reflect the current developments, terms such as "building envelope" and "building skin", which are similar to the word "facade", were also considered within the scope of the analysis.
With the data obtained, a meta analysis was carried out for the field of adaptive facades. Subsequently, conclusions were drawn from this meta analysis study and suggestions were made for this area.
First of all, general information about the studies was examined. This section includes titles such as distribution of resources, number of authors, adjectives used for adaptive facades and level of the study. Then, a detailed analysis of the content and method was made. In the study, it was investigated which factor is predominant in the studies on adaptive facades and accordingly, which performance requirements are responded. The climate and used technologies are also included in the study since they are important for this field. Also, simulation tools that are used in these studies were examined.
The first of the results obtained in this meta analysis study in the field of adaptive facades is that articles and conference papers have a significant role among the studies in this field. The working groups formed at the conferences set the ground for future studies by following different methods on many different topics related to the field.
It has been determined that the vast majority of the resources related to the adaptive facades are the studies carried out abroad. In the studies that carried abroad mainly as the conference progresses articles and publications, the article number is greater than the number of thesis work in Turkey. If this situation is combined with the data obtained by examining the studies in the field in terms of the number of authors, a more appropriate inference can be made. Although the thesis is a single author resource type, it has a long working period. It is also rare to study by experimental methods in Turkey. Instead, the methods such as literature research, simulation, sample analysis, comparison and classification are preferred. In article studies abroad, the authors can both collaborate and create a division of work, and they can produce studies with more precise results in the subject area by using facets such as experimental studies in line with the oppurtinities of thir countries. Nevertheless, the limits of the subject area of adaptive facades are still unclear. The simulation method is chosen mostly among the study methods, since it provides the most literature research and provides a low cost prediction. Factors such as the development of simulation programs day by day, achieving realistic results and methods such as experimental studies have their own difficulties, make researches choose these methods in their studies.
When the data is analyzed, most of the studies published in the field of adaptive facades make suggestions for future studies. In areas open to development, such as adaptive facades, the fact that the studies have this approach increases their contribution to the area. One study can inspire another study topic. However, some studies are the ones that prepare the ground for the next study to be carried out by the same authors.
Based on the results of the meta analysis study, while theses are quite precious in adaptive facades area, since the conference publications and peer-find articles more heavily involved in this field published in journals, it is important to increase the number of articles in Turkey, in terms of Turkey's agenda to catch up internationally. If research projects would be supported in the field and interdisciplinary studies, it would be possible to produce more articles.
In addition, studies on the definition and classification of adaptive facades are still under development. On the other hand, in studies in Turkey, case studies, experimental study and developing prototype methods should be used more.
However, studies using simulation method in the field of adaptive facades are common worldwide. These programs will continue to maintain their importance for this field, taking into account that it enables and facilitates the work of different disciplines together. For this reason, information about the use of these programs can be given to the students who will be trained in the field as a course or in the form of courses.
In addition, by increasing the studies using the survey method, feedback on the performance of adaptive facades can be obtained, or how much knowledge the people in the industry have about adaptive facades can be seen.
Another result obtained from meta analysis for adaptive facade applications to become widespread is that; using prefabricated products with certain standards in the production of these facades is important to improve aesthetically more complex and multifunctional designs while reducing the complexity of design solutions, to estimate usage and maintenance costs besides the initial investment costs. Investigation of the effect of the materials used and detail solutions on the performance of the facade is one of the points waiting to be developed for this area.
Understanding the relationship between the user and the adaptive facade, which is another factor affecting the performance, is one of the main topics to which adaptive facade research will be directed. According to the examined studies, giving the user the opportunity to control the facade is one of the demands of the users, yet it is one of the subjects that should be investigated. More data, however, is needed on how well the building can meet expected performance when the control is in users. Accordingly, it may be an option to develop studies to inform users. However, according to the studies analyzed, examining user's behaviors, developing new algorithms with feedback and collecting data may be among the priority solutions to increase efficiency. However, the impact of the developed solutions on the environment and human health should also be taken into account in accordance with the principle of sustainability approach of adaptive facades.
With such studies, it will be ensured that the deficiencies in the adaptive façade subject area may be minimized and their recognition increases. Additionally, the emergence of more creative works by blending different solutions of people from different disciplines and the increase of number of adaptive facade applications will be possible.