Işık borularının gün ışığı performansına yönelik tasarım modeli önerisi
Design model proposal for daylight performance of light pipes
Yazar: FATMANUR ATALAY
Danışman: PROF. DR. CÜNEYT KURTAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Aydınlatma sistemleri = Lighting systems ; Doğal aydınlatma = Daylighting ; Gün ışığı = Daylight ; Mimarlık = Architecture

Özet:
Gelişmiş gün ışığı sistemlerinde, geleneksel teknikler geliştirilmiş, güncel malzeme ve teknolojiler entegre edilmiştir. Gelişmiş bir gün ışığı sistemi olarak ışık boruları dış ortamdan topladığı gün ışığını borular aracılığıyla ışık almayan mekânlara ulaştırmayı amaçlayan bir sistemdir. Tez çalışmasında literatürde yer alan ışık borusu çalışmalarının eksik kalan ışık iletim yönü değiştirildiğinde, yani dirsek eklendiğinde gösterdiği performans, düz boruların performansıyla karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu doğrultuda öncelikle geniş kapsamlı literatür araştırması yapılmış, çalışmaya veri oluşturacak kavramlar, metrikler, gelişmiş gün ışığı sistemleri açıklanmıştır. Işık boruları, sistem bileşenleri, tasarım kriterleri, geliştirilen sınıflandırma ve sistemin gün ışığı iletim performansının değerlendirmesinde kullanılan yöntemler tasnif edilmiştir. Evrimsel algoritmaya dayalı parametrik tasarım aracı olan Rhinoceros, Grasshopper, Ladybug ve Honeybee yazılım zinciri yöntem aracı olarak tez çalışmasında kullanılmak üzere belirlenmiştir. Çalışmada, ışık borularının gün ışığı iletim verimliliğini belirlemek amacıyla tasarım modeli önerisi gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda kullanılacak ışık boruları tanımlanmış, simülasyon modeli için girdiler tasnif edilmiş, modellerin kodları ve simülasyonlarda değişmeyen sabit parametreler belirlenmiştir. İlk aşama olarak dirsek geometrisi için modeller ve modüller tanımlanmış, en iyi sonuç veren modülden oluşan model, dirsekli boru tipolojilerinde kullanılmak üzere belirlenmiştir. İkinci aşamada düz ve üç farklı dirsekli boru için kapalı gök koşullarında aydınlık düzeyi, gün ışığı faktörü ve gün ışığı otonomisi metriklerinde simülasyon sonuçları alınmıştır. Simülasyon sonuçları boru tipolojisine, çapa, uzunluğa ve alternatif kullanım durumuna göre değerlendirilmiştir. Üçüncü aşamada öneri boru modeli için açık ve kapalı gök koşullarında, ekinoks ve solstis tarihlerinde aydınlık düzeyi sonuçları alınmıştır. Dördüncü aşamada ise önerilen ışık borusunun sınırlarını belirlemek adına boru mesafesi düzenli olarak artırılmış, aydınlık düzeyi ve gün ışığı faktörü sonuçları verilmiştir. Çalışma sonucunda hipotez doğrulanmış, ışık borularının yalnızca toplayıcı izdüşümü doğrultusunda değil, ışık iletim yönünün kasıtlı olarak değiştirildiği öneri modelde, iç mekânda belirlenen sınırlar içerisinde yeterli düzeyde gün ışığı seviyelerine ulaşıldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
In advanced daylighting systems, traditional techniques are improved, and current materials and technologies are integrated. As an advanced daylighting system, light pipes are a system that aims to deliver the daylight collected from the external environment to the places that do not receive light through pipes. In this thesis, the performance of the light pipe studies in the literature is analyzed comparatively with the performance of straight pipes when the light transmission direction is changed, that is, when the elbow is added. In this context, firstly, a comprehensive literature research was carried out, the concepts, metrics and advanced daylighting systems that will constitute data for the study were explained. Light pipes, system components, design criteria, the classification developed, and the methods used in the evaluation of the daylight transmission performance of the system are classified. Rhinoceros, Grasshopper, Ladybug and Honeybee software chains, which are parametric design tools based on evolutionary algorithm, were determined to be used in the thesis study as method tools. In the study, a design model was proposed to determine the daylight transmission efficiency of light pipes. In this context, the light pipes to be used were defined, the inputs for the simulation model were classified, codes of models and the fixed parameters that do not change in simulations were determined. In the first stage, models and modules were defined for the elbow geometry, and the model consisting of the module with the best results was determined to be used in elbow pipe typologies. In the second stage, simulation results were obtained for straight and three different elbowed pipes for the metrics of illuminance level, daylight factor and daylight autonomy under indoor sky conditions. Simulation results were evaluated according to pipe typology, diameter, length, and alternative use case. In the third stage, illuminance results were obtained for the proposed pipe model under open and closed sky conditions, equinox, and solstice dates. In the fourth stage, the distance of the pipe was increased regularly to determine the limits of the proposed light pipe, and the results of illuminance level and daylight factor were given. As a result of the study, the hypothesis was confirmed, and it was determined that in the proposed model, where the light transmission direction of the light pipes was deliberately changed not only in the direction of the collector projection, but also in the direction of the light transmission, sufficient daylight levels were achieved within the specified limits in the interior space.