Yeşil binalardaki düşey iç boşlukların performansa dayalı yangın güvenliği tasarımı bağlamında değerlendirilmesi
Evaluation of vertical interior spaces in green buildings in the context of performance-based fire safety design
Yazar: MEHMET AKİF YILDIZ
Danışman: PROF. DR. FİGEN BEYHAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Sürdürülebilirlik hedefleri ile yapılı çevrelerdeki yerini alan yeşil binalarda yangın güvenliği gerekliliklerinin tasarım aşamasında ele alınmaması neticesinde sürdürülebilirlik ilkeleri ile çelişen problemler ortaya çıkmaktadır. Özellikle iç mekân konfor kalitesi ve enerji korunumu sağlanması amacıyla doğal havalandırmanın etkin kullanımına imkân vererek iç mekânda hava akımının kontrollü dolaşımımı sağlayan yeşil binalardaki düşey iç boşluklarda olası bir yangın anında duman ve alevlerin bina içerisinde kontrolsüz yayılması riski bulunmaktadır. Düşey iç boşluklarda yangın yayılım risklerinin fırsata çevrilmesi amacıyla bu çalışmada iç hava akımları ile paralel hareket eden dumanın düşey iç boşluklar aracılığıyla tahliyesi ile alev ve sıcaklık kontrolünün sağlanması amacıyla performansa dayalı yangın tasarım kullanılarak bina tasarım aşamasında binanın performansının izlenerek tasarım kararlarının alındığı yaklaşım geliştirilmiştir. Literatürdeki fiziksel model çalışmaları ile güneş, rüzgar bacası çalışma prensibinden faydalanılarak tasarlanan prototip binada yangın tahliyesi amacıyla düşey boşluk tasarımı için belirlenen boşluk genişliği ve yüksekliği, boşlukta yer alan hava giriş çıkış yüksekliği ve genişliği ile boşluğa bakan mekanlardaki havalandırma boşluğu genişlik ve yükseklikleri olmak üzere 6 adet değişkenden oluşturulan tasarım senaryoları neticesinde duman, alev ve sıcaklık analizleri yapılmıştır. Değişkenlere ait parametrelerin sıralı olarak belirlenmesine dayanan parametrik analiz ile duman yayılımı ve alev kontrolü için en uygun parametrelerin belirlenmesinden sonra 6 adet değişkenin modele etki derecelerinin ile modelin anlamlılığı ve gücünün tespit edilmesi ve sıcaklık denkleminin oluşturulması amacıyla hassasiyet analizi yöntemi olan çok değişkenli doğrusal regresyon analizi uygulanmıştır. Performansa dayalı yangın güvenliği tasarımı için CFD (Computational fluid Dynamics) denklemlerini kullanarak çözümler üreten FDS (Fire Dynamic Simulation) ile simülasyon sonuçlarını görselleştirebilen Smokeview programlarına ait fonksiyonları içerisinde barındıran Pyrosim programı kullanılmıştır. Pyrosim programından alınan sayısal verilerdeki belirsizlikleri düzenlemek ve sistematik hale getirmek amacıyla Matlab programından faydalanılmıştır. Çok değişkenli doğrusal regresyon yöntemi için ise Matlab programı aracılığıyla elde edilen sıcaklık verilerinden faydalanılarak SPSS programı ile model analizi yapılmıştır. Düşey iç boşluk yoluyla yangın tahliyesi yöntemleri sunan model ve modelden elde edilen sıcaklık denklemi ile yapı sektörü için yangın güvenliğinin performansa dayalı tasarımı oluşturularak paydaşlar için tasarım aşamasında yangın güvenliği için stratejiler sunulmuştur.

Abstract:
In green buildings, designed with sustainability goals, problems arise that contradict sustainability principles because fire safety requirements are not considered at the design stage. In the event of a fire, there is a risk of uncontrolled spread of smoke and flames in the building through vertical internal voids in green buildings, which provide controlled circulation of airflow in the interior space to ensure indoor comfort quality and energy conservation. In this study, a performance-based fire protection design was developed to provide smoke removal and flame and temperature control through vertical internal voids, with the aim of turning the risks of fire spread in vertical internal voids into opportunities. A prototype building was designed by utilizing the physical model studies in the literature and the working principle of solar and wind chimneys. Smoke, flame, and temperature analyses were performed as a result of the design scenarios created from 6 variables: cavity width and height, void air inlet and outlet height and width, and ventilation gap width and height. A parametric analysis method, based on the sequential determination of the parameters of the variables, was used to determine the most appropriate parameters for smoke propagation and flame control. Multivariate linear regression analysis, a sensitivity analysis method, was then used to determine the degree of influence of 6 variables on the model and the significance and power of the model and to form the temperature equation. For performance-based fire safety design, the Pyrosim program was used, which includes FDS (Fire Dynamic Simulation), which generates solutions using CFD (Computational Fluid Dynamics) equations, and Smokeview, which can visualize simulation results. The Matlab program was used to systematize and characterize the uncertainties in the numerical data obtained from the Pyrosim program. For the multivariate linear regression method, the model analysis was carried out using the SPSS program, with the temperature data obtained using the Matlab program. As a result of the model, which presents methods for fire evacuation through the vertical internal void, and the temperature equation obtained from the model, strategies for fire safety at the design stage are presented to building industry stakeholders.