Yoğunluk ve sürdürülebilirlik ilişkisi: Kentsel enerjinin korunmasında kent formunun etkisi üzerine bir alan araştırması
Relationship between density and sustainability: A survey study on the effect of the urban form in protection of urban energy
Yazar: SEVCAN UÇLAR
Danışman: PROF. DR. MESTURE AYSAN BULDURUR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Şehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı / Şehir ve Bölge Planlama Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Şehircilik ve Bölge Planlama = Urban and Regional Planning
Dizin: Enerji etkin planlama = Energy efficient planning ; Kent morfolojisi = Urban morphology ; Yerleşim yoğunluğu = Settlement density

Özet:
Bugün Dünyada küresel ısınma, iklim değişikliği ve yüksek karbondioksit emisyonu ile oluşan tahribat, enerji tüketimindeki artışın giderek büyüyen bir sonucudur. Sanayileşmiş dünyanın geliştirdiği enerji yoğun yaşam tarzı, enerji tüketimini, temel yaşam ihtiyaçları ve geçim faaliyetleri seviyesinden çok daha öteye taşımıştır. Bu durum, nüfusun ve kişi başına enerji kullanımının, sonlu kaynaklara ve sınırlı bir kapasiteye sahip olan gezegenimiz üzerinde devam eden baskılarından kaynaklanmaktadır. 
Dünya nüfusunun, üretimin ve tüketimin kentsel alanlarda yoğunlaşması kentsel alanlar üzerindeki baskıyı giderek artırırken, sürdürülebilir kentsel gelişme modellerine duyulan ihtiyaç da belirginleşmektedir. Günümüzde dünya nüfusunun yarısına yakını kentsel alanlarda yaşamaktadır. Dünyadaki ekonomik faaliyetlerin önümüzdeki yıllarda da kent merkezlerinde yoğunlaşmaya devam etmesi muhtemeldir. Dolayısıyla sürdürülebilir gelişme yaklaşımlarının öncelikli ve acil olarak kentsel alanları hedef alması gerekliliği kaçınılmazdır. Bunun için de yaşam tarzlarının, şehirleşme politikalarının ve enerji kullanım alışkanlıklarının değişmesi gerekmektedir. 
Enerji, kentsel alanın en kritik kaynak akışlarından biridir. Fiziksel ve ekonomik sistemler için itici bir güçken, iklim değişikliğinin de temel nedenini oluşturur. Bu açıdan kentsel alandaki enerji ilişkilerini doğru anlamak ve enerji kullanımını doğru şekilde yönetmek kritik bir öneme sahiptir. Teknolojik ilerlemeler, enerji tüketimini azaltmada temel rol oynarken, kentsel ekonomilerin büyümesi ve konut sakinlerinin yaşam standardının yükselmesi, enerji tüketimini arttırmaya devam etmektedir. Sanayi, ulaşım, inşaat ve yapı sektörleri arasında, konut ve ticari binaları içeren yapı sektörünün, dünya enerji tüketiminin yaklaşık %30'unu oluşturduğu bilinmekte ve bu oranın giderek arttığı gözlemlenmektedir. 
Yapılar enerjinin ana tüketicileri olduklarından, binaların enerji verimliliği, sürdürülebilir bir kentleşme için zorunlu bir hedef olarak ortaya çıkmıştır. Yıllar önceki teknoloji ve malzemelerle üretilmiş olan binalar, ekonomik ömürlerinin uzunluğu nedeniyle varlıklarını sürdürmeye devam ederken, bugünün yaşam standartlarının beklentilerini karşılamak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duymaktadır. Bu da sürdürülebilir kentsel alanlar yaratmanın en önemli gerekliliklerinden birinin enerji tüketimini en aza indirmek olduğunu göstermektedir.
Yapı sektöründe en fazla enerji, yaşam alanlarımızda yüksek seviyede termal konfor elde etmek amacıyla ısıtma gereksinimleri için kullanılmaktadır. Yerleşim yerlerinin ısıl performansı, kentsel ölçekte ve bina ölçeğinde birçok farklı değişkenden etkilenmektedir. Literatürde, bu faktörleri ölçen birçok çalışma vardır. Bu çalışmalar göstermektedir ki, makro ve mikro ölçekte, yapıların iklim koşullarıyla uyumlu olarak doğru mekânsal konfigürasyonda ve morfolojik yapıda yerleşimi, enerji verimli kentsel alanlara ulaşmak için önemli bir anahtardır. 
Bu çalışmada, mevcut yerleşimlerin mevcut ısı enerjisi tüketimleri edinilerek, farklı kentsel ölçeklerde morfolojik yapı ile olan ilişkileri değerlendirilmiştir. Çalışmanın amacı kent formunun yoğunluğunun ısı enerji tüketimi ile olan ilişkisini, yapısal yoğunluğa referans olan morfolojik kriterler üzerinden inceleyerek ortaya koymak, şehir ölçeğinden bina ölçeğine değişen etkilerini inceleyerek daha sürdürülebilir yerleşim dokusunun özelliklerini tespit etmektir. İstanbul'dan seçilen farklı morfolojik karakterlere sahip mahalleler ile bu mahallelerden seçilen sokaklardaki ısı enerjisi tüketimleri, kendi ölçeklerindeki morfolojik karakterleriyle incelenmiştir.
Literatürde kentsel form ve enerji tüketimine odaklanan çalışmaların genellikle tekil binalar ölçeğinde yapılan analizlerden ortaya çıktığı görülmektedir. Bu çalışmalar, teorik varsayımlara dayalı hesaplamalara atıfta bulunan simülasyon araçlarını kullanarak bir bina veya bina kümesini analiz etmektedir. Ancak mevcut bir kentsel alanda, gerçek enerji tüketim değerleri üzerinden yapılmış tekil binalara yönelik çalışmalar dışında üst ölçekli bir çalışmaya rastlanmamaktadır. 
Çalışmanın özgün kısmı, literatürde net bir şekilde ortaya konmuş olan kentsel formun yoğunluğu ile ısı enerjisi ihtiyacı arasındaki ters orantıyı, gerçekleşen ısı enerjisi tüketimleri üzerinden, sokak bazında bina kümesi ölçeğinden, mahalle ölçeğine kadar inceleyerek, gerçek insan davranışlarının söz konusu olduğu bir yaşam alanında ortaya çıkan sonuçların değerlendirilmesinden oluşmaktadır. Bu çalışmanın sonuçları kentsel formun enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik için önemli bir konuma sahip olduğunu kanıtlamaktadır. Çalışmanın bulguları, daha sürdürülebilir bir gelişme için, yeni yerleşim alanlarında yeni kentsel tasarım kriterleri ve yönetim politikaları geliştirmenin olası bir yolunu sunmaktadır.

Abstract:
Today, global warming, climate change and destruction caused by high carbon dioxide emissions are a growing result of the increase in energy consumption. The energy-intensive lifestyle developed by the industrialized world has carried energy consumption far beyond the level of basic living needs and livelihood activities. This is due to the ongoing pressures of the population and per capita energy use on our planet, which has finite resources and limited capacity.
While the concentration of world population, production and consumption in urban areas are increasing the pressure on urban areas, the need for sustainable urban development models becomes more evident. Today, nearly half of the world population lives in urban areas. It is likely that the economic activities in the world will continue to intensify in the city centers in the upcoming years. Therefore, it is inevitable that sustainable development approaches should target urban areas with priority and urgency. For this purpose, life styles, urbanization policies and energy use habits must change.
Energy is one of the most critical resource flows in the urban area. While it is a driving force for physical and economic systems, it is also the main cause of climate change. In this respect, it is critical to understand the energy relations in the urban area properly and manage the energy consumption correctly. Technological advances play a key role in reducing energy consumption, while the growth of urban economies and the living standards of residents continue to increase it. It is known that the building sector, which includes residential and commercial buildings, constitutes approximately 30% of the world's energy consumption among industry, transportation, construction and building sectors, and this ratio is observed to increase gradually.
Since buildings are the main responsible of energy consumption, the energy efficiency of buildings has emerged as a mandatory target for sustainable urbanization. Buildings that have been built with technology and materials of many years ago, continue to exist due to the length of their economic lives, and require more energy to meet the expectations of today's living standards. This shows that minimizing energy consumption in urban areas is a sustainability policy that will have long-term consequences for urban areas.
The most energy in the building sector is used for heating requirements in order to obtain a high level of thermal comfort in our living spaces. The thermal performance of the settlements is affected by many different variables in urban scale and building scale. There are many studies in the literature that measure these factors in different ways. These studies show that, both in macro and micro scale, the placement of the buildings in the correct spatial configuration and morphological structure in accordance with the climatic conditions is an important key to reach energy efficient urban areas.
In this study, existing heating energy consumption of existing settlements was obtained and their relationships with morphological structure in different urban scales were evaluated. The aim of the study is to investigate the relationship between the density of the city form and the heating energy consumption by examining the morphological criteria that refer to the structural density, and to determine the characteristics of the more sustainable settlement textures by examining the effects that vary from the urban scale to the building scale. The neighborhoods with different morphological characters selected from Istanbul and the heating energy consumption in the streets selected from these neighborhoods were analyzed with their morphological characters.
In the literature, it is seen that studies on urban form and energy consumption generally originate from the perspective of individual buildings. They focus on a building or cluster of buildings using simulation tools that refer to calculations based on theoretical assumptions of these studies. However, in an existing urban area, no upper-scale study is encountered, except for individual buildings based on real energy consumption values.
The unique part of the study consist of evaluation coming from the examinaiton of inverse proportion between the density of the urban form and the demand of heating energy, which has been clearly demonstrated in the literature, over the actual consumption values in macro and micro scales. The study consists of 5 chapters and after the literature review, it examines a case study both in the neighborhood and street scale in the method section.
In the introduction of this research; the aim of the study is explained. Research questions are defined constructing the hypothesis of the research. The research method is explained, and the scope of the study is determined.
In the second part of the study, which is titled as "Sustainability and Urban Planning", the emergence of the concept of sustainability and its place in urban planning are explained. The relationship between sustainability and urban macroform is examined in the literature, and the effects of sustainability n the urban area in terms of compactness, density, transport, and land use are explained. Urbanism trends emerging with sustainability concerns in the planning discipline and their relationship with urban macroform are evaluated.
In the third part of the study, which is titled as "City & Energy", the relationship between city and energy is examined. The factors affecting the energy spent in the urban area and the relationship of these factors with each other are revealed. At this point, heat energy has been examined as the most consumed energy in the urban area, and the effects of the urban macroform on heat energy consumption have been investigated. The criteria affecting the heat energy consumption from the city scale to the building scale are explained within a theoretical framework.  
The fourth part of the study is the unique part that the case study is presented. Case study attempts to determine and measure urban morphological factors affecting heating consumption at the neighborhood and street scale. The heat energy consumed in selected areas are examined in neighborhood, and street scale to compare the effect of different morphological parameters that are also referring to urban density. The study focuses on 20 neighborhoods selected from 6 districts in Istanbul and 49 streets with a total of 1476 buildings selected from these neighborhoods. Morphologic parameters that are considered in this study are calculated for every study area in different scales and categorized with their major values to draw some general rules in macro scale. Comparisons have made by correlation analysis; scatter graphs, matrixes and column graphs inserted in tables have been used. All data are evaluated over the same year so that the data can be compared fairly. 
In the fifth and last part of the study, the findings obtained from the method study are evaluated separately in the neighborhood and street scale and the results are discussed. The contribution of the study to the literature and the future implications are presented emphasizing how the study differs from similar studies discussed so far in the literature and how it can contribute to the development of the planning discipline. 
The thesis study revealed that there is a relationship between density and heat energy demand due to urban morphology and that morphological changes may cause differences in heat energy demand by calculating with actual heat energy consumption data in selected sample areas. In this context, the findings of the study offer much more realistic principles for the literature, since it deals with dynamic urban textures that are directly or indirectly under the influence of numerous variables, unlike the studies obtained by simulation modeling in idealized urban textures.
The results of this study prove that the urban form has a significant role for energy efficiency and sustainability. The findings of the study provide a possible way to develop new urban design criteria and management policies in new settlements for a more sustainable development. The approach of this study provides a basis for sustainable planning policies for communities and local governments, which determine the parameters aimed at sustainable development that will guide the intervention in urban areas and decide on development paradigms. The study highlights the important morphological parameters of urban design to reduce heat energy demand and puts forward spot criteria for urban design and management policies of new and existing settlements. Classification of urban tissue types and analysis of their thermal performance will form a concrete basis for sustainable urban design projects.