Shading device design and optimization via genetic algorithm by using surface temperature metric and electricity load

Dünya nüfusu yıllar içerisinde artmaktadır. Artan nüfusun ihtiyaçlarını karşılamak için her geçen gün daha fazla doğal kaynak kullanılması gerekmektedir. Ancak doğal kaynaklar sınırlıdır ve ileriki yıllarda da kullanılabilmesi için tamamının tüketilmemesi gerekmektedir. Bu bağlamda mimar ve mühendisler üzerinde kaynakların yönetilmesi ile ilgili büyük sorumluluk mevcuttur. Gelecek nesillere yeterli miktarda kaynak bırakılması ve günümüzün ihtiyaçlarının karşılanması onların sorumluluğundadır. Bu nedenle, sürdürülebilirlik kavramı yıllar içerisinde ortaya çıkmış ve günümüzde üzerinde en çok durulan konulardan biri olmuştur. Sürdürülebilirlik, mimari tasarımda da önemli bir yer edinmektedir. Binalarda enerji kullanımı azaltılarak kaynakların sürdürülebilir kullanımı desteklenmektedir. Çünkü insanlar, vakitlerin önemli bir kısmını iç mekanlarda geçirmektedirler. Gündüz gün ışığından en çok yararlanılan saatlerde çoğu insan ofis mekanları içindedirler. Bu tez kapsamında da gölgeleme elemanı kullanılarak ofis binalarında enerji kullanımının düşürülmesi ile ilgili optimizasyon çalışması yapılmıştır. Gölgeleme elemanları özellikle güney cephesi cam olan binalarda güneş ışınımının kontrolünü sağlayarak aşırı ısınmaya engel olmaktadır. Bu çalışmada, güney cepheye entegre edilmiş organik, üçgensel geometrili gölgeleme elemanının değişkenleri, evrimsel algoritma olan HypE genetik algoritmasıyla çok amaçlı optimizasyon problemi olarak çözülmüştür. Problemin iki amacından biri cam iç yüzey sıcaklığının yıl içerisindeki her saat için 20 ile 27 dereceler arasında değer almasının maksimum seviyede olması diğeri ise iç mekanın aydınlatılması için minimum enerji harcanmasıdır. Önerilen bu organic üçgensel geometrili gölgeleme elemanının performans değerledirmesi için bilinen yatay gölgeleme elemanı ve düz üçgensel geometrili gölgeleme elemanı ile beraber gölgeleme elemanının bulunmadığı örnekler çalışılmış ve karşılaştırılmıştır. Öncelikle her bir gölgeleme elemanı için test geometrisinin gölgeleme elemanlı ve elemansız enerji simulasyonu Rhinoceros eklentisi olan Grasshopper'da modellenmiş ve onun eklentisi olan Ladybug-Honeybee programında değişkenler belirlenmiştir. 'Octopus' Grasshopper eklentisi hazırlanan değişkenlere bağlanarak iki amaçlı optimizasyon problemine 'pareto front' temelli sonuç kümesi vermektedir. Alınan sonuçlar kümeden seçilerek değerlendirilir. Değerlendirme kriterleri operatif sıcaklık, iç mekan sıcaklığı, toplam güneş ışığından kazanılan enerjidir. Özet olarak, üç ana konu sonuçlandırılmıştır. İlk önce hangi tipin organik, üçgen tabanlı geometri olan daha iyi performansa sahip olduğu görülmektedir. İkinci olarak, gölgelendirme aygıtı geometrisi, evrimsel algoritmalar yoluyla üretken modelde bulunabilir. Evrimsel algoritmaların karmaşık mimari problemlere uygulanabileceği bir kez daha gösterilmiştir. En azından, gölgelendirme düzeneklerinin değerlendirme aşamasında, çalışmada yüzey sıcaklığı metriği olan yeni bir metrik belirtilmiştir. Yeni metriğin başarısı, çalışma için iyi bir karşılaştırma elemanıdır ve metrik, literatürdeki diğer çalışmalara yardımcı olabilir.