Avlulu bina biçiminin farklı iklim bölgelerinde iklimsel performansa göre optimizasyonu için geliştirilen bir yöntem

Binalarda iklimsel konforu sağlamak amacıyla mekanların ısıtılması soğutulması ve havalandırılması; ya mekanik veya pasif sistemler ile sağlanabilmektedir. Mekanik sistemlerde binanın ihtiyacı olan toplam enerji ihtiyacı maliyeti yüksek olduğundan mümkün olduğunca pasif sistemlere yönelimin teşvik edilmesi gerekir. Binalardaki toplam enerji kazanımı; en sıcak dönemde hava hareketini arttırmayı ve bina tarafından emilen güneş ışınımı miktarını azaltmayı hedefleyerek ortamdaki ısı kazançlarını minimuma indirme metodu olan pasif soğutma, ya da en az sıcak dönemde bina tarafından emilen güneş ışınımı miktarını artırarak ortamdaki ısı kazanımını maksimum orana çıkartarak mekanları ısıtma amacıyla ve de hem toplam enerji kazanımı sağlama hem de konfor elde etme amacıyla pasif sistemler daha binaların tasarım aşamasından itibaren tasarlandığında, mekanik sistemlere gerek kalmamakta ya da iklimlendirme için gerekli ekipman büyüklüğü ve maliyeti oldukça düşmektedir. Bu bağlamda sıcak-kuru iklim bölgelerinde gerek mikro klimayı düzenleyici olarak gerekse kent ölçeğinde iklim dengeleyici olarak karşımıza çıkan ve bu iklim bölgelerinin temel karakteristik bina biçimlerinden olan avlulu bina, kullanıldığı iklim bölgesi özelliklerine göre uygun biçimde ve formda uygulanması gerekmektedir. Avlulu binaların farklı iklim bölgelerine göre termal davranışları hakkında yapılan çalışmalar ve eldeki veriler yetersizdir. Yapılan bazı kabullerin ve belli başlı bazı metotların dışında ileri düzeyde yapılan çalışmaların sayısı oldukça azdır. Bugüne kadar ele alınan avlulu binalar ile ilgili çalışmalara bakıldığında, gerek enerji etkinlik gerekse iklimsel konfor açısından direkt olarak nasıl bir etkilerinin olduğu ve nasıl davrandıkları hakkında kapsamlı bir strateji ile araştırmadan uzak olduğu görülmektedir. Farklı iklim bölgesinin gerektirdiği iklimsel, meteorolojik farklılıklara göre optimizasyon modeli oluşturarak optimum avlu biçiminin belirlenmesi ve konfor koşullarının sağlanmasına yönelik bir model oluşturulmasına olanak sağlayan bir çalışma yapma ihtiyacı vardır. Bu çalışmanın amacı, sıcak-kuru iklim bölgelerinde gerek mikro klimayı düzenleyici olarak gerekse kent ölçeğinde iklim dengeleyici olarak kullanılan avlulu binaların enerji etkinliklerini araştırmak, bina içi ve avlu içi konfor durumlarını belirlemektir. Ayrıca farklı iklim bölgeleri için belirlenen farklı avlu biçim seçenekleri üzerinde bilgisayar enerji simülasyonu kullanarak farklı tasarım ve iklim koşulları altında gerçek meteorolojik verileri kullanarak bu binaların farklı termal davranışlarını tam olarak doğru bir şekilde tahmin ederek ortaya koymak ve böylece hem sıcak-kuru ve sıcaknemli hem de soğuk iklim bölgeleri için; o iklim özellik ve verilerine uygun olarak optimum avlu biçimini ortaya koyma sürecinde tasarımcılara yeni bir bilgi sağlamaktır. Optimizasyon modeli, dört aşamadan oluşmuştur. Birinci aşamada; konuyla ilgili tüm iç ve dış kaynaklardan, gerek deneysel çalışmalar ve modellere ve gerekse sayısal simülasyon programları ile yapılmış çalışmalar ve bunlar hakkında bilgilere ulaşılmıştır, toplanan bilgiler yorumlanmış, optimizasyon modelinde kullanılacak programa, karşılaştırma örnek ve analizler çıkarılarak belirlenmiştir. Öncelikle avlu bina biçiminin gerek avlu içi gerekse bina içi toplam enerji performans analizini, enerji tüketimini, kullanıcı konfor koşullarını gerçekleştirmek, geleneksel bina biçimlerine göre daha karmaşık olaylar ve bunların birbirleri ile olan etkileşimi daha kompleks olduğu için bu modele uygun simülasyon programı seçimi üzerinde durulmuş ve pek çok farklı simülasyon modelleri incelenmiştir. İkinci aşamada; optimizasyon modelinde ele alınacak avlu biçimlerine karar verme ele alınan farklı avlu modellerini, Ansys Fluent Gambit programında oluşturup tanımlanan binalara ait modellerin sayısal ağları oluşturulmuş, ele alınan modellerin ısıl bölgelerinin tanımlanmış ve modellere ait yüzeyler oluşturulmuş, sınır şartlara karar verilmiştir. Üçüncü aşamada ise yapılan her bir analiz için; optimizasyon çalışmasının ölçütleri olarak; yaz ayları soğutma dönemi için 7. ayın 21.; ısıtma dönemi için ise 1. ayın 21. günlerinde saatlik, günlük, gündüz ve gece sürelerince; avlu içi sıcaklık ve ortalama sıcaklık dağılımları, bina içi toplam ısı kazanç ve kayıp değerleri, avlu içi hava hızı hareketleri, havanın yönü, doğrultusu, hava tabakalaşması, avlulu bina ısıl bölgelere ait hava değişim oranı, avlulu bina içi ısıl bölgelere ait ortam sıcaklıkları, tüm bina yüzeyleri ve çatı alanı için; toplam ve ortalama ısı gecisi miktarı, yüzey sıcaklıkları, basınçları, ve hız dağılımları, bina içi ve avlu içi 1 .60m, 3 .20m ve 6 .50m seviyesinde yatay kesitteki sıcaklık, basınç ve rüzgar hızı değerleri analiz edilmiş ve bu değerlere göre avlulu bina yüzeyindeki iç sıcaklık ve ortalama sıcaklık dağılımları, toplam ısı kazancı, toplam ısı kaybı hesapları ve ayrıca güneş ışınım kazançları belirlenmiş ve hesabı yapılmıştır. Soğutma dönemi boyunca daha iyi soğutma ve havalandırma, ısıtma sezonu boyunca ise bina içi ısı kazanç kayıplarını optimize etme amacıyla değişik mimari çözümlerin araştırılması ve bu sonuçların soğutma ve havalandırma yüküne etkilerini ortaya koyacak değerlendirmeler yapılmıştır. Dördüncü aşamada; üçüncü aşamada gerçekleştirilen tüm değerlendirme parametrelerine göre yapılan sayısal analizlerden elde edilen sayısal ve görsel sonuçlar, literatürdeki bulgularla karşılaştırılarak değerlendirmeler yapılmış ve yorumlanmıştır. Bu aşamada çıkan sonuçlara göre; her bir iklim bölgesi için en sıcak dönem ve en az sıcak dönem boyunca hem gündüz güneşli saatleri döneminde hem de gece dönemi için gerek avlu içi gerekse bina içi toplam enerji performansı ve termal konfor performansı açısından optimum avlu biçimleri ortaya konulmuştur. Ayrıca avlu içi ve bina yüzeylerine gelen güneş ışınlarının ve gün içerisinde güneşin hareketinin bina üzerindeki termal performansa etkisini analiz etmek ve güneş-gölge ilişkisini incelemek, gölgeli alanlar ile güneş alan alanlar arası termal performans farklarını görebilmek için her üç iklim bölgesini temsilen Diyarbakır, Antalya ve Erzurum için Kış-Isıtma günlerini temsilen güneşin en düşük enlemde olduğu 21 Ocak; Yaz-soğutma günlerini de temsilen güneşin en yüksek enlemde olduğu 21 Temmuz günleri için avlu içi güneş-gölge analizleri çıkartılmıştır.