The comparative performance assessment of dynamic shading devices for different climatic regions in Turkey

Hızlı nüfus artışı ve kentleşme ile birlikte dünyada enerji tüketimi büyük oranda arttırmış, enerji sorunu ortaya çıkmıştır. Yapıların toplam enerji tüketiminde önemli bir oranı olduğu dikkate alındığında, enerji etkin yapı tasarımı büyük önem kazanmıştır. İçerisi ile dışarısı arasında arayüz konumunda olan yapı kabuğu yapının genel performansını önemli ölçüde belirlediğinden yapı kabuğu tasarımı ön plana çıkmıştır. Yapı kabuğu tasarımını etkileyen birçok etken vardır. Bunlar genel olarak enerji konusu, kullanıcı beklenti ve istekleri, teknolojik gelişmeler olarak ele alınabilir. Teknolojik gelişmelerin mimari yaklaşımlar üzerindeki etkisi önemlidir. Bu gelişmeler yapı sektöründe üretim anlamında ve bilgisayar ortamındaki yazılımlardaki gelişmeler olarak ana iki grupta açıklanabilir. Gelişen yapı sektöründe yeni sistemler, yapı elemanları ve malzemeler daha hızlı bir şekilde üretilirken, etkinlikleri de arttırılmıştır. Buna ek olarak bilgisayar ortamında özellikle benzetim programlarındaki gelişmeler daha karmaşık modeller tasarlamaya ve performans analizlerini daha tasarımın ilk aşamalarında ortaya koymaya olanak tanır hale gelmiştir. Teknolojik gelişmelerle birlikte birçok yeni mimari yaklaşım ortaya çıkmıştır, dinamik mimarlık bu yaklaşımlardan biridir. Bu çalışma kapsamında dinamik mimarlığın önemli bir bölümünü oluşturan dinamik gölge elemanlarının farklı koşullardaki performansı incelenecektir. Dinamik gölge sistemlerinde beklenen performans gereksinimleri temel olarak enerji tüketimini azaltma ve kullanıcı konforu arttırma olarak incelenebilir. Dinamik gölge elemanından yapıdaki enerji ihtiyacını mümkün olduğu kadar azaltması beklenir. Isı kazanımı ve kayıplarının kontrol altına alınması gölge elemanların etkin kontrolü ile mümkün olacaktır, bu da yapının enerji yükünü önemli oranda etkileyecektir. Yapıların enerji ihtiyacının ısıtma, soğutma ve aydınlatma yükleri üzerinden ele aldığımızda dinamik gölge elemanın bu enerji gereksinimleri arasında denge kurması önemlidir. Gölge elemanlarının varlığı güneşten ısı kazanımını ve yapıya giren gün ışığını azaltacağından ısıtma ve aydınlatma yükünü arttırırken soğutma yükünü azaltır, gölge elemanları bunlar arasında kurulan dengeyle toplam enerji yükü azaltılabilir. Konfor gereksinimlerini termal ve görsel konfor olarak ele alınmıştır. Termal konforun sağlanması kışın mümkün olduğunca fazla ısı kazanımı sağlanırken, yazın bu kazanımı mümkün olduğunca aza indirmekle önemli oranda sağlanabilir. Görsel konfor kamaşma kontrolü, yeterli aydınlık düzeyinin sağlanması, dışarı ile görsel temasın sağlanması gibi birçok etkene bağlıdır. Tüm bu beklentilerin aynı anda sağlanması kolay olmasa da dinamik gölge sistemleriyle yapının performansını arttırma potansiyeli umut vericidir. Bu tez kapsamında dinamik gölge elemanlarının yapının performansını arttırma potansiyeli urgulanacaktır. Bu amaçla EnergyPlus benzetim programı ile ofis birimi modellenmiş ve iklim, yönelim, kontrol yöntemi ve dinamik gölge elemanları değişkenleri ile parametrik bir çalışma yapılmıştır. Bu değerlendirme için Türkiye'de farklı iklim bölgelerinde bulunan üç büyükşehir seçilmiştir: İstanbul, Ankara ve İzmir. İki ana yön olan güney ve batı için farklı özelliklere sahip iki dinamik gölge elemanı üzerinden parametrik çalışma yapılmıştır. Oluşturulan modellerde dinamik gölge elemanları farklı kontrol stratejileri ile kontrol edilimiş ve performans sonuçları elde edilmiştir. Bu kontrol stratejilerinde zaman, kamaşma ve pencere yüzeyinde güneş ışınım şiddeti farklı sınır değerleri ile kullanılmıştır. Çalışma kapsamında ısıtma, soğutma ve aydınlatma yükünü kapsayan toplam enerji gereksinimi ile kamaşma ve aydınlatma şiddeti üzerinden görsel konfor düzeyi değerlendirilmiştir. Sonuçlar dinamik gölge elemanlarının yüksek enerji tasarrufu sağlama ve görsel konforu arttırma potansiyelini ortaya koymuştur. Dinamik gölge sistemleri yenilikçi ya da geleneksel malzemelerden oluşabilir. Bu çalışma kapsamında ikisinin örnekleri de incelenmiş ve sonuç olarak her iki gölge elemanında önemli faydalar sağladığı ancak yenilikçi malzemenin sağladığı yüksek soğutma yükü tasarrufunun genel performansa olumlu yansıdığı ve her koşulda daha iyi sonuç gösterdiği görülmüştür. Dinamik gölge elemanı tüm koşullarda enerji performansına katkı sağlamış, en büyük enerji tasarrufu beklenildiği gibi yenilikçi malzemeden oluşan gölge elemanıyla yapıda soğutma yükünün hakim olduğu İzmir şehrinde yaklaşık %25 olmuştur. İstanbul'da en çok %14 enerji tasarrufu sağlanırken Ankara'da da %7 oranında enerji tasarrufu sağlanmıştır. Bu enerji tasarrufları dikkate alınmaya değerdir Geleneksel malzemeden oluşan gölge elemanı ise İzmir, İstanbul ve Ankara için sırasıyla % 9, %7 ve %3 enerji tasarrufu sağlamıştır. İki gölge elemanı sağladığı enerji tasarrufları arasındaki fark tüm iklimler için azımsanmayacak miktardadır. Görsel konfor ile ilgili sonuçlar incelendiğinde dinamik gölge elemanının her koşulda arttırdığı görülmüştür. Ankara gibi yapıda ısıtma yükünün hakim olduğu iklimde bile dinamik gölge elemanının gerekliliği, özellikle görsel konforu önemli bir oranda arttırdığı için göz ardı edilemez. Gölge elemanın olmadığı tüm tasarım koşullarında %80- 90 aralığında görülen kamaşma ve konforsuzluk dinamik gölge elemanın varlığı ile tamamen yok edilmiş ya da kullanıcı tarafından kabul edilebilir seviyelere indirilmiştir. Bu çalışma kapsamında kullanılan kontrol değişkenleri ve onların sınır değerleri karşılaştırma yapmaya olanak tanımak amacıyla tasarım parametreleri değişmesine rağmen sabit tutulmuştur. Ancak normal şartlar altında kontrol parametreleri ve sınır değerleri değişen şartlara göre belirlenmelidir. İleride yapılacak çalışmalarda buna dikkat edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, bu çalışmada modelleme zorluklarından dolayı gölge elemanlarının tamamen açık ya da kapalı olma durumu değerlendirilmiştir. Oysa gölge elemanının kısmen kapalı olma durumunda daha etkin ve daha gerçeğe yakın sonuçlar elde edilebilir. Bundan sonraki çalışmalarda parçalı olarak kontrol edildiği durumlardaki performans değerlendirmesi de yapılmalıdır. Son olarak, özellikle Türkiye gibi yenilenebilir enerji potansiyelinin yüksek olduğu yerlerde enerji üretebilen sistemlerle entegre edilen dinamik gölge elemanları çok daha iyi sonuçlar verebilir, bununla ilgili olarak çalışmalar geliştirilmelidir.