Bina ve yerleşmelerde enerji etkin hesaplamalı tasarım ve çok amaçlı optimizasyon yaklaşımı: Toplu konut örneği

Abstract

Binaların operasyonel enerji tüketimleri, küresel enerji tüketiminin yaklaşık %30'unu oluşturmakta ve bu tüketimin %72'si konutlardan kaynaklanmaktadır. Özellikle apartmanlar, barındırdığı daire sayısının fazlalığı nedeniyle en fazla enerji tüketen bina türü olarak öne çıkmaktadır. Birden fazla apartmanın yer aldığı toplu konutların ise enerji etkin bir şekilde tasarlanmaları; gelecekte sera gazı emisyonlarının azaltılması, düşük ve orta gelirli haneler için ekonomik tasarruf sağlanması, kullanıcı konforunun artırılması ve ulusal enerji açığının azaltılması açısından büyük önem taşımaktadır. Binalarda enerji verimliliğini artırmanın en etkili yolu, erken tasarım aşamasında pasif tasarım kararlarının doğru bir şekilde alınmasıdır. Bu kararlar, herhangi bir ek maliyete neden olmadan binaların enerji ihtiyaçlarını azaltabilmektedir. Erken tasarım aşamasında bina ve yerleşmeye ilişkin alınan kararların çoğu, yapım sonrası değiştirilemez nitelikte olduğundan, bu aşamada enerji verimliliğine odaklanmak büyük bir fırsat sunmaktadır. Bu çalışma ile bina ve yerleşmelerin erken tasarım aşamasında enerji etkin bir şekilde tasarlanabilmesi için pratikte tasarımcılar tarafından uygulanabilecek bir hesaplamalı tasarım ve Çok Amaçlı Optimizasyon (ÇAO) yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu yaklaşımın uygulanması ise toplam enerji tüketimi içerisindeki payın büyüklüğü göz önünde bulundurularak bir toplu konut yerleşmesi örneğinde yapılmıştır. Çalışmada yöntem olarak parametrik modelleme, enerji hesaplama aracı ve ÇAO'nun entegre edildiği enerji etkin hesaplamalı tasarım ve çok amaçlı optimizasyon yaklaşımı benimsenmiştir. Ayrıca yaklaşıma, oluşturulan tüm tasarım alternatiflerinin sabit olmayan değişkenlerini, enerji tüketimlerini ve toplam kat alanlarını kaydetmek üzere bir veri kayıt adımı eklenerek oluşturulan alternatiflerin analizleri de sağlanmıştır. Geliştirilen yaklaşım İstanbul ili iklim koşullarında bir toplu konut yerleşmesi tasarımı üzerinde uygulanmıştır. Parsel boyutu, bina genişliği, bina aralıkları, bina uzunluğu (min.) ve kat sayıları sabit olmayan değişkenler olarak tanımlanmıştır. Uygulama çalışması ile toplam 3058 farklı tasarım alternatifi elde edilmiştir. Tasarım alternatiflerinin kaydedilen verileri incelendiğinde, kompakt bina formlarının ve yerleşme içerisindeki farklı gölge durumlarının enerji tüketimlerini etkileyen temel unsurlar olduğu görülmüştür. Kompaktlığa ilişkin bina sayısı ve yerleşme kompaktlık oranı (binaların toplam kabuk alanı/binaların toplam hacmi) değişkenlerinin artmasıyla enerji tüketimlerinde artma, bina genişliğinin artmasıyla ise enerji tüketimlerinde azalma meydana gelmiştir. Bina aralıklarının artmasıyla ısıtma enerjisi tüketimlerinde azalma, soğutma enerjisi tüketimlerinde artma gözlemlenmiştir. Ayrıca yerleşmedeki binaların tüm özelliklerinin birebir aynı olduğu durumda çok katlı binaların parselin kuzey sınırına, az katlı binaların ise parselin güney sınırına yerleştirilmesi ile enerji tüketimleri azalmıştır. Bu iki durum binaların birbirleri üzerinde yarattığı gölge durumlarının sonuçlarıdır. Elde edilen bulgulara göre, alternatiflerin %41,13'lük kısmının toplam kat alanlarının, emsale göre izin verilen maksimum toplam kat alanının %95'inden fazlasına karşılık gelmesi ve bu alternatiflerin en yüksek enerji tüketimine sahip alternatife göre enerji performanslarının %12,75 ile %13,70 arasında iyileştirilmesi geliştirilen yaklaşımın etkinliğini ortaya koymuştur. Geliştirilen enerji etkin hesaplamalı tasarım ve ÇAO yaklaşımının yaygın bir şekilde mimar ve şehir plancılar tarafından bina ve yerleşmelerin erken tasarım aşamasında kullanılması ile gelecekteki sera gazı emisyonlarını önemli ölçüde azaltmak, hane giderlerinde tasarruf sağlamak, kullanıcıların termal konforunu ve sağlık durumunu iyileştirmek ve Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı olan ülkelerin cari açıklarını azaltmak mümkün olacaktır.