Ofis Binalarındaki Panjur Sistemlerinin Optimizasyonu Sürecinde, Bilgisayar Destekli Tasarımın Etkileri Üzerine Bir Çalışma

Abstract

Güneşin en büyük ısınma ve aydınlatma kaynağı olduğu ele alındığında, mimarlık ve güneş arasındaki ilişki de ortaya çıkmaktadır. Mekân bilincini insana aşılayan güneşin aydınlatıcı gücü, mimari elemanlar ve çevresel koşullarla da birleşerek insanın mimari ile kurduğu ilişkiyi belirler. Mevsimlerin sunduğu değişken değerlere göre insanların güneş ısısına ihtiyaç miktarları da farklılık göstermektedir. Özellikle yaz aylarında güneşin neden olduğu aşırı ısınmaya engel olunmalıdır. Bu işlevi yerine getirmesi açısından gölgelendirme sistemleri büyük önem taşımaktadır. Gölgelendirme sistemleri her zaman mimarlığın bir parçası olmuştur. Geleneksel mimariye bakıldığı zaman Yunan mimarlığından başlayıp Anadolu mimarisine ve modern mimarlığa ulaşan sistemler mevcuttur. Yunan mimarisinde büyük sütunlar üzerine yerleşen döşemeler bu işlevi görürken modern mimaride bunlar yerini çıkmalara daha sonra da özel tasarımlara bırakmıştır. Türk mimarisinde ise, ilk olarak yığma yapıların ortaya çıkardığı kalın duvarlar bu işlevi yerine getirirken, daha sonra bunları panjurlu pencereler takip etmiştir. Günümüzde ise çok farklı özel tasarımlarla uygulanmış gölgelendirme sistemleri mevcuttur. Bu tezde, gölgelendirme sistemlerinin optimizasyonu sürecinde hangi parametrelerin devreye girdiği ve bu parametrelerin hangi değerlendirme aşamalarından geçtiği incelenmektedir. Bu inceleme yapılırken, mimari bilişim sistemlerinin hangi biçimde ve ölçüde gölgelendirme sistemlerinin optimizasyonuna katkıda bulunduğu ve ne tür kolaylıklar sağladığı da ele alınmıştır. Enerji ihtiyacının artması ve kaynaklarının azalması ele alındığında, gölgelendirme sistemlerinin ve doğal aydınlatmanın önemi daha da iyi anlaşılmaktadır. Özellikle ofis binaları ve ticari binalar için enerji sarfiyatının en aza indirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu iki program tipinden sadece ofis binalarının harcadığı enerji miktarı tüm binaların harcadığı enerjinin %40’ını oluşturmaktadır. Ofis binaları kendi içinde ise kullanılan enerjinin % 75’lik kısmını ısıtma, soğutma ve aydınlatmaya harcamaktadır. Çevresel faktörlerin doğru ve verimli kullanılması sonucu bu enerji harcamalarında önemli bir düşüş yaşanmaktadır. Bu sebeple, ofis binalarında sıcaklık ve aydınlık derecelerinin belli bir oranda olması gerekmektedir. Ofis çalışanlarının verimliliğinin düşmemesi için iki adet konfor faktörüne ihtiyaç duyulmaktadır. Bunlardan birincisi, görsel konfor ve ikincisi ise ısısal konfordur. Görsel konfor çalışanların çalıştıkları süreç içerisinde herhangi bir görme zorluğu yaşamadan veya gözlerinde herhangi bir yorgunluk hissetmeden çalışabilecekleri bir ortam yaratılması olarak tanımlanabilir. Görsel konforu sağlamak ve enerji harcamalarını kısıtlamak için gün ışığının doğru kullanılması gerekmektedir. Mekânlardaki gün ışığı kalitesini ve oranını ölçmek için kullanılan en yaygın yöntem günışığı faktörünün hesaplanmasıdır. Günışığı faktörü hesaplanırken birçok parametre kullanılmaktadır. Bunlardan bazıları pencere açıklık ölçüleri, mekân xxii ölçüleri, iç mekânın malzemeleri, yansıtma katsayıları ve hava şartlarıdır. Gün ışığı ele alınırken iki farklı hava şartı göz önünde bulundurulur. Bunlar; standart kapalı gökyüzü ve açık gökyüzüdür. Isısal konfor şartları ise genelde mevsimsel dönemlere ve mekânı kullan kişi sayısına göre farklılık göstermektedir. Optimum sıcaklık derecesinin oluşturulması genel olarak ısısal konfor için yeterlidir. Bunu doğal yollardan sağlamak için ise sıcaklığın fazla olduğu zaman periyodunda, güneş ışınlarının içeriye girmesini önlemek ve tersi durumlarda ise güneş ışınlarının içeriye girmesine izin vermek gerekmektedir. Güneş ışınlarını engelleme aşamasında gölgelendirme sistemlerinin kullanılması büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Tez iki parçadan oluşur. Tezin ilk kısmı, okuyucuya bilgisayar destekli tasarım, çevresel kontrol sistemleri ve gölgelendirme sistemleri hakkında teknik bilgiler ve kısa bir tarihçe sunar ve 2, 3 ve 4 numaralı bölümleri kapsar. Tezin ikinci kısmı ise, mevcut proje örneklerini değerlendirerek, bu problemlere çözüm oluşturabilecek bir modelin nasıl geliştirilebileceğini anlatır ve 5 numaralı bölümü içerir. Tezin 1 ve 6 numaraları bölümleri ise projenin amaç, yöntem ve sonuç kısımlarını içerir. Birinci bölüm; tezin yazılma amacı ve yazılması sürecinde hangi metotların kullanıldığına dair kısa bir bilgilendirme sunmaktadır. İkinci bölüm; üç alt başlıktan oluşmaktadır. Bunlar algoritmalar, kod yazılımı ve optimizasyon şeklinde sıralanmıştır. Bu üç başlık, proje kısmının teknik altyapısını oluşturmaktadır. Proje, panjur sistemlerinin optimizasyonu üzerine odaklanmıştır. Bu bölümde de optimizasyon türleri ve çözüm yöntemleri irdelenmiştir Buna ek olarak optimizasyon aşamasında kullanılacak kod yazılımı ve yazılımdaki kısıt ve parametrelerin oluşturacağı algoritmalar hakkında kısa bir bilgi verilmiştir. Algoritmalar bir işin hangi adımlar izlenerek yapılması gerektiğini ve hangi kısıtlara bağlı kalınmasının gerekli olduğunu belirten reçeteler olarak tanımlanabilir. Optimizasyon ise farklı parametreler kullanılarak ortaya çıkan sonuçlardan en uygun olanın seçme şeklinde tanımlanabilir. Üçüncü bölüm; ofis kullanıcı konforu için gerekli çevresel kontrol sistemlerini tanıtıp, bu sistemler hakkında teknik bilgiler içermektedir. Görsel ve ısısal konforun ofis çalışanlarının verimliliği açısından önemi tartışılmaktadır. Bu tartışma ışığında, kullanıcı konforlarının sağlanması sürecinde ortaya çıkan problemler hakkında kısaca bilgi verilip, olası çözüm yöntemleri geliştirilmiş; görsel konforun oluşturulmasında rol oynayan kıstasları tanımlamak için gerekli olan günışığı faktörü hakkında detaylı bir çalışma yapılmıştır. Bunlara ek olarak, ofis binalarındaki enerji harcamaları hakkında kısa bir bilgi verildikten sonra enerji tasarrufu ne tür önlemler altında gerçekleştirilebilir, bu konular hakkında tartışılmaktadır. Dördüncü bölümde; gölgelendirme sistemlerinin kısa bir tarihçesi sunulmaktadır. Tarihçenin arkasından ise gölgelendirme sistemleri çeşitleri, tasarım kıstasları ve teknik konular hakkında bilgiler verilmektedir. Bu bölüm, projede kullanılmış olan panjur sisteminin seçilmesi konusunda alınan kararlara teknik arka plan oluşturmaktadır. Ayrıca hangi dönemlerde gölgeye ihtiyaç duyulduğu, hangi dönemlerde ise ısınma amaçlı güneş ışığına ihtiyaç duyulduğu grafiksel ve anlatımlı olarak sunulmaktadır. Beşinci bölümde ise; geliştirilen model detaylı bir şekilde anlatılmaktadır. Model oluşturulmadan önce literatürde bulunan diğer proje örnekleri incelenip hangi konularda eksik kaldıkları tespit edilmiştir. Ardından projenin parametreleri, kısıtları ve kullanılacak olan metot ayrıntılı bir şekilde anlatılmıştır. Projede kullanılan algoritmalar ve bu algoritmalar öncülüğünde yazılmış olan kod hakkında detaylı bilgi xxiii verilmiştir. Proje modeli için hazırlanan kod, dijital ortamda daha önceden belirlenen durumlar eşliğinde çalıştırılmıştır. Beş farklı durum analizi sonucu çıkan sonuçlar hakkında detaylı bir çalışma yapılmıştır. Son bölümde ise; tasarlanan modelin hangi yönlerden eksik kaldığı ve ileriye dönük çalışma potansiyeli üzerinde durulmuştur. Belirlenen hedeflere ne ölçüde ulaşıldığı belirlenmiştir. Önerinin geliştirilmesi için öneriler ortaya konmuştur ve yapılan çalışmanın önemine değinilerek tez tamamlanmıştır.

Computational design is shown as a finished image for a design. Beside this computational design is a new way of understanding and a systematical thinking for architectural design. Its advantages for time efficiency and variability of the results without extra cost cannot be disregarded. This thesis proposes a computational design method to experience the advantages of new architectural computation design concept. Environmental issues have always been one of the basic topics for architectural design. In order to have an efficient and environmentally satisfied building design, architects should have the knowledge of environmental issues in detail. Two of these issues become prominent in this research; daylight and the thermal environment. When all buildings were designed around a single, fixed light source – the sun – the difference between great architecture and mere building could be measured to a large degree by the skill with which that source was used. The shapes and sizes of rooms, as well as the materials and details in them, were determined largely by the appearance the room would take on when rendered by daylight. Moreover, daylight is an essential resource that is readily available – and unlikely to run out in forseeable future. Besides its energy saving characteristic, it also brings a visual comfort for the occupants of the building. On the other side, a building will be judged by the occupants according to its ability to satisfy the demand of thermal comfort. To provide all these comfort zones, shading devices are needed. Although shading of the whole building is beneficial, shading of the windows is crucial. The total solar load consists of three components: direct, diffuse and reflected radiation. To prevent passive solar heating, when it is not wanted, a window must always be shaded from the direct solar component and often also from the diffuse sky and reflected components. To cover these entire environmental problems a research has been done. This thesis proposes an optimization model to solve the environmental problems in an optimum result. While doing this, it also examines the advantages of the computational design. The model consists of an office room located in a multistorey office building and louvers, as shading devices, designed connect to the windows type and size. The certain algorithms, which are created with the constraints and parameters obtained during the researches for environmental issues, are run during the process. Moreover, the results are evaluated to see the affects of the computational design and so over. This thesis is comprised of two different parts. The first part, chapters 2 and 3, gives the reader brief technical knowledge about the computational design and the environmental issues. The second part of the thesis, chapters 4 and 5, explains the proposed model as an optimization model of a louver system for office buildings.