İstanbul'da uygulanan yüksek katlı ofis binalarında plan tipolojisi ve cephe tasarımı özelliklerine göre gömülü karbon salımının değerlendirmesi

Abstract

Küresel ölçekte artan kentleşme, ekonomik faaliyetler ve yapılaşma yoğunluğu, yapı sektörünü çevresel etkiler açısından en kritik alanlardan biri hâline getirmiştir. Yapı sektörü, doğal kaynak tüketimi, enerji kullanımı ve sera gazı emisyonları açısından küresel çevresel etkilerin önemli bir bölümünden sorumludur. Birleşmiş Milletler ve çeşitli uluslararası kuruluşlar tarafından yayımlanan raporlar, yapı sektörünün küresel karbon emisyonları içerisindeki payının oldukça yüksek olduğunu ve iklim değişikliğiyle mücadelede bu sektörün dönüşümünün kritik öneme sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Bu nedenle son yıllarda yapıların çevresel performanslarının değerlendirilmesine yönelik çalışmalar giderek artmakta ve sürdürülebilir tasarım yaklaşımları mimarlık ve yapı sektörünün temel araştırma alanlarından biri hâline gelmektedir. Özellikle yüksek katlı ofis binaları; büyük ölçekli taşıyıcı sistemleri, yoğun malzeme kullanımları, geniş cephe yüzeyleri ve karmaşık teknik altyapıları nedeniyle önemli miktarda karbon salımına neden olmaktadır. Kent merkezlerinde artan arsa değerleri ve yoğun yapılaşma baskısı sonucunda yaygınlaşan bu yapı türü, gerek yapım sürecinde kullanılan malzeme miktarı gerekse işletme sürecindeki enerji gereksinimleri nedeniyle çevresel etkiler açısından dikkat çekmektedir. Son yıllarda yapıların işletme aşamasında ortaya çıkan enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik çalışmalar yaygınlaşmış olmakla birlikte, yapı malzemelerinin üretiminden kaynaklanan gömülü karbon salımları da sürdürülebilir yapı tasarımı açısından giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Geleneksel olarak yapıların çevresel performansının değerlendirilmesinde enerji tüketimi ve işletme kaynaklı karbon emisyonları ön planda tutulurken, enerji verimliliği uygulamalarının yaygınlaşmasıyla birlikte gömülü karbon salımlarının toplam çevresel etki içerisindeki payı daha görünür hâle gelmiştir. Yapı malzemelerinin hammadde çıkarımı, işlenmesi, üretimi ve şantiyeye ulaşıncaya kadar geçen süreçlerde ortaya çıkan karbon salımları, özellikle büyük ölçekli yapılarda önemli düzeylere ulaşabilmektedir. Bu durum, çevresel etkilerin yalnızca kullanım aşamasında değil, tasarım kararlarının şekillendiği erken proje aşamalarında da değerlendirilmesini gerekli kılmaktadır. Mimari tasarım sürecinde alınan planlama, kütle organizasyonu, cephe sistemi ve malzeme seçimi kararları, yapının yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkacak çevresel etkileri doğrudan etkilemektedir. Bu bağlamda, mimari tasarım sürecinin erken aşamalarında alınan kararların çevresel etkilerinin nicel yöntemlerle değerlendirilmesi önemli bir gereklilik hâline gelmiştir. Bu tez çalışmasının amacı, yüksek katlı ofis binalarında plan tipolojisi, çekirdek konumu, cephe saydamlık oranı ve cephe kaplama malzemesi gibi temel mimari tasarım kararlarının gömülü karbon salımı üzerindeki etkilerini karşılaştırmalı olarak incelemektir. Çalışma kapsamında, mimari tasarım sürecinde sıklıkla işlevsel, estetik veya ekonomik kriterler doğrultusunda verilen planlama ve cephe tasarımı kararlarının çevresel performans üzerindeki etkilerinin sayısal veriler aracılığıyla ortaya konulması hedeflenmiştir. Bu doğrultuda, yüksek katlı ofis binalarının tasarım sürecinde uygulanabilecek çevresel performans odaklı karar verme yaklaşımlarına katkı sağlamak ve sürdürülebilir tasarım stratejilerinin geliştirilmesine destek olmak amaçlanmıştır. Araştırma kapsamında İstanbul'un önemli iş ve finans merkezlerinden olan Maslak ve Ataşehir bölgelerinde yer alan yüksek katlı ofis yapıları incelenmiştir. Bu bölgeler, son yıllarda yüksek katlı ofis yapılarının yoğun olarak üretildiği ve farklı planlama yaklaşımlarının uygulandığı alanlar olmaları nedeniyle çalışma alanı olarak seçilmiştir. Alan çalışmaları kapsamında mevcut ofis yapıları incelenmiş, plan organizasyonları, çekirdek yerleşimleri ve cephe özellikleri değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen tipolojik analizler sonucunda kare, dikdörtgen, Z formunda ve dairesel olmak üzere dört temel plan geometrisi belirlenmiştir. Bu plan tipolojileri, İstanbul'da yaygın olarak uygulanan yüksek katlı ofis binalarını temsil edecek şekilde seçilmiştir. Belirlenen her plan tipolojisi, çekirdeğin merkezi konumda yer aldığı ve çekirdeğin cepheye bitişik olarak kurgulandığı iki farklı varyasyonla ele alınmıştır. Böylece toplam sekiz farklı plan tipi oluşturulmuştur. Oluşturulan plan tipleri üzerinden parametrik bir modelleme yaklaşımı geliştirilmiş ve tüm senaryolarda kat alanı, kat yüksekliği, bina yüksekliği, kullanım amacı ve temel yapısal özellikler sabit tutulmuştur. Böylece yalnızca belirlenen mimari tasarım değişkenlerinin gömülü karbon salımı üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada cephe tasarımına ilişkin değişkenler de ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu kapsamda her plan tipi için dört farklı cephe saydamlık oranı (%27, %40, %67 ve %100) tanımlanmıştır. Söz konusu oranlar, güncel ofis yapılarında yaygın olarak karşılaşılan farklı cephe karakterlerini temsil edecek şekilde belirlenmiştir. Ayrıca sinterflex, alüminyum kompozit panel (ACP), cam elyaf takviyeli beton (GRC) ve ahşap kompozit (WPC) olmak üzere dört farklı cephe kaplama malzemesi değerlendirmeye alınmıştır. Bu malzemeler, yüksek katlı yapılarda yaygın olarak kullanılan ve farklı çevresel performans özelliklerine sahip sistemleri temsil etmektedir. Tam saydam cephe senaryolarının ayrı değerlendirilmesi sonucunda toplam 104 farklı tasarım senaryosu oluşturulmuştur. Araştırmada oluşturulan tüm tasarım senaryolarının çevresel performansları yaşam döngüsü değerlendirmesi (Life Cycle Assessment – LCA) yöntemi kullanılarak analiz edilmiştir. Yaşam döngüsü değerlendirmesi, bir ürünün veya yapının yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkan çevresel etkilerin sistematik olarak değerlendirilmesini sağlayan bilimsel bir yöntemdir. Yapı sektöründe son yıllarda yaygın olarak kullanılan bu yöntem, farklı tasarım alternatiflerinin çevresel performanslarının karşılaştırılmasına olanak tanımaktadır. Çalışmada gerçekleştirilen analizlerde ISO 14040 ve ISO 14044 standartları ile EN 15978 standardı esas alınmış ve hesaplamalar One Click LCA yazılımı aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın kapsamı, yapı yaşam döngüsünün üretim aşamasını temsil eden A1-A3 modülleri ile sınırlandırılmıştır. Bu kapsamda yapı malzemelerinin hammadde temini, hammaddelerin işlenmesi, üretim tesislerine taşınması ve üretim süreçlerinden kaynaklanan çevresel etkiler değerlendirilmiştir. Böylece tasarım sürecinde alınan kararların malzeme kaynaklı gömülü karbon salımları üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Analiz sonuçları, plan tipolojisinin gömülü karbon salımı üzerinde önemli bir etkisi olduğunu ortaya koymuştur. Dairesel plan tiplerinin en düşük karbon salımı değerlerini ürettiği, Z formundaki plan tiplerinin ise en yüksek karbon salımı değerlerine ulaştığı belirlenmiştir. Bu durumun temel nedeni, plan geometrisinin yapı kabuğu alanını ve dolayısıyla kullanılan cephe malzemesi miktarını doğrudan etkilemesidir. Daha kompakt geometrilere sahip plan tiplerinin daha düşük cephe alanına ihtiyaç duyması, malzeme kullanımını azaltmakta ve buna bağlı olarak karbon salımını düşürmektedir. Buna karşılık düzensiz ve parçalı geometrilere sahip plan tiplerinde cephe alanının artması nedeniyle gömülü karbon salımları da yükselmektedir. Çekirdek konumunun etkisi incelendiğinde, özellikle dikdörtgen ve Z formundaki plan tiplerinde çekirdeğin cepheye taşınmasının toplam karbon salımını artırdığı tespit edilmiştir. Cepheye bitişik çekirdek çözümünün, yapı kabuğu organizasyonunu ve cephe sistemlerinin dağılımını etkileyerek malzeme miktarlarında değişime neden olduğu görülmüştür. Kare ve dairesel plan tiplerinde ise çekirdek konumunun toplam karbon salımı üzerindeki etkisinin daha sınırlı olduğu belirlenmiştir. Bu durum, daha kompakt plan geometrilerinin çekirdek yerleşimindeki değişikliklere karşı daha az hassas olduğunu göstermektedir. Cephe tasarımına ilişkin bulgular, cephe saydamlık oranı ve kaplama malzemesi seçimlerinin gömülü karbon salımı üzerinde belirleyici etkiler yarattığını ortaya koymuştur. Özellikle tam saydam giydirme cephe sistemlerinin, yüksek miktarda cam kullanımı nedeniyle karbon salımını artırdığı belirlenmiştir. Saydamlık oranının artmasıyla birlikte cephe sistemlerinde kullanılan cam miktarının yükselmesi, üretim kaynaklı karbon salımlarını da artırmaktadır. Bununla birlikte opak cephe oranının artması durumunda kullanılan kaplama malzemesinin türü daha belirleyici hâle gelmektedir. Malzeme bazında yapılan değerlendirmelerde, farklı kaplama sistemlerinin üretim süreçlerinden kaynaklanan çevresel etkilerinin önemli ölçüde değiştiği görülmüştür. Kullanılan malzemenin üretim teknolojisi, enerji yoğunluğu ve hammaddesi, toplam gömülü karbon salımını doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle cephe kaplama malzemesi seçiminin yalnızca estetik ve ekonomik kriterlere göre değil, çevresel performans kriterleri dikkate alınarak yapılmasının önem taşıdığı ortaya konulmuştur. Sonuç olarak çalışma, yüksek katlı ofis binalarında gömülü karbon salımının yalnızca malzeme seçimiyle değil, plan geometrisi, çekirdek yerleşimi ve cephe tasarımı gibi erken tasarım aşamasında verilen temel mimari kararlarla da önemli ölçüde şekillendiğini ortaya koymaktadır. Elde edilen bulgular, mimari tasarım sürecinin başlangıç aşamalarında alınan kararların yapıların yaşam döngüsü boyunca ortaya çıkacak çevresel etkiler üzerinde belirleyici olduğunu göstermektedir. Bu yönüyle tez, yüksek katlı ofis binalarının tasarımında çevresel performansın erken tasarım aşamalarında değerlendirilmesinin önemini vurgulamakta ve sürdürülebilir mimarlık uygulamalarına yönelik karar alma süreçlerine katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Ayrıca çalışma kapsamında geliştirilen karşılaştırmalı değerlendirme yaklaşımının, gelecekte gerçekleştirilecek yaşam döngüsü değerlendirmesi çalışmalarına ve çevresel performans odaklı tasarım araştırmalarına katkı sağlayacağı öngörülmektedir.