İklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik bir yaklaşım

Abstract

İklim değişikliği, artan dış hava sıcaklıkları, aşırı hava olaylarının sıklaşması ile değişen yağış rejimleri gibi iklim parametrelerinde meydana gelen uzun dönemli ve değişimler olarak tanımlanmaktadır. Bu değişimler doğal süreçlerden kaynaklanabilmekle birlikte, temelinde insan faaliyetleri sonucunda hızlı kentleşmeye bağlı olarak artan enerji tüketimi ve atmosferde biriken sera gazları yer almaktadır. Bu durum, küresel ölçekte dış hava sıcaklıklarını artırarak doğal dengenin bozulmasına sebep olmakta ve buna bağlı olarak meydana gelen iklimsel dönüşüm, bina ve yerleşmelerin enerji tüketimi ile iç ve dış ortam konfor koşullarını olumsuz etkilemektedir. Bunun doğal bir sonucu olarak, değişen iklim koşulları kentleri iklim değişikliği kaynaklı tehlikelere karşı daha savunmasız hâle getirmekte ve mevcut bina stokunun sürdürülebilirliğini giderek zorlaştırmaktadır. Öte yandan, kentlerde nüfus artışıyla birlikte artan yerleşme yoğunluğu ve azalan yeşil alan oranları, yapılı çevrenin fiziksel özelliklerini önemli ölçüde dönüştürmektedir. Bu dönüşüm, yerleşmelerin mikroiklim koşullarını etkileyerek kentsel ölçekte dış hava sıcaklıklarını arttırarak kentsel ısı adası etkisinin şiddetlenmesine yol açmaktadır. Ortaya çıkan bu durum, kullanıcıların konfor koşullarını sağlayabilmek için daha çok enerji tüketmesine, dolayısıyla dış ortam ısıl konfor koşullarının bozulmasına neden olmaktadır. Bu süreçte, iklim değişikliği ile kentsel ısı adası etkisi arasında karşılıklı ve birbirini güçlendiren bir etkileşim ortaya çıkmaktadır. Yerleşme yoğunluğundaki artış, söz konusu etkileşimi daha da güçlendirerek enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası üzerindeki baskıları artırmaktadır. Bu durum, iklimle uyumlu yerleşme tasarımı yaklaşımında, yerleşmelerde oluşan mikroiklim koşullarının bina ve yerleşme tasarımı ile performans değerlendirme süreçlerine bütüncül biçimde dâhil edilmesini gerekli kılmaktadır. Aksi hâlde, bina ve yerleşme tasarımında yerleşmelerde oluşan mikroiklim koşulları göz ardı edilerek yapılan enerji planlamaları, kentsel ısı adası etkisinin konfor koşulları üzerindeki etkilerini yeterince yansıtamamakta ve binalardaki enerji tüketiminin olduğundan daha düşük ya da hatalı biçimde değerlendirilmesine yol açabilmektedir. Bu durum, bina ve yerleşmelerin performansının bütüncül biçimde değerlendirilmesini engelleyerek, eksik ve yanıltıcı sonuçlar üretebilmektedir. Bu çerçevede, bina ve yerleşme ölçeğinde enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkisini birlikte ele alan bütüncül yaklaşımlara duyulan ihtiyaç açık biçimde ortaya çıkmaktadır. Kentlerde artan konut talebi nedeniyle yoğunlaşarak çoğalan konut yerleşmeleri, kentsel ısı adası etkisini artırarak enerji tüketimini yükseltmekte ve dış ortam konfor koşullarını olumsuz etkilemesi nedeniyle günümüz ve gelecekteki kentsel tasarım açısından kritik bir sorun alanı oluşturmaktadır. Bu nedenle, özellikle konut binalarından oluşan yerleşmelerin performansının hem mevcut hem de gelecek iklim verileri dikkate alınarak değerlendirilmesi, iklim değişikliği ile uyumlu, enerji etkin tasarım kararlarının geliştirilmesi açısından önem taşımaktadır. Bu bağlamda, tez çalışmasında iklim değişikliğiyle uyumlu, enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik olarak, yerleşme dokusunu tanımlayan tasarım değişkenleri ile güncel ve gelecek iklim koşullarını dikkate alan; enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulunu ve kentsel ısı adası etkisini eşzamanlı biçimde değerlendiren, performans temelli ve bütüncül bir yaklaşım geliştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı; "iklim değişikliği etkileri altında konut binalarından oluşan yerleşmeler için enerji tüketimi, dış ortam ısıl konforu ve kentsel ısı adası etkisi arasında denge sağlayan; minimum ısıtma, soğutma ve toplam enerji tüketimiyle birlikte dış ortam ısıl konfor koşullarını iyileştiren ve kentsel ısı adası etkisini azaltabilen bir yaklaşım geliştirilmesi" olarak belirlenmiştir. İklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik bir yaklaşımın geliştirildiği tez çalışması yedi ana bölümden oluşmaktadır. Çalışmanın birinci bölümünde, tez çalışmasının amacı, yöntemi ve kapsamı detaylı bir şekilde açıklanmış olup, çalışmanın gelişme sürecinde yararlanılan güncel literatür araştırmasına yer verilmiştir. Tezin ikinci bölümünde, iklim değişikliğinin ortaya çıkış süreci, iklim alanında yürütülen ulusal ve uluslararası çalışmalar ve bu sürece karşı geliştirilen politikalara değinilmiştir. Ardından, gelecek iklim projeksiyonları ışığında iklim değişikliğinin bina ve yerleşmeler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bölümün son kısmında ise, iklimle uyumlu enerji etkin bina ile yerleşme tasarımına yön veren; iklime, kullanıcıya, bina ve yerleşmelere ilişkin değişkenlerden bahsedilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde, bina ve yerleşme tasarımında performans değerlendirilmesine yönelik karar destek sistemleri dört temel adımda sınıflandırılmış olup, karar destek sistemleri ve enerji etkin bina ve yerleşme tasarımı çalışmaları ilişkisi özetlenmiştir. Tez çalışmasının dördüncü bölümünde; iklim değişikliğiyle uyumlu ve enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik olarak; yerleşme dokusunu tanımlayan tasarım değişkenleri ile güncel ve gelecek iklim verilerini dikkate alan, enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulları ve kentsel ısı adası etkisini birlikte ele alan yeni bir yaklaşım tanıtılmıştır. Önerilen yaklaşım, bina ve yerleşme tasarımına ilişkin performans ölçütlerinin parametrik bir model aracılığıyla analiz edilmesi prensibine dayanmaktadır. Yaklaşımın, "Bina ve yerleşmelere ilişkin tasarım değişkenlerinin belirlenmesi", "Parametrik modelin geliştirilmesi" ve "Bina ile yerleşme tasarımına yönelik hesaplamaların yapılması ve değerlendirilmesi" şeklinde üç ana başlıktan oluşmaktadır. Bu kapsamda, öncelikle mevcut ulusal yönetmeliklerin bina ve yerleşmeler için öngördüğü kısıtlar doğrultusunda; iklime ilişkin, kullanıcıya ilişkin, yapma sistemlere ilişkin ve bina ve yerleşmeye ilişkin tasarım değişkenlerinin belirlenmesi ve bu değişkenlere ilişkin değerlerin tanımlanması adımları açıklanmıştır. Ardından, çalışmanın amacına hizmet eden geometrik modelin oluşturulma adımları ve performans değerlendirmelerinin gerçekleştirileceği parametrik modelde kullanılacak yöntem adımları tanımlanmıştır. Bu doğrultuda, bina ve yerleşme tasarımına yönelik hesaplamaların yapılması sonucu elde edilen bulguların değerlendirilmesi ve sonuçların istatistiksel açıdan anlamlılığını ortaya koymak amacıyla duyarlılık analizinin gerçekleştirilmesi önerilmiştir. Son aşamada ise, birden fazla performans ölçütünün bir arada ve etkileşimli biçimde değerlendirilebilmesi amacıyla çok-kriterli karar destek sistemlerinden çalışmanın kapsam ve amacıyla en uyumlu olan çok-kriterli karar verme yöntemi seçilerek değerlendirmenin tamamlanması açıklanmıştır. Ayrıca, bina kabuğuna ilişkin termo-fiziksel özelliklerin ulusal standartlarla uyumunu sağlamak amacıyla TS 825:2024 güncellemesini içeren ek bir değerlendirme, yaklaşımın son adımına dâhil edilmiştir. Böylece, tez çalışması kapsamında yerleşme tasarımına yönelik bilimsel, sayısal ve bütüncül bir değerlendirme altyapısı tanıtılmıştır. Tez çalışmasının beşinci bölümünde, dördüncü bölüm kapsamında önerilen yaklaşım, Türkiye'nin ılımlı-nemli iklim bölgesini temsil eden; hızla büyüyen, sürekli göç alan, 16 milyonun üzerinde nüfusa sahip ve yoğun yapılaşmanın çevresel baskıları artırdığı İstanbul ilinde, güncel ve gelecek (2060 ve 2100) iklim koşulları dikkate alınarak uygulanmıştır. Bölümün alt başlıkları, dördüncü bölümde tanımlanan sıralama doğrultusunda ele alınmış olup, uygulama kapsamında incelenen yerleşme dokuları ile hesaplamalara girdi olarak tanımlanan sınır değer aralıkları belirlenmiş ve seçilen araç ve yöntemler bu bölümde kullanılmıştır. Ek olarak, yaklaşımın son adımında yapılan ek hesaplamalar ile TS 825:2024 standard güncellemesinin olası etkileri de değerlendirilmiştir. Tez çalışmasının altıncı bölümünde, beşinci bölümde önerilen yaklaşımın uygulanması sonucunda, güncel ve gelecek (2060 ve 2100) iklim verileri için ayrı ayrı hesaplamalar gerçekleştirilmiş ve elde edilen bulgular karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Bu kapsamda, farklı yerleşme tipolojilerinin enerji tüketimi, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkisi açısından gösterdiği performans farklılıkları, regresyona dayalı duyarlılık analizi ile incelenmiştir. Çalışmanın amacı doğrultusunda belirlenen performans ölçütlerinin senaryo bazında bütünleşik etkileri ise, çok-kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan ağırlıklı toplam yöntemi kullanılarak değerlendirilmiş ve sıralanmıştır. Ardından, en iyi ve en kötü performans koşullarını temsil eden yerleşme dokusu alternatifleri belirlenerek ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Tez çalışmasının yedinci ve son bölümünde, geliştirilen iklim değişikliği ile uyumlu enerji etkin bina ve yerleşme tasarımına yönelik bir yaklaşımın uygulanması sonucunda güncel, 2060 ve 2100 iklim verileri ile performans ölçütlerine dayalı sonuçlar ayrı ayrı verilmekle birlikte elde edilen birleşik performanslarına yönelik sonuçlar da incelenmiştir. Genel olarak, güncel ve gelecek iklim koşullarında en iyi performans gösteren yerleşme seçeneklerinin, büyük ölçüde enerji tüketimi ölçütünden etkilendiği, dış ortam ısıl konfor koşulu ve kentsel ısı adası etkilerindeki değişimlerin ise, ağırlıklı toplam metoduna bağlı senaryo sıralamalarını değiştirdiği görülmüştür. Bu durum, iklim değişikliğinin bir sonucu olarak, yüksek yoğunluklu ancak yeterli açık alan ve gölgeleme olanaklarına sahip yerleşme dokularının iklim değişikliğine uyum açısından en uygun çözümleri temsil ettiğini ortaya koymaktadır. Dolayısıyla, tüm yerleşme dokusu alternatiflerinin performans ölçütlerine göre yapılan birleşik değerlendirmelerin, iklim değişikliği ile uyumlu bina ve yerleşme tasarımları için önemli bir gereklilik haline geldiğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, tez çalışması kapsamında önerilen yaklaşım; iklim parametrelerinin değiştiği farklı iklim bölgelerinde de uygulanabilir nitelikte kurgulanması ve geleceğe yönelik performansın bugünden verilen tasarım kararlarıyla öngörülebilmesine olanak sağlaması açısından önemli bir çerçeve sunmaktadır. Ayrıca, örnek uygulamada elde edilen bulgular, yaklaşımın sadece teorik bir çerçeve sunmakla kalmayıp, pratik tasarım süreçlerine de entegre edilebileceğini ve dolayısıyla araştırmacılar ve karar vericiler için yol gösterici nitelikte olduğunu göstermektedir.