Konut yerleşmelerinin tasarımında enerji ve günışığı performansını değerlendirmeye yönelik parametrik bir model önerisi: İstanbul örneği

Abstract

İnsanın gereksinmelerini karşılaması için doğaya karşı verdiği çaba, hızlı yapılaşma ve plansız kentleşme, ekolojik yapının bozulmasına ve enerji kaynaklarının tükenmesine yol açmaktadır. Enerji ve çevre sorunlarına çözümler geliştirerek gelecek kuşakların gereksinmelerini karşılamalarına olanak sağlamayı hedefleyen sürdürülebilir yapma çevreleri oluşturulmasında güncel bir yaklaşım olarak enerji etkin tasarım anlayışı benimsenmelidir. Özellikle, küresel enerji tüketiminin önemli bölümünden sorumlu olan kentsel yerleşmelerin uzun yıllar boyunca değişmeden binaların konfor koşulları üzerinde etkili oldukları göz önünde bulundurulduğunda, enerji etkin olarak tasarlanmaları gerekmektedir. Bu doğrultuda, sürdürülebilir bir enerji kaynağı olan güneş enerjisinden optimum yarar sağlamak için ön tasarım sürecinde doğru kararlar alınarak uygun kentsel geometrilerin geliştirilmesi önemlidir. Bu sayede, yerleşme dokusunu oluşturan binaların güneş ışınımı ve günışığı kazançlarını optimize ederek, gerekli konfor koşullarını daha az aktif enerjiye ihtiyaç duyarak sağlamak mümkün olacaktır. Diğer taraftan, enerji kaynakları açısından büyük oranda dışa bağımlı ve dünya ortalamasının üzerinde bir enerji talebi ile karşı karşıya olan Türkiye için enerjinin etkin kullanımı zorunludur. Türkiye'de yıllık toplam enerji tüketiminin yaklaşık dörtte birinden konut yerleşmelerinin sorumlu olduğu düşünülürse, sürdürülebilir konut üretiminde enerji etkin yaklaşımın uygulanmasının gerekliliği açıktır. Ancak, Türkiye'de konu alanındaki yasal mevzuatın çoğunlukla belirlenen enerji ve çevresel faktörlerin sağlanıp sağlanmadığının sorgulanması ile sınırlı kaldığı görülmektedir. Bu açıdan enerji etkin sürdürülebilir konut yerleşmelerinin üretilmesine altyapı sağlayacak kapsamlı çalışmaların yapılmasına ve uygulanabilir kriterlerin tanımlanmasına ihtiyaç vardır. Bu amaçla, bu tez kapsamında enerji etkin sürdürülebilir konut yerleşmelerinin üretilmesine yönelik olarak ön tasarım sürecinde proje paydaşlarına yol gösterecek veriyi derlemek amacıyla binaların enerji ve günışığı performansının değerlendirilmesine olanak sağlayan bir model önerisi sunulmaktadır. Bu hedef doğrultusunda sunulan model, dört adımdan oluşmaktadır: Birinci adımda; mevcut ulusal yönetmeliklerin konut üretimi üzerindeki kısıtlamaları dikkate alınarak, çalışma kapsamında analiz edilecek referans konut binasını tanımlamak amacıyla iklime ilişkin tasarım parametreleri, kullanıcıya ilişkin tasarım parametreleri, yerleşme ve binaya ilişkin tasarım parametreleri ve aktif bina alt sistemlerine ilişkin tasarım parametreleri için uygun değerler belirlenmektedir. İkinci adımda; tüm binaların tasarım parametresi değerlerinin referans binanın değerlerine eşit olduğu varsayılarak, yerleşme dokusu ve binaya ilişkin tasarım parametrelerine (yer, yerleşme dokusunda bina aralıkları, bina ve yerleşmenin formu, bina ve yerleşmenin yönlendiriliş durumu, bina kabuğunun optik ve termofiziksel özellikleri) tanımlanan değerlerin çeşitli kombinasyonları ile yerleşme dokusu senaryoları üretilmektedir. Üçüncü adımda; tasarım parametrelerinin enerji ve günışığı performansına etki düzeylerinin tanımlanmasına ilişkin olarak geliştirilen model çerçevesinde yerleşme dokusu senaryolarında tanımlanan referans binanın enerji ve günışığı performansı iki aşamalı bir değerlendirme süreci ile analiz edilmektedir. Birinci değerlendirme aşaması kapsamında tasarım parametrelerinin bina düzeyinde enerji performansına etkilerinin belirlenmesi amacıyla; öncelikle yerleşme ve binaya ilişkin tasarım parametreleri için tanımlanan alternatiflerin bina enerji tüketiminde yarattığı farklar karşılaştırılarak enerji etkin senaryolar belirlenmekte, ardından enerji etkin olarak belirlenen senaryolarda bina kabuğuna (dış duvar bileşeni ve saydamlık oranı) ve bina kabuğuna eklenen kontrol sistemlerine (güneş kontrolü sistemleri) ilişkin tasarım parametrelerine farklı alternatifler tanımlanarak bina enerji performansında sağlanan iyileştirme düzeyleri analiz edilmektedir. İkinci değerlendirme aşaması kapsamında ise yerleşme ve binaya ilişkin tasarım parametrelerinin modül düzeyinde enerji ve günışığı performansına etkilerinin karşılaştırılması amacıyla yerleşme dokusu senaryosu grupları belirlenerek sırasıyla; plan tipi, kat sayısı, H/W oranı ve yerleşme tipi parametrelerinin modül düzeyindeki etkileri analiz edilmektedir. Dördüncü adımda; regresyon analizleri sayesinde tasarım parametrelerine ilişkin determinasyon katsayıları (R2) hesaplanarak her bir tasarım parametresinde yapılacak değişikliğin binaların enerji ve günışığı performansını hangi düzeyde etkileyeceği ortaya konulmaktadır. Bu sayede, proje paydaşları tasarım sürecinde değişkenler arası denge kurarak, üretilecek konut yerleşmelerinin enerji ve günışığı performansının iyileştirilmesine yönelik tasarım parametrelerine uygun değerler belirleyebilmeleri için yol gösterici önerilerin sunulması amaçlanmaktadır. Türkiye koşullarına uygun enerji ve günışığı etkin konut yerleşmelerinin tasarım süreçlerine katkı sağlamak amacıyla tez çalışması kapsamında sunulan model, ülkede en yüksek nüfus yoğunluğu ve konut üretimi oranına sahip İstanbul ili (ılımlı nemli iklim bölgesi) için uygulanmıştır. Uygulama çalışması kapsamında; plan tipi (kare, dikdörtgen), kat sayısı (3, 5, 10, 15), H/W oranı (0.50, 1.00, 2.00), yerleşme tipi (nokta blok, sıra blok) ve yönlendiriliş durumu (0°, 45°, 90°, 135°) parametrelerinin çeşitli kombinasyonları ile geliştirilen 144 yerleşme dokusu alternatifi içerisinde uygulama açısından rasyonel olan 120 alternatif, yerleşme dokusu senaryosu olarak tanımlanmıştır. Yerleşme dokusu senaryolarında yer alan referans binanın enerji ve günışığı performansı yapılan analizler aracılığıyla değerlendirilerek, elde edilen sonuçlar bina ve modül düzeyinde ortaya konmuştur. Bina düzeyinde elde edilen sonuçlara göre, geliştirilen 120 yerleşme dokusu senaryosu kıyaslandığında referans binanın toplam (ısıtma+soğutma+aydınlatma) enerji tüketiminde %33 oranına varan farklar ortaya çıkmıştır. Bu sonuç plan tipi, kat sayısı, H/W oranı, yerleşme tipi ve yönlendiriliş durumu parametrelerine uygun değerler belirlenerek belirli bir alan için oluşturulacak kentsel geometri aracılığıyla konut binalarının enerji etkinliğinin önemli düzeyde arttırılabileceğini kanıtlamaktadır. Ayrıca uygun opak dış duvar bileşeni, saydamlık oranı değeri ve güneş kontrol sistemi alternatiflerinin referans binaya uygulanması ile toplam (ısıtma+soğutma+aydınlatma) enerji tüketiminde %21 oranına varan azalmalar elde edilerek; kentsel geometrinin belirli olduğu durumlarda bina kabuğu ve bina kabuğuna eklenen kontrol sistemlerine ilişkin tasarım parametrelerinin değiştirilmesi ile bina enerji performansında kayda değer iyileştirmeler sağlanabileceği ortaya konmuştur. Modül düzeyinde elde edilen sonuçlara göre, aynı binada yer alan modüllerin bulundukları kata bağlı olarak güneş erişim düzeyleri ve enerji tüketimleri arasında kayda değer farklar oluşmaktadır. Alt katlardaki modüllerin güneş erişimini arttıran ve üst katta yer alan modüllerin ise azaltan çözümlerin tasarıma uygulanması sayesinde modül düzeyinde yapılacak optimizasyonlar aracılığıyla aynı binada yer alan modüllerin enerji tüketimleri ve günışığı erişim düzeyleri arasındaki farkın azaldığı; bu sayede binanın enerji ve günışığı performansının bütüncül olarak arttırılabildiği görülmüştür. Ayrıca, aynı katta yer alan modüller arasında yönlendiriliş durumuna bağlı olarak katta iki modül bulunan dikdörtgen planlı binalarda yönler arası ortaya çıkan fark oldukça düşük iken, katta dört modül bulunan kare planlı binalarda bu farkın daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Tez çalışmasında, ön tasarım sürecinde doğru kararların alınabilmesi için farklı ölçeklerde yapılan analizler aracıyla tasarım alternatiflerini enerji tüketimi ve günışığı erişimi düzeyleri üzerinden değerlendiren performans odaklı bir model sunulmuştur. İlerleyen süreçlerde Türkiye'de üretilecek konut yerleşmelerinin ön tasarım süreçlerinde geri dönüşü olmayan hataların yapılmasına engel olmak için geliştirilen modelin farklı iklim bölgelerine uygulanarak, enerji ve günışığı etkin yapma çevrelerin gelişimine katkı sağlayacak kapsamlı verilerin derlenmesi hedeflenmektedir.