An approach to the evaluation of vernacular settlements in hot dry climate in terms of thermal comfort: The case of Mardin - Sözen, İrem (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019)
Yerel konutların tasarımı çevresel etkenlerle doğrudan etkileşim içerisinde ve uzun süren deneyim süreçleri sonucunda şekillenmiştir. Bu doğrudan etkileşim çevreye dair bilincin gelişmesinde önemli bir etkendir. Ancak günümüzde doğayı kontrol etme fikrine dayanan üretim şekillerinde çevresel etkenlerle doğrudan etkileşim çoğu zaman ihmal edilmektedir. Yerel mimari, pasif tasarım parametrelerinin çevresel etkenlere uygun olarak belirlenmesi ile konforlu bir yapma çevrenin oluşmasına olanak sağlamaktadır. Endüstri devriminden sonra gelişen hızlı yapılaşma güncel ekolojik sorunların oluşumunda önemli bir paya sahiptir. Kaynak ve teknolojilerin daha sınırlı olduğu bir dönemde gelişen yerel mimari örnekler, çevresel etkilerin azaltılması ve sürdürülebilirliğe katkı sağlayacak metotların ve çözümlerin geliştirilmesi açısından, üzerinde çalışılması gereken zengin bir bilgi kaynağı sunmaktadır. Geçmiş dönem mimarisine yönelik çalışmalarda, önemli kişiler ve olaylarla ilişkilenen anıtsal mimari örnekler ön plana çıkmaktadır. Çevresel sorunların ortaya çıkmasıyla yapı endüstrisinin acil çözüm arayışları sonucunda yerel konutların değerlendirilmesi gündeme gelmeye başlamıştır. Bu konutlar yerel malzeme ve tekniklerin kullanılması ile ve iklimsel koşulları dikkate alarak çevreyle belli bir uyum içinde şekillenmiştir. Diğer taraftan yerel konutların tasarımında enerji etkin ve çevresel koşullarla uyumlu tasarım ilkeleri önem kazanmıştır. Yerel mimariden yeni tasarlanacak konutlar için yararlı çıkarımlar elde edebilmek, yerel mimarinin sürdürülebilirliğine dair hazır kabullerden kaçınarak, her bir duruma özgü kapsamlı bilimsel çalışmalar yapmayı gerektirmektedir. Türkiye'deki yerel mimari örnekler, Anadolu'nun farklı iklimsel özelliklerine uygun olarak şekillenmiş oldukça zengin bir çeşitlilik sunmaktadır. Termal konfor açısından en elverişsiz koşullardan birine sahip olan sıcak kuru iklim bölgesi, pasif iklimlendirme stratejileri açısından zengin yerel mimari örnekler içermektedir. Bu iklim bölgesinde yer alan eski Mardin yerleşmesi nispeten iyi korunmuş bir yerel konut mimarisine sahiptir. Yerleşme, Mazıdağı'nın güney yamacının eğimine uygun olarak teraslamalar biçimindedir. Yerleşme görüntüsü modüler blokların, avluların ve dar sokakların şekillendirdiği bütün bir yapı izlenimi vermektedir. Mardin şehrinin sokak, avlu ve iç mekanlarındaki iklimsel konfor koşullarına dair halihazırda pek çok olumlu değerlendirme yapılmıştır. Ancak termal konforu belirleyen tasarım stratejilerine dair detaylı parametrik çalışmalar gerçekleştirilmemiştir. Bu çalışma termal konforu etkileyen pasif tasarım stratejilerine dair detaylı niceliksel veriler elde etmek üzere Mardin konut mimarisine odaklanmaktadır. Çalışmada elde edilen verilerin gelecekte yapılacak yerleşme projeleri için hazırlanacak bir teknik rehbere temel oluşturması öngörülmektedir. Çalışmanın amacı kapsamında, Mardin yerel konut mimarisi üzerine ön çalışmalar yapılmış ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Ön çalışma kapsamında öncelikle bina formu ve yerleşme dokusu tipleri enerji açısından değerlendirilmiştir. Bina formu tipleri değerlendirmesinde, kapalı avlulu, L tipi, U tipi, I tipi ve dikdörtgen planlı konut biçimleri ele alınmıştır. Yerleşme dokusu değerlendirilmesinde ise tek evler, avlulu yerleşme ve çok katlı yerleşme tipleri ele alınmıştır. Enerji etkinliği açısından en uygun sonuçlar kapalı avlulu bina formu ve avlulu yerleşme dokusu alternatifleri için elde edilmiştir. Ön çalışma kapsamında ikinci adım, Mardin yerleşmesinde çeşitli parametrelerin termal performansa etkisinin karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesidir. Mevcut yerleşme içerisinden yerel konut mimarisini temsil eden örnek bir konut seçilerek çevresindeki yerleşme dokusu ve topoğrafya ile birlikte modellenmiştir. Enerji simülasyonlarından elde edilen sonuçlar, termal kütlenin enerji yüklerini önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Yerleşme ölçeğinde ele alınan yerleşme yoğunluğu ve topoğrafya gibi parametrelerin ise enerji yüklerine sınırlı bir etkisi olduğu belirlenmiştir. Diğer taraftan Mardin'de insanların avlu, eyvan, revak, teras ve sokak gibi çeşitli dış mekanlarda da oldukça fazla zaman geçirdiği düşünülerek çalışmanın dış mekandaki termal konfor koşullarını da ele alması gerektiği belirlenmiştir. Yapılan ön çalışmanın sonuçlarına dayanarak, araştırma, yerleşmedeki mikroiklimin değerlendirilmesine yönlendirilmiştir. Bu kapsamda iç ortamdaki termal konfor koşulların yanı sıra dış ortamdaki termal konfor koşulların değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, ön çalışma sonuçlarına dayanarak avlulu bina formu ve avlulu yerleşme tipi temel alınarak ve çalışmada açık ve kapalı alanlar birlikte değerlendirilmiştir. Yapılan değerlendirmede yerel konut yerleşmesindeki mekanlar açıklık düzeyine göre sınıflandırılmış ve her mekanın kendine özgü parametreleri dikkate alınarak termal konfor analizleri yapılmıştır. Yerel Mardin yerleşmesi, açıklık düzeyi açısından çeşitli mekanlardan oluşmaktadır. Bu mekanlar hem iklimsel koşullara adaptasyon süreciyle hem de kültürel kullanım özelliklerine uygun olarak şekillenmiştir. Tamamen kapalı olarak sınıflandırılan oda, işlik ve mutfak gibi alanlar aynı zamanda evin kullanıcılarına özel alanlardır. Açık mekanlar olarak sınıflandırılan sokaklar ise aynı zamanda kamusal alanlar olarak işlev görmektedirler. Eyvan ve revak gibi özelleşmiş mekanları da içeren avlular, sokak ve iç mekanlar arasındaki bağlantıyı sağlayan yarı-açık mekanlar olarak sınıflandırılmıştır. Avlular kullanım şekli açısından da evin iç mekanları ile karşılaştırıldığında yarı-kamusal olarak değerlendirilebilir. Bu genel sınıflandırma, her bir mekan için termal konfora etki eden tasarım parametrelerinin detaylı değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır. Çalışmanın ilk aşamasında, açık mekanlar olarak sınıflandırılan sokaklar, termal konfor açısından değerlendirilmiştir. Değerlendirmede ele alınan parametreler sokak derinlik oranı (bina yüksekliği / sokak genişliği), sokak yönü, asimetrik olma durumu ve galeri (revak) eklenmesi durumunu içermektedir. Mikroiklim değerlendirmesi ENVI-met simülasyon modeli aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Model girdilerinin ve parametre değerlerinin belirlenmesinde yerel dokunun özellikleri temel alınmıştır. Parametrik analizlerin gerçekleştirilmesi amacıyla literatüre bağlı olarak farklı parametre değerleri de tanımlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda sokaklardaki hava sıcaklığı, ortalama ışınımsal sıcaklık, rüzgar hızı ve fizyolojik eşdeğer sıcaklık (PET) değerleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre derin sokaklar dış ortamda daha yüksek termal konfor düzeyi sağlamaktadır. Sokak yönleri değerlendirildiğinde kuzey-güney yönündeki sokaklarda diğer yönlere göre daha yüksek termal konfor düzeyi tespit edilmiştir. Doğu-batı doğrultusundaki sokaklar ise en düşük konfor düzeyi sonucunu vermiştir. Sokaklarda asimetri kullanılması durumu dış ortamdaki termal koşulları olumsuz etkilememekte ve galeri eklenmesi durumu dış ortamda çok daha konforlu alanlar sağlamaktadır. Galeri eklenmesi durumu, sokak ortasındaki termal konfor düzeyini de iyileştirmiştir. İkinci aşamada yarı-açık mekanlar olarak sınıflandırılan avlular, termal konfor açısından değerlendirilmiştir. Çalışmada avlunun biçimi planda avlu genişliğinin (W) avlu uzunluğuna (L) oranı (W/L oranı) ile ifade edilmektedir. Ele alınan parametreler W/L oranı, avlunun açıklığı, eyvan kullanımı gibi geometrik parametrelerin yanı sıra avlu yüzey malzemesi, ağaç kullanımı ve su öğesi kullanımı gibi mikroiklimi etkileyen stratejileri de içermektedir. W/L oranları karşılaştırıldığında 1/2 oranına sahip avlu, 1/1 ve 2/1 oranlarına göre daha yüksek konfor düzeyi sağlamıştır. Avluda açıklık olması durumu da PET değerlerini düşürerek konfor düzeyini arttırmıştır. Eyvan kullanımı, güney ve doğu yönlenimli olması durumunda daha düşük PET değerleri sağlarken, batı yönlenimli olması durumu en konforsuz seçenek olarak tespit edilmiştir. Avluda termal konforu iyileştirmede en etkili faktör ağaç kullanımı olarak belirlenmiştir. Zemin malzemesi ve su kulanımı da konfor düzeyini arttırsa da gölgeleme etkisi sağlayan stratejilerin daha etkili olduğu saptanmıştır. Üçüncü aşamada, ilk iki aşamada elde edilen sonuçlar, iç mekandaki termal konfora etkileri açısından değerlendirilmiştir. Sokak ve avlular için ele alınan parametre değerleri eşleştirilerek yerleşme dokusu alternatifleri oluşturulmuştur. Alternatiflerin sayısını sınırlamak amacıyla ilk iki aşamada ele alınan parametreler arasından geometrik parametreler olan sokak derinlik oranı, sokak yönü ve avlu W/L oranı dikkate alınmıştır. Bunlar aynı zamanda iç ve dış mekandaki etkilerinin birbiriyle ilişkili olması beklenen parametrelerdir. Elde edilen sonuçlar iç ve dış mekandaki termal konfor koşullarının aynı parametre değerleri için bütüncül olarak değerlendirilmesini sağlamıştır. Sokak derinlik oranları açısından iç ve dış mekan için elde edilen sonuçlar uyumlu bulunmuştur. Sokak yönleri açısından iç mekanda doğu-batı yönlenimli sokaklar daha yüksek konfor düzeyi sağlarken ikinci en iyi seçenek güneybatı-kuzeydoğu doğrultusu olarak belirlenmiştir. Avlu W/L oranları iç mekandaki konfor düzeyi açısından değerlendirildiğinde, sonuçların sokak yönüne göre farklılaştığı tespit edilmiştir. W/L oranından ziyade yapıların bitişik cephe oranlarının artmasının iç mekandaki konfor düzeyini de arttırdığı belirlenmiştir. Bu durumda 1/2 oranı doğu-batı sokak doğrultusunda, 2/1 oranı ise kuzey-güney sokak doğrultuusnda kullanıldığında iç ortamda daha yüksek termal konfor düzeyi sağlamıştır. Dördüncü aşamada, elde edilen sonuçları tamamlamak üzere, dış ortamda en yüksek konfor seviyesini sağlayan yerleşme modeli iki farklı simülasyon modeli kullanılarak iç ve dış ortam konforu açısından değerlendirilmiştir. İki modelden elde edilen sonuçlar birleştirilerek, yerleşme dokusu içerisinde sokak, avlu ve iç mekanlarda termal konfor parametrelerinin eş zamanlı dağılımları elde edilmiştir. Bu sonuçlar yerleşme içinde farklı ısıl koşullar sağlayan ve bir arada bulunan mekanların detaylı bir incelemesini sunmaktadır. Sonuçlar, yapılaşma olmayan bir alanla karşılaştırıldığında avlu ve sokakların çok daha konforlu bir mikroiklim sağladığı tespit edilmiştir. Avlularda sokaklara göre nispeten daha yüksek konfor düzeyi hesaplanmıştır. İç mekanlarda konfor düzeyi oldukça artmakta ve giriş katlar birinci katlara göre daha konforlu alanlar sağlamaktadır. Çalışmanın son aşamasında iç ve dış ortam termal konforuna yönelik elde edilen sonuçlar tartışılarak, uygulamaya yönelik tasarım önerileri geliştirilmiştir. Sonuçlara göre hem iç hem de dış ortamda termal konforu sağlamaya yönelik optimum tasarım seçenekleri belirlenmiştir. Ortak olarak değerlendirilen sokak derinlik oranı, sokak yönü ve avlu W/L oranı parametrelerinden, iç ve dış ortam konforu açısından birbirine karşıt sonuçlar veren durumlarda, konfor seviyesini kompanse edecek öneriler geliştirilmiştir. Bu önerilerin geliştirilmesinde değerlendirilen galeri kullanımı, ağaç kullanımı ve su kullanımı gibi diğer parametrelere dair elde edilen sonuçlardan yararlanılmıştır. Sokak derinlik oranı (H/W) parametresi açısından iç ve dış mekanda elde edilen sonuçlar uyumludur ve derin sokaklar hem iç hem dış termal konfor açısından daha iyi sonuçlar sağlamaktadır. Sokak yönü açısından iç ve dış ortam için elde edilen sonuçlar farklılaşmaktadır. Optimum tasarım seçeneği olarak ana arterlerin doğu-batı doğrultusunda olması ve dış ortam konforunu iyileştirmek için galeri eklenmesi önerilmiştir. Ara sokakların ise kuzey-güney doğrultusunda ve iç mekandaki termal konforu iyileştirmek için daha derin olarak tasarlanması önerilmiştir. Avlularda W/L oranı açısından, iç mekandaki konforu öncelikli kabul ederek doğu-batı yönündeki sokaklarda 1/2 oranı ve kuzey-güney doğrultusundaki sokaklarda 2/1 oranı kullanımı önerilmiştir. W/L oranının 2/1 olması durumunda dış ortamdaki termal konfor düzeyini avluda ağaç kullanımı ile dengelemek mümkündür. İç ve dış mekanlardaki termal konfor koşullarının birbiriyle oldukça ilişkili olduğu açıktır. Bu sebeple de yalnızca iç mekanları veya dış mekanları ele alarak yapılan çalışmalar diğer mekanlardaki termal konfor koşullarını göz ardı edecektir. Yapılan çalışmalarda daha çok iç mekanlara yönelik olup dış ortamdaki konfor koşulları değerlendirilmemektedir. Çalışmanın bulguları bazı parametrelerin iç ve dış ortamdaki termal koşulara karşıt olarak etki ettiğini de göstermiştir. Tüm bulgular irdelenerek optimum tasarım seçeneklerinin geliştirilmesine yönelik olarak değerlendirilmiştir. Çalışma, elde edilen niceliksel sonuçlara dayalı olarak geliştirilen optimum tasarım seçeneklerinin belirlenmesi ile sonuçlanmıştır.

Vernacular settlements are designed through a direct experience with the conditions of the environment in a long period of time. This direct experience is very crucial in developing environmental consciousness and is hindered by the present mode of production that relies on the idea of mastery over nature. In the case of vernacular architecture the values of passive design parameters are in accordance with the environmental factors thus creating a comfortable built environment. Considering the current ecological crisis in which buildings hold a large share of responsibility, vernacular architecture offers a rich source of information to be studied to contribute to new methods, solutions and achievements towards sustainability. The vernacular houses were paid little attention as opposed to representative architecture in research history since most of the studies on historical buildings rely on the relationship of architecture with the history of important events and people. The common houses gained importance only recently after the environmental issues in building industry needed urgent solutions. These buildings show great respect for their environment by using local materials and techniques taking the constraints imposed by climate fully into account in contrast to their modern successors. (Coch, 1998) The role played by energy in this kind of architecture was not a point of interest until recent times. To derive meaningful lessons from vernacular houses, it is important not to make reductionist generalizations regarding the sustainability of vernacular architecture but to develop a comprehensive and scientific approach for the evaluation of each specific case. A review of vernacular architecture examples in Turkey will present a rich variety developed in accordance with different climatic conditions in Anatolia. Among these, hot dry climate region presents one of the most unfavorable conditions in terms of thermal comfort. The vernacular architectural examples that are shaped in adaptation to these adverse conditions are significant in order to study the principles and passive design strategies involved. Mardin is one of the well preserved settlements located in hot dry climate zone. The settlement is placed on the southern slope of Mazı Mountain with a dense and terraced pattern. The blocks are modular and the arrangement gives the impression of a one whole structure with interweaving narrow streets and courtyards. The streets, courtyards and interior spaces of this settlement are reputed to be thermally comfortable but a detailed parametric analysis has not been applied yet. This study focuses on Mardin Vernacular housing settlement, in order to come up with detailed quantitative data on the applied passive design parameters for thermal comfort. This data could be used as a technical guidance for upcoming settlement projects. With this general purpose, a preliminary study on the vernacular settlement of Mardin is conducted in order the have some initial results upon which the general approach of the research will be based on. In the first stage of the preliminary study, the building typologies and settlement patterns are evaluated in terms of building energy efficiency. For the evaluation of building typologies, the cases of closed courtyard, L type, U type, I type and rectangular type are considered. For the evaluation of settlement patterns, single housing settlement, courtyard housing settlement and high-rise settlement are considered for Mardin climate. The highest energy efficiency is obtained for courtyards, both for building typology and settlement pattern evaluation. The second stage of the preliminary study on vernacular settlement of Mardin is implemented in order to have a broad idea on the weight of various parameters on the thermal performance of these houses. An existing house representing vernacular Mardin housing is selected and modeled with the surrounding settlement. The results demonstrated that the thermal mass is very significantly affecting the energy loads. The settlement scale parameters, such as settlement density and topography have less effect on energy loads. It was also determined that the study should address the outdoor thermal comfort conditions in Mardin where people spend much time in outdoor spaces such as courtyards, eyvan, revak, terraces and streets. Upon the results of the preliminary study, the research has been directed towards the study of microclimate in the settlement, considering the outdoor thermal conditions as well as indoor thermal comfort. And courtyard form and settlement pattern is taken as a base. The main structure of this research is formed with the aim to evaluate both open and closed spaces within the vernacular settlement equidistantly. The general approach is to classify spaces in vernacular settlement in terms of their openness and evaluate each kind of space in terms of thermal comfort and/or energy efficiency. The vernacular settlement of Mardin consists of various kinds of spaces in terms of openness. These spaces are shaped in adaptation to climate and cultural usage patterns. Some spaces are fully enclosed and are also more private such as rooms, workspace (işlik) and kitchen. The open spaces, streets, are the public spaces. And the courtyard including surrounding spaces like eyvan and revak could be considered as semi-open spaces and in practice used as semi-private spaces. At the first stage, the open spaces, streets are evaluated in terms of thermal comfort. The basic geometric parameters such as street aspect ratio (H/W) and orientation as well as special conditions of asymmetry and addition of galleries on both sides of streets (locally called 'revak') are evaluated through the microclimate simulation model ENVI-met. The case models are created based on the qualities of vernacular settlement such as the average street aspect ratio and gallery sizes. And for the sake of comparison, other models are created through the variation of parameter values. The semi-open spaces, courtyards are evaluated at the second stage. The courtyard shape is represented by the ratio of courtyard width (W) to courtyard length (L) in plan and referred as the courtyard plan ratio (W/L) throughout the study. The main parameters evaluated are the courtyard plan ratio (W/L) and the openness of the courtyard. Besides the effects of eyvan, pavement material, vegetation and water use are evaluated for their effect on outdoor thermal comfort in the courtyard. At the third stage, the results obtained in first two stages are evaluated in terms of indoor thermal comfort. Settlement patterns are created combining the parameter values for open, semi-open spaces. To reduce the number of simulation models; the parameters at this stage are limited to three basic geometric parameters: courtyard plan ratio (W/L), street aspect ratio (H/W) and orientation. These are also the parameters, the results of which are expected to be highly interrelated for indoor and outdoor spaces. The results enabled a holistic evaluation of indoor and outdoor thermal conditions in comparison for the same variety of parameters. Additionally, the case yielding highest outdoor thermal comfort is evaluated for hourly indoor and outdoor thermal comfort via two separate simulation models. The results are integrated so the simultaneous thermal conditions in streets, courtyard and indoor rooms could be examined. The findings provide a detailed view of the variation of thermal comfort conditions among different neighboring spaces within the settlement. The outputs for all spaces are discussed with relation to each other and practical recommendations for the design of street and courtyard spaces with consideration of both indoor and outdoor thermal comfort are developed. It is evident that the thermal conditions of indoor and outdoor spaces are totally interrelated. This is also why an explicit study of only one type of space will ignore the conditions of the other (often the outdoor conditions are ignored). And the results of this research has shown that a change in one parameter is often counter acting on the thermal conditions of indoor and outdoor spaces. The conclusion of this research is centered upon such design recommendations based on the quantitative results obtained through the research. The results provide quantitative data for designers and design guidelines to be prepared for the hot dry climate region.
Sıcak kuru iklim bölgesindeki yerel yerleşmelerin termal konfor açısından değerlendirilmesine yönelik bir yaklaşım: Mardin örneği
Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019
Thesis (Ph.D.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2019
Keywords: Türkiye'de yerel mimari; Mardin; Konut; Tasarım ve yapım; Mimari ve iklim; Türkiye'de Evler; Mardin'de Evler; Vernacular architecture in Turkey; Mardin; Housing; Design and construction; Architecture and climate; Dwellings in Mardin