Performans tabanlı parametrik ve adaptif bina kabuğu tasarım önerisi

Abstract

Mimarlık alanında son zamanlarda performans tabanlı tasarıma yönelik çalışmalar teknik alanı da kapsamak üzere mimarların sürece etkin olarak katılımını mümkün hale getirmiştir. Yeni nesil dijital teknikleri mimarlara farklı formlara sahip geometrileri algılama ve kontrol etme imkanı sunmaktadır. En yüksek enerji tüketimi olan sektörlerin başında yapı sektörü gelmektedir. Binalardaki enerji korunumu, ısı ve enerji akışının yoğunlukta gerçekleştiği bina kabuğuna eğilim, gelişen teknoloji ile birlikte araştırmaların ilgi alanı olmuştur. Dış ortam ile iç ortamı birbirinden ayıran eleman olan bina kabuğuna, ısı geçişini kontrol etme, filtreleme ve yönlendirme gibi yeni işlevler kazandırılmış ve dinamik bileşenlere sahip olan kabuklar geliştirilmeye başlanmıştır. Yapı fiziği alanında son yıllarda hızla devam eden bilimsel ve teknolojik çalışmalar, aktif ve pasif tasarım stratejileri ile birlikte düşük enerjili binaların tasarımına odaklanmıştır. Pasif stratejileri benimseyen yaklaşım, yenilenemeyen enerji kaynaklarının tüketimini azaltacak biçimde tasarım kararları, morfoloji, malzeme secimi gibi kriterler ile kontrol edilmesini amaçlamaktadır. Geleneksel yapı kabuklarının çoğu barınma, dış etkilerden korunma ve optimum konfor koşullarını sağlamaya yönelik tasarlanmıştır. Yapı kabuğunun bu işlevi, genellikle iç ve dış ortam arasında ısı, nem, hava geçişi gibi fiziksel olayların kontrol edilmesi üzerinden kurgulanmıştır. Geleneksel yapı kabukları genelde statiktir ve çevresel değişikliklere cevap verecek şekilde fiziksel özelliklerini değiştirme yeteneğine sahip değildir. Yapı kabuğunun saydam kısmı gün ışığının iç mekana dahil olmasında, gün ışığının kullanımında, binaların enerji tüketiminin azaltılmasında ve daha yüksek düzeyde iç mekan çevre kalitesi elde etmede önemli bir yere sahiptir. Dolayısıyla, bina kabuğu bir binanın enerji performansında en önemli etkenlerden biri olarak kabul edilmektedir. Enerji tüketimi ve konfor parametreleri bakımından bina kabuğu tasarımı önemli bir yere sahiptir. Bu çalışma bağlamında, adaptif cephe tasarımlarının farklı çevresel koşullara yanıt verme konusunda esnekliği nedeniyle yapının enerji performansını yükseltme ve enerji tasarrufu konularında çok daha etkin oldukları savunulmaktadır. Bu çalışmanın devamında, değişen dış koşullara bağlı olarak kontrol etme olanağı veren ve kullanıcılar için konforlu iç ortam koşullarını enerji verimliliği sağlayarak mümkün hale getiren adaptif bina kabuklarının potansiyeli araştırılmaktadır. Bilgi teknolojisindeki gelişmeler, sayısal ortama geleneksel yöntemlerle mümkün olmayan tasarım alternatiflerinin oluşturulmasına olanak sağlamakta ve tasarım sürecinin buna göre şekillenmesini sağlamaktadır. Bilgisayar bilimlerinin temelini oluşturan algoritmik düşünce, bir problemin çözümüne dayanan ve tasarımın daha kolay ortaya konmasına olanak sağlamaktadır. Algoritmanın temelini oluşturduğu parametreler ise bir durum için tanımlanan ve değiştirilebilen niceliklerdir. Tasarım sürecinde değiştirilebilen parametreler tasarımcıya birçok alternatif sunarak ortaya çıkan tasarımlarda algoritmanın kontrol edilebildiği özgün kabui tasarımlarına olacak vermektedir. Mimarlığın yeni metodu olarak sayılan parametrik tasarım algoritmalara bağlı performans tabanlı tasarım alanında da aktif olarak kullanılmaktadır. Bu anlamda bina performansını iyileştiren ve optimize eden tasarım araçları tasarım sürecinde etkindir. Bu anlamda bu tez çalışması performans tabanlı uyarlanabilir bina kabuğu tasarımını desteklemek adına adaptif bina kabuğu model önerisi ve simülasyon teknikleri ile parametrik tasarlama metod önerisi sunmaktadır. Ofis mekanlarında yeterli gün ışığı seviyesinin sağlanması son yıllarda önemli araştırma konularından biri olarak ele alınmaktadır. Yeterli gün ışığı, enerji verimliliği ve iyileştirilmiş kullanıcı konforuna yönelik olarak yapı kabuğunda farklı yaklaşım ve stratejiler önem kazanmaktadır. Yapı kabuğu iç ve dış ortamı birbirinden ayırmakta olan bir ara yüzdür ve mekandaki günışığı seviyelerini ve bina kullanıcılarının konforunu optimize etme amacıyla konfor ve performansa yönelik parametreleri etkileyen ve bu özellikleri ile adaptif niteliklerin en kapsamlı araştırıldığı bir çalışma alanı haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında parametrik tasarım metodu ile güneş hareketini tamamen takip edebilen, doğrudan güneş ışığından koruyan ve görsel konfor için homojen dağıtılmış günışığı sağlayan yenilikçi bir adaptif-esnek bina kabuk sistemini araştırmaktadır. Bu araştırmalar ele alınarak adaptif cephe tasarımı aydınlatma analizleri ile bina performansını inceleyerek devam edecektir. Tüm sistem, bir ofis hacminin simülasyon yöntemiyle daha üniform ve eşit günışığı dağılımı elde etmeyi amaçlayan parametrik tasarım kullanılarak bağlanır ve kontrol edilir. Simülasyondan elde edilen sonuçlar günışığı seviyeleri ve görsel konfor bağlamında karşılaştırılmış ve analiz edilmiştir. Önerilen adaptif cephe kabuk tasarımı, doğal günışığı miktarını en üst düzeye çıkarmak için parametrik kontrolleri kullanan yenilikçi ve algoritmik yöntemleri temsil etmektedir. Tezin ilk bölümünde, adaptif bina kabuğu tanımı ve tasarım parametreleri ile günışığının mimari tasarımda performans metrikleri anlatılmıştır. İkinci bölümde, hesaplamalı tasarım kapsamında performans tabanlı tasarım yöntemleri ve bu alanda parametrik tasarlama metodunun etkileri tartışılmıştır. Son bölümde ise varsayımsal bir ofis bina cephesi için günışığı performansına dayalı bir adaptif cephe tasarım model denemesi gerçekleştirilmiştir.