Yeni Yapıların Çevre Binaların Enerji Tüketimine ve Konforuna Etkisi

Kentler modern yaşamın en önemli unsurlarını bir araya getiren bir bütündür. Dünya nüfusunun yaklaşık %55’i kentlerde yaşarken ülkelerin Gayri Safi Yurtiçi Hasılasının %70’inden fazlası kentlerden sağlanmaktadır. Bu sebeple kentlerin artan büyüklüğü ve önemi beraberinde birçok yaşam standardının değişmesine ve kentlinin konforuna etkimektedir. 2050 yılında Dünya’da yaşayan kentlinin tüm nüfusa olan oranının %68’i bulması beklenirken bu durum kentlerde oluşacak enerji tüketiminin ve kirliliğin artmasını beraberinde getirecektir.

Artan kentleşme mahalli ölçekte mikro-iklimin değişmesine, yapı bloklarının arasında ısı adalarının oluşmasına ve hâkim rüzgârın etkisiyle ısınan hava dalgasının tahliye olamamasına neden olmaktadır. Isı adaları ortamın sıcaklığına ve çevresindeki yüzey sıcaklıklarına etkisi yoluyla yapıların enerji tüketimlerine soğutma yüklerinin artması yoluyla etki ederken, bölge sakinleri için riskleri ise hava kirliliği, sıcak sonrası psikolojik bunalım ve solunum problemleri şeklinde gözlemlenebilmektedir.

Aynı iklim koşullarına sahip bölgelerde yapılan analizler sonucu temmuz ayı sıcaklık ortalamaları kırsal kesimlerde ve kentlerde farklılık göstermektedir. İstanbul’da kırsal bölgedeki ortalama sıcaklık 24,09 °C iken, mahalli şehirleşmenin olduğu kent alanlarında 24,33 °C, ticari ve mahalli şehirleşmenin olduğu kent alanlarında 24,39 °C sıcaklıklar gözlemlenmiştir. Bu farkın oluşmasına yapıların cam/duvar oranları, yüzeylerin ısıl kapasiteleri, araç ve insan sayısı etki etmektedir.

Yapı tasarım aşamasında enerji tüketimleri ve konfor parametreleri birçok sertifikasyon, yatırımcı ve kullanıcı istekleri ile birlikte ele alınabilirken, yeni yapıların kente ve kentliye enerji, konfor ve psikolojik etkileri konularında yapılan çalışmalar ikinci planda kalmaktadır. Halbuki yeni yapının enerji etkinliği ve konforu ne kadar önemliyse, var olan binalara ve çevresine etkisi de bir o kadar önemlidir. Yeni yapı tasarlanırken sürdürülebilirlik tanımı adı altında düşünülen bütün parametreler, çevresi düşünülmeden yanına yapılacak yeni bir yapı ile değişecektir. Kentlerdeki sürekli devinim ve gelişim, zaman zaman yapılan ani değişimler ile adını “Kentsel Dönüşüm”e bırakmıştır. Dönüşüm esnasında çevresine bırakacağı etki dikkate alınarak yapılacak yeni tasarımlar kentin iklimine, mikro-iklimine, kentlinin faturalarına ve konforuna önemli katkılar sağlayabilecektir.

Yapının enerji etkinliği ve konforu yeni binalarda ne kadar önemliyse, var olan binalara etkisi de bir o kadar önemlidir. Bu durum ise yeni yapıların şehir içindeki yerleşimine ve etkisine bütünleşik yaklaşımlarla bakılmasını gerektirir. Bu çalışmada tasarım aşamasındaki değerlendirme koşulları,

1. Yeni tasarımın enerji tüketimi ve konforu,
2. Yeni tasarımın çevre binaların enerji tüketimlerine ve konforuna etkisi,
3. Yeni tasarımın apartman dairesine olan etkisi

gibi çok amaçlı optimizasyonlar ile değerlendirilmiştir. 3 yeni yapının metrekaresini değiştirmeden kat yüksekliklerini rastgele değiştirecek olan seçilim algoritması Grasshopper arayüzünde oluşturulduktan sonra 168 farklı kombinasyonun parametrik analizler yapılmıştır.

Generatif tasarımın ve bu algoritmaların bize sağlayacağı en önemli fayda çok amaçlı optimizasyonları hızlı bir şekilde değerlendirme ve yeniden üretme yoluyla tasarımların enerji ve konfor performanslarını arttırmak olacaktır. Mimari mekanlar ve onların; büyüklükleri, kullanım çeşitleri, enerji kullanımları, gün ışı seviyeleri ve konfor parametreleri; kısıtlayıcı, değiştirici ve seçici fonksiyonları ile değerlendirerek optimum sonuca ulaşılması hedeflenir.

Bu çalışma için oluşturulan seçilim algoritması yapının kaç bloktan oluşacağını, minimum ve maksimum kat yüksekliğini belirleyebilirken, metrekareyi sabit tutma hedefiyle bu değişkenleri her seferinden yeniden tanımlar. Algoritma sadece blok sayısı ve kat yüksekliklerini değil blokların birbiri arasındaki mesafelerin de optimizasyonunu yapabilecek şekilde tasarlanmıştır. Makine öğrenmesi araçlarından biri olan genetik algoritmaları, seçilim algoritması ile çaprazladığımızda ise binlerce tasarım önerisinin performans kriterlerini değerlendirmek ve optimum sonuca ulaşmak mümkün olabilmektedir.

Kurulan enerji modelinin tüm algoritmalar ve veri anlamlandırma ve görselleştirme araçlarıyla entegrasyonu ile yeni yapıların kendisine ve çevresine olacak etkisi görünür kılınabilmektedir.

Yeni yapının ve çevre yapıların potansiyel enerji tüketimleri ve gün ışığı seviyelerinin hesaplanması için 28.000 analiz yapılması gerekecekken, genetik algoritmalarda kurgulanan sonuçların evrimleşmesi ve yakınması istatistiksel değerlendirmeler ile 2.300 analize düşürülebilmektedir. 1 ay sürmesi beklenen analizlerin 3 günde yapılması mümkün olabilmektedir.

Evrimsel tasarım araçları olarak nitelendirebileceğimiz konunun henüz başında da gözüksek, her alandaki optimizasyon çalışmaları, özellikle enerji gibi dünyanın en önemli gündemlerinden birisinden ön plana çıkması kaçınılmazdır. Bu analizler göstermiştir ki yeni yapının enerji tüketimi sadece kat yüksekliklerini değiştirirek ortalama değere endeksli olarak %3 azaltılabilmiştir. Dünyada tüketilen toplam enerjinin %40’ının binalardan kaynakladığını düşündüğümüzde %3’ün aslında ne kadar büyük bir etkisi olabileceğinin altını çizmek gerekir. SOTA Architecture + Urban Physics olarak evrimsel mimarlık ve yapı fiziği konularındaki uygulamalarımıza ve araştırmalarımıza devam etmekteyiz. Konu ile alakalı her türlü sorunuz ve yorumunuz bizim için çok değerlidir.