ANKARA İKLİMİNDE BİYOKÜTLE ÜRETEN BİR CEPHE ELEMANININ ENERJİ, AYDINLATMA VE ISIL KONFOR ÜZERİNE ETKİSİNİN PARAMETRİK ANALİZİ

Yıl 2022, Cilt: 3 Sayı: 1, 20 - 33, 02.04.2022

Gülden Köktürk , Yonca Yaman , Ayça Tokuç

Öz

Birleşmiş Milletler, sürdürülebilir kalkınma amaçları ile gezegenimizi korumak ve tüm insanların refah içerisinde yaşayabilmeleri için bir eylem çağrısında bulunmuş ve 11. ve 13. hedef maddelerinde sürdürülebilir şehirler ve küresel ısınmanın azaltılması konularına vurgu yapmıştır. Bu kapsamda binalarda küresel ısınmaya karşı karbondioksit salımını azaltma amacıyla yenilikçi cephe uygulamalarına verilen önem artmaktadır. Bu çalışmada, iç ve dış mekan arasındaki enerji ve ışık geçirimini düzenlerken aynı anda yenilenebilir biyokütle (mikroalg) üretiminin gerçekleştirilebileceği bir cephe elemanı önerilmektedir. Bu eleman, çift cam içinde biyokütle üretilen sıvı ortam ve üstündeki hava katmanından oluşmaktadır. Önerilen bu cephe elemanı Ankara ikliminde kuzey ve güney yöneliminde yer alan bir ofise uygulanmıştır. Bu elemanın aydınlatma, enerji tüketimi ve ısıl konfora etkisi sırasıyla elverişli günışığı aydınlatması (EGA), enerji kullanım yoğunluğu (EKY) ve ısıl konfor ihlali (IKİ) göstergeleri doğrultusunda simülasyon yöntemiyle parametrik olarak incelenmiştir. Parametreler pencere duvar oranı ve üretilen biyokütleye bağlı olarak ışık geçirgenliğidir. Simülasyon, Grasshopper’da modellenerek Ladybug, Honeybee ve Colibri eklentileri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları bir uygunluk fonksiyonuna göre sıralanarak yorumlanmıştır. Buna göre, aynı pencere duvar oranında biyokütle arttıkça EGA’nın azaldığı ve EKY’nin arttığı görülmüştür. EGA’nın en yüksek ve IKİ’nin ve EKY’nin en düşük olduğu durumlarda ise en iyi seçenekler %20 biyokütle konsantrasyonunda %25 ve %30 pencere duvar oranlarındadır. Sonuç olarak bu cephe elemanının Ankara ikliminde kullanılabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Mikroalg, Parametrik tasarım, Grasshopper, Küresel ısınma, Birleşmiş Milletler sürdürülebilir kalkınma amaçları

Destekleyen Kurum

Türkiye Bilimsel ve Teknoloji Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)

Proje Numarası

218M580

Teşekkür

Bu çalışma TÜBİTAK 218M580 numaralı araştırma projesi kapsamında desteklenmiştir. Yazarlar değerli görüşleri ve katkılarından dolayı proje ekibinde yer alan Doç. Dr. Mehmet Akif Ezan’a, Doç. Dr. İrem Can Deniz’e, Nilay Altunacar’a ve makalenin kalitesinin yükseltilmesinde değerli yorumlarını paylaşan anonim hakemlere teşekkür eder.

Kaynakça

• Acar, U., Kaska, O. ve Tokgoz N. (2020). Multi-objective optimization of building envelope components at the preliminary design stage for residential buildings in Turkey. Journal of Building Engineering, 42, 102499.
• Aksin, F. N. ve Arslan Selçuk S. (2021). Use of simulation techniques and optimization tools for daylight, energy and thermal performance: a case on office module(s) in different climates, 39th eCAADe Conference, Novi-Sad, Sırbistan, 8-10 Eylül 2021.
• Antonini, E., Boeri, A., ve Giglio, F. (2021). Classification criteria and markers for biomimetic building envelope within circular economy principles: a critical review. Architectural Engineering and Design Management, 1-23.
• Bayata, Ö. ve Temiz, İ. (2017). Developing a Model and Software for Energy Efficiency Optimization in the Building Design Process: A Case Study in Turkey. Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, 25, 4172-4186.
• Bobylev, S. N. ve Solovyeva, S. V. (2017). Sustainable development goals for the future of Russia. Studies on Russian Economic Development, 28(3), 259–265.
• Bleischwitz, R., Spataru, C., VanDeveer, S.D., Obersteiner, M., van der Voet, E., Johnson, Andrews-Speed, P., Boersma, Hoff, H. ve Vuuren, D. P. (2018). Resource Nexus Perspectives towards the United Nations Sustainable Development Goals. Nature Sustainability, 1(12), 737–743.
• BuildUp. )2015). The BIQ House: First Algae-Powered Building in The World. Web adresinden 21 Eylül 2020 tarihinde erişildi: http://www.buildup.eu/en/practices/cases/biq-house-first-algae-powered-buildingworld. Fang, Y. ve Cho, S. (2019). Design optimization of building geometry and fenestration for daylighting and energy performance. Solar Energy, 191, 7–18.
• Fanger, P. O. (1970). Thermal Comfort: Analysis and Applications in Environmental Engineering. Danish Technical Press, Copenhagen, Denmark.
• ISO 7730. (2005). Ergonomics of the thermal environment-Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. International Organization for Standardization.
• Kale, İ. ve Tokuç, A. (2021). Uyarlanabilir matersxyallerin sürdürülebilirlik potansiyelleri: yapı kabuğu uygulamaları. M. Dal (Der.), Mimarlık bilimlerinde araştırma ve uygulamalar-I içinde (ss. 81-102). Livre de Lyon.
• Konis, K., Gamas, A. ve Kensek, K. (2016). Passive performance and building form: An optimization framework for early-stage design support. Solar Energy, 125, 161–179.
• Nabil, A. ve Mardaljevic J. (2005). Useful daylight illuminances: A replacement for daylight factors. Energy and Buildings, 38, 905–913.
• Negev, E., Yezioro, A., Polikovsky, M., Kribus, A., Cory, J., Shashua-Bar, L., ve Golberg, A. (2019). Algae window for reducing energy consumption of building structures in the Mediterranean city of Tel-Aviv, Israel, Energy and Buildings, 204, 109460.
• Özkaban, F. A., Altun, T. D. A., Tokuç, A., Çakır, Ö. A., Köktürk, G. ve Şendemir, A. (2020). Mimarlığın Doğa ile İlişkisinde Yeni Bir Boyut: Biyotasarım. Yapı Dergisi, 48-53.
• Pons-Valladares, O. ve Nikolic, J. (2020). Sustainable Design, Construction, Refurbishment and Restoration of Architecture: A Review. Sustainability, 12(22), 9741.
• Qui F (2013) Algae architecture, (Yüksek lisans Tezi), Delft University Web adresinden 23.12.2021 tarihinde erişildi: http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid:b0b6e05d-49d8-4cc0-9e28-f510b0a8b215/.
• Sankaewthong, S., Horanont, T., Miyata, K. ve Karnjana, J. (2021). Designing a Facade by Biomimicry Science to Effectively Control Natural Light in Buildings (Glare analysis). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1148(1).
• Symbio2 Biofacades (2015). Symbio2 Biofacades [Fotoğraf]. Facebook Web sitesinden 10 Aralık 2021 tarihinde erişildi: https://www. facebook.com/symbio2.biofaca des/.
• Syn.de.Bio (2014). BIQ – The Algae House by SPLITTERWERK. [Fotoğraf] Syn.de.Bio Web sitesinden 20 Kasım 2021 tarihinde erişildi. http://syndebio.com/biq-algae-house-splitterwerk/.
• Talaei, M., Mahdavinejad, M., Azari, R., Prieto A., ve Sangin, H. (2021). Multi-objective optimization of building-integrated microalgae photobioreactors for energy and daylighting performance. Journal of Building Engineering, 102832.
• Tokuç, A., Köktürk, G. ve Savaşır, K. (2019). Alglerle Yeşeren Cepheler. Mimarlık 408, 59-63.
• Umdu, E. S., Kahraman, İ., Yildirim, N. ve Bilir, L. (2018). Optimization of microalgae panel bioreactor thermal transmission property for building façade applications. Energy and Buildings, 175, 113–120.
• Zhang, T., Baasch, G., Ardakanian, O. ve Evins, R. (2021). On the Joint Control of Multiple Building Systems with Reinforcement Learning. Proceedings of the Twelfth ACM International Conference on Future Energy Systems, Italy, 28 Haziran–2 Temmuz 2021.