Mevcut yapıların güneş kontrol elemanları ile enerji performansının iyileştirilmesi: GTÜ Mimarlık Fakültesi binası

Abstract

Hızlı nüfus artışı ve kentleşmeyle birlikte artan inşaat üretimi enerji ve malzeme tüketiminde öncü rol oynamaktadır. Kaynak tüketiminin en aza indirilmesi ve sürdürülebilir çevre dostu yapılar inşa etmek sağlıklı ve ekolojik yapılaşma için önemli hale gelmektedir. Bu nedenle inşaat sektöründe yapıların minimum enerji kullanımını esas alan sürdürülebilir özelliklerde enerji-etkin yapı tasarımı ön plana çıkmaktadır. Enerji-etkin yapı üretiminde bir takım tasarım parametreleri dikkate alınmaktadır. Yapıların enerji etkinliğini etkileyen pasif tasarım etmenlerinin yanı sıra cephelerde kullanılan güneş kontrol elemanları sayesinde, yapıların ısıtma ve soğutma yükleri üzerinde enerji tüketimini ve maliyetleri azaltan uygulamalar yapılabilmektedir. Güneş kontrolü, yapı kabuğundan alınan güneş enerjisinin kontrollü bir şekilde iç mekâna alınmasına yardımcı olarak yapıların soğutma enerji yüklerinin azaltılmasında ve iç mekân ısıl konforunun sağlanmasında kullanılan bir yöntemdir. Güneş kontrol elemanları, yapı cephelerindeki saydam yüzeylere, direkt etki eden güneş enerjisinin iç mekâna erişiminin kısıtlanması ile mekân içerisinde aşırı ısınmayı engelleyerek soğutma için harcanan enerjinin azaltılmasında en etkili yöntemlerden biri sayılmaktadır. Bu sayede yapı içerisinde görsel ve ısı konforunun sağlanmasının yanı sıra yapıların enerji tüketimini azaltarak atık üretiminin ve harcanan maliyetlerin düşürülmesi sağlanabilmektedir. Bu tez çalışması, ılımlı-nemli iklim kuşağında yer alan Gebze Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi N Blok yapısında, batı, doğu ve güney yönlerine bakan ofis odalarında sabit güneş kontrol elemanlarının yıllık ısıtma, soğutma ve toplam enerji tüketimine etkisini çok kriterli bir değerlendirme ile incelemektedir. Literatüre dayalı parametrelerle oluşturulan 144 senaryo, sıklık analizine göre belirlenen değişkenlerle DesignBuilder enerji simülasyon programında modellenmiş; yalnızca %40'ın üzerinde gün ışığı etkinliği sağlayan senaryolar analiz kapsamına alınmış ve Bunlar arasında en verimli konfigürasyonlar (SBd21, SDd21, SGy23) soğutma enerjisinde %18,21 azalma, ısıtma enerjisinde %28,22 artış ve yıllık toplam enerji tasarrufunda %4,91 artış sağladı.Çalışma, DesignBuilder destekli çok değişkenli senaryo analizleriyle cephe yönelimine özgü optimum sabit güneş kontrol stratejilerinin geliştirilmesine katkı sunmaktadır.With rapid population growth and urbanization, the increasing volume of construction has become a leading factor in energy and material consumption. Minimizing resource use and constructing environmentally friendly, sustainable buildings have become essential for achieving healthy and ecological urban development. Therefore, energy-efficient building design, which prioritizes minimal energy use, has come to the forefront in the construction sector. A number of design parameters are considered in the production of energy-efficient buildings. In addition to passive design factors that influence a building's energy efficiency, the use of solar control elements on building façades enables reductions in both energy consumption and costs associated with heating and cooling loads. Solar control is a strategy used to reduce cooling loads and improve indoor thermal comfort by managing the amount of solar energy entering the interior through the building envelope. Solar control devices, by limiting the penetration of direct solar radiation through transparent façade surfaces, are among the most effective methods to prevent overheating and reduce the energy spent on cooling. In this way, they contribute to visual and thermal comfort indoors while also reducing the building's overall energy consumption, waste generation, and associated costs. This thesis investigates the impact of fixed solar control elements on annual heating, cooling, and total energy consumption through a multi-criteria evaluation in the office rooms of the N Block building at the Faculty of Architecture, Gebze Technical University, located in a temperate-humid climate zone and facing west, east, and south directions. A total of 144 scenarios were generated based on literature-defined parameters and modeled using the DesignBuilder energy simulation program, with variables selected through frequency analysis; only those scenarios achieving over 40% daylight efficiency were included in the analysis. Among these, the most efficient configurations (SBd21, SDd21, SGy23) resulted in an 18.21% reduction in cooling energy, a 28.22% increase in heating energy, and an overall annual energy saving of 4.91%. The study contributes to the development of façade-oriented optimum fixed solar control strategies through DesignBuilder-supported, multi-variable scenario analyses.