Üniversite Kampüs Binalarında Enerji Verimliliği ve Görsel Konforun Hedeflenmesi: Adaptif ve Adaptif Olmayan Gölgelendirme Sistemleri Optimizasyonu Üzerine Karşılaştırmalı Bir Çalışma

Abstract

Üniversite binaları, sosyal, idari ve eğitim amaçlı kullanıldıkları için yüksek enerji tüketimine sahiptir. Özellikle mimari stüdyolarda kullanıcıya hitap eden ve işlevsel çalışma alanları yaratma gereksinimi de bu talepleri artırmaktadır. Statik cepheler değişen çevresel koşullara ve bina sakinlerinin konfor ihtiyaç ve davranışlarına cevap vermede başarısız olduğundan çevre ve kullanıcı taleplerine göre adapte olabilen çözümlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmanın odak noktası, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü'ndeki mimarlık stüdyolarında görsel konforunu ve enerji verimliliğini artırmak için gölgeme cihazlarının iyileştirilmesidir. Cephe konfigürasyonları ve performans göstergeleri üzerinden adaptif ve adaptif olmayan gölgeleme cihazlarının performans etkilerini anlamak için 103 çalışmanın kapsamlı bir literatür analizi ile başlayan karma bir yöntem yaklaşımı kullanılmıştır. Çalışmada daha sonra Grasshopper, Honeybee ve Radiance araçları kullanılarak üniversite stüdyo alanının parametrik bir modeli oluşturulmuş ve aydınlatma enerjisi kullanımı, gün ışığından faydalanma ve kamaşma gibi 3 performans unsuru ele alınmıştır. Octopus, saatlik ve mevsimsel senaryolar için en iyi cephe konfigürasyonlarını belirlemek amacıyla optimizasyon yapmak için seçilen yapay zekâ aracıydı. Gün ışığı otonomisi, kamaşma ve aydınlatma enerjisi tüketiminin dengelenmesi söz konusu olduğunda, uyarlanabilir gölgeleme cihazlarının statik sistemlerden daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymuştur. Adapte olabilen çözümler tüm mevsimlerde aydınlatma enerjisi tüketimini azaltmış, gün ışığı otonomisini %20'ye kadar iyileştirmiş ve en yoğun saatlerde kamaşma olasılığını rahatsızlık sınırlarının altına %5 düşürmüştür; bu sistemler aydınlatma enerjisi tüketimini toplamda %15 oranında azaltmıştır. Sonuçlar, kullanıcı ve, performans odaklı adapte olabilen cephe sistemlerinin konforlu ve sürdürülebilir öğrenme alanları sağlamak için ne kadar iyi çalıştığını vurgulamaktadır.

University campus buildings require high energy demand because of extensive use in social, administrative, and educational purposes. The requirement to create aesthetically pleasing and functional workplaces, especially in architectural studios. Adaptability solutions are required because non-adaptive façade configurations frequently fail to respond to changing environmental conditions and occupant comfort needs and behaviors. This study focuses on improving shade devices to enhance campus buildings' visual comfort and energy efficiency in an architecture studio at the Izmir Institute of Technology Campus in Izmir, Türkiye. A mixed-method approach was used, starting with a thorough literature analysis of 103 studies, to comprehend the performance implications of adaptive and non-adaptive shading devices over various façade configurations and building performance metrics. The study used Grasshopper, Honeybee, and Radiance tools to create a parametric model of the university studios to increase the efficiency of lighting energy usage, daylight autonomy, and glare probability, which cover 3 main performance aspects. Octopus tool optimized the parametric model to identify the best façade configurations for various hourly and seasonal scenarios, considering multiple objectives. The findings proved that adaptive shading devices performed better than non-adaptive systems when balancing daylight availability, glare, and lighting energy consumption. Adaptive solutions decreased lighting energy consumption in all seasons, improved daylight autonomy by up to 20%, and reduced glare probability below discomfort limits during peak hours by 5%, while those systems decreased lighting energy consumption by 15% overall. The results highlight how well occupant-responsive and performance-driven adaptive façade systems work to provide comfortable and sustainable learning spaces.