An energy simulation study: Reducing cooling energy of residential buildings based on vernacular architecture and passive cooling techniques

Abstract

Son yıllarda sıcak kuru iklimli kentlerde yaşanan ekonomik değişimi ve hızlı nüfus artışı hızlı yapılaşmayı beraberinde gelişmiştir. Özellikle artan konut ihtiyacını karşılayabilmek amacıyla inşa edilen konutlar ne yazık ki içinde bulunduğu çevreye duyarsız bir şekilde tasarlanmakta ve inşa edilmektedir. Yerel iklim koşulları göz ardı edilerek tasarlanmış olan binalarda ısıl konfor koşullarını sağlayabilmek amacıyla mekanik iklimlendirme sistemlerinin kullanımında hızla artmış, bu durum enerji kaynaklarının tüketimi ile yaşanan sorunları ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada soğutma enerjisi yüklerinin fazlasıyla arttığı sıcak kuru iklim bölgelerinde geleneksel mimarlık prensiplerinden gelen teknikler ile günümüz pasif soğutma yöntemleri analiz edilmiş ve yeni gelişen konut binaları için düşük soğutma enerjisi tüketimi odaklı tasarım stratejileri kullanılarak yeni bir yöntem ortaya konulmuştur. Çalışma alanı olarak ise Erbil kenti seçilmiştir. Bu amaçla ilk önce Erbil'deki geleneksel mimarlık yaklaşımı mahalle ve bina ölçeklerinde incelenmiş, pasif soğutma teknikleri araştırılarak iklim bölgesi için uygun yöntemler belirlenmiş, amaca uygun stratejiler oluşturularak tasarlanan model üzerinde DesignBuilder simülasyon programı kullanılarak sınanmıştır. Karşılaştırmalı sonuçlar üzerinden oluşturulan yöntem çerçevesinde elde edilen pasif soğutma stratejileri ile Erbil'deki tipik bir konut projesi yeniden test edilmiş ve sonuçların geçerliliği tartışılmıştır. Sonuç olarak elde edilen verilere göre en yüksek soğutma yükünün gerçekleştiği Temmuz ayında toplam soğutma yükünü 6997 kW/h ile yaklaşık 4461 kW/h arasında önemli ölçüde azaldığı ve 67.38 % oranında düşürüldüğü saptanmıştır. Son olarak, bu tez, sıcak kurak iklim bölgelerinde düşük soğutma enerjisi konutlarının tasarlanmasının önünü açan araştırmanın temel bulgularını özetleyerek sona ermiştir.

In recent years, the economic change experienced in the hot arid climate cities and rapid population growth have developed along with rapid construction, especially the houses which are built to meet the increasing demand for housing. Designing these new residential buildings without respect to the environment, local climate conditions, with fully dependent on mechanical air-conditioning systems lead up to consume an extreme amount of energy. Accordingly, this doctoral thesis mainly aims to propose an application of passive cooling techniques toward enhancing indoor thermal comfort in a single-family house in Erbil city (northern Iraq), to reduce energy consumption. The study also seeks to understand the climatic responsive design solutions in vernacular architecture. To achieve these objectives, this study examines vernacular architecture in the historic core of Erbil, using a descriptive-explorative approach, in two different analysis scales ('neighborhood' level and house level). Energy simulation method based on a comparative thermal dynamic performance measured in a typical house modeled by using DesignBuilder program used to investigate the potential of reducing cooling load after applying the proposed passive cooling methods. In this context, different simulation scenarios of the proposed passive applications are each evaluated and analyzed separately, in addition to a combined simulation with all methods. The combined scenario of all proposed passive cooling techniques had the greatest impact, reducing the cooling load significantly from 6997 kW/h to about 4461 kW/h during the peak cooling load in July which is about 67.38% of total cooling load reduction. Lastly, this thesis end with summarizing the key findings of the research which significantly open the way for designing low cooling energy housing in hot arid climate regions.