Yüksek bina tasarımına yön veren bir araç olarak rüzgar: Shanghai Kulesi örneği

Abstract

Dünya üzerindeki enerji sorununun önemi yaşanan ekonomik krizlerden sonra gündeme gelmiştir. Tüm alanlarda olduğu gibi mimaride de yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim başlamıştır. Doğada ham ve olgun halde bulunan rüzgar enerjisi kullanımı gelişen teknoloji ile birlikte, mimari yapılarda da kullanılmaya başlamıştır. Dünya kentlerinde artan yüksek yapı oranıyla birlikte, karbon salınımı ve hava kirliliği problemi ortaya çıkmıştır. Bu bağlamda özellikle yüksek yapıların sık ve sayıca fazla olarak inşa edildiği bölgelerde yenilenebilir rüzgar enerjisi kullanımı gereklilik haline gelmiştir. Popülaritesi yüksek ve dünya literatürlerine dahil olmuş yüksek yapıların, rüzgar enerjisi kullanım olasılıkları, tasarım süreci ve türbin teknolojisi detaylarıyla irdelenip, analizleri yapılmıştır. Analizler doğrultusunda gelişen çalışmaların yüksek yapıların tasarımını nasıl etkilediği ortaya konmuştur. Birinci bölümde tezin amaç ve kapsamı hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci bölümde rüzgar ve mimarlık ilişkisi incelenmiş, yapılarda rüzgar enerjisi kullanım olasılıkları alt başlıklarda incelenmiştir. Üçüncü bölümde yüksek yapı kavramı açıklanmış, geçmişten bu yana tarihsel süreç içerisindeki ilerleyişi sıralanmıştır. Yüksek yapı tasarımına etki eden rüzgar kavramı örnekler üzerinden incelenmiştir. Dünya literatürlerine dahil olmuş mevcut ve onaylı projeler rüzgar kapsamında değerlendirilmiştir. Dördüncü bölümde ölçekli maketlerle uygulanan rüzgâr testleri sayesinde rüzgar yüklerini %24 oranında azaltacak olan %55'lik bir daralma açısı ve eksenel olarak 120 derece döndürülmüş form ve strüktürü belirlemiştir. Rüzgâr yüklerindeki her %5'lik azalmanın inşaat maliyetlerinde yaklaşık 12milyon$ tasarruf edilmesinin sağlandığı düşünüldüğünde söz konusu teknolojileri kullanarak bina formu belirlemenin önemi bir kez açığa çıkarılmıştır. Beşinci bölümde yapıda bulunan 270 adet rüzgâr tribünü ile yerinde enerji üretimi çalışmaları incelenmiş, bu üretimin bina için gerekli tüm elektrik enerjisinin %10'u kadar olduğu referans alındığında, rüzgardan enerji üretiminin yapılardaki önemi açığa çıkarılmış, türbin entegreli yapılardaki performans parametreleri analiz edilmiştir. Sonuç olarak tüm bu veriler ışığında `rüzgarın` çevresel bir tasarım parametresi olarak yüksek yapı tasarımdaki önemi vurgulanmıştır.

After the economic crises that had a great impact on the energy problem on the earth, came to the agenda. As in all areas, architecture has also started to lead to renewable energy sources. Usage of wind energy, which is found raw and ripe in nature, has started to be used in architectural structures with the developing technology. The problem of carbon emission and air pollution has emerged with high settlement rate in cities all over the world. In this context, the usage of renewable wind energy has become a necessity, especially in the areas where tall buildings are often built in large numbers. Tall structures which are popular and included in literature were analyzed towards; wind energy usage probabilities, design process and turbine technology in detail. It was revealed how the studies developed in the direction of analyzes affected the design of tall structures. In the first section, aim and content of the thesis was given. In the second section, wind and architecture relation and the possibilities of using wind energy in structures were examined in subheadings. In the third section, the concept of tall structure was explained and its progress in time was sorted via examples. Current projects which were approved and included in world literature was evaluated within wind. In the fourth section, wind tests with scaled models have determined a 55% contraction angle, which reduces wind loads by 24%, and an axially rotated form and structure turn of 120 degrees. Once every five percent reduction in wind loads was thought to have saved about $ 12 million in construction costs, the prospect of building form determination using technologies was once revealed. In the fifth section, on-site energy production studies with 270 wind turbines in the building were examined. When this production was taken as 10% of the total electrical energy required for the building, the performance parameters of wind turbine integrated structures were analyzed. As a result, the importance of high building design as an environmental design parameter of `wind` in all these data lights has been emphasized.