Adapting passive design strategies for sustainable urban development: A BIM model for Dakar

Abstract

Çevrenin zarar görmesinden sorumlu olan sera gazlarının önemli bir miktarını ürettikleri için-2050 itibariyle dünya nüfusunun %70'ini ağırlayacak olan (UNPD, 2014)- şehirler,sürdürülebiliriliğin tetkikinde önemli bir rol oynarlar. 1992'de Birleşmiş Milletler (BM)tarafından düzenlenen `Rio Dünya Zirvesi`nden beri, toplumun yükselen bilinci yüzünden,kentsel sürdürülebilirlik sorunu, dünya çapında bir soruna dönüştü. Dünya üzerindeki birçokülke (bilhassa Avrupa'dakiler) – en düşük ekolojik ayak izini yaratmayı ve gelecek nesilleritehlikeye atmadan şimdiki neslin ihtiyaçlarını karşılamak için en az miktarda kirliliğiüretmeyi hedefleyen – eko-şehir ilkelerine göre inşaat yaparken, çok az teşebbüsle ve ütopikprojeyle Afrika kıtası; daha spesifik olarak, kentsel yoksulluğun başlıca sorun olduğu yerler,sorunun önemi düşünülünce, planın gerisinde kalıyor. Kentsel sürdürebilirlik gelişimi açısından bakıldığında, tez, Dakar'da (Senegal'in başkenti,Güney Afrika) zaten inşa edilmiş `Mixta: Résidence de la Paix` adındaki bir mahalleninanalitik soruşturması üzerinde yoğunlaşıyor.Tropikal iklim bölgesinde (tüm yıl sıcak ve nemli) kentsel sürdürülebirliğin sağlanması içinkullanılacak pasif tasarım stratejileri belirlendikten sonra, `Mixta`dan çok aileli bir konut,vaka çalışması olarak seçildi. Yapı Bilgi Modellemesi (YBM) yazılımı Revit, yerel havadurumu verisi, ana cephelerin kardinal yönleri, güneş ışığı yönü ve inşa malzemelerinintermal özellikleri göz önüne bulundurularak; konutu simüle etmek ve binanın sırasıyla enerjive aydınlatma performansını belirlemek adına enerji ve aydınlatma analizleri yürütmek içinkullanıldı.Enerji analizinin sonuçları, büyük ölçüde, duvarlardan kaynaklı ısı transferi ve ikincil olarak,pencerelerden güneş ısısı kazanımı sebebiyle, neredeyse tüm yıl boyunca, binada önemli birserinletme ihtiyacı olduğunu gösterdi. Sonra, aydınlatma analizinin sonuçları, pencerelerDoğu-Batı doğrultusunda uzandığından ve gölgelendirme aletlerinin eksikliğinden, içkısımların rahat bir görüş için gerekenden fazla ışık aldığını ve bunun da,ışık satürasyonuna,kamaşmaya sebep olduğunu gösterdi.Bu yüzden, bina içerisindeki ısı ve görüş rahatlığını kontrol etmek için, ilk olarak,duvarlardaki ısı geçirimi, cüruf briketleri (zarf inşası için kullanılan yüksek ısı geçirgenliği maddesi), düşük ısı geçirimi sağlayan yüzey-saman alaşım bloklarla değiştirilerek azaltıldı.Camlardan güneş ısısı kazanımını ve bina içindeki aydınlatma miktarını düşürmektenoluşanbir sonraki adım birkaç tasarım girişimi gerektirdi: Senegal'in kolonyal mimarisinden esinlenilerek, terasların derinliğinin artırılması, Doğrudan güneş ışığına maruz kalan Doğu-Batı doğrultusunda yerkeştirilimiş pencereler için uygun gölgelendirme aleti olarak, dış tarafta düşey panjurlarınkullanılması, Son olarak, aynı anda hem görmeye ait geçirgenliği hem de güneş ışığı kazanımıdüşüren renkli, çift camlı pencerelerin kullanılması. Eski binanın ve alternatifinin karşılaştırılması, enerji kullanımı ve maliyet verimliliğiyönünden kayda değer bir değişim olduğunu gösterdi.Daha sürdürülebilir bir tasarım için, modern teknolojilerinin kullanımının yanı sıra,Senegal'in geleneksel ve kolonyal mimarisinin çevreci yanı çağdaş mimariye uyarlandı. Sürdürülebilirlik yönünden daha iyi performans gösteren, konut içerisinde ısı ve görüşrahatlılığını sağlayan alternatifi geliştirmek için kullanılan yöntem, kentsel sürdürülebilirliğeulaşmal için bir yönerge olarak kullanılabilir.

Cities – which are to host 70% of the world's population by 2050 (UNPD, 2014) – play a keyrole in the quest of sustainability due to the fact that they produce an important amount ofGreen House Gases (GHGs) responsible for the degradation of the environment. The issueof urban sustainability has become a worldwide concern due to the growing awareness of thesociety since the `Rio Earth's Summit` organized by United Nation (UN) in 1992.While many countries around the world (mostly in Europe) have started building accordingto the principles of Eco-city – which aims to create the smallest ecological footprint and produce the lowest quantity of pollution possible in order to meet the needs of this generationwithout endangering future generations – the African continent, with few attempts and utopicprojects is however behind schedule considering the significance of the issue; morespecifically, in countries where urban poverty is of major concern.Under the perspective of urban sustainable development, this thesis focuses on the analyticalinvestigation of an already built neighborhood called `Mixta: Résidence de la Paix` in Dakar(capital of Senegal, West Africa). After specifying the passive design strategies to be used in order to achieve urbansustainability in a tropical climate zone (hot and humid the entire year), a multifamilybuilding from `Mixta` was selected as a case study. Building Information Modeling (BIM)software Revit was used to simulate the building and conduct energy and lighting analyzesto determine respectively the energy and lighting performances of the building taking intoconsideration the local weather data, cardinal directions of the main facades, the sun path andthermal properties of the construction materials.The results of the energy analysis have shown an important cooling demand in the buildingalmost the entire year mostly caused by heat transfer through walls followed by solar heatgain through windows. Then, the results of the lighting analysis revealed that due to the factthat windows were East and West oriented and the lack of shading device, the inner spacesreceive a lot more illuminance than required for visual comfort causing a saturation of light;a glare. Hence, in order to control the thermal and visual comfort within the building, first, heatconduction through walls was reduced by replacing the cinderblocks (material of highthermal conductivity used for the building envelope) by earth-straw composite blocks givenits low thermal conductivity and availability. Then the next step consisting of reducing solarheat gain through windows and simultaneously reduce the amount of illuminance within thebuilding required few design approaches: the increase in depth of the terraces taking reference from Senegalese colonialarchitecture, the use of exterior vertical louvers as the proper shading devices for East and Westoriented windows hit by direct sunlight and finally, the use of tinted double glazed windows reducing visual transmittance andsolar gain simultaneously. The comparison of the initial building and the alternative showed a considerable change interms of energy use and cost effectiveness. The environmental friendly aspects of Senegalese traditional and colonial architecture as wellas the use of modern technologies have been adapted to contemporary architecture for a moresustainable design.The methodology used to develop a better performing alternative – in terms of sustainability– that leads to the thermal and visual comfort within the building can be used as a guidelineto achieve urban sustainability.