Sürdürülebilir cephe tasarımı eğitiminin iyileştirilmesi için uygulama projesi dersi kapsamında model önerisi, İTÜ örneği

Abstract

Mimarlık, dünyanın en eski mesleklerinden biridir. İnsan için kaçınılmaz olan hayatta kalma gerekliliğini karşılayan barınakları oluşturmak her zaman mümkündür. Konu, örneğin igloo gibi basit bir barınak olduğunda, kullanıcı aynı zamanda kendisi için bir tasarımcı mimar ve yüklenici gibi davranır. Tarih öncesine ait bulunan ilk barınak örnekleri ve hatta kurulan yer altı kentleri kullanıcının şartlar karşısında nasıl bir tasarımcı hatta bölge plancısı gibi davrandığının kanıtlarıdır. İnsan, doğa olayları, vahşi saldırılar gibi bir takım zorluklara karşı barınağını geliştirebilir ve hayatta kalmak için ihtiyaçlarını karşılayabilir. Daha sonraları işlevler de bu sürece dahil olarak yapı işlevleri salt bir barınak olmaktan çıkarak, askeri, dini, ticari, kalıcı ve geçici olmaya başlar. Ancak yaşam biçimlerinin giderek değişmesi ve gelişen teknolojilerle birlikte, barınaklardan beklenen özellikler oldukça artmıştır. Bu artışın mimarlık mesleğine olan ihtiyacı doğurduğu söylenebilir. Çünkü yapılar tasarım süreci geçirmeden, süreç planlanması yapılmadan inşa edilemez hale gelmeye başlamıştır. Mühendislik ve tasarım ara kesitinde ortaya çıkan mimarlık mesleği sürekli bir değişim içerisinde ve zamana ayak uydurmaya mecbur kalan bir meslek pratiği olarak, günümüzde gelinen noktada çok karmaşık bir hal almıştır. Bu durum son yıllarda mimarlık mesleğinin kendi alt disiplerini doğurmasına sebep olmuştur. Bu haliyle de mimarlık mesleğinin öğrenildiği yer olan mimarlık fakültelerindeki ders programları da değişikliklere, gelişmelere ayak uydurmaya; böylece mimar adayının okuldan mezun olduktan sonraki meslek yaşantısı için bir altlık oluşturmaya mecbur kalmıştır. Mimarlık pratiği mimari tasarım süreciyle başlar. Tasarım, içerisinde birçok değişkeni ve bileşeni barındıran bir olgudur. Bir yandan malzeme, yapı, boyut gibi somut bileşenleri ele alırken, diğer yandan zaman, psikoloji, işlev gibi soyut bileşenleri bünyesinde barındırır. Mimari tasarım sürecinin kavramsal tasarım aşamasından başlayarak uygulama aşamasının sonuna kadar ve hatta kullanım ve yok etme aşamalarında da mimar, birçok bilinmeyeni ortaya çıkarmak ve bunları en uygun çözümlerle bütünlemek durumundadır. Tasarım aşamasındaki kavramsal fikirlerin vücuda bürünmesi ve bir sistem haline gelerek kullanıcıya hizmet etmesi yapının evreleridir. Yapı, tıpkı insan vücudu gibi kendisini meydana getiren ve kendini idame ettirmesine katkı sağlayan bir takım alt sistemlerden meydana gelmektedir. Bu sistemlerin içerisinde de sayısız bileşen, detay ve malzeme ilişkileri barındırmaktadır. Yapı elemanları sistemi yapıyı oluşturan dört ana alt sistemden biri olarak kabul edilir. Yapı elemanı tasarımıi hem yapının ilişkili olduğu çevresel etmenlere uyumluluk sağlamalı hem de kullanıcı gereksinimlerini karşılayabilmelidir. Kullanıcı konforunu ve çevresel etmenleri azami seviyede bütünleyerek oluşturulan yapı elemanlarından beklenen statik, ısıl, akustik, sürdürülebilirlik gibi bir takım performanslar vardır. Çalışmanın konusu olan cephe tasarımı mimarlığın görsel, teknik ve teknolojik parametlerini içerisinde barındırır ve yapı kabuğu sisteminin bir alt bileşenidir. Bu haliyle de binaların konforlu olup olmamasını belirleyen ana elemanlardan biridir. Örneğin, ısıl konfor; cephenin çevresel etmenler göze alınarak tasarlanması ve servis sistemleri ile entegre edilmesi ile sağlanır. Dünya'da doğal kaynakların azalması ve enerji üretimine bağlı karbon salınımı yapı sektörünü en çok ilgilendiren konulardan biri haline gelmiştir. Yapılan araştırmalarda açığa çıkan sonuçlar bazı felaket senaryolarını beraberinde getirmiş ve mimarların, mühendislerin doğaya karşı sorumluluklarının artmasına sebep olmuştur. Hammadde kaynaklarının tükenebilir olması ve dünya rezervlerinin karşılayabileceği değerler, dünya çapında çevresel sürdürülebilirlikle ilgili çalışmaların artmasını ve ülkeler arası düzeyde önlemler alınmasını gerekli kılmıştır. Yapı sektörünün önemli bir disiplini olarak mimarlığın da sürdürülebilirlikle bağı kurulmuştur. Yapıdan ve yapının alt bileşenlerinden beklenen performanslara sürdürülebilirlik ile ilgili performans eklenmiştir. Mimarlar ve mühendisler binaları hem yenilenebilir enerji ve hammadde kaynaklarını kullanarak tasarlamak hem de kullanılan enerjiyi daha aza indirmek için sürekli çalışmalarını geliştirmektediler. Bu durum Dünya'da birçok ülkede standart ve yönetmeliklerle kontrol altına alınmaya çalışılırken bir yandan da sürdürülebilir yapı tasarımı ile ilgili bir çok sertifika programı geliştirilmektedir.Mimarlık mesleğinin öğrenildiği mimarlık fakültelerinde sürdürülebilir yapı tasarımı, malzeme seçimi ve enerji verimliliği ile ilgili konular 2000'li yılların başından itibaren yer almaya başlamıştır. Lisans ve yüksek lisans düzeyinde ders ve program bazında sayıları artmaktadır. İTÜ mimarlık eğitiminde lisans düzeyinde öğrencilerin bu konularla ilgili teorik ve pratik bilgilerinin birbirleriyle örtüşmesinde bazı eksikliklerin olduğu söylenebilir. Bölüm prgramındaki ders katalogları incelendiğinde elde edilen içerik ile pratikte gelişen sürdürülebilir tasarım yapma becerisinin bütünleştirilmesi gerektiği düşünülerek bu çalışma yapılmıştır. Çalışmanın amacı, hem mimarlık eğitiminde sürdürülebilirliğin ve düşük karbonlu tasarımın güncel durumunun tespit edilmesi, hem de iyileştirilmesi için bir yöntem önerilmesidir.Çalışma, İTÜ mimarlık eğitiminde teknik ve teknolojik konuların bütünlemesinin yapı tasarımı genelinde ele alındığı görülen Uygulama Projesi stüdyosunda gerçekleştirilmiştir. Üç yarıyılda öğrencilerin sürdürülebilir cephe tasarımı ve malzeme seçimi bilgi ve becerileri araştırılarak, geliştirilmesi için bir yöntem uygulanmıştır. Konrol grubu çalışmaya karşılaştırma grubu olarak dahil edilmiştir. İlk yarıyılda yapılan çalışma pilot çalışma, ikinci yarıyılda yapılan çalışma ise ileri çalışma olarak isimlendirilmiştir. İki yarıyılda da öğrencilerle yapı, çevre, sürdürülebilirlik konularıyla ilgili beyin fırtınası çalışması yapılmış, daha sonra öğrencilere konuyla ilgili seminerler düzenlenmiştir. Pilot çalışma grubunda öğrencilerden tasarladıkları cephelerin ısıl performanslarını gözden geçirmeleri ve cephe sistem kesitlerinde U-değeri hesaplamaları yapmaları istenmiştir. Öğrenciler cephe detaylarını revize edip etmemeleri konusunda özgür bırakılmışlardır. İleri çalışma grubunda ise öğrencilerden; hem U-değeri hesaplamalarını yapmalarını ve uygun değerlere göre revize etmeleri, hem de kendilerine sunulan sürdürülebilir malzeme seçim föyüne göre orta ve üzeri puan kategorisine ulaşmaları istenmiştir. Dönem sonunda uygulama projesi dersi teslimi kapsamında tasarladıkları yapıların cephelerinin sürdürülebilirliğine ilişkin bir rapor hazırlamaları istenmiştir. Sürdürülebilir cephe tasarımının analizinde iki ana yaklaşım benimsenmiştir. Bunlardan ilki, binaların daha az gömülü karbon değerine sahip olan malzemelerle inşa edilmesinin sürdürülebilirlik niteliği yüksek bir yapı olmasına katkı sağlayacağı ve bu haliyle de sürdürülebilir yapı kriterlerine daha uygun olacağı kabulü şeklindedir. İkinci yaklaşım ise binaların kullanım aşamasında ne kadar az enerji harcarlarsa, doğaya salınan karbon miktarı daha az olacağı ve bu haliyle de sürdürülebilir niteliklerinin daha fazla olacağı kabulü şeklindedir. Elde edilen verilerden, kontrol grubu olarak seçilen grupla birlikte toplamda 15 öğrencinin tasarladığı cephelere ilişkin; gömülü ve operasyonel karbondioksit değerleri, ilgili standartta verilen denklemlere dayanarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, üç çalışma grubundan çıkan sonuçlara bakılarak mimarlık eğitiminde sürdürülebilir cephe tasarımı anlayışının ve pratiğinin geliştirilmesine yönelik olumlu sonuçlar alındığı görülmüştür. Bu bağlamda, gelecekte yapı sektörünün birçok noktasında mimar olarak görev alacak mimar adaylarının sürdürülebilir mimari farkındalığı ve bilgisi artırılmış olacaktır. Mimarlık eğitimindeki bu ve benzeri çevre dostu eğitim modellerinin gelişmesiyle dünya kaynaklarının korunması ve çevreye verilen zararların azaltılmasına katkı sağlanabilmiş olacaktır.

Architecture is one of the oldest professions in the world. It is always possible to create shelters that meet the inevitable necessity of survival for man. When the subject is a simple shelter, for example an igloo, the user acts as an architect and designer for himself at the same time. The first examples of shelter belonging to the history and even the underground cities are evidence of how a user behaves like a designer or even a city planner in the face of circumstances. Humans can develop a barn against a range of challenges, such as natural events, animal's attacks, and meet their needs for survival. Later, the building functions specialized and military, religious, commercial, permanent and temporary, leaving only shelters evolved. However, with the ever changing lifestyles and developing technologies, the specialities expected from the shelters have increased greatly. It can be said that this increased the need for the architecture profession. The construction has become impossible without planning process before the design process. The profession of architecture, which emerged at the intersection of engineering and design, has become a very complicated field in today's world as a profession that has been forced to keep pace with time. This has caused the architectural profession to have its own disciplines.As a result, the curricula of the architectural faculties, where the architectural profession was taught, were forced to adapt to the changes and developments so that the architect candidate was forced to form a basis for the professional life after graduation from school.The practice of architecture begins with the architectural design process. Design is a process that contains many variables and components. On the one hand it deals with tangible components such as material, structure, dimension, and on the other hand it contains abstract components such as time, psychology, function. Starting from the conceptual phase of architectural design to the end of the construction phase, and even at the stages of use and destruction, the architect must uncover many unknowns and integrate them with the most appropriate solutions. The phases of the building are the transformation of the conceptual ideas at the design stage into material and the construction of these components as a system. Just like the human body, the structure is shaped by a number of sub-systems that bring itself to life and contribute to the continuation of life. Within these systems, there are numerous components, details and material associations. The building components system is regarded as one of the four main subsystems that make up the building. The design of the construction element should ensure compatibility with the environmental factors to which the construction is related and meet user requirements. There are a number of performances that are expected from the building elements that are created by integrating user comfort and environmental factors at the optimum level. The facade design, which is the subject of this thesis, contains the visual, technical and technological parameters of the architecture and is a sub-component of the building shell system. Thus various performances are expected from the facade. For example, the thermal comfort is mainly achived by the facade considering the environmental factors and integrating it with a number of service systems. Decrease of the natural resources and increase of the carbon emissions due to energy production in the world have become one of the most relevant issues in the building industry. The results of the investigations brought about a number of catastrophic scenarios and led architects and engineers to increase their responsibilities towards the environment. The availability of raw material resources and the value that the world reserves can afford are required to increase worldwide work on environmental sustainability and to take some international measures. As a discipline at the center of the building industry, architecture is also linked to sustainability. Performance related to sustainability has been added to the expected performances of the sub-components of the building. Thermal performance is a matter of concern for the building envelope that is most energy consuming in both construction and use phases, and specifically for the facade. Architects and engineers have been working to design buildings using renewable energy and raw materials, as well as continually working to reduce the energy used. While many countries in the world try to control them with standards and regulations, many certificate programs related to sustainable building design are being developed.Topics in sustainable building design, material selection and energy efficiency have begun to take place since the early 2000s in architecture faculties where architectural profession is learned. In these faculties the number of undergraduate and graduate level courses related with sustainability are increasing. Theoretical and practical knowledge about these topics of students at undergraduate level in architectural education at ITU does not overlap with each other. This study was carried out considering that the content obtained when examining the course catalogs in the department program should be integrated with the practical sustainable designing skills.The study was carried out in the construction project studio, which is seen as the integration course in which the building design issues tought in ITU architecture education is integrated with the technical and technological issues tought. In three semesters, sustainable facade design and material selection of students were investigated and developed and a method was developed. The control group was included in the study as a comparison group. The study in the first semester is called as the pilot study and the study in the second semester is called as advanced study. In the two semesters, brainstorming studies were conducted on students, environment, sustainability issues, and seminars were held about environment, sustainability related issues. In the pilot study group students were asked to observe the thermal performances of the facades they designed and to make U-value calculations in the facade system sections. The students were left free to revise the facade details. In the advanced study group; they are required to make U-value calculations and to revise them according to appropriate values, as well as to reach the middle and upper score categories according to the sustainable material selection presented to them. At the end of the semester, it is required to prepare a report on the sustainability of the facades of the buildings they have designed within the scope of delivery of the course. Two main approaches have been adopted in the analysis of sustainable façade design. The first approach is that, the construction of buildings with materials which have less buried carbon value, contributes to a more sustainable buildings. The second approach is that, the less energy is spent in the usage phase of the buildings, the less carbon is released to the environment. From the obtained data regarding the facades designed by 15 students in total; embodied and operational carbon dioxide values are calculated based on the equations fiven in the relevant standard. As a result, it was seen that positive results were obtained regarding the development of sustainable façade design concept and practice in architectural education. In this context, the sustainable architectural understanding of architect candidates who will serve as architects at many points in the future of the building sector will be expanded. The development of such and similar environmentally friendly education models in architectural education will contribute to the protection of world resources and the reduction of harm to the environment.