Biyomimikriye dayalı adaptif güneş kırıcı tasarımı

Abstract

Biyomimikri, yüksek performanslı, ayarlanabilir ve benzersiz doğal sistemlerin uyarlanabilir yapı kabuğuna bir mühendislik uygulaması olarak eklenmesine olanak tanımakta ve böylelikle yapı kabuklarını ısıl ve görsel konfor sağlama yeteneğine sahip etkileşimli bir bileşen haline getirmektedir. Bu tez çalışması, güneş kırıcı eleman olarak kullanılan uyarlanabilir bir kinetik cephe sisteminin tasarımında kullanılabilecek doğa kaynaklı bilgileri incelemek ve yasa ve denklemleri çözümleyebilmek amacıyla bir dizi nitel ve nicel yönteme odaklanmaktadır. Literatürdeki daha önceki çalışmalar, genellikle malzeme özelliklerini değiştirerek çevresel etkileri uyarlayan standart, malzeme tabanlı uyarlanabilir ve duyarlı yapı kabuğu elemanlarına odaklanmaktadır. Ancak parametrik uyarlanabilir bir kinetik cephe, dış ve iç ortam arasındaki ilişkiye ve bina kullanıcısının arayüze göre pozisyonuna dayalı olarak çevresel etkilerle (sıcaklık ve güneş radyasyonu) dinamik olarak etkileşime girmektedir. Bu nedenle bu çalışma iklime dayalı simülasyon aracılığıyla doğadan esinlenen kinematik uyarlanabilir bir cephe tasarımının (fonksiyonel senaryoya dayalı olarak) ısıl ve görsel konforu karşılama düzeyini saptamaya odaklanmaktadır. Tasarlanan doğadan esinlenen kinematik uyarlanabilir cephe sisteminin etkinliğinin test edilmesi amacıyla yarı ölçekli bir prototip olarak inşa edilmiş ve benzer iklim koşullarında prototipe ait ölçüm sonuçları simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Bulgular, doğadan esinlenen kinematik uyarlanabilir güneş kırıcı sisteminin, iç mekan sıcaklık profillerine dayalı ısıl konfora ve kullanışlı gün ışığı aydınlatması (UDI) ve gün ışığı kamaşma olasılığı (DGP) gibi parametrelere dayalı olarak görsel konfora önemli bir katkı sağladığını ortaya koymuştur.

Biomimicry leads to the application of of high-performance, adjustable, and unique natural systems to the engineering of adaptive building envelopes to render them an interactive component capable of achieving thermal and visual comfort. The present study focuses on a range of qualitative and quantitative methods to study natural concepts and conclude laws and equations utilized in the design of an adaptive kinetic facade system used as a solar shading element. Earlier efforts in literature commonly focused on standard, material-based adaptive and responsive envelope elements, which adapted environmental effects particularly through changing their material characteristics. Yet, a parametric adaptive kinetic facade interacts with environmental effects (temperature and solar radiation) dynamically, based on the relationship between the exterior and the interior environment and occupant position relative to the interface. The present study, therefore, focuses on the design a bio-inspired kinematics adaptive façade (based on the functional scenario) to meet thermal and visual comfort and conduct climate-based simulation tests. The designed bio-inspired kinematic adaptive façade was then built as a half/scale prototype to test its efficacy and compare measurement results with the simulation outcomes for the same climatic conditions. The findings demonstrated that the bio-inspired kinematic adaptive shading system provided significant improvement in thermal comfort based on indoor temperature profiles and visual comfort for parameters such as useful daylight illumination (UDI) and daylight glare probability (DGP).