An Investigation into Fenestration Strategies on Building Performance: Case of Residential Buildings in Turkey

Abstract

The reduction of energy consumption is a major challenge around the world. Using natural daylight is one of the basic energy saving criteria which promotes usage of natural sources as well as decreases energy demand dramatically in residential buildings. However, the insufficient study of fenestration strategies through building design significantly limits the impact on daylight such building performance. To this end, the current study aims to investigate the impact of optimum fenestration strategies on building performance in the context of residential buildings in Turkey. Two performance metrics, namely energy use intensity (EUI) and useful daylight illuminance (UDI), were employed through analysis. In the first part of the study, a hypothetical test box model was considered to determine optimum fenestration strategies in four different climate zones of Turkey. In this context, fenestration ratios at each elevation formed the decision variables while HyPE optimization algorithm attempted to find solutions that minimize EUI and maximizes UDI. In the second part, the results obtained from the first section were validated by implementing these results in real residential projects, located in the very climate zones. This allows the current work to study comparatively the effect of so-called optimum fenestration values on building performance of the real cases. The comparative results suggest optimum fenestration values obtained from a test box model causes no significant improvements in building performance metrics of the real residential projects. As a conclusion, the current work discussed the uniqueness of each architectural design and therefore, the necessity of conducting such performance analysis for each unique case. Keywords: performance-based architecture, computational design, multi-objective optimization, daylighting-energy optimization, fenestration, residential

Günümüzde, enerji tüketiminin giderek artması, dünya çapında büyük bir sorun haline gelmiştir. Doğal gün ışığını kullanmak hem doğal kaynakları hem de konut binalarında enerji taleplerini önemli ölçüde azaltan temel enerji tasarrufu kriterlerinden biridir. Bununla birlikte, bina tasarımlarında pencere sistemlerinin uygun olmayan ve yetersiz bir şekilde kullanılması, gün ışığının bina performansı üzerindeki etkisini önemli ölçüde sınırlandırmaktadır. Bu amaçla, mevcut çalışma Türkiye'de konut binaları bağlamında optimum pencere açıklıklarının bina performansına olan etkisini araştırmayı amaçlamaktadır. Enerji performans yoğunluğu (EUI) ve kullanışlı gün ışığı aydınlatması (UDI) olmak üzere iki performans ölçütü analizlerde kullanılmıştır. Çalışmanın ilk bölümünde, Türkiye'nin dört farklı iklim bölgesinde optimum pencere sistemlerini belirlemek için varsayımsal bir test modeli oluşturulmuştur. Bu bağlamda, her bir duvar-pencere oranı karar değişkenlerini oluştururken, HyPE optimizasyon algoritması ile EUI'yı minimize eden ve UDI'yı maksimize eden çözümler bulmaya çalışılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde, ilk bölümden elde edilen sonuçlar, bu sonuçların iklim bölgelerinde bulunan gerçek konut projelerine uygulanmasıyla doğrulanmıştır. Bu, çalışma ile optimum duvar-pencere oranlarının gerçek konut projelerindeki bina performansına olan etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Karşılaştırmalı sonuçlar, test modelinden elde edilen optimum değerlerin, gerçek konut projelerine uygulandığında bina performanslarında önemli bir etkiye neden olmadığını göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma her bir mimari tasarımın kendi özgü olması gerektiğini ve dolayısıyla her bina için böyle bir performans analizinin projenin tasarım aşamasındayken yapılması gerektiğini ortaya koymaktadır. Anahtar Kelimeler: performansa dayalı mimari, bilişimsel tasarım, çok hedefli optimizasyon, günışığı ve enerji optimizasyonu, pencere acikliklari, konut yapıları.