SPECIAL ISSUE PAPER
A Method Developed for Determining the Optimum Orientation and the Optimum Shading of School Buildings in Warm Climatic Regions
 
More details
Hide details
1
Faculty of Architecture, Near East University, N. CYPRUS
2
Faculty of Architecture, Dokuz Eylül University, TURKEY
Online publish date: 2017-11-15
Publish date: 2017-11-15
 
EURASIA J. Math., Sci Tech. Ed 2017;13(12):7637–7649
KEYWORDS
This article has been presented in ICES 2017 - International Conference on Environmental Sciences & Educational Studies. This article belongs to the special issue " Interdisciplinary Research on the Environmental Education, Educational Studies in Sustainability & Instructional Technologies and Designs".
ABSTRACT
The aim of this study is to find optimum angles for the orientation and the shading for buildings in the warm climatic regions. This study was conducted at Cyprus, which has Mediterranean climate. In the literature, many studies exist which consider only optimum orientation or only optimum shading. To this end, this study instead focuses on both optimum orientation and optimum shading and evaluates the results through experimental simulations. This research findings could be used to improve architecture students’ skills about optimum orientation and optimum shading for buildings such as school buildings. Further, this study discusses the effective use of sunlight. Different building orientations were tested with a cube building model using the Ecotect simulation software. As a result, the minimum energy consumption area of the total annual energy use (heating and cooling) shows the optimum building orientation. Furthermore, the profile angle, which has the total minimum cooling consumption for the optimum building orientation, demonstrates the optimum shading element angle. In order to find the optimum orientation angle of the cube model, the building was oriented by incrementing 10° azimuth angle (without shading elements) in the clockwise direction beginning from the north. As a result of the simulation of the cube model, the minimum energy consumption area was found at the azimuth 170°, azimuth 180° and azimuth 190°. For these orientations, simulations were conducted by incrementing a 1° azimuth angle between 170° and 190°. Based on the results of the optimum building orientation, the horizontal shading element was added to the window by incrementing the profile angle from 0° to 40° using 10° step size. Then, an analysis was conducted by increasing 1° angle for the estimated profile angles that show the minimum energy consumption. The simulation results for the cube model indicates that the optimum profile angle for the horizontal shading element is between 20° and 30°. As a result, the optimum building orientation for the cube model was determined as azimuth 171° (9° towards east from the south) and 22° for the optimum profile angle.
 
REFERENCES (45)
1.
Akşit, Ş. F. (2002). Soğutma enerjisi korunumunu hedefleyen cephe dokusunun belirlenmesinde kullanılabilecek bir yaklaşım (Doctoral dissertation). İstanbul: İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü.
 
2.
Berköz, E. (1973). Güneş radyasyonu etkisinin optimizasyonu açısından binaların yönlendiriliş durumlarının belirlenmesi (Doctoral dissertation). İstanbul: İ.T.Ü.
 
3.
Berköz, E. (1983). Güneş ışınımı ve yapı dizaynı. İstanbul: İstanbul Teknik Üniversitesi Mimarlık Fakültesi.
 
4.
Butera, F., D’Orso, A., Farruggia, S., Rizzo, G., & Silvestrini, G. (1985). Energy conservation in 29 historic school buildings in Palermo. International journal of ambient energy, 6(2), 71-78. doi:10.1080/01430750.1985.9675445.
 
5.
Carlos, J. S. (2017). The impact of refurbished windows on Portuguese old school buildings. Architectural Engineering and Design Management, 13(3), 185-201. doi:10.1080/17452007.2016.1274252.
 
6.
DEU. (2017). Retrieved on 19 October 2017 from http://mimarlik.deu.edu.tr/wp-....
 
7.
Dörter, C. H. (1975). Güneş radyasyonundan yararlanmada binalarda kabuk, yön ve form ilişkisinin araştırılması. Güneş Enerjisi ve Çevre Dizaynı Ulusal Sempozyum, İstanbul: İTÜ Mimarlık Fakültesi.
 
8.
Elagöz, A. (1989). Enerji korunumlu yapıların yönlendirilmesi ve biçimlendirilmesi için yeni bir metod (Doctoral dissertation). İstanbul: İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
 
9.
Erzen, J. N. (1976). Eğitimin estetik süreç olarak yorumu ve mimarlık eğitimi.
 
10.
Etzion, Y. (1985). Design of shading devices using a one point method. A technical communication. Energy and buildings, 8(4), 287-290.
 
11.
Etzion, Y. (1992). An improved solar shading design tool. Building and Environment, 27(3), 297-303.
 
12.
Givoni, B. (1969). Man, climate and architecture, building research station technion. Israel Institute of Technology, Amsterdam: Elsevier Publishing Company Limited.
 
13.
Kalfa, S. M. (2014). Türkiye İklim Bölgelerinde Konut Binaları İçin Isıtma ve Soğutma Yüklerinin Belirlenmesinde Kullanılabilecek Bir Yaklaşım. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
 
14.
Keleş, N. S, (2016). Gölgeleme elemanlarının bina enerji harcamasına ve kullanıcı konforuna etkisinin değerlendirilmesi. 2. Ulusal yapı fiziği ve çevre kontrolü kongresi, İstanbul: İTÜ Mimarlık Fakültesi.
 
15.
Koca, Ö. (2015). Sıcak kuru ve sıcak nemli iklim bölgelerinde enerji etkin yerleşme ve bina tasarım ilkelerinin belirlenmesine yönelik yaklaşım (Doctoral dissertation). İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
 
16.
Lökçe, S. (2002). Mimarlık Eğitim Programları: Mimari Tasarım Ve Teknoloji İle Bütünleşme. Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17(3).
 
17.
Nalçakan, H., & Polatoğlu, Ç. (2008). Türkiye’deki ve dünyadaki mimarlık eğitiminin karşılaştırmalı analizi ile küreselleşmenin mimarlık eğitimine etkisinin irdelenmesi. Megaron, 3(2).
 
18.
Neill, S. S. J., & Denham, E. J. M. (1982). The Effects of Pre‐school Building Design. Educational Research, 24(2), 107-111. doi:10.1080/0013188820240204.
 
19.
NEU (2017). Retrieved on 19 October 2017 from https://neu.edu.tr/akademik/fa....
 
20.
Newman, M., & Thomas, P. (2008). Student participation in school design: one school’s approach to student engagement in the BSF process. Co-Design, 4(4), 237-251. doi:10.1080/15710880802524938.
 
21.
Ok, V. (1983). İklimsel Karaktere Bağlı Olarak Optimum Performans Gösteren Yerleşme Yoğunluğunun Belirlenmesinde Geliştirilen Bir Yöntem. İstanbul: İTÜ Mimarlık Fakültesi.
 
22.
Ok, V. (1992). A procedure for calculating cooling load due to solar radiation: the shading effects from adjacent or nearby buildings. Energy and buildings, 19(1), 11-20.
 
23.
Olgyay, A., & Olgyay, V. (1957). Solar control and shading devices. NJ: Princeton Univ Press.
 
24.
Olgyay, V. (2015). Design with climate: bioclimatic approach to architectural regionalism. NJ: Princeton University Press.
 
25.
Orhon, I., Küçükdoğu, M. Ş., & Ok, V. (1988). Doğal İklimlendirme. Toplu Konut İşletmesi Proje Planlama Tasarım El Kitabı. Ankara: TUBITAK YAE.
 
26.
Orr, K. (2017). Politics and School Buildings: Constructing an Educational Infrastructure for Free Trade New South Wales, 1889–1891. Fabrications, 27(1), 47-70. doi:10.1080/10331867.2016.1262715.
 
27.
Ozay, N., Varoglu, E. S., Aldis, A., Akcay, O., & Tursoy, B. (2015). Eğitimde ve Pratikte Ortaklıklar ve Sınırlar. Mimarlık ve Eğitim Kurultayı IV, Lefkoşa: KTMMOB Mimarlar Odası.
 
28.
Ozdeniz, M. B. (2013). Environmental Factors (Climate Design). Note, Graphs and Charts. European University Of Lefke.
 
29.
Paker Kahvecioğlu, N. (2001). Mimari Tasarım Eğitiminde Bilgi ve Yaratıcılık Etkileşimi (Doctoral dissertation). İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
 
30.
Rogers, R., Atherton, P., Nall, D., & Greenberg, D. (1978). A Means for including shadowing in a buildings Thermal Analysis, CAD 78. In 3rd International Conference of Computers in Engineering and Building Design, Brighton, UK.
 
31.
Shaviv, E. (1978). The Determination of the form of windows and sunshades in a hot climate-a case study. CAD 78 proceedings.
 
32.
Sun, T. Y. (1968). Shadow area equations for window overhangs and side fins and their application in computer calculation. ASHRAE J. (United States), 74.
 
33.
Türkmenoğlu Bayraktar, N., & Ok, V. (2011). Gölgeleme araçlarının mekânın toplam soğutma yükleri açısından etkinliklerinin belirlenmesi. İTÜ Dergisi/a, 9(1).
 
34.
Valko, P. (1973). The Effect of shape and orientation on the radiation impact on building. Teaching the teachers on building climatology CIB colloqium. The National Swedish Institue for Building Research, D20 Stockholm.
 
35.
Yasar, Y., & Kalfa, S. M. (2015). The effects of social, cultural and education dynamics on the education-training environment in architectural education; the case study of the department of architecture, KTU. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 182, 408-413.
 
36.
Yellot, I. J. (1977). Fenestration and heat flow through fenestration, energy conservation through building design.
 
37.
Yellott, J. I. (1966). Shading coefficients and sun-control capability of single glazing. ASHRAE Trans. (United States), 72.
 
38.
Yener, A. K. (1996). Pencerelere uygulanan gölgeleme araçlarının tasarımında iklimsel ve görsel konfor koşullarının sağlanması amacıyla kullanılabilecek bir yaklaşım (Doctoral dissertation).
 
39.
Yüceer, N. S. (2015.). Yapıda çevre ve enerji. Ankara: Nobel yayıncılık.
 
40.
Yücel, S., & Aydınlı, S. (2015). Mimarın eğitimi üzerine spekülatif bir deneme/Speculative experiment based on architect’s education. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 31(1).
 
41.
Zeren, L. (1956). Mimaride güneş kontrolü. İstanbul: İTÜ Mimarlık Fakültesi.
 
42.
Zeren, L. (1962). Radyasyon hesaplayıcıları. İstanbul: İTÜ Mimarlık Fakültesi. Yapı Araştırma Kurumu.
 
43.
Zeren, L. (1967). Türkiye’nin tipik iklim bölgelerinde en sıcak devre ve en az sıcak devre tayini. İTÜ Mimarlık Fakültesi.
 
44.
Zeren, L. (1975). Mimarlıkta yapma çevre dizaynı ve güneş enerjisi. İTÜ Mimarlık Fakültesi. Güneş enerjisi ve çevre dizaynı ulusal sempozyum bildirisi, İstanbul.
 
45.
Zeren, L., Berköz, E., Küçükdoğu, M. Ş., & Yılmaz, Z. (1987). Türkiye’de yeni yerleşmeler ve binalarda enerji tasarrufu amacıyla bir mevzuat modeline ilişkin çalışma. İstanbul: İTÜ Uyg-Ar Merkezi.
 
eISSN:1305-8223
ISSN:1305-8215