Enerji Verimli Binaların Tasarımı İçin Yapay Zeka ve Sinirsel Bulanık Mantık Yönteminin Uygulanmasına İlişkin Bir İnceleme

Abstract

Artificial intelligence in architecture can be applied to various disciplines and used as a decision-making tool. However, its application areas in architecture are expanding with multiple methodologies. Nowadays, the usage areas of these methods, which are also integrated into architecture course contents, are pretty standard, but they are still in the development stage. While there are many alternative applications, especially for generating visuals, it has been examined in the literature that there are fewer applications for methods that require software with digital content. Applying these methods, which have developed as a great alternative to human calculation or overlooking, especially in multi-criteria situations before architectural design, determines the speed and path of decision-making in starting the design. This research provides a comprehensive and in-depth systematic review of recent work on applying artificial intelligence technologies to create energy-efficient buildings. In addition to detailing the principles and applications of AI-based modeling approaches commonly used in predicting building energy use, an evaluation of the work carried out in major AI fields, exceptionally energy efficient building, is made and explained through an example building in terms of architectural design. Within the scope of the study, a case study was carried out by determining the necessary parameters for the indoor pool structure, which is the selected sample building, to provide ideal energy efficiency. Indoor and outdoor temperature values, thermal transmittance value of insulation material, ventilation in the space, presence of a shading element on the facade, building orientation (south, north, east, and west), and window wall ratio are the parameters evaluated as input in this study. In addition, the research outputs include the determination of the targeted annual energy requirement within the scope of the study. Building features with the lowest energy requirements in each group were examined by splitting them into eight groups to compare the numerical data collected. The findings of the research show that the error value ratio found with the neural fuzzy logic ANFIS method is 0.0033174 for the accuracy in the emergence of the values that will guide the building design, and when evaluated by regression analysis, the R² value is 0.9997 (99%). It is anticipated that this study is expected to help architects and contribute to the literature as a method that can generate ideas for new studies to be conducted due to the scarcity of studies on neural fuzzy logic in architecture. It is emphasized that the methods used in this study can significantly improve the energy efficiency and cost-effectiveness of buildings designed to provide a comfortable indoor environment for building occupants. Finally, the study discusses future research on using artificial intelligence in energy-efficient buildings.

Mimarlıkta yapay zeka çok çeşitli disiplinlere uygulanabilir ve karar verme aracı olarak kullanılabilir. Ancak mimaride uygulama alanları çeşitli metodolojilerle genişlemektedir. Günümüzde mimarlık ders içeriklerine de entegre edilen bu yöntemlerin kullanım alanları oldukça yaygındır ancak hala gelişme aşamasındadır. Özellikle görseller üretme konusunda birçok alternatif uygulamalar bulunurken, sayısal içerikli yazılım gerektiren yöntemler için daha az uygulama yapıldığı literatürde incelenmiştir. Özellikle mimari tasarım öncesi çok kriterli durumlarda insanın hesaplama veya gözden kaçırma durumlarına karşılık büyük bir alternatif olarak gelişen bu yöntemlerin uygulanması, tasarıma başlama konusunda karar verme hızını ve yolunu belirlemektedir. Bu araştırma kapsamında, enerji verimli binalar oluşturabilmek için yapay zeka teknolojilerinin uygulanmasına ilişkin yapılan son çalışmaların kapsamlı ve derinlemesine sistematik bir incelemesi yer almaktadır. Bina enerji kullanımı tahmininde yaygın olarak kullanılan yapay zeka tabanlı modelleme yaklaşımlarının ilkeleri ve uygulamalarının detaylandırılmasının yanı sıra, enerji verimli bina başta olmak üzere başlıca yapay zeka alanlarında yürütülen çalışmaların değerlendirilmesi yapılarak mimari tasarım açısından örnek bir yapı üzerinden açıklanmaktadır. Çalışma kapsamında seçilen örnek bina olan kapalı havuz yapısının ideal enerji verimliliğini sağlayabilmesi için gerekli parametrelerinin belirlenmesi ile örnek çalışma yapılmıştır. İç mekan ve dış mekan sıcaklık değerleri, yalıtım malzemesi ısıl geçirgenlik değeri, mekanda havalandırma olup olmaması, cephede gölgelendirme elemanı olup olmaması, binanın yönlendirilmesi (güney, kuzey, doğu, batı) pencere duvar oranı bu çalışmada girdi olarak değerlendirilen parametrelerdir. Ayrıca, çalışma kapsamında hedeflenen yıllık enerji ihtiyacının belirlenmesi de araştırmanın çıktılarını oluşturmaktadır. Elde edilen sayısal verilerin karşılaştırması için 8 gruba ayrılarak her bir grubun içinde en az enerji ihtiyacı olacak yapı özelliği araştırılmıştır. Araştırma sonucu meydana gelen bulgular bina tasarımına yön verecek değerlerin ortaya çıkmasındaki doğruluk payı için sinirsel bulanık mantık ANFIS yöntemi ile bulunan hata değeri oranı 0,0033174 olduğu, regresyon analizi ile değerlendirme yapıldığında ise R² değeri 0,9997 (%99) oranında doğruluk payı olduğunu göstermektedir. Bu çalışma ile mimarlıkta henüz sinirsel bulanık mantık ile ilgili çalışmaların gelişmemesi nedeniyle yapılacak yeni çalışmalara fikir verebilecek bir yöntem olarak mimarlara yardımcı olabileceği ve literatüre katkı sağlayabileceği öngörülmektedir. Araştırma kapsamında kullanılan yöntemlerin, bina kullanıcılarına konforlu bir iç ortam sağlamak üzere tasarlanan binaların enerji verimliliğini ve maliyet etkinliğini büyük ölçüde artırabileceği vurgulanmaktadır. Son olarak çalışma, yapay zekanın enerji verimli binalarda uygulanmasına ilişkin gelecekteki araştırmalara yönelik bir tartışma içermektedir.