The role of tall buildings in urban climate temperature changes: İzmir city center research

Abstract

As the organization of the built environment began to take form, the building-environment relationship emerged as a critical subject of inquiry within the architectural discipline. Findings from such investigations have traditionally informed the design and construction process, particularly in areas such as structural system decisions, façade material selection, and the integration of artificial systems to ensure environmental comfort. In the contemporary context, however, the shifting dynamics of the global climate have reoriented this line of research toward a more climate-responsive framework, foregrounding environmental parameters as central to architectural discourse and practice. In connection with global climate change, significant disruptions in climatic conditions are increasingly being observed. Among these disruptions within the urban climate, temperature fluctuations constitute the most prominent impact. In the existing literature, heat variations induced by buildings are examined either at the scale of individual structures or across the urban fabric. These studies demonstrate a direct correlation between the massing of buildings and temperature variation. Given their large volumes and distinct formal characteristics, high-rise buildings must be acknowledged as contributors to urban heat dynamics. While isolated high-rise structures may have a limited influence on climatic data, the concentration of such buildings within specific urban zones can generate lasting effects on urban temperature patterns. This study interrogates the extent to which the massing configurations of high-rise buildings influence temperature variations within the urban climate. The methodology of this study is structured in two phases. In the first phase, temperature data were recorded over the course of one year within a series of constructed high-rise buildings. Subsequently, mass models of these buildings were subjected to digital solar simulations. The findings derived from both stages were cross-referenced and analyzed comparatively. Based on the outcomes of these analyses, massing strategies were proposed, thereby concluding the study

Keywords

• Urban climate
• Temperature changes in climate
• Building climate relationship
• Tall buildings mass form

Kent iklimi ısı değişimlerinde yüksek yapıların rolü: İzmir kent merkezi araştırmaları

Öz

Yapılı çevre düzeni kurulmaya başladıkça yapı-çevre ilişkisi mimarlık disiplininde araştırma konusu olmuştur. Araştırmalardan elde edilen veriler; çoğunlukla taşıyıcı sistem kararları, cephe malzemesi seçimi, konfor koşullarına yönelik yapay sistemlerin uygulanması gibi inşa aşamasına yönelik girdiler olarak kullanılmıştır. Günümüzde değişen iklim dengesi nedeniyle yapı-çevre ilişkisine yönelik araştırmalar iklim temelli bir hal almaktadır. Küresel iklim değişikliğine bağlı olarak, iklimde hissedilir bozulmalar yaşanmaktadır. Kent ikliminde bu bozulmalar içerisinde en büyük etkiyi, ısı değişimleri oluşturmaktadır. Literatürde, yapıların neden olduğu ısı değişimleri tekil yapı özelinde ve/veya kent ölçeğinde araştırılmaktadır. Bu araştırmalar yapının kütlesel biçiminin, ısı değişimleri ile doğrudan ilişkili olduğunu ortaya koymaktadır. Büyük hacimleri ve farklı kütlesel biçimleri nedeniyle yüksek yapıların da kentsel ısı değişimlerinde rolü olduğundan bahsetmek gerekmektedir. Tekil inşa edilen yüksek yapıların iklim verilerine etkileri sınırlı kalmaktadır. Ancak yüksek yapıların bölgesel yoğun inşa edildiği alanlarda ise kentsel ısı değişimlerinde kalıcı etkiler görülmesi olasıdır. Bu çalışma, kent ikliminde ortaya çıkan ısı değişimlerinde, yüksek yapıların kütle biçimlerinin ne derece etkili olduğunu sorgulamaktadır. Çalışma yöntemi iki aşamalıdır. Öncelikle inşa edilmiş yüksek yapılarda bir yıl boyunca sıcaklık değerleri ölçülmüştür. Ardından söz konusu yapıların kütle modellerinin bilgisayar ortamında ışık benzetimleri yapılmıştır. Elde edilen bulgular ise çaprazlanarak analiz edilmiştir. Analizlerin sonuç verileri üzerinden kütlesel önerilerde bulunularak çalışma tamamlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Kent iklimi
• İklimde ısı değişimleri
• Yapı İklim İlişkisi;
• Yüksek yapı kütle biçimi

References

1. Abdeslam, Salah. “A study of How Tall Buildings Influences Climatic Factors and the Need to Create a Different Microclimate in a District.” African Journal of Enviromental Economics and Management Vol.4 (2016): 255-265.
2. Ali, Mir M. ve Aksamija, A. (2008) Towards Better Urban Life: Integration of Cities and Tall Buildings, 4th Architectural Conference on High Rise Buildings, 9–11 June, Amman, Jordan
3. Allen, W. (1943) ‘Daylighting for buildings in urban districts’, Journal of the Royal Society of British Architects, February, pp85–87
4. Begeç, Hasan. (2008). “Yükseklik, Yüksek Olma ve Yüksek Yapıların Gelişimi.” Ege Mimarlık Sayı:67 (2008): 10-15
5. Brandão, R. (2005) ‘Solar access in tropical cities: Towards a multi-criteria solar envelope’, in Passive and Low-Energy Architecture, 22, PLAE, Santiago (available on CD-ROM)
6. Clair, P.S, 2010. The Climate of Tall buildings- An investigation of building height and bio-climatic design. Available at: http://www.peterstclair.com/pdf/The-Climate-of-Tall-Buildings-Science- Review_LR.pdf [accessed: May 17, 20117
7. Corbella, O. and Yannas, S. (2003) Em Busca de Uma Arquitetura Sustentável para os Trópicos, Revan, Rio de Janeiro
8. Ctbuh-1, “Council of Tall Buildins and Urban Habitat”, erişim 5 Ocak, 2022, https://www.skyscrapercenter.com/countries.

9. Gerçek, D. ve Bayraktar, N. T. (2014) Kentsel Isı Adası Etkisinin Uzaktan Algılama ile Tespiti ve Değerlendirilmesi: İzmit Kent Örneği. 5.Uzaktan Algılama Sempozyumu. 14-17 Ekim 2014. İstanbul
10. Givoni, B. (1992) ‘Climatic aspects of urban design in tropic climates’, Atmospheric Environment, vol 26B, no 3, pp397–406
11. Givoni, B. (1998) Climate Considerations in Building and Urban Design, John Wiley & Sons, New York
12. Honjo, T. (2009) “Thermal Comfort in Outdoor Environment”, erişim 15 Temmuz 2024, https://www.researchgate.net/publication/228521038_Thermal_Comfort_in_Outdoor_Environment
13. Knowles, R. and Berry, R. (1980) Solar Envelope Concepts: Moderate Density Building Applications, University of Southern California, Los Angeles
14. Martin, L. and March, L. (eds) (1972) Urban Space and Structures, Cambridge University Press, London
15. Monteiro, L. M. (2008) ‘Thermal comfort predictive models: Quantification of relationships between microclimatic and thermal sensation variables for outdoor spaces assessment and design’, PhD thesis, Faculty of Architecture and Urbanism of University of São Paulo, São Paulo
16. Oke, T. R. (1976) ‘The distinction between canopy and boundary-layer urban heat islands’, Atmosphere, vol 14, no 4, pp268–277
17. Oke, T. R. (1982) ‘The energetic base of urban heat island’, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, vol 108, pp1–24
18. Pandya, B., Brotas, L. (2014) Tall Buildings and the Urban Microclimate in the City of London, 30th INTERNATIONAL PLEA CONFERENCE 16-18 December 2014, CEPT University, Ahmedabad
19. Santamouris, M. (2001) ‘Thermal balance in the urban environment’, in Santamouris, M. (ed) Energy and Climate in the Urban Built Environment, Cromwell, London, pp5–62
20. Türkeş, Murat; Sümer, Utku ve Çetiner Gönül. “Küresel İklim Değişikliği ve Olası Etkileri.” Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çevrçeve Sözleşmesi Seminer Notları. İstanbul: 7-24, 2000
21. Web 1 https://www.yelp.com/biz_photos/club-quarters-grand-central-new-york?select= 5CAgo ASNF6Cwu0YFcZOqg
22. Willis, C. (1995) Form Follows Finance: Skyscrapers and Skylines in New York and Chicago, Princeton Architectural Press, New York