Türkiye'de konut binalarının yaşam döngüsü sürecinde enerji ve maliyet açısından etkin tasarım alternatiflerinin geliştirilmesine yönelik model önerisi
A model proposal to obtaining energy and cost efficient alternatives from life cycle perspective for residential buildings in Turkey
Yazar: KEMAL FERİT ÇETİNTAŞ
Danışman: PROF. DR. AYŞE ZERRİN YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Mimarlık = Architecture
Dizin: Ekonomik performans = Economic performance ; Enerji performans analizi = Energy performance analysis ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Yaşam dönem maliyeti = Life cycle cost ; Yaşam döngüsü = Life cycle ; Çok katlı binalar = Multistorey buildings

Özet:
Teknolojik gelişmeler insanlığın enerjiye olan bağımlılığını her geçen gün arttırmaktadır. Günümüzde ülkelerin ekonomik olarak gelişebilmesinde enerji önemli rol oynamaktadır. Ancak yenilemeyen enerji kaynaklarının yakın gelecekte tükenecek olması ve enerji tüketiminin neden olduğu ciddi çevresel sorunlar gibi nedenlerden dolayı enerji verimliliği dünya gündeminin üst sıralarında yer almaktadır. Enerji tüketiminin ve enerji tüketimi kaynaklı sera gazı salımının önemli bir kısmının binalarda gerçekleştiği bilinmektedir. Bu nedenle binalarda enerji verimliliği ülkelerin ekonomik gelişimi ve sürdürülebilirlik açısından büyük önem taşımaktadır. Gelişmekte olan bir ülke olarak Türkiye'nin enerjiye olan ihtiyacı giderek artmaktadır. Ancak yerli üretim, tüketimin yaklaşık %25'ini karşılayabilmekte ve ihtiyaç duyulan enerji yurtdışından temin edilmektedir. Enerji arzının güvenliği ve enerji ithalatının ekonomik boyutu Türkiye'nin ekonomik kalkınmasını olumsuz yönde etkilemektedir. Binalarda enerji verimliliği yukarıda anlatılan sebeplerden dolayı dünyada üzerinde araştırmalar yapılan önemli konulardan biri haline gelmiştir. Ülkeler kendi imkânları ve stratejileri doğrultusunda çeşitli çalışmalar yürüterek binalarda enerji verimliliğine ilişkin tedbirler almaktadır. Avrupa Birliğinin tarafından hazırlanarak yürürlüğe giren 'Binalarda Enerji Verimliliği Direktifi' EPBD bu bağlamda yapılan çalışmalar içerisinde önemli bir yere sahiptir. Avrupa birliğine üye ve üyelik sürecinde olan tüm ülkelerin söz konusu direktif kapasamında ülkesel imkanları doğrultusunda binalardan gerçekleşen enerji tüketimlerini önemli ölçüde azaltmaları beklenmektedir.

Binalarda enerji verimliliği alanında yapılan çalışmalar incelendiğinde enerji tüketimini bütüncül bir bakış açısı ile ele alarak yaşam döngüsü sürecinde binaların enerji tüketimini dikkate alan çalışmaların ön plana çıktığı görülmüştür. Binalar, kendisini oluşturan malzemelerin ham maddelerinin çıkartılması, malzemelerin üretilmesi, şantiye ortamına nakliyesi, binanın inşa edilmesi, binanın kullanım dönemi, yenilenme/bakımı ve yıkım gibi farklı aşamalardan oluşan yaşam döngüsüne sahiptir. Söz konusu yaşam döngüsünün farklı aşamalarında farklı seviyelerde enerji tüketimi ve buna bağlı olarak sera gazı salımı gerçekleşmektedir. Ancak, EPBD gibi binalarda enerji verimliliği ile ilgili standart ve yönetmelikler incelendiğinde binaların sadece kullanım döneminde gerçekleşen enerji tüketimine odaklanıldığı diğer süreçlerde gerçekleşen enerji tüketiminin dikkate alınmadığı görülmüştür. Yapılan bu tesptin neticesinde enerji verimliliği konusunun yaşam döngüsü sürecinde değerlendirilmesine yönelik bir çalışmanın yapılmasına karar verilmiştir. Ayrıca, binaların yaşam döngüsünde gerçekleşen enerji tüketiminin tasarım aşamasında dikkate alınmaması binalardan kaynaklanan enerji tüketimi ve enerji tasarrufu potansiyelinin net olarak belirlenmesini engellememektedir. Enerji verimliliğinin yanısıra enerji tüketiminin ekonomik boyutu ve tüketimin neden olduğu çevresel etkiler standart ve direktiflerde enerji tüketimi ile birlikte yaşam döngüsü sürecinde ele alınmamaktadır. Bu nedenlerden dolayı yapılan tez çalışmasında, tasarım aşamasında tasarım alternatiflerinin yaşam döngüsü sürecinde enerji tüketimi, çevresel etki ve maliyet açısından değerlendirilerek optimum performans gösteren seçeneklerin elde edilmesine yönelik bir model geliştirilmesi amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında geliştirilen model önerisi tüm bina tipolojilerine uygulanabilecek şekilde geliştirilmiştir. Ancak modelin uygulanması konut binaları ile kısıtlanmıştır. Türkiye'de konut açığı ve kentsel dönüşümde yenilecek konut sayısının fazla oluşu gibi nedenlerden dolayı uygulama konut binaları üzerinde gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen model yeni tasarlanacak binalara uygulanabildiği gibi mevcut binaların enerji etkin olarak iyileştirilmesine iyileştirme alternatiflerinin belirlenmesine yönelik de kullanılabilir. Ancak modelin mevcut binalara uygulanabilmesi için model akış şemasında bazı revizyonların yapılması önerilmektedir. Çalışma kapsamında geliştirilen modelin temel amaçları aşağıda özetlenmiştir. 
•	Türkiye'de binaların yaşam döngüsü sürecinde enerji tüketimi, çevresel etkiler ve maliyet açısından etkin tasarım alternatiflerinin geliştirilmesine yönelik bir model ortaya konulması,
•	Geliştirilen modelin bir bina tipolojisine farklı iklim bölgerinde uygulanması ile yaşam döngüsü sürecinde enerji tüketimi, çevresel etki ve maliyet açısından etkin tasarım alternatiflerinin elde edilerek, farklı iklim bölgeleri için bina tasarımına dair mevcut bilgilerin irdelenmesi ve yeni bilgilerin üretilmesi amaçlanmıştır.
Model, altı ana adım ve alt adımlardan oluşmaktadır. Geliştirilen model önerisi Türkiye'nin üç farklı iklim bölgesinde (Sıcak nemli (İzmir), Soğuk (Erzurum) ve ılımlı nemli (İstanbul) ) yer aldığı kabulü yapılan çok katlı bir konut binasına uygulanmıştır. Uygulama yapılan konut binası, Toplu Konut İdaresi Başkanlığı (TOKİ) tarafından geliştirilen ve Türkiye'nin çeşitli illerinde uygulanan tip konut projeleri içerisinden seçilmiştir. Tasarım alternatiflerinin yaşam döngüsü sürecinde enerji tüketimi, sera gazı salımı ve maliyet açısından performans analizleri gerçekleştirilerek optimum performans gösteren seçenekler elde edilmiştir. Modelin uygulanması ile enerji, çevresel etki ve maliyet analizlerinin yaşam döngüsü perspektifinden yapılmasının önemi ve gerekliliği ortaya konulmuştur. Ayrıca elde edilen bulgulardan tasarım alternatiflerinin iklim bölgesine bağlı olarak enerji tüketimi, sera gazı salımı ve maliyet açısından farklı performans gösterdiği, tasarım alternatiflerinin belirlenmesinde söz konusu kriterlerin iklim bölgesi ve bina tipolojisi bağlamında değerlendirilmesi gerektiği tespit edilmiştir. Yapılan uygulama çalışma Türkiye'de yürürlükte olan binalarda enerji verimliliği ile ilgili standart ve/veya yönetmeliklerin yaşam döngüsü perspektifinden bina tipolojisi ve iklim bölgesi gibi parametreleri dikkate alacak şekilde revize edilmesi gerekliliği ortaya konmuştur.
Tez çalışmasının birinci bölümünde çalışma konusunun genel hatlarına değinilmiş, tez çalışmasının amacı, kapsamı ve yöntem anlatılmıştır. Ayrıca birinci bölümde konuya dair literatür taraması yapılarak konuya ilişkin önemli görülen çalışmalar çeşitli başlıklar altında toplanarak aktarılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde binalarda enerji verimliliğinin önemi, enerji verimliliğine yönelik dünyada ve Türkiye de alınan yasal tedbirler aktarılmıştır. Binalarda enerji tüketimini etkileyen parametreler ve binalarda enerji verimliliğinin sağlanması için binalarda alınan tedbirler ayrıntılı olarak ikinci bölüm içerisinde anlatılmıştır. Binaların yaşam döngüsü sürecinde gerçekleşen enerji tüketimi, karbon salımı ve maliyetinin değerlendirilmesine yönelik kullanılan yöntemler ve yöntemlerin aşamaları üçüncü bölüm içerisinde detaylı bir biçimde anlatılmıştır. Tez çalışması kapsamında geliştirilen model önerisi çalışmanın dördüncü bölümünde yer almaktadır. Model önerisinin amacı kapsamı, modelin akış şeması ile modeli oluşturan adımların tanıtılması dördüncü bölüm içerisinde yer almaktadır. Çalışmanın beşinci bölümünde ise önceki bölümde anlatılan modelin bir konut binası örneği üzerinde uygulanması ve uygulama çalışması sonucunda elde edilen bulgular yer almaktadır. Tez çalışmasının altıncı ve son bölümünde önceki bölümde elde edilen bulguların karşılaştırılması ve yorumlanması ile elde edilen sonuçlar, elde edilen genel sonuçlar ve gelecekte yapılacak çalışmalara yönelik tavsiyeler yer almaktadır.

Abstract:
Technological developments increase human's dependency to energy. Therefore, it has critical role in country's economic growth and development. But energy become an important issue in world's agenda due to lack of non-renewable energy sources in near future and environmental pollution which is produced from non-renewable energy source consumption. As it is known building sector is responsible from significant portion of energy consumption and greenhouse gas emission. Therefore, energy efficiency in buildings have important role for country's economic growth and development. Tukey's energy supply has increased in years and domestic energy production meet only 25% of demand and rest of the demand has supplied from abroad. Security of energy supply source and economic dimension of energy imports affect turkey's economic growth negatively. Thus, energy consumption became an important issue due to reasons which is point out above. Countries have determined own targets and strategies on energy efficiency with the studies.  Energy Performance Directive for Buildings (EPBD) (2002 and recast 2010) which is developed by European Union Assembly, Kyoto Protocol (2009) and United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCC) (2004) are some important international studies for energy efficiency and greenhouse gas emission reduction. Although energy efficiency in buildings is important issue, studies which is done in Turkey aren't sufficient for Turkey's targets on energy efficiency. 

According to literature survey there are remarkable studies on energy efficiency in buildings which consider energy consumption from life cycle perspective. Buildings' life cycle includes different phases as, raw material extraction, transportation of building materials to construction site, constructing building, operation of building, maintenance of building and demolition of building. As it is known, buildings consume energy and cause greenhouse gas emission during their entire life cycle. But standards or directives on energy efficiency such as EPBD doesn't consider energy performance from life cycle perspective. Therefore this study focus on energy performance evaluation from life cycle perspective. Considering annual energy performance of buildings instead of life cycle energy performance prevent net energy consumption performance and energy saving potential. Life cycle energy analysis have done without detailed data or include limited phase of life cyle in previous studies. But phases which has remarkable effect on life cycle performance includes analysis in the study.  Environmental performance such as greenhouse gas emission and cost performance doesn't consider with energy performance from life cycle perspective in standards and directives. Therefore in thesis study, a model proposal has been developed for obtaining design alternatives which have optimum energy, environmental and cost performance during life cycle for buildings. Model could be applied all building typology. But it is limited with residential buildings in the study due to large number of residential building which should be renovated or new design. Model has developed for new buildings. But it could also applied energy efficient retrofitting of existing buildings. However, model work flow should be revised while applied existing buildings. The model is limited with energy consumption, greenhouse gas emision and cost criterias but different criterias could be added according to the aim and scope of study. The main aims of the model as follows;

•	Developing a model obtaining design alternatives which have optimum energy, environmental and cost performance during life cycle for residential buildings in Turkey. 
•	Getting new ideas or evaluating existing ideas on energy efficient building design after application of model to the residential building for different climate regions. Thus, building design ideas, which has optimum energy, environmental and cost performance during life cycle, could obtain for different climate regions of Turkey. 
 
Model is formed of six main steps and substeps. It has applied to the multi-storey residential building which is developed by Turkish Housing Development Administration (TOKI). The residential building, which is model applied, assume that construct in three different climate region of Turkey warm-humid (İzmir), cold (Erzurum) and temperate (İstanbul). Design alternatives evaluated from energy consumption, greenhouse gas emission and cost during building's life cycle. As it is known, life cycle analysis need large amount of data and assumptions. But there is a problem for getting some data such as embodied energy of building materials in Turkey due to lack of necessary data. Data, which is not obtaining from national database or standards for life cycle performance calculations, are gathering from international database. Assumptions about occupancy, household equipments and lighting system for energy performance calculations in operational period of the building are gathered from national research project which is based on statistical data about residential buildings. According to findings, energy, greenhouse gas emission and cost performance analysis from life cycle perspective is necessity for energy saving and greenhouse gas emission reduction targets. Design alternatives for building envelope should be determined according to multi criteria such as energy, greenhouse gas emission and cost from life cycle view. Performance of design alternatives are significantly different according to selected criteria, building typology and climate regions. Energy efficient design strategies such as increasing thermal insulation thickness perform as expected from point of energy saving and greenhouse gas emission reduction. But same strategy decrease energy consumption while decreasing greenhouse gas emission in warm climates.  Consequently, standards and directives on energy efficiency should be revised with life cycle approach according to building typology and climate. According to findings there is remarkable energy saving greenhouse gas emission reduction and cost reduction with obtaining design alternatives which has optimum life cycle performance.