Ofis cephe sistemlerinin ısıl enerji performansı ve maliyet açısından karşılaştırmalı analizi
Comparative analysis of office façade systems in terms of thermal energy performance and cost
Yazar: PAREEN GHAEIB HAYDER HAYDER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF TUĞBA YALAZ
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bina cephesi = Building facade ; Enerji benzetimi = Energy simulation

Özet:
Gün geçtikçe dünya genelinde enerjiye duyulan ihtiyaç artarken, bilinçsiz enerji tüketimi küresel ısınma ve iklim değişikliği gibi sorunların başlıca nedenlerinden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Enerji tüketiminde inşaat sektörü önemli bir paya sahiptir. Özellikle ofis yapıları günlük kullanım süreleri ve kullanıcı verimliliği bakımından enerji tüketiminin yoğun olduğu yapılardır. Bina kabuğunun en büyük yüzey alanını oluşturan cephe sistemleri binaların ısıtma ve soğutma yüklerinin azaltılmasında, enerji performansının iyileştirilmesinde etkili olurken bina maliyetinin de önemli bir bölümünü oluşturmaktadır. Bu nedenle cephe tasarımı, maliyeti ve binaların enerji performansı tasarım süreci itibariyle birlikte ele alınmalıdır. Tez çalışması kapsamında "cephe sistemlerinin ısıl enerji performansı ve maliyeti" çalışma alanı olarak seçilmiştir.   
Literatür araştırması kapsamında cephe sistemleri, enerji etkin bina tasarımı ve maliyet konularıyla ilgili araştırma yapılmıştır. Cephe kavramı, cephe sistemlerinin sınıflandırılması, türleri ve performansları incelenmiştir. Enerji etkin bina tasarımı üzerinde etkili olan iklimsel parametreler, yapısal parametreler ve kullanıcıya ilişkin parametreler ele alınmıştır. Ardından maliyet konusuyla ilgili araştırma yapılmıştır. Yapılan literatür araştırmasının sonucunda ısıtma ve soğutma yüklerinin fazla olması nedeniyle ofis yapıları örneklem yapı türü olarak belirlenmiştir. Tez çalışmasında, cephe sistemlerinden tek kabuk cepheler, boşluklu duvarlar ve giydirme cephe sistemlerine odaklanılmıştır. Ofis cephe sistemlerinin farklı iklim bölgesindeki etkilerinin incelenmesi için ılımlı-nemli iklime sahip olan "İstanbul", sıcak-nemli ikime sahip olan "Antalya" ve soğuk iklim bölgesine sahip olan "Erzurum" çalışma alanı olarak seçilmiştir. Örneklem ofis yapısına uygulanan cephe senaryolarının binanın ısıl enerji performansı üzerindeki etkisi DesignBuilder programında yapılan analizler aracılığıyla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.
Tez çalışması kapsamında iki (2) katlı merkezi çekirdekli örneklem bir ofis yapısı tasarlanmıştır. Önerilen üç cephe sistemine ait kırk bir (41) adet cephe senaryosu geliştirilmiştir. Ofis binası için önerilen cephe senaryolarının binanın aylık ve yıllık ısıtma, soğutma ve toplam enerji yükü üzerindeki etkisi İstanbul, Antalya ve Erzurum illeri için DesignBuilder programında hesaplanmıştır. Ardından cephe senaryolarının ilk yatırım maliyetleri hesaplanmıştır. Çalışma kapsamında cephe sistemlerinin ısıl enerji performansı ve maliyetleri üç il için karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Çalışmada, ofis binasında tüketilen ısıl enerji yüklerinin tercih edilen cephe sistemine ve kullanılan malzemelere bağlı olarak değişiklik gösterdiği görülmüştür. Aynı cephe senaryolarının farklı iklim bölgesinde uygulandığı durumlarda ise yapıda tüketilen enerji miktarının iklim koşullarına bağlı olarak değişiklik gösterdiği görülmüştür. Betonarme kullanılan cephe senaryolarında en yüksek yıllık ısıtma ve soğutma yükleri ölçülürken, XPS uygulaması yapılan tuğla ve gazbeton cephe senaryolarında yıllık ısıtma ve soğutma yüklerinin azaldığı belirlenmiştir. Tek kabuk cephe ve boşluklu duvar senaryolarında en düşük ısıtma enerji yükleri gazbeton uygulanan senaryolarda ölçülürken, ısı yalıtımı uygulandığı durumlarda ısıl enerji performansının iyileştiği görülmüştür. En düşük cephe maliyetine sahip olan T1 senaryosu (sıva (2 cm) + tuğla (20 cm) + alçı sıva (2 cm)) için en düşük yıllık toplam enerji yükü Antalya'da ölçülmüştür. Çalışma kapsamında önerilen cephe sistemlerinden en düşük ve en yüksek maliyete sahip olan senaryolarda Antalya ili için en düşük, Erzurum ili için ise en yüksek enerji yükü hesaplanmıştır.

Abstract:
While the need for energy is increasing worldwide day by day, unconscious energy consumption is one of the main causes of problems such as global warming and climate change. The construction sector has an important share in energy consumption. Especially office buildings are buildings where energy consumption is intense in terms of daily usage times and user efficiency. Façade systems, which constitute the largest surface area of the building envelope, are effective in reducing the heating and cooling loads of buildings, improving energy performance, and constitute an important part of the building cost. For this reason, façade design, cost and energy performance of buildings should be considered together in the design process. Within the scope of the thesis, "thermal energy performance and cost of façade systems" has been selected as the study area. 
Within the scope of the literature review, research has been conducted on façade systems, energy-efficient building design and cost issues. The concept of façade, classifications, types and performances of façade systems are examined. Climatic parameters, building-related parameters and user-related parameters that are effective in energy-efficient building design are discussed. Then, research on the cost issue was conducted. As a result of the literature review, office buildings were determined as the sample building type due to their high heating and cooling loads. The thesis focuses on single skin façades, cavity walls and curtain wall systems. To examine the effects of office façade systems in different climate zones, "Istanbul" with a moderate climate, "Antalya" with a hot-humid climate and "Erzurum" with a cold climate were selected as study areas. The effects of the façade scenarios applied to the sample office building on the thermal energy performance of the building were comparatively evaluated through the analysis performed in the DesignBuilder program. 
Within the scope of the thesis study, a two (2) story central core sample office building was designed. Forty-one (41) façade scenarios of the three proposed façade systems were developed. The impact of the proposed façade scenarios on the monthly and annual heating, cooling and total energy loads of the office building is calculated in the DesignBuilder program for Istanbul, Antalya and Erzurum provinces. Then, the initial investment costs of the façade scenarios were calculated. Within the scope of the study, the thermal energy performance and costs of façade systems were evaluated comparatively for three cities. In the study, it was observed that the thermal energy loads consumed in the office building vary depending on the preferred façade system and the materials used. In cases where the same façade scenarios are applied in different climate zones, it is seen that the amount of energy consumed in the building varies depending on the climatic conditions. While the highest annual heating and cooling loads were measured in the façade scenarios using reinforced concrete, it was determined that the annual heating and cooling loads decreased in the brick and aerated concrete façade scenarios with XPS application. In the single skin façades and cavity wall scenarios, the lowest heating energy loads were measured in the scenarios where aerated concrete was applied, while thermal energy performance was found to improve in cases where thermal insulation was applied. For the "T1" scenario (plaster (2 cm) + brick (20 cm) + gypsum plaster (2 cm)), which has the lowest façade cost, the lowest total annual energy loads were measured in Antalya. For the scenarios with the lowest and highest cost of the façade systems proposed within the scope of the study, the lowest energy load was calculated for Antalya and the highest for Erzurum.